浙江省慈溪市輸變電工程有限公司大明分公司 裘思楊 鄭勇毅 高棟寅 徐學(xué)軍 茅松雷

伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的推廣受到了廣泛關(guān)注，能在提升在線監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性水平的同時(shí)，還能依據(jù)數(shù)據(jù)指導(dǎo)工作人員開展相應(yīng)作業(yè)，最大程度上優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，減少經(jīng)濟(jì)損失，為電力系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 10kV 環(huán)網(wǎng)柜應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的意義

一方面，正是因?yàn)榄h(huán)網(wǎng)供電的應(yīng)用價(jià)值，環(huán)網(wǎng)柜的管理也更加重要，而在環(huán)網(wǎng)柜運(yùn)行過(guò)程中，各類故障問(wèn)題互對(duì)其應(yīng)用質(zhì)量產(chǎn)生影響，利用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就能對(duì)環(huán)網(wǎng)柜的運(yùn)行狀態(tài)予以實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)，著重了解診斷信息后開展相應(yīng)的處理工作，不僅能減少停電事故，也能為配網(wǎng)安全應(yīng)用提供保障[1]；另一方面，電力負(fù)荷數(shù)量激增，傳統(tǒng)的應(yīng)用管理模式已無(wú)法有效支撐系統(tǒng)設(shè)備的應(yīng)用管理，因此利用合理性的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能大大縮減成本，并提高資源利用率，為綜合運(yùn)行管理效果的提高及成本的控制創(chuàng)設(shè)良好的技術(shù)平臺(tái)。

圖1 環(huán)網(wǎng)柜在線檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 10kV 環(huán)網(wǎng)柜應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的具體方案

在10kV 環(huán)網(wǎng)柜應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的過(guò)程中，要結(jié)合具體應(yīng)用要求，保證相關(guān)控制模塊處理的規(guī)范性和科學(xué)性，最大程度上提高應(yīng)用效率?；诜植际紻TU 環(huán)網(wǎng)柜的在線監(jiān)測(cè)專項(xiàng)系統(tǒng)，具備極高可靠性及實(shí)時(shí)性，故此環(huán)網(wǎng)柜的在線監(jiān)測(cè)專項(xiàng)系統(tǒng)柜內(nèi)與柜外部所實(shí)行不同的傳感通訊系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，以維持整個(gè)系統(tǒng)更為可靠、實(shí)時(shí)且穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

針對(duì)環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的系統(tǒng)傳感設(shè)計(jì)實(shí)施方案層面。著重考慮整個(gè)環(huán)網(wǎng)柜自身密封程度以及絕緣水平層面要求，環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)倘若實(shí)行有線傳輸則總體布線繁瑣復(fù)雜，環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)總體結(jié)構(gòu)則極易遭到破壞，安全隱患問(wèn)題極易產(chǎn)生。同時(shí)難以解決高壓母線以及電纜接頭層面?zhèn)鞲醒b置所致高壓隔離相關(guān)問(wèn)題。故此次基于分布式DTU 環(huán)網(wǎng)柜的在線監(jiān)測(cè)專項(xiàng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)實(shí)行無(wú)線傳輸組網(wǎng)形式。

2.1 總體設(shè)計(jì)內(nèi)容

在DTU 室安裝主控單元，并且設(shè)計(jì)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)體系之間要維持完整切規(guī)范的節(jié)點(diǎn)間通信距離，保障自動(dòng)路由和自動(dòng)組網(wǎng)等基礎(chǔ)功能模塊的應(yīng)用效果?；诖?，是在10kV 配電室內(nèi)安裝環(huán)網(wǎng)柜在線監(jiān)測(cè)工作站，配置高性能PC 計(jì)算機(jī)，借助光纖以太網(wǎng)就能建立數(shù)據(jù)為主的控制單元應(yīng)用平臺(tái)，發(fā)揮監(jiān)測(cè)作用的基礎(chǔ)上還能匹配智能診斷算法，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面數(shù)據(jù)采集和診斷曲線算法分析的多元性控制目標(biāo)。

圖2 整體在線監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)布局示意圖

另外，在傳感器處理方面，要依據(jù)模擬量的差異化特性對(duì)信號(hào)予以調(diào)理控制，并配合相應(yīng)控制方案，有效講模擬傳感器采集信號(hào)放大到規(guī)定參數(shù)，確保濾波調(diào)理控制等模擬量分析的合理性，充分結(jié)合10kV 環(huán)網(wǎng)柜應(yīng)用要求和監(jiān)測(cè)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，完成傳感器的節(jié)點(diǎn)布局[2]。監(jiān)測(cè)參數(shù)的項(xiàng)目為：SF6氣箱氣體狀態(tài)（SF6環(huán)網(wǎng)柜氣體壓力、溫度、含水量）；SF6氣箱局部放電（局部放電的參數(shù)大小和形式）；二次控制回路（分合閘線圈回路是否完好、有無(wú)斷線）、二次控制電壓（分合閘線圈電壓是否正常）；斷路器行程（監(jiān)測(cè)彈簧操作機(jī)構(gòu)彈簧的壓縮狀態(tài)）。

