關(guān)于基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開關(guān)柜狀的狀態(tài)感知技術(shù)

李金良 徐路強(qiáng) 趙普志 張小軍 劉剛 馬捍超

摘要：本文在認(rèn)真分析開關(guān)柜缺陷、故障特點(diǎn)基礎(chǔ)上，采用物聯(lián)網(wǎng)思維和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以開關(guān)柜為對象，通過加裝觸頭測溫、超聲波局部放電、暫態(tài)低電壓局部放電、特高頻局部放電和SF6微水（充SF6氣體）等5類智能傳感器，以標(biāo)準(zhǔn)化信息技術(shù)為支撐，構(gòu)建“無源無線智能感知、標(biāo)準(zhǔn)化信息傳輸、智能化信息計(jì)算、智能主動(dòng)信息應(yīng)用”的基于基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開關(guān)柜狀態(tài)智能監(jiān)測體系。

關(guān)鍵詞：開關(guān)柜，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，狀態(tài)感知，監(jiān)測，

1.引言

國網(wǎng)公司2019年兩會(huì)，提出了“三型兩網(wǎng)、世界一流”戰(zhàn)略目標(biāo)，特別是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)概念提出，獲得了廣泛關(guān)注。2015年以來，國網(wǎng)公司開展基于不停電檢測技術(shù)的開關(guān)柜狀態(tài)檢修，通過巡視、帶電檢測、在線監(jiān)測、停電試驗(yàn)等技術(shù)手段，評(píng)估開關(guān)柜狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)檢修，減少開關(guān)柜停電時(shí)間、建設(shè)開關(guān)柜故障，取得了顯著成效。

本文基于物聯(lián)網(wǎng)思維、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能感知技術(shù)，結(jié)合開關(guān)柜運(yùn)維實(shí)際情況，提出了開關(guān)柜狀態(tài)感知的技術(shù)思路、智能監(jiān)測傳感器和相關(guān)節(jié)點(diǎn)的配置策略、邊緣計(jì)算、監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸及統(tǒng)計(jì)分析、與運(yùn)檢實(shí)際相結(jié)合的策略。

2.開關(guān)柜缺陷故障及檢測情況

10kV、35kV開關(guān)柜由高壓斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、互感器以及控制、測量、保護(hù)、調(diào)節(jié)等裝置組成，其中的各個(gè)環(huán)節(jié)都可能因缺陷而發(fā)生故障，造成開關(guān)柜整體性能缺失。常見故障主要為斷路器機(jī)構(gòu)故障、開關(guān)柜發(fā)熱故障及操作卡阻故障。

目前，開關(guān)柜開展的帶電檢測項(xiàng)目有超聲波局部放電檢測、暫態(tài)地電壓檢測，部分開關(guān)柜可開展特高頻局部放電檢測。分合閘線圈電流電壓檢測等新技術(shù)手段尚存在技術(shù)難點(diǎn)和應(yīng)用瓶頸，難以被廣泛推廣應(yīng)用。最為常用且成熟的紅外檢測手段因開關(guān)柜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而不能被應(yīng)用。

國網(wǎng)公司《基于不停電檢測的開關(guān)柜狀態(tài)檢修工作指導(dǎo)意見》，指出開關(guān)柜設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)導(dǎo)則中現(xiàn)有69個(gè)狀態(tài)量，根據(jù)各狀態(tài)量對應(yīng)的缺陷檢出率結(jié)果和對設(shè)備狀態(tài)影響的程度，并結(jié)合國網(wǎng)公司設(shè)備運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，選擇20個(gè)關(guān)鍵狀態(tài)量，作為運(yùn)檢重點(diǎn)內(nèi)容，其中1項(xiàng)為巡檢;3項(xiàng)為例行試驗(yàn)，均為帶電檢測項(xiàng)目;其余16項(xiàng)均為診斷性試驗(yàn)。

其中，檢出發(fā)熱類缺陷可通過成熟可靠的接觸式測溫來實(shí)現(xiàn)，檢出局方類缺陷可通過較為成熟的超聲波局部放電監(jiān)測裝置、暫態(tài)地電壓監(jiān)測裝置、特高頻局部放電監(jiān)測裝置實(shí)現(xiàn)，檢出SF6斷路器氣體類缺陷可通過成熟可靠的SF6微水監(jiān)測裝置實(shí)現(xiàn)。其余檢出缺陷相關(guān)監(jiān)測技術(shù)尚未成熟。

3.泛在電力物聯(lián)網(wǎng)簡介

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層構(gòu)成，其中，感知層與電網(wǎng)設(shè)備直接關(guān)聯(lián)，是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的末端和基礎(chǔ)。如果把泛在電力物聯(lián)網(wǎng)看作人的神經(jīng)系統(tǒng)，感知裝置就好比是一個(gè)個(gè)神經(jīng)元。智能感知裝置是感知層的核心。

