一、系统概述
1.1 系统架构：主要由态势感知层、多源数据融合层、数据传输层、平台及应用层构成。
1.2 智能态势感知技术
基于微型化、模块化、高性能、低功耗、数字化等性能于一体的电力设备智能态势感知技术，可为综合智慧能源领域的发电、输电、变电、配电、储电等环节的电力设备态势实时性监测和缺陷专家型诊断打下深厚基础。再通过深度融合人工智能、边缘计算、云计算等技术，实现可靠地发现电力设备内部疑似缺陷，及时协助运维检修工程师快速排查和解决，从而保证电力设备的运行稳定和供电的持续可靠。
超声波局部放电(AE、AA)、特高频局部放电(UHF)、高频局部放电(HF)、暂态地电压局部放电(TEV)、声纹振动(VAF)、GIS/开关柜断路器机械特性、接地电流、SF6气体综合、电气节点温度（采用无线无源法监测开关柜内的电缆接头和断路器动静触头等节点）、套管综合、油中溶解气体(DGA)等态势感知单元的模块化设计（下文皆用英文简称），可满足针对各类监测需求而定制化设计，以及兼容第三方已装（DGA、UHF、光纤测温等）、同步装、后装的监测系统/感知单元。
表1：态势感知层主要功能特点
1 | 微型化、模块化、高性能、低功耗 |
2 | 监测型：接地电流、电气节点温度、SF6气体综合态势、断路器机械特性、CT卡钳式测温等。 |
3 | 诊断型：PD（AE 、AA、UHF、HF、TEV可单独或任意几种集成化），VAF，DGA，套管综合态势等。 |
4 | 支持“有线有源”、“无线有源”、“无线无源”等多种实施方案。 |
5 | 兼容多种通讯规约，实现监测数据与主站平台无缝对接。 |
6 | 基于人工智能的电力设备缺陷类型自动识别与智能报警。 |
7 | 基于容器的边缘计算APP、基于大型数据库的云计算诊断平台。 |
1.3 态势感知层、多源数据融合层、平台及应用层的概述
1.3.1 态势感知层
态势感知层的感知单元采用微型化、模块化、高性能、低功耗、数字化设计，监测精确，利用基于工业物联网技术的电力设备运行维护的电力物联网，实现设备态势监测覆盖率的提升。
感知单元：包括有线/无线方案，满足各种场景下的部署需求。感知单元类型包括PD（AE、AA、UHF、HF、TEV等）、VAF、DGA、套管综合、断路器机械特性、接地电流、电气节点温度、开关柜内外环境温湿度、SF6气体综合等态势的信号监测，感知单元通过网络将数据上送至站端监测单元。可兼容电力设备中已内置的（DGA、UHF、光纤测温等）感知单元监测的上传数据和下达操控指令。
表2：有线/无线方案的优劣势对比
模式 | 优势 | 劣势 |
有线供电、有线传输方案 | POE网线提供供电和通讯，数据实时采集上送、稳定性高、数据量大，缺陷类型识别准确率高、后期免维护。 | 安装部署工作量较大。 |
有线供电、无线传输方案 | 数据实时采集和上传、稳定性高、数据量大，缺陷识别准确率高、后期免维护。 | 需就地取电(如在柜体二次室）。 |
电池供电、无线传输方案 | 内置电池、太阳能或CT耦合取电，安装部署工作量较小。 | 数据量小、无法查看实时数据、5～7年需更换电池。 |
名称 | 技术参数 | 型号 |
AE | 监测带宽：20 kHz～200 kHz； 感知单元灵敏度：60 dB(V/(m/s))； 滤波：可选带通。 | PDMU-AE |
AE与TEV 二合一 | TEV监测带宽：3 MHz～100 MHz； TEV监测动态范围：70 dB; AE监测频带：20 kHz～200 kHz； AE监测灵敏度：60 dB(V/(m/s))。 | PDMU-AE/TEV |
UHF | 监测带宽：300 MHz～1500 MHz； 感知单元平均等效高度：≧11 mm； 滤波：全通、高通、低通； 监测灵敏度：-80 dBm； 动态范围：70 dB。 | PDMU-UHF |
