宋凱誠

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司常熟供電分公司，江蘇 常熟 215500）

關(guān)鍵字：變電站開關(guān)柜，局部放電，傳感器，物聯(lián)網(wǎng)，智能監(jiān)測系統(tǒng)

配網(wǎng)開關(guān)柜在長期運(yùn)行過程中由于強(qiáng)電場、熱效應(yīng)、灰塵和化學(xué)物質(zhì)等作用，絕緣性能會不斷惡化，進(jìn)而產(chǎn)生局部放電。持續(xù)的放電活動將加速絕緣老化，產(chǎn)生高熱、腐蝕性化學(xué)物質(zhì)等，進(jìn)一步破壞絕緣系統(tǒng)。嚴(yán)重的局部放電甚至于引起絕緣擊穿，導(dǎo)致電力事故的發(fā)生。

造成開關(guān)柜局部放電的原因有很多，根據(jù)不同的故障類型，往往會有不同的檢測手段[4]，以保證開關(guān)柜的安全運(yùn)行。

然而，傳統(tǒng)的開關(guān)柜運(yùn)行監(jiān)測技術(shù)存在許多缺陷，比如往往依賴人工經(jīng)驗(yàn)，很大程度上會由于人為的疏忽而難免事故的發(fā)生，同時，單一的檢測方法都會造成漏檢的可能性，因此，在開展開關(guān)柜局放檢測過程中有必要融合多種傳感器同時進(jìn)行檢測，從而提高檢出率。此外，伴隨著新興智能技術(shù)的發(fā)展熱潮及其在各領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢突顯，自動化、智能化和多融合的安全監(jiān)測技術(shù)成為目前主流的研究方向。因此，本文基于物聯(lián)網(wǎng)、智能傳感器等智能化技術(shù)，構(gòu)建高壓開關(guān)柜局部放電在線智能監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不停電狀態(tài)下的電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)自動監(jiān)測，使其能盡早發(fā)現(xiàn)突發(fā)性故障，從而預(yù)防開關(guān)柜安全事故的發(fā)生。

1 智能監(jiān)測系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

圖1所示為智能監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。

圖1 變電站開關(guān)柜智能監(jiān)測系統(tǒng)

如圖1所示，變電站開關(guān)柜智能監(jiān)測系統(tǒng)由3個部分組成，分別是底層感知層，中間數(shù)據(jù)匯聚層以及頂層平臺層。

底層感知層主要包含無線監(jiān)測主機(jī)，它是一款集溫度傳感器、局放傳感器工作狀態(tài)的監(jiān)測、現(xiàn)場溫度顯示，報(bào)警提示和輸出，事件記錄及數(shù)據(jù)記錄于一體的智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備。其中，根據(jù)傳不同型號配置以及不同類型劃分，傳感器主要有超聲波（AE）暫態(tài)地電壓（TEV）傳感器、特高頻（UHF）傳感器、溫度傳感器等。這些傳感器用于接收局部放電產(chǎn)生的一系列聲波信號、電磁信號、電流信號、溫度參數(shù)。

中間數(shù)據(jù)匯聚層是系統(tǒng)的核心層，它搭建了局放集中采集在線監(jiān)測主機(jī)，智能監(jiān)測電力設(shè)備狀態(tài)。該層通過對各類智能傳感器、智能網(wǎng)關(guān)的管理與協(xié)調(diào)，接收實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，為電力設(shè)備的狀態(tài)管控提供支撐。它搭載12寸液晶顯示界面，可以顯示傳感器各類數(shù)據(jù)圖譜和相關(guān)報(bào)警信息。此系統(tǒng)界面美觀易用，包含站點(diǎn)總覽、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、預(yù)警告警管理、監(jiān)測儀器管理、檔案管理、用戶中心以及系統(tǒng)管理等功能。在數(shù)據(jù)通信上，該層能與底層感知層中的局放傳感器進(jìn)行無線通信，可接收傳感器檢測數(shù)據(jù)和配置傳感器參數(shù)，根據(jù)局放數(shù)據(jù)進(jìn)行缺陷診斷，同時能對局放傳感器進(jìn)行同步采集控制，發(fā)送同步校時命令。此外，它還能與云平臺進(jìn)行通信時，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和自定轉(zhuǎn)發(fā)。

平臺層能對電力設(shè)備狀態(tài)智能監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行部署，根據(jù)應(yīng)用場景將其部署在包含監(jiān)測主機(jī)等在內(nèi)的用戶終端，包含平臺服務(wù)器等在內(nèi)的云平臺以及手機(jī)端等平臺中?；诖?，該平臺可實(shí)現(xiàn)對底層智能傳感器和匯聚節(jié)點(diǎn)的管理、協(xié)調(diào)和監(jiān)控，監(jiān)測數(shù)據(jù)展示、存儲和管理，具備一定的數(shù)據(jù)分析和診斷功能，在發(fā)現(xiàn)異常信號后，主動推送預(yù)警信息。

1.2 智能傳感器

本文在對開關(guān)柜局放檢測過程中，同時融合多種智能傳感器進(jìn)行檢測，如圖2 所示，涉及了暫態(tài)地電壓（TEV）超聲波（AE）二合一智能傳感器，特高頻（UHF）傳感器以及溫度傳感器等，用以提高檢出率。各類智能傳感器功能分析如表1所示。

圖2 各類型傳感器

表1 各類智能傳感器功能分析

1.3 智能監(jiān)測系統(tǒng)