簇頭節(jié)點(diǎn)傳感器分布，設(shè)置局部放電監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、軟連接處溫度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、SF6氣體狀態(tài)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、真空觸頭溫度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、主回路電流監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)等；單元柜，分合閘線圈電流監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、觸頭速度監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、控制回路電流監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、分合閘電壓監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、溫度和局部放電監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)等[3]。

圖3 DTU 監(jiān)測(cè)模塊原理圖

2.2 通信單元設(shè)計(jì)

2.2.1 環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部通信

近年城市10kV 配電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用環(huán)網(wǎng)柜，主要是因?yàn)樵O(shè)備自身的體積小且應(yīng)用便捷，應(yīng)用傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳輸布線能大大提升應(yīng)用效率，不僅不會(huì)影響環(huán)網(wǎng)柜自身的布線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，還能提升安裝效率，為更好地拓展擴(kuò)展性提供支持。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系中，利用ZigBee 技術(shù)進(jìn)行多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置，能維持協(xié)同合作感知的規(guī)范性，還能建構(gòu)完整的數(shù)據(jù)傳輸和信令交互模式，最大程度上提高通信質(zhì)量。

首先，利用無(wú)線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用管理，配合相應(yīng)設(shè)備，就能有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管控，并配合本地信息采集模式，打造融合性較強(qiáng)、存儲(chǔ)效果較好的應(yīng)用平臺(tái)；其次，完成匯聚節(jié)點(diǎn)的控制，匹配通信模式、存儲(chǔ)模式和信息處理模式，就能打造完整的主控單元管理平臺(tái)，保證10kV 環(huán)網(wǎng)柜信息采集的科學(xué)性；最后，借助動(dòng)態(tài)管理模式能實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)督，因?yàn)閭鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)要借助管理節(jié)點(diǎn)對(duì)無(wú)線傳感器予以訪問(wèn)，這就能調(diào)動(dòng)所有資源，在提升應(yīng)用性能的同時(shí)還能為10kV 環(huán)網(wǎng)柜安全管理提供保障[4]。

如，因?yàn)镾F6氣箱內(nèi)的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)不能穿透密封的SF6氣箱，因此在氣箱內(nèi)設(shè)置簇頭節(jié)點(diǎn)，能利用套管從氣箱穿孔引出，配合操作室就能實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性匯總，將其發(fā)送到主控單元內(nèi)。在應(yīng)用ZigBee 芯片的過(guò)程中，保證不同傳感器節(jié)點(diǎn)按照不同要求予以控制，實(shí)現(xiàn)芯片最佳組合，為10kV 環(huán)網(wǎng)柜提供在線監(jiān)測(cè)[5]。

2.2.2 環(huán)網(wǎng)柜外部通信

10kV 環(huán)網(wǎng)柜配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)在后臺(tái)主控室間產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，如何對(duì)這些信息進(jìn)行管理是提高系統(tǒng)安全性與效率的關(guān)鍵。信息安全管理平臺(tái)的構(gòu)建，能對(duì)系統(tǒng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行科學(xué)合理的管理，主要包括信息的匯總、分析以及數(shù)據(jù)信息的儲(chǔ)存。這為提升配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行管理效率提供了大量的數(shù)據(jù)支持。

環(huán)網(wǎng)柜配網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是借助光纖通信技術(shù)模式，搭建10kV 環(huán)網(wǎng)柜和后臺(tái)主控室之間的數(shù)據(jù)交換平臺(tái)。主要是將10kV 環(huán)網(wǎng)柜的主控單元安裝在DTU 室內(nèi)，確保其結(jié)構(gòu)和光端機(jī)之間能形成RS485串口連接通信模式，有效維持傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的平衡，并建立基于光纖以太網(wǎng)的傳輸結(jié)構(gòu)，保證配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的合理性[6]。