CT卡钳式HF | 监测带宽：16 kHz～50 MHz； 感知单元传输阻抗：≧10 mV/mA； 滤波：任意频带高通、低通、带通、带阻； 监测灵敏度：1 mV； 动态范围：1~5000 mV。 | PDMU-HF1 |
贴片耦合式HF | 监测带宽：16 KHz~50 MHz； 滤波器：任意频带高通、低通、带阻、带通； 监测灵敏度：1 mV； 动态范围：1～5000 mV。 | PDMU-HF2 |
VAF | 响应频率：10 Hz～2k Hz； 动态范围：>100 dB； 频率响应的平坦度：<±1 dB； 灵敏度：<100 mV/g。 | VAFMU |
DGA | 监测组份：H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H2、C2H6、H20（可选）等7种气体组分及微水、相对增长率及增长速度； 析诊断功能：通过改良三比值法、大卫三角法及立方体图示法对监测数据进行分析、诊断，并提供原始谱图； 最小检测周期：40-60分钟，可由用户自行设定，默认24小时； 取样方式：循环取样，安全真实地反应变压器中气体真实情况； 油气分离方式：真空全脱气方式； 稳定性(测量偏差)：同一试验条件下对同一油样的监测结果偏差不超过±5%（中等浓度）。 | DGAMU-7 |
套管综合态势(PD、泄露电流、电容量及介质损耗因数、油温油压等信号) | PD信号监测频率范围：16 kHz～50 MHz； 平均传输阻抗：≥5 mV/mA； 最小监测PD量：≤5 pC； 泄漏电流监测范围：2 mA～150 mA； 电容量监测范围：100 pF～50000 pF； 介质损耗因数监测范围：-0.01～0.01； 低频传感器匝比：1000比1； 低频传感器比差：±0.5%； 油温监测范围：-40 ℃-180 ℃； 油温分辨率：0.1 ℃； 油温准确度等级：1级； 油压监测范围：-100 kPa～900 kPa； 油压监测分辨率：1 kPa； 油压监测准确度等级：1级。 |
BMU-06 |
接地电流 | 监测范围：1 mA～10 A；分辨率：0.1 mA； 监测精度：±（1%+0.1）mA。 | GCMU-10 |
断路器机械特性 | 监测精度：1%； 采样率：20 kHz； 录波通道数：9（不断电）； 分、合闸单次录波时长：240 ms； 储能电机录波时长：10 s； 时间分辨精度：0.1 ms； 分、合闸线圈正常工作电流范围：0～5 A，瞬时值：10 A（20ms）； 储能电机正常工作电流范围：0～8 A，瞬时值10 A（20ms）。 | SMU-09 |
电气节点 温度 | 监测法：无线无源测温； 范围：-40 ℃～150 ℃；精度：±1 ℃。 | TMU-RFID |
电缆温度 | 监测方式：CT卡钳式； 测温范围：-40 ℃～150 ℃； 测温精度：±1 ℃。 | TMU-CT |
SF6气体综合态势 | 密度监测范围：0～67 kg/m3； 压力监测范围：0-10 bar(值)(145 psi)； 温度监测范围：-40 ℃～+85 °C； 压力监测误差： <+/-0.3% 全刻度； 温度监测误差：<+/- 1 °C。 | SF6MU-03 |
1.3.2 多源数据融合层
1.3.2.1 多源数据融合层的站端单元：站端就地接收和存储感知单元的监测数据。内置边缘计算内核，实现感知单元数据的边缘计算、汇聚、展示。各项数据可上送至平台及应用层，支持电力无线专网、电力APN通道、电力光纤网等方式接入。
1.3.2.2 多源数据融合技术（以变压器设备监测为例）
1.3.2.2.1 具备边缘计算能力，就地采集并处理PD、VAF、接地电流、DGA、套管综合等各类态势的信号等，完成本地基本分析，根据传输层要求统一通讯接口及数据结构，根据平台层及应用层要求上传分析结果。
