伊犁新天煤化工有限責任公司 朱 榮 劉京帥 朱 濤 俞愛軍 陳朝暉
受益于當前基礎科學技術的發(fā)展進步,高壓開關柜設備在運行過程中也結合了多項時代前沿性技術的使用,如5G技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、大數(shù)據(jù)分析技術,實現(xiàn)了對開關柜設備實時運行狀態(tài)的智能監(jiān)督和監(jiān)測,提高了設備運行的質量和效率。在此過程中,設計師需根據(jù)當前高壓開關柜設備的實際運行需求來合理優(yōu)化對其所實施的監(jiān)測管理作業(yè),確保對開關柜設備的監(jiān)測管理具備針對性和側重性,且采集到有用的數(shù)據(jù)信息,及時調整開關柜設備的實際運行狀態(tài),最大限度地減少非計劃停電的現(xiàn)象。
高壓開關柜智能監(jiān)測系統(tǒng)主要包含軟件部分和硬件部分,其具備的特征如下。
高壓開關柜智能監(jiān)測系統(tǒng)的硬件組成部分大體上可分為三個層級,在基礎應用收集層級中涉及到各種各樣的傳感器以及連接設備,如變壓器真空開關、開關柜、電纜等,當數(shù)據(jù)采集層完成對數(shù)據(jù)的收集之后會將相應的信號資料傳遞到數(shù)據(jù)處理層級,而在數(shù)據(jù)處理層級又涉及到兩個方面的處理內容,即前端處理與后端處理,當完成數(shù)據(jù)信息的處理之后相應的系統(tǒng)會將相關資料以計算機指令的形式進行傳遞來操控對應的自動化設備、PNS,來做出在特定環(huán)境狀態(tài)下對設備的應急調整[1]。
在前端監(jiān)測單元結構中,主要是以中央處理器以及信號調整單元為主,之后再借助對應的信息處理單元、通信單元以及數(shù)據(jù)信息儲存單元來完成信號數(shù)據(jù)的整理、整頓、分析;此外還需要結合供電單元為各種機電設備以及傳感器設備提供基本的電源;并且還包含相應的防護殼體來完成對設備的實體保護。在數(shù)據(jù)采集層面涉及到監(jiān)測前端的設計內容,而在監(jiān)測前端的設計內容中涉及到通信模塊,對應的通信模塊通常以無線網(wǎng)以及移動通訊信號通訊為主,通過建設對應的監(jiān)測前端以及客服終端,借助服務器來實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息以及相關指令的傳遞、傳輸,借助不同的網(wǎng)絡通信形式來構建不同類型的通訊網(wǎng)絡[2]。
軟件設計部分作為支撐各項硬件設施高效運轉的主要元素,在現(xiàn)有高壓開關柜智能監(jiān)測系統(tǒng)的設計中具備重大的意義,是作為整個監(jiān)控系統(tǒng)的控制管理核心部分。相應的軟件系統(tǒng)主要實現(xiàn)對狀態(tài)組合的分析以及實施過程管控,完成對數(shù)據(jù)的驗證處理,整個軟件板塊包含登陸試驗過程、數(shù)據(jù)處理、任務組態(tài)、狀態(tài)評估等諸多板塊內容,具體來說,在對應的登錄板塊可分為管理人員和試驗人員登陸部分;而在試驗過程板塊則涉及到操作控制、參數(shù)記錄以及數(shù)據(jù)分析、錄入等;在數(shù)據(jù)處理板塊包含數(shù)據(jù)查詢、檢索、對比、上傳;在輔助功能板塊又涉及到報告清單打印以及規(guī)程查詢;在狀態(tài)評估板塊包含對設備的綜合評估以及單一試驗評估。其涉及到的內容相對較多,共同輔助各種軟硬件設施,實現(xiàn)其高效、穩(wěn)定的運轉??傊?,在對應的軟件設計板塊,其側重實現(xiàn)對現(xiàn)場的溫度、停電、帶電狀況進行動態(tài)化管控,并且還需要實現(xiàn)對局部放電進行有效監(jiān)測、處理和診斷,整個軟件設計所涉及到的編程語言通常為c++。
無論是在硬件板塊還是在軟件板塊,設計師在對其進行設計打造的過程中都應當結合現(xiàn)場工作的具體開展需求,融合高壓開關柜智能監(jiān)測內容以及監(jiān)測類型,實施對相關軟硬件設施的精細化建設和打造,來滿足具體的檢測需求。
