10 kV開關(guān)站智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用研究

史志紅

（中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司，北京 100120）

1 10 kV開關(guān)站管理面臨的問題

目前開關(guān)站的發(fā)展仍不完善，雖然在一定程度上保證了用戶需要的可靠性，但存在的問題對人們生活的影響不可忽視。對于不同的環(huán)境或不同的居住地段，用戶的平均用電量是不同的。在分配電力時(shí)，因?yàn)殡y以預(yù)測不同用戶所需電量的多少，所以可能造成需求量小的用戶分配到過量的電，而需求大的用戶反而分配不足，造成用戶用電體驗(yàn)差而產(chǎn)生不滿。

突然的斷電，俗稱“跳閘”，往往會(huì)造成許多損失，而且修復(fù)過程耗時(shí)較長，可能會(huì)加大停電過程對用戶的影響，帶來更大的損失。此外，開關(guān)站往往所處地理位置偏僻，造成相關(guān)人員在檢查開關(guān)站設(shè)備和性能參數(shù)的過程中勘查難度大，不能及時(shí)檢查而出現(xiàn)線路損壞和設(shè)備漏電等事故[1]。

2 智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于開關(guān)站的意義

針對10 kV開關(guān)站管理存在的問題，通過建立開關(guān)站監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化管理開關(guān)站，實(shí)時(shí)掌握開關(guān)站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)開關(guān)站設(shè)備運(yùn)行中存在的線路短路和跳閘等問題，降低因開關(guān)站工作不正常造成的用戶經(jīng)濟(jì)損失和人身傷害等。此外，通過在開關(guān)站中引入智能監(jiān)控系統(tǒng)，能降低開關(guān)站的運(yùn)維工作量，提高開關(guān)站的數(shù)字化和智能化管理水平，提升電網(wǎng)企業(yè)的管理效能。

3 10 kV開關(guān)站智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能

10 kV開關(guān)站智能監(jiān)控系統(tǒng)由設(shè)備層、通信層以及控制層組成。

3.1 設(shè)備層及其功能

設(shè)備層主要是各開關(guān)站的數(shù)字化設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)站各類設(shè)備狀態(tài)信息的遠(yuǎn)傳、測量、監(jiān)控以及遠(yuǎn)程操作等。通過數(shù)據(jù)分析將重要告警和狀態(tài)變化及時(shí)通知給配網(wǎng)運(yùn)維檢修人員。同時(shí)，借助開關(guān)站智能控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)設(shè)備的操作和管理。智能開關(guān)站設(shè)備層主要包括門禁系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)、水侵系統(tǒng)以及SF6監(jiān)測系統(tǒng)等。

3.1.1 門禁系統(tǒng)

智能開關(guān)站門禁系統(tǒng)主要為智能門鎖和門禁聯(lián)動(dòng)設(shè)備。經(jīng)智能門鎖認(rèn)證后開啟防盜門，從而有效阻止未經(jīng)授權(quán)進(jìn)入智能開關(guān)站的情況，并詳細(xì)記錄智能開關(guān)站的進(jìn)入情況，實(shí)現(xiàn)安全管理智能開關(guān)站的出入。

3.1.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)控智能開關(guān)站內(nèi)環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行狀況以及站外周邊環(huán)境，滿足開關(guān)站的安全運(yùn)行管理要求。為滿足全方位監(jiān)控要求，可配置帶云臺或可選擇的高清攝像頭。

3.1.3 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)

智能開關(guān)站內(nèi)電氣設(shè)備對環(huán)境溫濕度要求較高，溫度過高可能會(huì)引起電氣元件老化和失效，甚至引發(fā)漏電事故。借助溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)注開關(guān)站內(nèi)溫濕度變化，有利于提前預(yù)防和發(fā)現(xiàn)開關(guān)站設(shè)備故障，確保智能開關(guān)站可靠穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在開關(guān)站的關(guān)鍵部位需設(shè)置溫濕度傳感器，以實(shí)時(shí)監(jiān)測開關(guān)站內(nèi)部的溫濕度情況。

3.1.4 風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)

為應(yīng)對部分高溫高濕天氣情況，保證智能開關(guān)站內(nèi)設(shè)備的運(yùn)用工況，在開關(guān)站內(nèi)設(shè)置排風(fēng)扇自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過定時(shí)控制和遠(yuǎn)傳控制等方式，實(shí)現(xiàn)對智能開關(guān)站內(nèi)溫濕度的精確控制。

3.1.5 水浸控制系統(tǒng)

連續(xù)降雨或排水不暢時(shí)，智能開關(guān)站內(nèi)的電纜溝可能出現(xiàn)積水，從而引發(fā)安全隱患。通過在智能開關(guān)站內(nèi)設(shè)置水浸監(jiān)控裝置，配合水泵抽水系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行，可有效解決和預(yù)防電纜溝積水問題，維持良好的開關(guān)站運(yùn)行環(huán)境。

