配網(wǎng)成套開關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)研究

王建明

[摘 要] 成套開關(guān)設(shè)備是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備，在電網(wǎng)中起到控制和保護作用，因此確保成套開關(guān)設(shè)備的可靠性運行極為重要。結(jié)合電力系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展需求，借助傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、微電子技術(shù)，針對成套開關(guān)設(shè)備的絕緣特性、溫度特性、機械特性等進行研究，并運用現(xiàn)代計算機算法、模式匹配、專家?guī)斓燃夹g(shù)，實現(xiàn)配電成套開關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。為配網(wǎng)饋線自動化、自愈功能提供設(shè)備狀態(tài)信息，保障配網(wǎng)有效運行，同時能提高配網(wǎng)自動化資產(chǎn)管理水平。

[關(guān) 鍵 詞] 成套開關(guān)；計算機算法；狀態(tài)監(jiān)測

[中圖分類號] TM643 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）18-0132-02

一、引言

近年來，我國電力系統(tǒng)運行環(huán)境日趨復(fù)雜，變電可靠性能要求增加，為了全面滿足人們對電力系統(tǒng)應(yīng)用需求，技術(shù)人員進一步加強了對變電設(shè)備的在線監(jiān)測，監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用以及系統(tǒng)的構(gòu)筑逐步發(fā)展完善。同時，計算機物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式技術(shù)也隨著時代的進步而快速發(fā)展應(yīng)用，在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，這些技術(shù)將其用戶端延伸到任何物品與物品之間，進行信息交換和通信，對相關(guān)數(shù)據(jù)、信號進行處理、采集、傳輸?shù)取?/p>

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測這一新技術(shù)在國外已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，如，風力發(fā)電機齒輪軸承的在線監(jiān)測；大型船舶的發(fā)動機、齒輪、軸承監(jiān)測；特別是在軍事領(lǐng)域，如，GE航空發(fā)動機軸承監(jiān)測，黑鷹直升機發(fā)動機軸承監(jiān)測已成標準配置，并可將報警信息無線傳輸?shù)交亍?/p>

成套開關(guān)設(shè)備是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備，在電網(wǎng)中起到控制和保護作用，因此，確保成套開關(guān)設(shè)備的可靠性運行極為重要。目前實行的定期檢修制度盲目性大，并且容易引入新的故障隱患，降低設(shè)備的可靠性。因此，必須對成套開關(guān)設(shè)備狀態(tài)實行在線檢測，保證整個電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行。

二、配網(wǎng)成套開關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的意義

配網(wǎng)成套開關(guān)設(shè)備對整個電網(wǎng)安全運行而言，其重要性不言而喻，開關(guān)設(shè)備一旦發(fā)生故障，將會直接導(dǎo)致電路斷線或設(shè)備受損，間接危害則是有可能造成大面積停電，損失電量，影響人們正常的生產(chǎn)生活，對供電系統(tǒng)造成不良的社會影響。配網(wǎng)成套開關(guān)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，不但能準確、可靠、實時地監(jiān)測成套開關(guān)設(shè)備的實時運行狀態(tài)參數(shù)，還能對其是否能繼續(xù)安全穩(wěn)定運行做出全面、科學(xué)的判斷，掌握其運行狀況及特性，識別其存在的故障，預(yù)測并及時處理可能發(fā)生的異常問題，真正達到預(yù)防為主的目的。與此同時，由于被檢測設(shè)備能在運行的同時接受測試，增加了設(shè)備的可用時間，在一定程度上減少了運行檢修人員的維護工作量和檢修工作量，增加了設(shè)備的使用周期，減少了保養(yǎng)次數(shù)，提高了設(shè)備的利用率和使用率，增加了經(jīng)濟效益，增強了配網(wǎng)成套開關(guān)設(shè)備的運行安全性。

三、本文研究課題的提出

本文結(jié)合研究課題從電力系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展需求出發(fā)，根據(jù)目前成套開關(guān)設(shè)備檢測量比較單一的實際，借助傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、微電子技術(shù)，并針對成套開關(guān)設(shè)備的絕緣特性、溫升特性、機械特性等進行了研究，從而實現(xiàn)配網(wǎng)成套開關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能數(shù)據(jù)采集分析裝置、狀態(tài)監(jiān)測診斷分析系統(tǒng)。該研究成果具有針對配電成套開關(guān)設(shè)備的機械特性、熱特性、絕緣特性的全量監(jiān)測、分析、診斷功能。系統(tǒng)通過診斷給出配網(wǎng)設(shè)備維修策略，能極大地減輕維護人員的負擔，為配網(wǎng)饋線自動化、自愈功能提供一次設(shè)備狀態(tài)信息，保障配網(wǎng)主站能有效遙控開關(guān)。

本課題把成套開關(guān)監(jiān)測與計算機信息技術(shù)結(jié)合起來，運用模糊數(shù)學(xué)、模式匹配、專家?guī)斓燃夹g(shù)開發(fā)具有實踐應(yīng)用價值的智能在線分析系統(tǒng)，從而改變以往定檢、故障維修的模式，減少停電次數(shù)，提高傳統(tǒng)意義上在線監(jiān)測的準確率和有效率，提高供電可靠性。配網(wǎng)成套開關(guān)在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，使成套開關(guān)設(shè)備運行狀態(tài)得以及時反饋，故障判斷時間和處理時間大大縮短，工作效率和經(jīng)濟效益得以大幅提升。