4.開關(guān)柜狀的狀態(tài)感知解決方案。

4.1無源無線智能感知傳感器

每臺(tái)開關(guān)柜加裝觸頭測溫、超聲波局部放電、暫態(tài)低電壓局部放電、特高頻局部放電和SF6微水（充SF6氣體）等5類傳感器。傳感器應(yīng)具備以下基本功能：在傳感器供電方面，5類傳感器可通過傳感器自身攜帶電池或溫差、電壓、電流等取電方式供電，不允許通過外接電源線供電;在傳感器數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)面，5類傳感器數(shù)據(jù)傳輸通過無線傳輸，不允許通過有線方式傳輸;5類傳感器優(yōu)先選用微功耗（微瓦級(jí)別）傳感器，其次為低功耗傳感器（毫瓦級(jí)別）;5類傳感器應(yīng)具備監(jiān)測數(shù)據(jù)閾值比較、是否上傳、數(shù)據(jù)初步預(yù)警等初步邊緣計(jì)算功能，同時(shí)應(yīng)具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能（可存儲(chǔ)10年以上數(shù)據(jù)）;5類傳感器具備遠(yuǎn)程設(shè)置數(shù)據(jù)采集頻率、數(shù)據(jù)調(diào)用上傳、傳感器校準(zhǔn)等功能;5類傳感器數(shù)據(jù)傳輸符合國網(wǎng)公司安全加密要求，所有數(shù)據(jù)只允許傳至公司內(nèi)網(wǎng)主站;5類傳感器應(yīng)小型化，不影響設(shè)備電氣性能或設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行;5類傳感器安裝方式首選不停電安裝。每臺(tái)開關(guān)柜觸頭測溫傳感器測點(diǎn)不少于6個(gè)，超聲波局部放電傳感器、暫態(tài)地電壓局部放電傳感器、特高頻局部放電傳感器、SF6微水傳感器不少于1個(gè)，鼓勵(lì)各傳感器集成融合，但不應(yīng)互相干擾。

4.2標(biāo)準(zhǔn)化信息傳輸

通過在變電站合理布局匯聚節(jié)點(diǎn)、接入節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)傳感器采集數(shù)據(jù)、匯聚節(jié)點(diǎn)匯聚傳感器數(shù)據(jù)、接入節(jié)點(diǎn)匯聚匯聚節(jié)點(diǎn)傳感器、接入節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)接入內(nèi)網(wǎng)的數(shù)據(jù)雙向流通。

嚴(yán)格按照國網(wǎng)公司輸變電互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)方案規(guī)定的無源無線數(shù)據(jù)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)傳感器到匯聚節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸;通過無線信息專網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)匯聚節(jié)點(diǎn)到接入節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸;按照國網(wǎng)公司信息要求，通過窄帶物聯(lián)網(wǎng)或有線方式，實(shí)現(xiàn)接入節(jié)點(diǎn)到信息內(nèi)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸。其中，匯聚節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)有效距離不少于30米、接入傳感器不少于30個(gè)，接入節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)有效距離不少于300米、接入?yún)R聚節(jié)點(diǎn)不少于300個(gè);匯聚節(jié)點(diǎn)和接入節(jié)點(diǎn)通訊類型應(yīng)至少包括LoRa、窄帶物聯(lián)網(wǎng)、WiFi、61850等國網(wǎng)公司通用常用類型，可接入其他公司數(shù)據(jù)，不具備排他性。

4.3智能化信息計(jì)算

指在感知層和應(yīng)用層的相關(guān)傳感器、匯聚節(jié)點(diǎn)、接入節(jié)點(diǎn)搭載邊緣計(jì)算能力，在后臺(tái)具備大數(shù)據(jù)分析能力。

在5類傳感器方面，傳感器本身搭載邊緣計(jì)算能力，具備監(jiān)測數(shù)據(jù)閾值計(jì)算、較長時(shí)間（例如1個(gè)月）段內(nèi)數(shù)據(jù)趨勢計(jì)算、自校準(zhǔn)計(jì)算、數(shù)據(jù)上傳計(jì)算，對于監(jiān)測數(shù)據(jù)超過閾值（可遠(yuǎn)程設(shè)置）、增長率超過閾值（可遠(yuǎn)程設(shè)置）數(shù)據(jù)及時(shí)上傳，對監(jiān)測數(shù)據(jù)是否誤報(bào)警進(jìn)行計(jì)算分析并將誤報(bào)警數(shù)據(jù)上傳，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)值、增長率、誤報(bào)警情況，科學(xué)合理調(diào)整的數(shù)據(jù)采集頻率、上傳頻率。在匯聚節(jié)點(diǎn)方面，匯聚節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對接入傳感器上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行相間計(jì)算、長周期增長率計(jì)算、數(shù)據(jù)調(diào)用技術(shù)、傳感器裝置校準(zhǔn)計(jì)算等功能。在接入節(jié)點(diǎn)方面，接入節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對各傳感器上傳數(shù)據(jù)的各設(shè)備間同相計(jì)算、數(shù)據(jù)診斷分析計(jì)算，接入節(jié)點(diǎn)可自動(dòng)調(diào)用PMS2.0等系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備帶電檢測數(shù)據(jù)、停電試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)備負(fù)荷、環(huán)境等信息，對數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷分析，做出設(shè)備是否存在疑似潛在缺陷或未來發(fā)生疑似潛在缺陷的概率，并將診斷分析結(jié)果上傳至網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

4.4智能主動(dòng)信息應(yīng)用

在應(yīng)用分析方面，建設(shè)開關(guān)柜狀態(tài)檢修微應(yīng)用，具備開關(guān)柜數(shù)據(jù)綜合診斷分析計(jì)算、數(shù)據(jù)展示、異常數(shù)據(jù)智能主動(dòng)以短信等方式推動(dòng)至相關(guān)運(yùn)維檢修人員。

5.參考文獻(xiàn)

《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》（Q/GDW1168-2013）

《基于不停電檢測的開關(guān)柜狀態(tài)檢修工作指導(dǎo)意見》（運(yùn)檢技術(shù)〔2015〕166號(hào)）