當今物聯(lián)網(wǎng)時代傳感器技術得到了快速的發(fā)展,相應的數(shù)據(jù)信號處理技術及人工智能技術在各行各業(yè)得到廣泛使用,在高壓開關柜設備狀態(tài)監(jiān)測作業(yè)中結合此類高新技術能使得針對高壓開關柜設備的故障診斷更加精確、可靠,并及時借入高新技術來完成對現(xiàn)有診斷系統(tǒng)的優(yōu)化。實施對高壓開關柜設備運行狀態(tài)的在線監(jiān)測具備較大的現(xiàn)實意義,結合常態(tài)化的監(jiān)測數(shù)據(jù)及對當前開關柜的實時運行狀態(tài)進行檢修后能夠使得后續(xù)針對開關柜設備維護管理的工作量進一步縮減,降低非計劃停電概率,及時發(fā)現(xiàn)其中存在缺陷的地方。
結合諸如開關柜溫度監(jiān)測(圖1)、局部放電監(jiān)測對其中的溫度信號、聲學信號、振動信號、電信號進行有效地收集,借助對應的中央處理系統(tǒng)來實現(xiàn)對各種信號的實時分析,以此來反映出高壓開關柜的實際運行狀況,其中所涉及到的溫度監(jiān)測方式、檢測位置以及相關溫度傳感器的布局、固定方式都需要根據(jù)開關柜內部的實際構造來確認,而在放電研究過程中,需對整個監(jiān)測系統(tǒng)所沿用的放電監(jiān)測模式及其中暫態(tài)的電壓傳感器進行必要地探討,同時還需要對超聲波寬帶、射頻傳感器、高頻脈沖、電流傳感器進行有效設置,以此來使得監(jiān)測得到的信息更加全面、豐富,使得整個智能監(jiān)測系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)資料以及對故障的診斷更加精確、合理且具備代表性。
圖1 溫度監(jiān)測模塊
在對設備運行狀態(tài)進行監(jiān)測診斷的過程中,通常是結合開關柜局部放電監(jiān)測作業(yè)來開展相關工作,使得在檢修設備過程中更加具備明確的工作重心和方向,結合設備狀態(tài)監(jiān)測診斷還能進一步減少在檢測過程中在試檢、陪檢方面所投入的精力和時間,以此來進一步降低工作強度,并節(jié)約了大量的試錯時間,在某種程度上緩解了企業(yè)一線檢測人員不足的矛盾。此外,高壓開關柜狀態(tài)的檢修工作得到有效地落實和完善還能夠進一步提高工作人員對開關柜實際運行狀態(tài)的掌控能力,并對開關柜當前實際運行的工況及后續(xù)可能存在的運行趨勢進行分析、探討,從而幫助企業(yè)有針對性地制定巡檢計劃,使得后續(xù)工作的開展更加科學、合理[3]。
通常在開關柜運行期間存在局部放電的事故往往具備相應的潛伏期,簡而言之,在特定時間內可能存在設備放電異常的現(xiàn)象,此時可結合智能監(jiān)測系統(tǒng)實施遠程監(jiān)控策略來對高壓開關柜所存在的局部放電狀況進行分析、探討,及時地在對應的通信組網(wǎng)內檢測到放電信息,以此來實現(xiàn)對開關柜設備遠距離的智能管控。
此外在現(xiàn)有的遠程通信組網(wǎng)診斷過程中也結合了超高頻局部放電監(jiān)測法,此類方法主要是接收開關柜內部所存在的局部放電而產(chǎn)生的電磁波,此類電磁波往往具備較高的頻段,借助相應的高頻電波可以實施實時、穩(wěn)定、高效的監(jiān)測和故障定位,同時還能在不停電的狀況下完成對設備的安裝管理,并實施對設備動態(tài)化的監(jiān)督管控,且具備較強的抗干擾能力。
在遠程通信組網(wǎng)診斷過程中所涉及到的內容主要分為四個部分,首先當系統(tǒng)對高壓開關設備實時運行狀態(tài)以及其內部的機械性能進行監(jiān)測管理的過程中需要側重實現(xiàn)對開關柜內部的合閘線圈以及相關回路進行實時監(jiān)測,同時還需要對斷路器的動觸頭行程和機械振動進行實時高效地監(jiān)督,以此來實現(xiàn)對開關柜設備實際的運行狀態(tài)進行精確、可靠地診斷和監(jiān)督。