1.3.2.2.2 具备实物ID管理功能，提供电力设备运行态势信息的链接入口，可扫码读取电力设备在线监测的历史数据及趋势；通过扫码或RFID识别电力设备，读取ID信息，通过站内网络(4G/5G/WIFI等)传输给云端服务器，向服务器请求该电力设备的详细信息，以及详细的运行态势、监测信息等。
1.3.2.2.3 结合电力设备带电检测以及各项在线监测态势的信号，进行数据融合分析，形成基于多源数据融合分析的故障预警机制；多源数据融合分析提高了故障识别的准确性，还能大大减小因单个参量判别带来的误报；被测设备经过多源数据融合分析后评价为异常态势时，本系统会发出告警（可选择告警发送方式）。
1.3.2.2.4 对于电力设备（以变压器为例）的诊断可以结合负荷（电压、电流）、损耗、PD、VAF、接地电流、DGA、油温油压、套管综合以及历史负荷等态势的信
号来基于多源数据融合分析。例如：是否有发生过因大电流冲击而造成绕组变形等；还可以结合PD和DGA信号的监测，判断是否存在故障及严重程度。再者：在监测到不正常的振动频谱时，本系统可以自动查询历史负荷，若发现某段时期有大电流冲击，即可发出一个预警：绕组可能发生了变形。
1.3.3 平台及应用层
平台及应用层用于对各个感知单元、各个节点的电力设备进行管理、协调、监控，实现数据高级分析应用与运检业务管理支撑。具有美观易用的界面，支持概要预览、数据详细、变化趋势等多种展示方式，并对设备缺陷的类型和严重程度进行专家型诊断，可主动推送预警信息，使用户实时精准地掌握电力设备运行时的健康态势。
表4：平台及应用层功能特点
描述 | 参数 |
概况一览界面 | 一次接线图/一次设备分布图、感知单元分布图。 |
数据详情显示 | 各感知单元传送的监测数据（量值、波形、图谱等）。 |
数据趋势显示 | 任意时间段的监测值变化趋势及对比。 |
PD数据统计分析 | 三维PRPS、PRPD、累积PRPD图谱、聚簇筛选信噪类别T-F MAP图谱，原始脉冲波形图谱、超声波转换音频回放等。 |
通信规约 | IEC61850、I2、MQTT，Web Service等。 |
PD类型识别准确率 | >98%。 |
报警方式、设置 | 短信、电子邮件等；阈值、变化趋势、专家诊断等报警。 |
1.3.3.1 数据展示：数据展示界面能够显示所监测的全部通道和装置的整体态势，可根据用户需求显示任意参数、任意时间段的变化趋势、实时图谱及缺陷类型识别 (如下图7所示) 。本系统发现异常时会以醒目颜色或弹窗等方式提示，并生成报警事件，支持一键生成报告，并以短信/电子邮件发送报警信息至变电设备管理者。
1.3.3.2 数据统计分析：除各类监测型感知单元的数据分析外，针对PD信号监测，
平台可以统计和显示各通道的三维实时PRPS图谱、三维PRPD图谱、聚簇筛选信噪类别的TF-Map图谱，实现准确的PD信号类型分析。PD信号类型识别算法由500多万组从现场运行中的电力设备上所采集的现场真实数据训练而来，对PD信号类型具有准确的识别能力。针对多种PD信号类别的混合信号，的脉冲聚簇筛选技术，不仅可以分离噪声信号，而且可以分离来自不同缺陷的PD信号。针对变压器、GIS、电缆等电力设备可通过PD信号脉冲的原始波形，采用到达时间差或反射时间差法来计算PD信号源的准确位置。
二、应用场景
2.1 GZMS-T型变压器/电抗器设备态势监测子系统
通过内置DGA，加装PD（AE、UHF、HF）、接地电流、VAF、套管综合、红外热成像等态势的感知单元，再融合运行负荷、损耗及历次监测的态势数据，即可诊断式评价变压器/电抗器设备内部存在的绝缘损坏、部件振动异常等问题。
表5：变压器/电抗器设备态势监测子系统安装说明（可根据监测需求而定制监测点数）
