下一代線路傳感器：采集電能、互聯、減少維護工作量

簡介

在能源格局不斷變化的今天，停電仍會引起企業關鍵運營的中斷，例如生產流程，從而造成巨額損失。此外，某些老舊的電網設備仍在全世界運行，而在有些地區，用電風暴變得越來越常見。面對這些嚴峻挑戰，電力公司可采取多種方法來應對未來服務中斷的風險，包括實現配電網絡的現代化、分布式配電網絡、雇傭更多線路維修人員等。由于存在不同程度的成本、技術風險和社會效益問題，所有這些方法都很復雜，難以評估。

電力公司最近關注的重點措施是安排、雇傭、培訓更多線路維修人員來改善停電響應，為客戶提供更好的服務。但在世界的許多地方，勞動力老齡化已是眾所周知的難題，越來越難以找到技術熟練的勞動力來填補線路人員缺口。為應對停電時間延長、客戶不滿意以及可能的政府干預等問題，電力公司需要更好的解決方案。如果能夠提高線路人員的工作效率，使他們縮短搜索斷線的時間，而把更多時間分配給實際的維修工作和高優先級的維護任務，以上問題無疑將得到很大改善。

在電網節點捕獲數據是關鍵

過去幾年，僅僅因為難以找到故障源，許多國家和地區發生了長時間停電事故。但是，電力公司應當如何改進配電網絡架構以更好地響應停電事故呢？答案是利用更先進的線路傳感器技術來降低系統成本，并將其部署到電力基礎設施的更多節點中。這種技術集成度高，有助于提高測量精度，降低功耗，減少維護工作量。

圖1.被稱為故障指示器的節點監控系統

新型線路傳感器的最常見應用場景之一是被稱為故障指示器的節點監控系統，當用電線路故障發生時，它會檢測并發送警報，使得線路工作人員能夠在最短時間內檢修故障設備。圖1所示為配電線路上使用的故障指示器。不同地區和不同供應商為該系統取的名稱不盡相同，比如線路監視器、故障監視器、故障電路指示器等。本文使用故障指示器這一通用術語來指稱該系統，并用線路傳感器來指稱用于檢測電力線路物理狀態的基礎技術。

圖2.檢測電力線路物理狀態的線路傳感器

2 下一代線路傳感器：采集電能、互聯、減少維護工作量

在地下線纜型故障指示器應用中，故障指示器位于每條主電纜的電纜端接處。故障上游的指示器會跳閘，而故障下游的指示器會保持非跳閘位置。這樣，服務團隊無需經過耗時的故障隔離過程，便可輕松找出電纜或設備的故障部分。該地下線纜型故障指示器應用包括變壓器、開關設備、機柜、接線盒、拼接等。

在架空型故障指示器應用中，故障指示器上顯眼的顯示屏可將線路工作人員指引到問題所在部分。該架空型故障指示器應用包括無保險絲抽頭、帶中線重合器的長饋線、分區開關設備、換接裝置、饋線等。

現有故障指示器面臨兩大挑戰：1）批量采購成本高昂；2）需要經常維護才能正常工作。電力公司的預算和資源有限，面對高昂的累計采購成本和大量的經常性維護工作，往往無法在龐大的電力基礎設施中部署更多故障指示器。

通過更先進的電源管理改善故障指示器

為了應對這些挑戰，ADI公司針對故障指示器開發了一種新型線路傳感器架構，它能高效采集電能，而且只需更少的維護（圖3）。

圖3.采集電能的故障指示器設計

采集電能的故障指示器基本功能看起來簡單，但設計相當復雜，尤其是電源架構。其中不僅存在三個獨立電源（電力線路傳感器、充電電池和超級電容），而且必須有一個控制算法，用來平衡變化的供電條件和變化的負載條件——所有這些設計的目的是保證始終聯網工作。關鍵創新是一種新型多電源路徑設計技術，它支持系統更快啟動、功耗更低和運行更平穩。通過采用更好的電源管理，電池更換的頻率會降低，線路工作人員執行系統檢查的次數會減少，因而故障指示器所需的維護會減少。

新型故障指示器設計還能利用更復雜的數據收集技術和更魯棒的無線通信來提升性能。通過高速精密轉換器以遠高于電力線路頻率的數據速率收集電力線路信息，它們能捕獲更高精度的數據。集成短波無線電和GSM協議等無線通信，也能擴大這些設備的覆蓋范圍。故障指示器可以傳輸數據和報告其狀態，這樣線路工作人員搜索故障所花的時間會減少，因而有更多時間來排除故障。

圖4.將地下故障指示器狀態報告給地上人員

大數據分析成為可能，以實現更高的能源智能

采用先進線路傳感器技術的故障指示器為電力公司轉變運營方式提供了機會。在精度更高、聯網能力更好、維護成本更低的節點處收集數據，電力公司便可更快速且更有把握地識別并響應停電事故。不僅如此，還有更多的可能性值得考慮。例如，一整片區域內的所有故障指示器都能提供歷史數據和警報，這使得電力公司可以應用機器學習算法和大數據分析來提高線路工作人員的作業效率，降低運營支出，實現更好的業務績效。