智能監(jiān)測系統(tǒng)通過以下功能模塊實(shí)現(xiàn)對開關(guān)柜相關(guān)電力設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測。

站點(diǎn)總覽。在一次接線圖中展示所有測點(diǎn)位置分布及測點(diǎn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，可直觀體現(xiàn)所轄范圍內(nèi)的整體運(yùn)行情況。

監(jiān)測數(shù)據(jù)分析。系統(tǒng)中的診斷算法自動對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時提供了各測點(diǎn)的歷史趨勢分析、多測點(diǎn)多參量的對比分析功能，輔助分析異常發(fā)展態(tài)勢。

預(yù)警告警管理。系統(tǒng)可集中管理預(yù)警、告警信息，提醒用戶重點(diǎn)關(guān)注，現(xiàn)場處理后可對異常信息進(jìn)行確認(rèn)消缺。實(shí)際測量到的參數(shù)值超過報(bào)警值時進(jìn)行聲光報(bào)警，并帶有語音報(bào)警功能。

監(jiān)測儀器管理。系統(tǒng)可管理、配置智能網(wǎng)關(guān)及各類智能傳感器，通過影子設(shè)備管理可設(shè)置信號的采集間隔，建立傳感器與測點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，為網(wǎng)關(guān)和傳感器升級固件。

溫度監(jiān)測。在監(jiān)控系統(tǒng)上集中顯示被測各點(diǎn)的溫度值。

檔案管理。配置變電站、間隔單元、一次設(shè)備、測點(diǎn)等信息

用戶中心。包含對用戶帳戶管理、用戶角色管理、數(shù)據(jù)權(quán)限管理

系統(tǒng)管理。設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，查看系統(tǒng)日志。

遠(yuǎn)程通信。系統(tǒng)提供RS485 總線通信方式，以滿足遠(yuǎn)程通信。

2 具體實(shí)施方案

2.1 開關(guān)室配置

10 kV 開關(guān)室長約27 m，寬約9 m，包含營13雙陽北395弄11開關(guān)柜，10 kV 1號電容器開關(guān)柜和營18備用等在內(nèi)的44面開關(guān)柜。因此，須安裝智能傳感器44只，站端監(jiān)測單元1臺。

2.2 傳感器安裝

每面開關(guān)柜前后柜面各安裝一臺智能傳感器，采用磁吸式安裝方式。前柜具體安裝位于前中左上方，后柜具體安裝位于后下右下方，如圖3 紅色方框所示。

圖3 傳感器在開關(guān)柜上的前柜（左）和后柜（右）安裝位置

2.3 站端監(jiān)測單元安裝

站端監(jiān)測單元安裝在距離進(jìn)門17 m 的墻壁上，2 號排風(fēng)扇上側(cè)，距離地面高度1.5 m。具體位置如圖4所示。

圖4 站端監(jiān)測單元安裝位置

2.4 電源及通信電纜布線

站端監(jiān)測單元電源電纜布線：站端監(jiān)測單元從旁邊檢修電源箱取電，距離站端監(jiān)測單元約1.5 m距離。檢修電源箱與站端監(jiān)測單元之間電纜走線采用PVC穿管的方式。

智能傳感器電源電纜布線（若外接電源）：當(dāng)選擇內(nèi)置電池供電方式時，傳感器不須再額外布線。當(dāng)選擇外接電源供電方式時，傳感器須額外外接電源線。開關(guān)柜后柜帶柜內(nèi)照明燈，可以從該位置取電。柜內(nèi)照明燈如圖5所示。

圖5 柜內(nèi)照明燈結(jié)構(gòu)圖

開關(guān)柜前柜須從二次設(shè)備室取電，經(jīng)過小母線箱到達(dá)傳感器位置，如圖6所示。

圖6 前柜傳感器取電走向

2.5 系統(tǒng)調(diào)試

傳感器及站端監(jiān)測電源接線完畢后，開始系統(tǒng)調(diào)試。確認(rèn)數(shù)據(jù)能夠正常上送，傳感器檢測位置與數(shù)據(jù)平臺一一對應(yīng)。調(diào)試完畢后，記錄所有傳感器的配置表和系統(tǒng)用戶名、密碼等關(guān)鍵信息，形成調(diào)試報(bào)告。系統(tǒng)帶電試運(yùn)行72 h，檢查數(shù)據(jù)上傳情況和傳感器運(yùn)行狀態(tài)，確保無問題后，調(diào)試工作結(jié)束。

3 結(jié)束語

為了更有效準(zhǔn)確地監(jiān)測變電站開關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)防局部放電事故的發(fā)生，本文融合新興智能技術(shù)，進(jìn)行了基于智能監(jiān)測系統(tǒng)的開關(guān)柜安全研究。首先構(gòu)建了智能監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由感知層，數(shù)據(jù)匯聚層以及平臺層構(gòu)成，共同實(shí)現(xiàn)不停電狀態(tài)下的電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測。感知層通過暫態(tài)地電壓、超聲波、特高頻、溫度等智能傳感器監(jiān)測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對開關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)的智能感知；數(shù)據(jù)匯聚層和平臺層通過智能診斷算法、多維度對比分析，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的智能分析、設(shè)備狀態(tài)的智能診斷，實(shí)時掌握運(yùn)行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)缺陷問題，評估推送異常信息及檢修策略建議。最后，具體的實(shí)施方案使得智能監(jiān)測系統(tǒng)得以落地，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時在線的開關(guān)柜智能安全監(jiān)測。