淺議智能化高壓開關(guān)柜監(jiān)控與故障診斷技術(shù)

樓靜

摘 要：智能高壓開關(guān)柜作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，其在控制和保護電力設(shè)備中發(fā)揮著重要作用。由于傳統(tǒng)高壓開關(guān)柜具有功能單一，需要人工巡檢，電流測量技術(shù)精度低、頻帶窄，與數(shù)字微機接口不兼容等缺點，其已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代智能電網(wǎng)的發(fā)展要求，目前就迫切需要智能化高壓開關(guān)柜，因此該文就對智能化高壓開關(guān)柜進行結(jié)構(gòu)、功能及數(shù)據(jù)融和技術(shù)在其故障診斷中的應(yīng)用等方面的研究，以期提供參考。

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜 智能化 電磁兼容 監(jiān)控系統(tǒng) 故障診斷

中圖分類號：TM595 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）01（c）-0019-02

1 緒論

1.1 高壓開關(guān)柜基本類型及結(jié)構(gòu)

在目前的市場中，高壓開關(guān)柜主要分成固定式和手車式。采用了防止電氣誤操作的閉鎖裝置（防止誤分、誤合斷路器；防止帶負荷拉、合隔離開關(guān)；防止帶電掛接地線；防止帶接地線合隔離開關(guān)；防止人員誤入帶電間隔）的高壓開關(guān)柜基本上都是固定式的。其構(gòu)造主要有母線、母線隔離開關(guān)、少油斷路器、電流互感器、線路隔離開關(guān)、電纜及操動機構(gòu)等組成。

手車式高壓開關(guān)柜主要特點是在拉出和推入開關(guān)柜的手車上裝有高壓斷路器，且可以隨時對其進行維修，如果有同類用手車推入，就可以進行供電。

1.2 智能化高壓開關(guān)柜的思路

隨著配電網(wǎng)系統(tǒng)的迅速發(fā)展和供電穩(wěn)定性日益提高，人們對開關(guān)柜的要求提高的很快，特別是當其自動化系統(tǒng)變成無人值班時，就需要對開關(guān)及開關(guān)柜運行監(jiān)測必須到位，為了使監(jiān)測更有效率，就需要采用一種傳統(tǒng)的開關(guān)柜與電子技術(shù)相結(jié)合的智能化開關(guān)柜。這種智能化開關(guān)柜主要有兩方面的作用：（1）滿足傳統(tǒng)開關(guān)柜的基本功能要求；（2）要有自檢、自控和自我診斷的新功能，以滿足配電網(wǎng)綜合自化的需要。

2 高壓開關(guān)柜監(jiān)控設(shè)計方案

2.1 高壓開關(guān)柜功能

通過對其相應(yīng)項目的需要和工作環(huán)境的分析，高壓開關(guān)柜功能主要有以下的功能。

（1）對母線電壓、電流、有功功率、無功功率、電網(wǎng)頻率、功率因數(shù)、電能等進行在線測量；對斷路器、隔離開關(guān)也同時進行在線檢測；對高壓開關(guān)柜進行控制，促使真空斷路器既可以有合閘也可以有分閘的功能。（2）具有進行語音報警和故障診斷的功能。（3）具有母線溫度、濕度、真空度測量的功能。（4）具有記憶故障的功能。（5）具有數(shù)據(jù)通信的功能。（6）具有微機“五防”閉鎖控制的功能。

2.2 變電所監(jiān)控系統(tǒng)

變電所監(jiān)控系統(tǒng)主要有兩方面組成，具體如下。

（1）現(xiàn)場總線控制技術(shù)：從工藝層發(fā)展到工藝設(shè)備現(xiàn)場的技術(shù)就是現(xiàn)場總線技術(shù)〔3C技術(shù)（Computer， Control， Communication）〕，把其和傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng)DCS技術(shù)進行比較，可以得出其主要優(yōu)點有：①通信全數(shù)字化；②互操作性和互用性功能強；③分散比較全面；④開放性很好；⑤具有一對N結(jié)構(gòu)。（2）變電所監(jiān)控系統(tǒng)組成：此系統(tǒng)主要由以下3部分組成：①對現(xiàn)場設(shè)備進行間隔層測控、對智能裝置進行“一體化”保護；②對智能通訊接口進行監(jiān)控；③對主機等設(shè)備進行監(jiān)控。

3 數(shù)據(jù)融和技術(shù)在智能化高壓開關(guān)柜故障診斷中的應(yīng)用

由于數(shù)據(jù)融和技術(shù)具有提高系統(tǒng)的可靠性和魯棒性、擴展時間和空間上的觀測范圍、增強數(shù)據(jù)的可信度及增強系統(tǒng)的分辨能力等優(yōu)點，故其在智能化開關(guān)故障診斷后運用非常廣泛。

3.1 數(shù)據(jù)融合技術(shù)