3.1.6 SF6監(jiān)測系統(tǒng)

SF6是智能開關(guān)站內(nèi)常見的絕緣介質(zhì)。SF6發(fā)生泄漏將影響開關(guān)站電氣柜的絕緣性能，由此引發(fā)重大設(shè)備事故。通過在開關(guān)站內(nèi)設(shè)置SF6監(jiān)測探頭，遠(yuǎn)傳相關(guān)數(shù)據(jù)，可提高智能開關(guān)站的安全性和可靠性。

3.2 智能開關(guān)站的通信層

通信層主要包括連接開關(guān)站與控制中心的光纜和交換設(shè)備等。為防止開關(guān)站設(shè)備受電磁信號干擾，系統(tǒng)設(shè)備的通信連接采用雙線路光纜，并按不同的電壓等級和電氣單元?jiǎng)澐譄醾渫ㄐ啪€路和路徑，以降低不同等級設(shè)備通信線路故障對其他線路智能化控制的影響。當(dāng)一路通信鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，另一路通信鏈路自動(dòng)尋徑并恢復(fù)通信，從而滿足開關(guān)站的實(shí)時(shí)通信和控制要求。

3.3 智能開關(guān)站控制層

控制層由上位機(jī)和遠(yuǎn)動(dòng)控制設(shè)備組成，主要實(shí)現(xiàn)讀取開關(guān)站設(shè)備的狀態(tài)信息和下達(dá)操作指令等。智能開關(guān)站電氣設(shè)備除遠(yuǎn)程控制和環(huán)境監(jiān)測外，還配備“五防”安全功能模塊，能實(shí)現(xiàn)以下功能。

第一，人機(jī)仿真界面。在上位機(jī)上設(shè)置人性化的人機(jī)仿真界面，完成10 kV開關(guān)站模擬故障動(dòng)作、操作、傳輸、閉鎖以及仿真等功能，并采用軟件系統(tǒng)鑰匙替代傳統(tǒng)意義上的解鎖和命令傳達(dá)，通過程序?qū)崿F(xiàn)各操作指令的聯(lián)鎖和閉鎖。

第二，設(shè)置專家干預(yù)功能。為滿足開關(guān)站設(shè)備更新和監(jiān)控系統(tǒng)更新等拓展性要求，設(shè)置專家干預(yù)功能。不僅能實(shí)現(xiàn)程序自動(dòng)運(yùn)行和系統(tǒng)操作模擬等功能，而且能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能更新后的指導(dǎo)、模擬操作以及功能說明等。

第三，工位校核功能。為保證10 kV開關(guān)站智能監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定，降低錯(cuò)誤操作對開關(guān)站工作狀態(tài)的影響，將“五防”安全功能模塊按操作人員權(quán)限與系統(tǒng)工作狀態(tài)結(jié)合，通過對比工位操作指令和專家數(shù)據(jù)庫中的建議操作，檢查操作的正確性，同時(shí)對錯(cuò)誤操作發(fā)出相應(yīng)告警，并給出正確的操作指令，以杜絕發(fā)生各種錯(cuò)誤操作，實(shí)現(xiàn)更好的培訓(xùn)和管理工作。

第四，記錄正確操作。通過程序設(shè)定，10 kV開關(guān)站智能監(jiān)控系統(tǒng)可以記錄和存儲正確的操作指令，以供學(xué)習(xí)和參考。

第五，閉鎖操作。針對操作人員的錯(cuò)誤操作，10 kV開關(guān)站智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠強(qiáng)制閉鎖，語音提示操作人員正確操作，并記錄操作起止時(shí)間、未完成的違規(guī)操作以及錯(cuò)誤操作等，可及時(shí)追查、備份或輸出報(bào)表，大大提高了運(yùn)行管理的效率。

4 10 kV開關(guān)站智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)用戶用電安全

智能監(jiān)控系統(tǒng)目前在我國的應(yīng)用范圍廣泛，主要工作包括判斷用戶的用電安全和智能化的分配電力。通過線性分析各區(qū)域用戶的用電量，準(zhǔn)確判斷每個(gè)區(qū)域用戶的用電能力和用電頻率，可以實(shí)時(shí)判斷電網(wǎng)的負(fù)荷壓力，對合理配置電力具有關(guān)鍵性作用。另外，智能監(jiān)控系統(tǒng)可以用于研究環(huán)境監(jiān)控和監(jiān)控電纜溫度。通過各種傳感器收集環(huán)境中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，再通過無線傳輸將數(shù)據(jù)輸送到智能監(jiān)控系統(tǒng)，由人工進(jìn)行自主分析，確定上限和下限閾值，一旦環(huán)境參數(shù)超過了相應(yīng)的閾值，智能監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)電力的智能化管控[2]。