而在對相應的系統(tǒng)進行設計管控過程中,可結合遠程通信組網(wǎng)監(jiān)測相關設備的電氣性能,同時在設置不同的電流模式下相關斷路器所存在的等效磨損曲線,通過對磨損量的分析、對比來對當前開關柜設備的運行壽命進行預測。對于有載開關測試儀方面,要確保在高壓開關柜運行期間能夠實現(xiàn)對開關正常的關合處理,保證設備能夠正常、穩(wěn)定地運轉。
此外,還需實現(xiàn)對高壓開關設備的運行溫度進行實時監(jiān)督,在對高壓開關柜的溫度進行測量的過程中,通常是將開關柜設備的母線連接處的溫度、及斷路器觸頭部位的溫度進行重點監(jiān)測,且在測量母線連接處溫度的過程中需結合特定的傳感器材料,如光纖溫度傳感器、石英傳感器來監(jiān)測相關零部件的實時溫度,以此來避免電磁干擾給監(jiān)測數(shù)據(jù)所帶來的影響;在現(xiàn)有遠程通信組網(wǎng)診斷過程中,還需對高壓開關設備絕緣部分性能進行監(jiān)測,考量相關設備的絕緣部分是否存在老化缺陷的狀況,檢測連接部分是否存在接觸不良,確保高壓開關柜能夠正常穩(wěn)定地運轉。
在當前對高壓開關柜設備運行狀態(tài)智能監(jiān)測的過程中應當結合多項時代前沿性的技術,如物聯(lián)網(wǎng)技術(圖2)、大數(shù)據(jù)技術來完成對整個設備以及監(jiān)測系統(tǒng)智能化、信息化地改造,以此來打破相關設備在過往運行過程中所存在的局限性,充分發(fā)揮新時期、新技術所帶來的優(yōu)勢。在結合無線化技術、IP化技術使用的過程中,還需及時構建一類智能化的監(jiān)測體系,在確保監(jiān)測質量的前提下進一步提高工作管理的效率,降低前期所投入了的各項建設成本。此外,還需對高壓開關柜設備的實時運行狀態(tài)以及其中所涉及到的關鍵特征數(shù)據(jù)進行分析、比較,完成對現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫的構造,實現(xiàn)對相關設備綜合全面地評估、評價,并且還需要實現(xiàn)對當前供電可靠性預警以及修復功能。
圖2 信息監(jiān)測的反饋圖
在對關鍵狀態(tài)信息進行監(jiān)測診斷的過程中首先需要分析對應的開關柜設備是否存在拒動或誤動的現(xiàn)象,在對相關設備進行故障診斷的過程中應當結合逐一排查、逐一診斷的策略,側重分析開關柜所存在的拒動或誤動故障,并且當高壓開關柜內部的操作機構與傳動機構存在相應的機械故障時會導致整個系統(tǒng)機構的運行出現(xiàn)卡頓、卡塞的狀況,以至于后續(xù)開關柜設備出現(xiàn)諸如形變、位移等現(xiàn)象,從而使得開關柜無法正常穩(wěn)定地運行。此外,如在對應的電氣控制中存在二次接線接觸不良或端子松動的現(xiàn)象也會存在設備誤動的狀況,從而影響設備正常運行。
通過數(shù)據(jù)調研、分析可看出,在當前高壓開關柜設備常見的開斷以及關合故障中,由斷路器而引起的本體故障占絕大部分,因此需實現(xiàn)對斷路器的本體進行精細化檢驗,及時發(fā)現(xiàn)其中存在的運行故障以及導致運行故障的根本原因,并做出有效的改善。高壓開關設備的載流故障也相對較為常見,相應的載流故障主要是由開關柜隔離插頭接觸不良而致使觸頭燒融而導致的故障。同時若開關柜在正常運行的過程中受到諸如外力的撞擊、沖擊也會使其正常穩(wěn)定的運轉受到相應影響,需及時判斷開關柜是否遭受到外物的撞擊或沖擊。此外,在開關柜相關區(qū)域發(fā)生自然災害期間,也需對高壓開關柜設備的實時運行狀態(tài)進行監(jiān)測,避免其受到外部環(huán)境的影響而出現(xiàn)運行故障。
對現(xiàn)有的開關柜設備監(jiān)測診斷系統(tǒng)進行優(yōu)化和改善,借助新時期全新的傳感器技術、智能通訊技術、大數(shù)據(jù)分析技術來實現(xiàn)對各種信號資料的收集、整理、分析、反饋,以此來提高開關柜設備運行的質量和效率。在此期間,應根據(jù)開關柜設備的實際運行狀況來合理為其布置對應的監(jiān)測軟硬件設施,使得監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)資料更加具備針對性和側重性,且能夠反映出設備實際運行的狀態(tài)。