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        基于物聯(lián)網(wǎng)的繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與遠(yuǎn)程維護(hù)

        2023-11-03 20:43:56陳嘉薇
        通信電源技術(shù) 2023年16期
        關(guān)鍵詞:繼電保護(hù)遠(yuǎn)程狀態(tài)

        陳嘉薇

        (國網(wǎng)鎮(zhèn)江供電公司,江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

        0 引 言

        在電力系統(tǒng)自動化技術(shù)不斷發(fā)展完善的背景下,具有在線監(jiān)測和遠(yuǎn)程維護(hù)功能的繼電保護(hù)設(shè)備管理平臺受到行業(yè)廣泛關(guān)注。如今,大量無人值守變電站投入使用,其采用集控站的控制模式,實(shí)現(xiàn)調(diào)控一體化。繼電保護(hù)設(shè)備是確保電力系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行的重要設(shè)施。加強(qiáng)繼電保護(hù)設(shè)備的監(jiān)測和運(yùn)維管理,可及時了解繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行狀況(如參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)、性能狀態(tài)等),分析繼電保護(hù)設(shè)備的隱藏故障或未來可能發(fā)生的故障,做到事前分析、事中控制以及事后總結(jié)的全過程管理。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打造繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與遠(yuǎn)程維護(hù)相結(jié)合的系統(tǒng)平臺(以下簡稱繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測維護(hù)系統(tǒng)),加強(qiáng)一次設(shè)備、二次設(shè)備以及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的多方聯(lián)動,切實(shí)保障繼電保護(hù)設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

        1 基于物聯(lián)網(wǎng)的繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        1.1 整體框架設(shè)計(jì)

        在現(xiàn)有繼電保護(hù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,集成傳感器、狀態(tài)監(jiān)測器以及數(shù)字采集單元等,增設(shè)光纜用于各設(shè)備間的信息傳輸,引用智能操作箱實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)?;诖耍O(shè)計(jì)繼電保護(hù)設(shè)備的閉環(huán)在線監(jiān)測框架,并對原有的繼電保護(hù)設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行升級。

        整個系統(tǒng)分為3個層級:一是站控層(控制中心),主要由監(jiān)控主機(jī)和監(jiān)控從機(jī)組成,顯示其他層級的采集信息,具備查詢、設(shè)備調(diào)控、下達(dá)指令、在線檢測以及在線維修等功能;二是間隔層,安裝各種物聯(lián)網(wǎng)的測控裝置,包括傳感器、狀態(tài)監(jiān)測器等部件,主要負(fù)責(zé)采集繼電保護(hù)設(shè)備和線路信息,并將其傳遞給可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)和控制中心;三是過程層,主要包括各類智能終端和二次設(shè)備,通過控制中心下達(dá)操控指令實(shí)現(xiàn)開入開出,保護(hù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全[1]。

        1.2 功能分析

        1.2.1 就地采集模擬量

        利用傳感器和狀態(tài)監(jiān)測器開展數(shù)據(jù)信息采集工作,其中狀態(tài)監(jiān)測器主要負(fù)責(zé)監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行情況,傳感器負(fù)責(zé)監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行環(huán)境質(zhì)量。采集繼電保護(hù)設(shè)備運(yùn)行的電流、電壓以及環(huán)境溫度、濕度等數(shù)據(jù),將采集的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化器。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化器將其統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為PLC系統(tǒng)可識別的數(shù)據(jù),并將轉(zhuǎn)化完畢的數(shù)據(jù)傳輸給PLC系統(tǒng)進(jìn)行分析。繼電保護(hù)設(shè)備與控制中心借助通信接口實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時傳遞??刂浦行哪茏詣由杀O(jiān)測信息報(bào)告,并將其存儲到數(shù)據(jù)庫,作為后續(xù)繼電保護(hù)設(shè)備開展運(yùn)維的數(shù)據(jù)依據(jù)。

        1.2.2 整合處理信息

        PLC系統(tǒng)主要用于數(shù)據(jù)信息的整合處理,通過國際電工委員會(International Electro technical Commission,IEC)協(xié)議與監(jiān)測設(shè)備連接,整合分析采集的信息。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器可以同步轉(zhuǎn)換監(jiān)測設(shè)備采集的數(shù)據(jù)信息,為PLC信息的處理分析提供支撐。此外,整合處理信息有助于分析網(wǎng)絡(luò)故障,記錄故障信息(電流、電壓等信息)和日常運(yùn)行信息。通過對信息的整合處理,即可實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)設(shè)備的統(tǒng)一操作、統(tǒng)一管控[2]。

        1.2.3 檢測評估狀態(tài)