2.3 簇頭節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

為保證10kV 環(huán)網(wǎng)柜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的規(guī)范性，要結(jié)合設(shè)計(jì)要求落實(shí)簇頭節(jié)點(diǎn)的處理，一般是設(shè)置一個(gè)簇頭節(jié)點(diǎn)，將其安裝在10kV 環(huán)網(wǎng)柜的氣箱壁位置，借助套管就能使用無(wú)線收發(fā)芯片完成端子排室的處理，集成SF6氣體狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊和超高頻傳感器模塊，有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合管理。本文選取MSP430系單片機(jī)，具備較高的閃存容量和12位ADC，工作電壓為1.8V 到3.6V，整合了CC2530F32的芯片組，能有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)性交互分析和處理[7]。

節(jié)點(diǎn)電源設(shè)計(jì)：簇頭節(jié)點(diǎn)在SF6氣箱壁，工作電源為3.3V，SF6氣體壓力傳感器的電源為24V，溫度濕度傳感器的電壓為3.3V，維持開合閘控制處理[8]；主控單元：因?yàn)?0kV 環(huán)網(wǎng)柜在線監(jiān)測(cè)需要匹配較多的傳感器信息，因此，借助PFGA 就能更好地完成信息處理，滿足數(shù)量較大且突發(fā)性較強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析要求，利用硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮軟件集成度高且可靠性號(hào)的特性優(yōu)勢(shì)。在采集信號(hào)后，就能對(duì)其進(jìn)行處理分析和實(shí)時(shí)性存儲(chǔ)，并配合10kV 環(huán)網(wǎng)柜光端機(jī)將相關(guān)信息數(shù)據(jù)直接發(fā)送到后臺(tái)計(jì)算機(jī)，以便于落實(shí)相應(yīng)的動(dòng)作[9]。

后臺(tái)方案：系統(tǒng)主要分為數(shù)據(jù)讀取界面、數(shù)據(jù)處理和分析界面、數(shù)據(jù)文本存儲(chǔ)界面、10kV 環(huán)網(wǎng)柜故障診斷模塊、數(shù)據(jù)和曲線顯示界面、歷史數(shù)據(jù)查詢界面等，以保證能在獲取實(shí)時(shí)性信息數(shù)據(jù)后建立較為可靠的數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，維持?jǐn)?shù)據(jù)處理的規(guī)范性和應(yīng)用的合理性。不同模塊共同作用打造完整的分析機(jī)制，能及時(shí)匹配智能算法對(duì)10kV 環(huán)網(wǎng)柜運(yùn)行狀態(tài)予以診斷[10]。此外，要依據(jù)實(shí)時(shí)性分析數(shù)據(jù)和匯總管理要求，還能對(duì)檢測(cè)量進(jìn)行數(shù)值的評(píng)估，結(jié)合評(píng)估結(jié)果與分析相關(guān)數(shù)據(jù)就能綜合診斷10kV環(huán)網(wǎng)柜的壽命。

圖4 后臺(tái)程序流程圖

3 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展前景

通過(guò)對(duì)電力系統(tǒng)的分析，發(fā)現(xiàn)檢修理論與技術(shù)有著密切關(guān)聯(lián)。從決策技術(shù)與預(yù)測(cè)技術(shù)層面來(lái)看，目前工業(yè)國(guó)家的設(shè)備使用期限已接近老齡化階段，設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的故障發(fā)生概率越來(lái)越高，需通過(guò)采取相應(yīng)方案的方法保證設(shè)備使用壽命，確保設(shè)備使用周期能得到切實(shí)延長(zhǎng)，從而有效提高設(shè)備利用率以及經(jīng)濟(jì)效益。

利用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，能在有效提高設(shè)備使用效率的同時(shí)保證檢修效率?，F(xiàn)階段技術(shù)應(yīng)用還存在著一定的不足之處，如何有效提升監(jiān)測(cè)系統(tǒng)抗干擾能力、提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)果精準(zhǔn)度等，都是科研人員需關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容，也是今后需解決的重要技術(shù)難題。現(xiàn)階段介損測(cè)量技術(shù)及阻性電流測(cè)量技術(shù)發(fā)展較為理想，但還需對(duì)傳感元件一些問(wèn)題、CPU 程序、通訊設(shè)計(jì)等展開進(jìn)一步優(yōu)化，確保在線監(jiān)測(cè)技術(shù)能更好地為電力系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行服務(wù)，為系統(tǒng)運(yùn)行可靠性貢獻(xiàn)出更大的力量。

4 結(jié)語(yǔ)

10kV 環(huán)網(wǎng)柜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)置和處理，要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用要求，確保技術(shù)系統(tǒng)的規(guī)范性和科學(xué)性，匹配相應(yīng)的界面處理單元，就能及時(shí)了解10kV環(huán)網(wǎng)柜的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后迅速報(bào)警以便于開展相應(yīng)的控制作業(yè)，為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行創(chuàng)設(shè)了良好的平臺(tái)。