徐一銘+劉楊濤

摘 要：智能變電站具有信息化、數(shù)字化以及操作可視化等特點，是未來電網(wǎng)發(fā)展中的一個核心環(huán)節(jié)。因此對于變電站設備的監(jiān)控直接影響著電能輸送的質量，鑒于此，文章對配電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的研究進行簡要分析，并且介紹了斷路器狀態(tài)檢測和故障診斷，從而更深入地掌握該監(jiān)測設備的實際功效。

關鍵詞：配電設備；狀態(tài)監(jiān)測；故障診斷

中圖分類號：TM845 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）30-0101-02

配電設備的在線監(jiān)測技術，主要是針對設備實際工作狀態(tài)，通過現(xiàn)代化的監(jiān)測手段以及科學有效的評價手段，來判斷設備的運行狀態(tài)和使用壽命。通過配電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，可以自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和檢測等功能，同時，具備支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調節(jié)、在線分析決策和協(xié)同互動等高級功能，提高配電設備的運行穩(wěn)定性和安全性。因此，在線監(jiān)測和狀態(tài)檢修時，配電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)是智能變電站自動化水平的體現(xiàn)，是未來電網(wǎng)發(fā)展的主要方向。本文就對配電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)進行詳細分析。

1 配電設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的功能架構設計

配電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，主要針對變電站內的變壓器、電壓互感器、電流互感器、電容器、斷路器以避雷器等設備進行在線監(jiān)測。配電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)功能結構，如圖1所示。

1.1 系統(tǒng)構成

由上圖可知，配電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)主要通過在線診斷的方式，通過對歷史數(shù)據(jù)、在線實時數(shù)據(jù)來判斷配電設備的運行狀態(tài)，為后期設備的檢修和保養(yǎng)提供必要的理論依據(jù)。具體包括變電站內的變壓器狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷裝置；電壓互感器狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷裝置；電流互感器狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷裝置；電容器狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷裝置；斷路器狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷裝置以及避雷器狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷裝置。

1.2 系統(tǒng)功能

配電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)主要功能包括提供配電設備在線或者非在線監(jiān)測信息的瀏覽；智能診斷；故障分析、預測和評估等。配電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)主要采用現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)技術，用戶可以通過瀏覽器查詢配電設備的相關數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)信息，同時可以借助主機對配電設備的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析計算，并將最終結果反饋給用戶。智能診斷主要涉及到變電站內的變壓器、電壓互感器、電流互感器、電容器、斷路器以避雷器等設備，狀態(tài)監(jiān)測裝置具有數(shù)據(jù)信息事實錄入功能、數(shù)據(jù)修改、查詢以及顯示和打印功能，故障診斷采用了人工智能理論，能夠準確有效的指出設備的實時狀態(tài)，并且根據(jù)設備的歷史數(shù)據(jù)和工作狀況，預測設備未來的云翔狀態(tài)，能夠對潛在故障隱患進行有效預判。當設備發(fā)生故障或者災害時，系統(tǒng)可以幫助分析該設備發(fā)生故障的具體原因，并且計算損失，便于對故障采取進行及時有效的維護處理，并且將損失降到最低。

2 在線監(jiān)測系統(tǒng)的軟/硬件設計

本文主要從觸頭溫度及行程監(jiān)測兩個方面，分析斷路器的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷。斷路器觸頭溫度及行程監(jiān)測系統(tǒng)，采用分布式結構，由一個上位機監(jiān)測模塊和多個溫度、行程測量模塊構成，彼此間通過無線傳輸方式進行通信，具體設計如下。

2.1 斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設計

溫度、行程測量模塊的硬件設計主要包括單片機、傳感器、可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、無線射頻芯片以及數(shù)據(jù)轉換芯片構成。通過傳感器對斷路器的觸頭溫度以及行程數(shù)據(jù)進行實時采集，然后再利用無線通信的方式傳輸?shù)缴衔粰C模塊進行深入分析和處理。溫度、行程測量模塊結構，如圖2所示。

從圖2中可以看出，斷路器觸頭溫度、行程測量模塊主要可以分為溫度測量單元、行程測量單元以及無線通信單元三個部分。其中溫度測量單元主要由遠紅外溫度傳感器和數(shù)據(jù)轉換芯片組成，通過遠紅外溫度傳感器對觸頭溫度進行實時監(jiān)測，然后在利用數(shù)據(jù)轉換芯片將傳感器監(jiān)測到的電壓信號轉換成可供單片機利用的數(shù)字模擬信號；行程測量單元主要由光電編碼器、信號處理電路、數(shù)據(jù)轉換芯片以及數(shù)據(jù)存儲器組成；無線通信單元主要通過無線射頻芯片完成對數(shù)據(jù)信息的無線傳輸。無線通信測量模塊對應的地址是唯一的，當測量模塊接收到上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)包后，與相應的地址進行比對分析，如果相同則立刻向上位機恢復應答信號，如果不同，則不做任何回復。這三個單元主要由單片機微處理器對其進行控制，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的收集與傳輸。

