在電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域，局部放電(Partial Discharge, PD)是絕緣劣化的重要早期征兆。傳統(tǒng)的局放監(jiān)測系統(tǒng)依賴有線傳輸和云端分析，存在延遲高、帶寬壓力大等問題。而集成邊緣計(jì)算(Edge Computing)的無線局放傳感器，通過本地化實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)，顯著提升了監(jiān)測效率和故障預(yù)警能力。本文將探討邊緣計(jì)算在無線局放傳感器中的關(guān)鍵技術(shù)、實(shí)現(xiàn)方式及實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1. 邊緣計(jì)算的核心優(yōu)勢

1.1 實(shí)時(shí)性提升

無線局放傳感器通常部署在高壓變電站、GIS設(shè)備或電纜接頭等復(fù)雜電磁環(huán)境中，傳統(tǒng)方案需將海量原始數(shù)據(jù)回傳至云端分析，導(dǎo)致延遲(通常達(dá)分鐘級)。而邊緣計(jì)算通過在傳感器端或近場網(wǎng)關(guān)嵌入輕量算法，可實(shí)現(xiàn)毫秒級實(shí)時(shí)處理，滿足電力設(shè)備故障的快速響應(yīng)需求。

1.2 帶寬與成本優(yōu)化

局放原始數(shù)據(jù)(如UHF信號、超聲波形)體積龐大，無線傳輸易受干擾且功耗高。邊緣計(jì)算通過提取特征參數(shù)(如放電幅值、相位、頻次等)，將數(shù)據(jù)量壓縮至原始信號的1%~10%，大幅降低通信負(fù)載。

1.3 隱私與可靠性增強(qiáng)

電力系統(tǒng)對數(shù)據(jù)安全性要求嚴(yán)格，邊緣計(jì)算可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)本地脫敏處理，避免敏感信息外泄;同時(shí)，斷網(wǎng)時(shí)仍能保持基礎(chǔ)監(jiān)測功能。

2. 邊緣計(jì)算的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

2.1 硬件架構(gòu)

嵌入式處理器：采用低功耗ARM Cortex-M/A系列芯片或FPGA，平衡算力與能耗。

專用算法加速：集成FFT(快速傅里葉變換)硬件模塊，加速頻域特征提取。

輕量化AI模型：部署剪枝/量化后的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)或支持向量機(jī)(SVM)，實(shí)現(xiàn)放電模式分類。

2.2 軟件算法

實(shí)時(shí)信號處理：通過小波變換抑制噪聲，提取放電脈沖。

故障診斷邏輯：預(yù)設(shè)閾值報(bào)警(如PRPD圖譜異常)或動態(tài)閾值調(diào)整(基于歷史數(shù)據(jù)學(xué)習(xí))。

自適應(yīng)學(xué)習(xí)：利用聯(lián)邦學(xué)習(xí)框架，實(shí)現(xiàn)多傳感器協(xié)同模型更新。

無線局放傳感器的邊緣計(jì)算能力：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理與故障預(yù)警

3. 典型應(yīng)用場景與案例

3.1 變電站GIS設(shè)備監(jiān)測

某330kV變電站部署了12個(gè)無線局放傳感器，邊緣節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)分析TEV(暫態(tài)地電壓)信號，成功在3秒內(nèi)識別出隔離開關(guān)接觸不良導(dǎo)致的間歇性放電，避免了一次潛在故障。

3.2 電纜隧道分布式監(jiān)測

在電纜接頭處安裝傳感器組，邊緣網(wǎng)關(guān)通過時(shí)間差法(TDOA)定位放電點(diǎn)，定位誤差小于0.5米，同時(shí)通過LoRa回傳診斷結(jié)論至運(yùn)維平臺。

4. 挑戰(zhàn)與未來方向

算力與功耗平衡：需進(jìn)一步優(yōu)化算法，適應(yīng)MCU級硬件。

多源數(shù)據(jù)融合：結(jié)合紅外測溫、振動數(shù)據(jù)提升診斷準(zhǔn)確性。

標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)：邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的接口協(xié)議與數(shù)據(jù)格式需遵循IEC 61850-90-7等標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)語

邊緣計(jì)算為無線局放傳感器賦予了“智能終端”屬性，通過實(shí)時(shí)處理與本地決策，顯著提升了電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的時(shí)效性和可靠性。未來，隨著AI芯片和5G技術(shù)的普及，邊緣計(jì)算將在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮更核心的作用。