例如，智能監(jiān)控系統(tǒng)可以連接到10 kV開關(guān)站的監(jiān)控室，并從大數(shù)據(jù)中提取用戶的用電量，然后在計(jì)算機(jī)的幫助下進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并繪制表格，做出相應(yīng)的用戶用電量折線圖。通過折線圖，相關(guān)人員可以清晰找到用電量最大和最小部分。不難發(fā)現(xiàn)，用戶所繳電費(fèi)與分配的電量有一定的線性關(guān)系?？梢姡ㄟ^智能化監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行電力的合理分配，可保障用戶用電的安全合理。

4.2 智能監(jiān)控系統(tǒng)反映線路問題

用戶對用電可靠性的要求在不斷提高。越來越多的開關(guān)站被建立在原線路上，10 kV開關(guān)站就是代表。開關(guān)站的建立雖然解決了用戶的很多問題，但是由于開關(guān)站發(fā)展不完善也會(huì)造成很多問題。例如，突然跳閘往往會(huì)影響一個(gè)街道或一個(gè)單元，而“越級跳閘”事故發(fā)生在開關(guān)站的出線線路得到保護(hù)后。造成“越級跳閘”的原因可能是用戶在用電時(shí)用電功率超出額定值，造成電路短路或斷路，直接影響開關(guān)站一部分的線路總閘，造成多用戶在用電時(shí)出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，因此需要配電終端的保護(hù)與解決。傳統(tǒng)配電終端的設(shè)計(jì)多是“連串”方式，加大了終端的建設(shè)難度。所以，將智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于開關(guān)站，不僅有助于發(fā)現(xiàn)并解決線路問題，也會(huì)大大減低建設(shè)難度。

出現(xiàn)“跳閘”時(shí)，10 kV開關(guān)站的智能配電終端檢測出事故線路后，需快速切斷這條線路與總線路的連接。切斷后，智能監(jiān)控系統(tǒng)的終端針對不同的情況快速做出修補(bǔ)。例如：斷路情況下，適當(dāng)加條串聯(lián)線路；短路情況下，分析出短路線路后，調(diào)控有關(guān)電路。在短路線路的具體判斷過程中，操作人員可根據(jù)智能監(jiān)控系統(tǒng)測定各電路電壓，通過判斷電壓數(shù)值確定短路情況。例如，某電路兩端電壓數(shù)值為零，則表明線路兩端的電勢差為零，即該段電路由于某些原因出現(xiàn)了短路，需要及時(shí)修復(fù)?？梢圆捎秒娏σ鞯姆绞角袛喽搪凡糠值碾娏鬏斎?，在合理的范圍內(nèi)增大其他電路的電流輸送，保證輸電系統(tǒng)的安全。此外，還應(yīng)該及時(shí)派專人進(jìn)行短路線路的更換與維修，更換完成后利用智能監(jiān)控系統(tǒng)再次測定該段電路的電壓，從而確保維修的有效性。

4.3 智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)勘察

因?yàn)殚_關(guān)站的體積和危害程度較大，所以往往會(huì)建立在人煙稀少的郊外。為滿足大多數(shù)人的用電需求，需要每個(gè)開關(guān)站都控制一部分的用戶線路，且不可忽略它們的間隔。在勘察過程中，除了開關(guān)站間的距離遠(yuǎn)之外，相關(guān)人員查看開關(guān)站內(nèi)數(shù)據(jù)的過程也有難度。因?yàn)殚_關(guān)站的相關(guān)設(shè)備復(fù)雜，控制室和分配室等都需要人員進(jìn)行安全性勘察，所以工作人員的任務(wù)繁重，且工作難度較大。一些線路問題，機(jī)器的檢查往往比人更加準(zhǔn)確。所以，為減輕任務(wù)量，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可運(yùn)用智能監(jiān)控系統(tǒng)對開關(guān)站進(jìn)行線上偵查[3]。

運(yùn)用智能監(jiān)控系統(tǒng)對10 kV開關(guān)站進(jìn)行線上勘察，當(dāng)反映有故障卻一時(shí)找不到時(shí)，智能監(jiān)控系控運(yùn)用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析能力，可在很短的時(shí)間內(nèi)找出故障所在的設(shè)備。找到故障后，先分析故障，然后以不同的命令解決不同的故障。除了在事故發(fā)生時(shí)進(jìn)行勘察之外，還需要時(shí)時(shí)分析開關(guān)站的數(shù)據(jù)。10 kV開關(guān)站屬于高壓類型，需要避免設(shè)備漏電和短路等情況。

5 結(jié) 論

10 kV開關(guān)站的運(yùn)行情況直接影響用戶的生活，所以開關(guān)站的正常運(yùn)行和便捷操作至關(guān)重要。智能監(jiān)控系統(tǒng)能對開關(guān)站的運(yùn)行、維修以及勘察等起到強(qiáng)化作用，不僅能提高安全性，還能保證用戶所要求的可靠性。