        控制中心的監(jiān)控主機(jī)和從機(jī)均采用高分辨率的發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,LED)顯示器,配備可視化軟件。PLC系統(tǒng)對采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理分析后,將評估結(jié)果傳遞給控制中心,并在主機(jī)上顯示信息數(shù)據(jù)。狀態(tài)監(jiān)測器和視頻傳感器可以將經(jīng)過PLC處理后的保護(hù)元件狀態(tài)信息呈現(xiàn)在顯示屏上,包括各項(xiàng)參數(shù)的運(yùn)行曲線和狀態(tài)圖等,實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時監(jiān)測和評估[3]。在發(fā)現(xiàn)故障或潛在故障時,借助報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出警報(bào),并將故障信息通過顯示器進(jìn)行顯示。管理人員通過顯示器即可直觀看到設(shè)備故障,及時進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)。如果是設(shè)備自身發(fā)生故障(如短路、斷路等),系統(tǒng)會自動開啟保護(hù)裝置。

        1.3 二次系統(tǒng)狀態(tài)評估

        1.3.1 二次系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息

        通過傳感器即可全方位采集電流、電壓、有功以及無功等數(shù)據(jù)信息,并在顯示器上直接呈現(xiàn)。采集的信息通過PLC系統(tǒng)進(jìn)行處理分析,判定二次系統(tǒng)是否存在錯誤運(yùn)行或故障運(yùn)行。此外,系統(tǒng)會自動對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)化處理與存儲,實(shí)現(xiàn)全過程監(jiān)測。通過在各項(xiàng)數(shù)據(jù)分析時設(shè)定權(quán)重值,減少數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理分析對整個系統(tǒng)造成的壓力。權(quán)重值越高,數(shù)據(jù)分析的優(yōu)先級越大。具備高優(yōu)先級的是電能效應(yīng)、供電傳輸,保障對繼電保護(hù)設(shè)備的不間斷監(jiān)測。

        1.3.2 結(jié)合數(shù)據(jù)判定系統(tǒng)狀態(tài)

        為第一時間發(fā)現(xiàn)存在故障的繼電保護(hù)設(shè)備,還要設(shè)定繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)閾值,即運(yùn)行數(shù)據(jù)的上下限。通過對比繼電保護(hù)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)和系統(tǒng)設(shè)定閾值,一旦設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)超出設(shè)定閾值,會自動啟動保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)自我防護(hù),并通過PLC系統(tǒng)分析產(chǎn)生數(shù)據(jù)波動的原因,將分析結(jié)果傳遞給控制中心。工作人員根據(jù)系統(tǒng)所提供的信息,可以選擇線上運(yùn)維或現(xiàn)場運(yùn)維。

        1.3.3 故障狀態(tài)運(yùn)維

        當(dāng)系統(tǒng)檢測到繼電保護(hù)設(shè)備存在運(yùn)行故障時,PLC系統(tǒng)會自動分析產(chǎn)生故障的原因,并將信息傳遞給控制中心??刂浦行脑诳刂婆_通過遠(yuǎn)程操控進(jìn)行運(yùn)維。如果是開關(guān)誤動,通過控制臺即可讓開關(guān)恢復(fù)到正常狀態(tài);如果是繼電保護(hù)設(shè)備損壞,則無法線上解決,可以通過控制臺指揮現(xiàn)場工作人員排除故障。PLC故障分析采用內(nèi)部分析和外部分析相結(jié)合的方法,例如傳感器檢測到設(shè)備局部發(fā)熱嚴(yán)重或運(yùn)行環(huán)境濕度過大時,可以根據(jù)所提供的分析結(jié)果采取針對性檢查,找出問題根源。借助處理分析結(jié)果還可以進(jìn)一步分析繼電保護(hù)設(shè)備的相關(guān)部件是否正常,若部件損壞,應(yīng)及時更換[4]。如果二次系統(tǒng)突發(fā)警報(bào)(如被雷電擊中),系統(tǒng)會自動開啟保護(hù)裝置、切斷系統(tǒng)電源,或者通過操控臺進(jìn)行提示。技術(shù)人員根據(jù)提示及時趕到現(xiàn)場維修,實(shí)現(xiàn)人工切斷。除此之外,系統(tǒng)可以監(jiān)測線路故障。若繼電保護(hù)設(shè)備的線路出現(xiàn)故障,檢測系統(tǒng)會直接向報(bào)警系統(tǒng)和配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)送故障信息,同時嘗試自動排解線路故障,將結(jié)果上傳到控制中心。如果沒有解決,再進(jìn)行人工遠(yuǎn)程維護(hù)。如果依然無法解決,則安排技術(shù)人員現(xiàn)場排除故障。

        2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

        2.1 繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測維護(hù)