（1）數(shù)據(jù)融合定義：一方面其可以充分利用不同時間和空間的信息資源，另一方面也可以利用計算機技術(shù)對多傳感器信息進行分析觀測研究，進一步對需要測量的對象進行一致性方面的描述，從而確定其所需要的決策和估計任務(wù)，進而使系統(tǒng)具有更加優(yōu)越的性能。（2）數(shù)據(jù)融合原理：基本原理就是對多傳感器資源進行完全充分的利用，在通過對合理支配和使用傳感器用來觀測信息，按照一定準則對多傳感器在空間或時間上的冗余或互補信息進行不同的組合，從而獲得需要測量的對象進行一致性方面的描述。（3）多傳感器融合的層次：其主要有數(shù)據(jù)層、特征層、決策層。（4）數(shù)據(jù)融合過程：過程主要包括多傳感器（信號獲?。?、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)融合中心（特征提取、數(shù)據(jù)融合計算）和結(jié)果輸出等環(huán)節(jié)。（5）數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：主要有串行、并行、串并行混合和網(wǎng)絡(luò)型4種形式。

3.2 基于數(shù)據(jù)融和技術(shù)的故障診斷的實現(xiàn)

3.2.1 層次診斷原理

由于被診斷對象具有層次方面的特性，故可以對被診斷對象的結(jié)構(gòu)、功能及故障進行分解。高壓開關(guān)柜的故障診斷主要在機械和電氣方面表現(xiàn)的較多。因此，該論文采用的主要方法為故障分解方法。

3.2.2 診斷過程

在該論文中，選用電壓傳感器、電流傳感器、母線溫度傳感器、斷路器位置傳感器、漏電傳感器、介質(zhì)損耗傳感器監(jiān)測高壓開關(guān)柜狀態(tài)。

4 抗干擾技術(shù)

4.1 電磁干擾和電磁兼容術(shù)語

電磁干擾由于受外部干擾源的影響，其可以產(chǎn)生干擾源，并進一步對有用信號進行大面積的損壞。

通過電磁干擾所發(fā)出的電磁能，其在傳輸至敏感設(shè)備的過程中受到經(jīng)某種傳播途徑的影響，而敏感設(shè)備又進一步做出一定形式的“響應(yīng)”，并達到干擾的“效果”，產(chǎn)生這個作用及其結(jié)果，就被稱為電磁干擾效應(yīng)。如果結(jié)果達到十分嚴重的程度，就會導(dǎo)致設(shè)備或系統(tǒng)失靈，從而致使嚴重故障或事故的發(fā)生，這種現(xiàn)象就被稱為電磁兼容性故障。

4.2 電磁干擾概述

4.2.1 電磁干擾的分類

通過對電磁干擾進行分析，發(fā)現(xiàn)其分類的形式很多，但其主要有以下幾種形式。（1）按照傳播途徑可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾等兩種形式。（2）按照干擾源的性質(zhì)可分為自然干擾和人為干擾等兩種形式。（3）按照頻帶可分為窄帶干擾和寬帶干擾等兩種形式。

4.2.2 電磁干擾的三要素

通過分析研究，基本上所有的電磁干擾都是由三個要素結(jié)合而成。其三個基本要素主要是：（1）電磁干擾源；（2）對該干擾能量敏感的接收器；（3）將電磁干擾源傳輸?shù)浇邮掌鞯拿浇椋▊鬏斖ǖ溃?/p>

4.3 抑制電磁干擾的措施

通過對抗干擾措施什么分析研究，為了有效提高抗電磁干擾的能力，需要針對不同問題采取各種不同的措施來處理，具體如下。

（1）濾波技術(shù)：采用濾波器等介質(zhì)，這樣就可以過濾掉高頻信號，從而保證低頻信號可以通過。（2）屏蔽技術(shù)：采用抑制電磁噪聲傳播的空間（即通過采用切斷輻射電磁噪聲的傳播途徑的方式）。（3）系統(tǒng)的電源：采用提高電源系統(tǒng)的供電質(zhì)量的方法，來最大可能地保證單片機可以安全可靠的運行。（4）印刷電路板抗干擾：通過對電源線和地線阻抗噪聲、電源的布置方式進行控制來加以處理。（5）其它抗干擾措施：主要可以有光電隔離、繼電器隔離和信號線間竄擾等其他措施加以控制處理。（6）軟件抗干擾措施：這種方法主要是在系統(tǒng)受到干擾的情況下，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運行，或者通過去偽求真的方法來防止信號受干擾。

5 結(jié)語

通過對智能化高壓開關(guān)柜監(jiān)控系統(tǒng)和故障診斷技術(shù)進行了深入的分析和研究。得出來的結(jié)論很多，主要有以下結(jié)論。

（1）通過采用微機“五防”閉鎖控制等裝置來替代原先的機械“五防”、電氣“五防”，這樣做的目的，一方面，保證了用電操作和供電的安全性，另一方面也可以控制人身觸電身亡和設(shè)備損害等事故的發(fā)生。

（2）通過采用數(shù)據(jù)融和技術(shù)來處理高壓開關(guān)柜的電氣故障，可以使保證故障處理的可靠性和實時性。

（3）通過在硬件和軟件設(shè)計等方面來采取措施從而達到抑制電磁干擾和傳導(dǎo)干擾的效果。

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