感知单元名称 说明 安装 AE 通过在变压器/电抗器外壁安装AE感知单元监测内部缺陷产生PD信号。 每台变压器/电抗器根据需要安装4个及以上。 UHF 通过UHF感知单元对变压器/电抗器内部缺陷产生的PD信号进行监测。 每台变压器/电抗器安装1～4个。 HF 通过CT式卡钳HF感知单元对变压器/电抗器内部缺陷产生的高频脉冲电流信号进行监测。 每台变压器/电抗器安装3个（铁芯、夹件、中心点接地各1个）。 VAF 通过VAF感知单元监测变压器/电抗器的绕组、有载分接开关、中心点的声纹振动情况。 每台变压器/电抗器根据需要安装3个及以上。 接地电流 通过接地电流感知单元监测变压器/电抗器铁芯、夹件、中心点的接地电流。 每台变压器/电抗器安装3个(铁芯、夹件、中心点的接地线处)。 套管综合态势 通过对PD、泄露电流、电容量及介质损耗因数、油温油压等参量综合监测、融合分析和诊断，反应套管绝缘态势。 每台变压器/电抗器的每个套管末屏处安装1个。 DGA 通过改良三比值法、大卫三角法、立方体图示法对油中H2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H2、C2H6等7种气体及微水、相对增长率及增长速度进行分析、诊断，并提供原始谱图。 每台油浸式变压器/电抗器内置1个。
2.2 GZMS-S型GIS设备态势监测子系统
通过安装UHF（原无内置的；可兼容已有内置的）、AE、SF6气体综合、VAF、GIS断路器机械特性等态势的感知单元，再融合运行负荷、历次监测的态势数据，即可诊断式评价GIS设备内部存在的绝缘损坏、异常发热、机械部件上的疑似缺陷问题。
表6：GIS设备态势监测子系统安装说明（可根据监测需求而定制监测点数）
感知单元名称 | 说明 | 安装 |
AE | 通过在GIS外壁安装AE感知单元监测内部缺陷产生的PD信号。 | 每个SF6气室安装1个。 |
UHF | 通过UHF感知单元对GIS内部缺陷产生的PD进行监测。 | 每个SF6气室法兰处安装一个。 |
VAF | 通过VAF感知单元监测GIS声纹振动情况。 | 每个SF6气室外壁安装1个。 |
SF6气体 综合态势 | 通过SF6气体密度感知单元监测密度、温度、压力和20℃等效压力。 | 在GIS组装车间里针对每个气室安装1个。 |
断路器机械 特性 | 通过电流传感器监测分合闸线圈动作时及储能电机的电流，分析断路器是否存在内部机械故障。 | 每个GIS控制柜安装1个。 |
2.3 GZMS-HL型电缆设备态势监测子系统
通过在电缆头（中间接头、终端）接地线上的PD（AE、UHF、HF）、接地电流、温度等态势的感知单元，再融合运行负荷、历次监测的态势数据，即可诊断式评价反映电缆内部存在的绝缘损坏、异常发热缺陷等问题。
表7：电缆设备态势监测子系统安装说明（可根据监测需求而定制监测点数）
感知单元名称 | 说明 | 安装 |
AE | 通过AE感知单元监测电缆GIS终端内部的PD信号。 | 每根电缆的GIS终端处安装 1个。 |
UHF | 通过UHF感知单元监测电缆GIS终端内部的PD信号。 | |
HF | 通过电缆头接地线处的CT卡钳式HF感知单元监测电缆内部缺陷产生的PD信号。 | 每个电缆头接地线处安装 1个。 |
接地电流 | 通过接地电流感知单元监测电缆接地环流。 | |
电缆温度 | 通过CT卡钳式温度感知单元监测电缆头处的温度。 |
2.4 GZMS-SC型开关柜设备态势监测子系统
通过PD（AE、TEV、UHF、HF）、电气节点温度、开关柜内外环境温湿度、开关柜断路器机械特性等态势的感知单元，再融合运行负荷、历次监测的态势数据，即可诊断式评价开关柜内部存在的绝缘缺陷、异常发热、机械部件缺陷问题。
表8：开关柜设备态势监测子系统安装说明（可根据监测需求而定制监测点数）
感知单元名称 | 说明 | 安装 |
AE、TEV二合一 | 通过AE、TEV进行二合一的PD信号监测分析，对开关柜内部绝缘态势进行评价。 | 每台开关柜安装1～2个。 |
UHF | 通过的全向式球型UHF传感器进行开关室全空间的UHF信号监测分析，对开关柜内部绝缘态势进行评价。 | 每个开关室安装1个。 |