2.2 斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設計

斷路器觸頭溫度、行程測量模塊軟件設計包括主程序設計、溫度測量軟件設計以及行程測量軟件設計三個部分。

①主程序是接收數(shù)據(jù)，發(fā)送指令的核心環(huán)節(jié)，具體包括接收上位機發(fā)送的觸頭溫度測量指令、行程數(shù)據(jù)傳輸指令等。主程序的工作流程，如圖3所示。

從圖中可以看出，主程序接收到指令后，根據(jù)不同類別將指令分別傳輸?shù)綔囟葴y量傳輸和行程測量傳輸單元中并完成相應的操作，當數(shù)據(jù)傳輸完成后，主程序進行初始化，并進入查詢狀態(tài)等待下一次指令的發(fā)送。

②溫度測量軟件由I/O CLOCK和CS共同定義串行接口的6種時序模式。其工作過程主要有模擬量采樣、模擬量轉換和數(shù)字量傳輸三個階段。模擬量采樣過程中，CS需要保持高電平，當電平變低時，在第三個I/O CLOCK下降沿，開始對輸入模擬量進行采樣，采樣周期維持7個I/O CLOCK，并且在第10個I/O CLOCK下進行降沿鎖存；在模擬量轉換過程中，CS由低電平轉換成高電平，I/O CLOCK禁止模擬數(shù)據(jù)轉換結果的輸出，此時DATA OUT處于高阻狀態(tài)，單元內的CMOS門限檢測器通過檢測一系列電容的充電電壓決定模擬轉換后的數(shù)字量的每一位，轉換過程不超過21μs；在數(shù)字量傳輸階段，CS由高電平變?yōu)榈碗娖?，允許I/O CLOCK正常工作，并使DATA OUT脫離高阻狀態(tài)，接收上次的轉換結果。期間需要移出上次轉換結果數(shù)據(jù)量對應的最高位，下一個I/O CLOCK的下降沿驅動DATA OUT輸出上一次轉換結果數(shù)據(jù)量對應的次高位，依次第9個I/O CLOCK的下降，沿驅動DATA OUT輸出上一次轉換結果數(shù)據(jù)量的最低位，第10個I/O CLOCK的下降沿驅動DATA OUT輸出一個低電平，以便串行接口的傳輸大于10個時鐘。

在CS的下降沿，上一次轉換的最高位MSB，出現(xiàn)在DATA OUT端，10位數(shù)字量通過DATA OUT發(fā)送到微處理器。為了開始傳輸，將需要10個時鐘脈沖，在第10個時鐘脈沖的下降沿，內部邏輯把DATA OUT拉至低電平，確保其余位清零。在正常轉換內，CS端由高電平至低電平的跳變，可以終止該周期，器件將返回到初始狀態(tài)，輸出數(shù)據(jù)寄存器的內容保持為上一次轉換結果。由于可能破壞輸出結果數(shù)字量，所以在接近轉換完成時，需要將CS拉至低電平。

3 結 語

綜上所述，伴隨著我國智能電網(wǎng)建設的快速發(fā)展，配電設備在線監(jiān)測系統(tǒng)的實際應用越來越普遍，其發(fā)揮的作用也越來越重要。配電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，可以對運行狀態(tài)下的變壓器、電壓互感器、電流互感器、電容器、斷路器以避雷器進行在線監(jiān)測，并且通過相應的軟件系統(tǒng)，對這些設備的狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)進行分析和診斷，從而便于技術的發(fā)現(xiàn)配電設備的潛在故障，同時，根據(jù)分析結果對該設備進行檢修和保養(yǎng)，從而提升了配電設備運行的可靠性和穩(wěn)定性，使其運行質量得到改善，有效地延長使用壽命，降低電力部門的運維成本。

參考文獻：

[1] 許烽.輸電線路交改直的關鍵技術研究[D].杭州：浙江大學，2015.

[2] 韓國政，徐丙垠，索南加樂.基于IEC 61850的配網(wǎng)自動化通信技術研 究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2013，（02）.

[3] 吳國沛，劉育權.智能配電網(wǎng)技術支持系統(tǒng)的研究與應用[J].電力系統(tǒng) 保護與控制，2010，（21）.

[4] 張懷宇，朱松林，張揚.輸變電設備狀態(tài)檢修技術體系研究與實施[J].電 網(wǎng)技術，2009，（13）.

[5] 王全興.在線監(jiān)測技術在輸電線路狀態(tài)檢修中的應用和發(fā)展[A].2009

年全國輸變電設備狀態(tài)檢修技術交流研討會論文集[C].2009.

[6] 李乃湖，倪以信，孫舒捷，等.智能電網(wǎng)及其關鍵技術綜述[J].南方電網(wǎng)技 術，2010，（03）.

[7] 王建明，荊孟春，甄巖，等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的配網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測與預警系統(tǒng) [J].電力信息與通信技術，2013，（11）.