四、配網(wǎng)成套開關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)架、功能

（一）系統(tǒng)構(gòu)架

本系統(tǒng)需要對配網(wǎng)成套開關(guān)狀態(tài)包括溫度、絕緣、機械等特性進行在線監(jiān)測并分析。監(jiān)測系統(tǒng)主要工作內(nèi)容為：通過采集器采集配電開關(guān)的各項實時運行數(shù)據(jù)，再通過Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器，相關(guān)軟件算法對采集到的數(shù)據(jù)進行讀取和智能分析，找出配電開關(guān)的重要狀態(tài)參數(shù)變化來評價配電開關(guān)設(shè)備的健康狀態(tài)，同時發(fā)布運行狀態(tài)參數(shù)異常的開關(guān)信息，并進行警告提醒運行管理人員注意開關(guān)狀態(tài)，最后通過狀態(tài)監(jiān)測診斷系統(tǒng)綜合分析，給出開關(guān)的檢修計劃，指導(dǎo)檢修人員的具體維修工作。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

從系統(tǒng)架構(gòu)可以看出傳感器網(wǎng)絡(luò)負責采集配電開關(guān)的運行狀態(tài)并預(yù)處理，然后通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給診斷系統(tǒng)，診斷系統(tǒng)對接收到的傳感器數(shù)據(jù)分類后進行處理分析，最后通過前端把數(shù)據(jù)及相應(yīng)警告信息發(fā)送給系統(tǒng)管理員，同時根據(jù)需要自動反饋信息給傳感器網(wǎng)絡(luò)，對相關(guān)配電開關(guān)等進行緊急操作等。

（二）系統(tǒng)組成和功能

1.就地傳感器網(wǎng)絡(luò)

狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)輸入的信號包括電、熱、振動等物理量，各種來源的信號都要通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號。傳感器是監(jiān)測系統(tǒng)的輸入端，直接影響監(jiān)測系統(tǒng)的精度和準確性，也是控制和測量技術(shù)的重點和難點。

2.狀態(tài)信息智能采集分析裝置

裝置獨立配置時，與主站系統(tǒng)有專用的通信網(wǎng)絡(luò)，狀態(tài)信息智能采集分析裝置起到數(shù)據(jù)的上傳下達作用。當借用DTU傳輸通道傳輸數(shù)據(jù)時，為了減輕配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的壓力，狀態(tài)信息智能采集分析裝置就地處理采集的配電成套開關(guān)設(shè)備狀態(tài)信息，給出診斷信息及維修策略的狀態(tài)量，并存儲關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

3.狀態(tài)監(jiān)測與分析系統(tǒng)

為提高監(jiān)測的準確性并提供預(yù)判功能，需要對傳感器網(wǎng)絡(luò)提供的數(shù)據(jù)進行有效的精確處理和分析。狀態(tài)監(jiān)測與分析系統(tǒng)是基于B/S架構(gòu)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)對收集到的傳感器數(shù)據(jù)進行分析，通過三個方面對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析：（1）硬件自身參數(shù)比對；（2）和歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)比對；（3）通過專家?guī)旆治?。最后把分析?shù)據(jù)結(jié)果反饋給系統(tǒng)管理員。系統(tǒng)功能如圖2所示。

五、本系統(tǒng)的創(chuàng)新點

（一）提出新的開關(guān)設(shè)備健康狀態(tài)分析算法

傳統(tǒng)意義上的在線監(jiān)測產(chǎn)品，都是獨立成套的。各種監(jiān)測內(nèi)容，如，機械特性、SF6壓力、局部放電、開關(guān)電損耗等方面，都是獨立配置相應(yīng)的在線監(jiān)測系統(tǒng)，互相之間隔離、關(guān)系割裂。而實際上，開關(guān)是一個有機的整體，電損耗的增大會對SF6壓力、機械特性等造成影響；局部放電的發(fā)生也有可能是多種原因造成的，發(fā)生局放不一定有問題。由此可見，傳統(tǒng)單一的監(jiān)測分析方法不能夠滿足準確分析開關(guān)設(shè)備健康狀態(tài)的要求。本項目將利用專家?guī)?、模式匹配等方法，針對多種健康影響因素的監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立開關(guān)設(shè)備的健康模型，通過大量的實驗結(jié)果，驗證得到針對某型號開關(guān)的健康狀態(tài)分析算法。

（二）基本實現(xiàn)了配網(wǎng)成套開關(guān)全狀態(tài)量監(jiān)測

系統(tǒng)具有智能分析模塊、狀態(tài)監(jiān)測信息診斷系統(tǒng)通過對全狀態(tài)量的分析，能夠提供全方位的診斷，并能夠分析監(jiān)測量之間的影響，獲得更加細致準確的狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果。

參考文獻：

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