        從繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測維護(hù)角度來看,保證信息數(shù)據(jù)的及時性和實(shí)時性尤為重要。借助5G無線射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)和全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System,GPS)識別繼電保護(hù)設(shè)備的身份,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。5G無線射頻識別技術(shù)可以收集整理二次系統(tǒng)運(yùn)行的各項(xiàng)信息,實(shí)現(xiàn)對二次系統(tǒng)運(yùn)行的全過程在線監(jiān)測。借助物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以對信息進(jìn)行快速的采集、傳輸、整理以及存儲,為技術(shù)人員制定運(yùn)維計(jì)劃提供數(shù)據(jù)支持[5]。

        在繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測維護(hù)系統(tǒng)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時采集、處理及分析,可以更有針對性地開展遠(yuǎn)程維護(hù)工作。同時,現(xiàn)場設(shè)備的檢修效率有所提升,降低了技術(shù)人員的工作量,使其可以有更多的精力去研究如何優(yōu)化繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測維護(hù)系統(tǒng),形成良性循環(huán)??梢?,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用除了能夠?qū)崿F(xiàn)繼電保護(hù)設(shè)備的在線狀態(tài)監(jiān)測與遠(yuǎn)程維護(hù),還能有效降低人工成本,提高電力企業(yè)經(jīng)營效益。

        2.2 功能模塊設(shè)計(jì)

        在繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測維護(hù)系統(tǒng)基礎(chǔ)上應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),進(jìn)一步完善系統(tǒng)功能,實(shí)現(xiàn)移動監(jiān)控、設(shè)備定位以及身份識別功能。

        2.2.1 移動終端監(jiān)測模塊

        移動終端監(jiān)測模塊是整個繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測維護(hù)系統(tǒng)的核心模塊之一,在保證在線狀態(tài)監(jiān)測的效率、準(zhǔn)確性以及時效等方面起著重要作用。由于系統(tǒng)增加了無線網(wǎng)絡(luò)模塊,信息的采集、處理(預(yù)處理)以及傳輸均可在傳感器和狀態(tài)監(jiān)測器中完成。數(shù)據(jù)采集可以通過無線網(wǎng)絡(luò)直接傳輸?shù)绞謾C(jī)App,從手機(jī)界面上即可看到繼電保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)[6]。系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫,通過計(jì)算機(jī)主機(jī)或手機(jī)App在數(shù)據(jù)庫中搜索指定的數(shù)據(jù)信息。借助PLC可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時分析、傳遞,同時生成相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)報(bào)告,并將報(bào)告呈現(xiàn)在顯示頁面,存入數(shù)據(jù)庫。

        2.2.2 地理位置定位模塊

        在繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測維護(hù)運(yùn)行中,為確保維護(hù)工作能夠及時展開,需要確定和校對繼電保護(hù)設(shè)備的位置。利用GPS將設(shè)備位置通過無線網(wǎng)傳遞給主機(jī)或手機(jī),一旦繼電保護(hù)設(shè)備出現(xiàn)突發(fā)狀況,技術(shù)人員可第一時間到現(xiàn)場檢修[7]。同時,地理位置定位模塊可在區(qū)域地圖中顯示繼電保護(hù)設(shè)備的分布情況,用于判定繼電保護(hù)設(shè)備布局的合理性,為后續(xù)電力系統(tǒng)的改建提供信息支撐。

        2.2.3 設(shè)備身份識別模塊

        依托設(shè)備身份識別模塊,繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測維護(hù)系統(tǒng)可以快速判定哪個設(shè)備出現(xiàn)故障。整個二次系統(tǒng)中,每個繼電保護(hù)設(shè)備均設(shè)有唯一的身份識別碼和身份識別標(biāo)簽。實(shí)際操作中,技術(shù)人員將設(shè)備標(biāo)簽傳輸給監(jiān)測模塊,使用5G無線射頻識別技術(shù)即可獲取檢測設(shè)備的基礎(chǔ)信息,包括地理位置、運(yùn)行參數(shù)、環(huán)境參數(shù)以及維修歷史數(shù)據(jù)等[8]。與此同時,繼電保護(hù)設(shè)備的身份可以按照用戶需求更改,通過計(jì)算機(jī)控制中心或手機(jī)App登錄繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測維護(hù)系統(tǒng),在設(shè)備監(jiān)測模塊的設(shè)置界面更改設(shè)備編碼或名稱,有效提高設(shè)備查找效率。

        3 結(jié) 論

        為保障電氣系統(tǒng)的安全運(yùn)行,基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)一種繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測維護(hù)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)設(shè)備信息的實(shí)時監(jiān)測,并具備相應(yīng)的遠(yuǎn)程維護(hù)和操控功能。除此之外,增設(shè)移動監(jiān)測、地理位置定位以及設(shè)備身份識別等模塊,有效提升繼電保護(hù)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測維護(hù)系統(tǒng)的性能。

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