HF | 通过耦合电容式HF感知单元进行PD信号的监测分析，对开关柜内部绝缘态势进行评价。 | 每台开关柜安装 1 个。 |
电气节点温度 | 通过无源无线温度感知单元监测电气节点温度，对开关柜内部导电触头的态势进行评价。 | 根据需要监测动静触头、母排、电缆接头，配6～12个。 |
开关柜内外环境温湿度 | 通过智能除湿器对开关柜设备内部进行除湿，以及监测开关柜内外环境湿度、温度等参量。 | 根据环境，每台开关柜安装 1~2个。 |
开关柜断路器 机械特性 | 通过断路器机械特性感知单元对断路器的分合闸线圈动作时以及储能电机的电流进行监测，评价断路器是否存在机械特性缺陷。 | 每台开关柜安装 1个。 |
2.5 根据需求，我公司可针对电容器、避雷器、电流互感器、电压互感器等四小器设备的态势监测与评价做定制性的技术方案。
2.5.1 GZAC-1000L型避雷器及容性设备态势监测子系统
2.5.1.1 概述
GZAC-1000L型监测子系统是根据、南方电网等电力设备运行管理方关于变电设备在线监测装置通用技术规范而设计的避雷器及容性设备在线监测装置在线监测子单元。
GZAC-1000L型监测子系统采用模块化，小型化和就地化的设计方案，应用免维护感知单元，安装在避雷器本体上，再接入避雷器在线监测IED。
电流监测回路采用穿心式电流传感器，在不破坏原来电气回路和增加原来电气回路复杂性的基础上实现电流采样。分别采用有源的零磁通电流互感器和电磁式电流互感器测量泄露小电流和动作大电流，满足电流测量精度高、动态范围大的要求。采用16位A/D采集模拟信号，采用双重化采样比较技术，保证并提高了全量程范围的测量精度，同时避免了采样异常引起误动的问题。
GZAC-1000L型监测子系统就地计算，数字化传输，抗力强。具有国家相关的的第三方校验机构出具的检验报告，符合GB/T7261-2016试验方法和
GB/T17626系列标准。
2.5.1.2 功能特点
GZAC-1000L型监测子系统具备避雷器全电流、阻性电流、阻容比值、动作次数进行连续实时或周期性自动监测功能，监测数据的更新速度不低于1次/10min(可调)。
GZAC-1000L型监测子系统的接入不改变主设备的电气联接方式，不影响主设备的绝缘性能及机械性能，电压信号取样回路具有防止短路的保护功能，接地引下线可靠接地，满足相应的通流能力，不影响现场设备的安全运行。
GZAC-1000L型监测子系统具有异常报警功能，包括监测数据超标、监测功能故障和通信中断等报警功能，报警设置可修改，报警信息实现实时远传，因监测子系统原因引起的不同类型的异常报警能通过不同的报警信号加以区分，子系统自诊断信息实现实时远传。
GZAC-1000L型监测子系统具备长期稳定工作能力，具有断电不丢失数据、自复位的功能。
2.5.1.3 技术参数
1）避雷器态势感知单元
● 全电流监测范围：0.1mA~50mA，准确度：±（0.5%读数+0.005mA）。
● 阻性电流测量范围：0.01mA~10mA，准确度：±（1%读数+0.005mA）。
● 容性电流测量范围：0.1mA~50mA，准确度：±（1%读数+0.005mA）。
● 避雷器在线监测为垂直穿心式。
2）电压态势感知单元
● 电压监测范围：35kV~1000kV，准确度：±0.2%读数。
● 系统频率监测范围：45~65Hz，准确度：±0.002Hz。
● 3、5、7、9次谐波监测准确度：±1.0%读数。
3) 容性设备态势感知单元
● 泄露电流监测范围：0.1mA~1000mA，准确度：±（0.5%读数+0.01mA）。
● 电容监测范围：100pF~50000pF，准确度：±1%读数。
● 介质损耗监测范围：0.1％~30％，准确度：±（1%读数+0.0005mA）。
2.5.2 针对其他的四小器设备态势监测子系统的技术方案可根据监测需求而定制后另附。
