一二次深度融合自感知開關(guān)柜監(jiān)控保護(hù)單元研究

郭亞楠 蔣成博 王紅慶 徐子炎 楊 賀 楊龍武

（平高集團(tuán)有限公司，河南 平頂山 467000）

0 引言

隨著國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)的建設(shè)水平不斷提高，越來(lái)越多的高壓開關(guān)柜及其控制設(shè)備被應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。開關(guān)柜作為電力系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的電力設(shè)備，其對(duì)提高配電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的智能化、準(zhǔn)確化、實(shí)時(shí)性起到關(guān)鍵作用［1］。隨著智能電網(wǎng)的提出，物聯(lián)網(wǎng)及傳感器技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)開關(guān)柜一二次設(shè)備融合提出更高的要求，對(duì)提高電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行和開關(guān)柜的自動(dòng)化程度具有重要意義［2-3］。

隨著開關(guān)柜一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的深度融合，一二次系統(tǒng)的界限逐漸被弱化。采用最新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和高精度傳感器，讓開關(guān)柜變得更加可靠、經(jīng)濟(jì)、靈巧。且在一二次系統(tǒng)深度融合后，可將目前占地面積較大的開關(guān)柜小型化，支持多類型即插即用的模塊和標(biāo)準(zhǔn)化接口，與開關(guān)柜進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，并為后期設(shè)備調(diào)試和檢修減少一定的工作量，為設(shè)備的聯(lián)動(dòng)測(cè)試帶來(lái)便利，有助于提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平［4-5］。

1 開關(guān)柜控制器功能需求

一二次融合自感知開關(guān)柜是由多個(gè)元器件組成的封閉體。因此，其采集的項(xiàng)目和特征量包括位置參數(shù)、斷路器、負(fù)荷開關(guān)、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、斷路器氣室SF6氣壓報(bào)警等［6-7］，具體監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及狀態(tài)參數(shù)見表1。一二次融合自感知開關(guān)柜包括以下三種功能。①一二次融合自感知開關(guān)柜能接收到智能終端的指令，并按照就地操作的指令，在基于聯(lián)鎖和順序控制程序要求的邏輯判斷，對(duì)開關(guān)元件、可移開部件進(jìn)行分、合操作控制，或在出現(xiàn)異常狀況時(shí)能控制停止操作，并發(fā)出告警信息。②一二次融合自感知開關(guān)柜控制器的校驗(yàn)功能用于檢驗(yàn)電動(dòng)執(zhí)行單元的驅(qū)動(dòng)元件不同位置信號(hào)的關(guān)聯(lián)正確性。③一二次融合自感知開關(guān)柜控制器具有顯示可移開部件和開關(guān)元件的位置或狀態(tài)的功能，且具備自檢測(cè)的功能。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目表

2 狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

一二次融合自感知開關(guān)柜在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用高精度的傳感器，用開關(guān)柜的狀態(tài)來(lái)實(shí)時(shí)反映開關(guān)柜的運(yùn)行情況，并將得到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳到智能終端，智能終端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并對(duì)開關(guān)柜的運(yùn)行趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)判。不僅為開關(guān)柜的運(yùn)維檢修提供依據(jù)，還為電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行提供強(qiáng)有力的保障。

狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖1 所示，每種狀態(tài)監(jiān)測(cè)都根據(jù)不同的特性來(lái)配備不同產(chǎn)品的狀態(tài)監(jiān)測(cè)元件。其中，斷路器的機(jī)械特性、SF6狀態(tài)、主回路溫度、環(huán)境溫濕度、隔離帶電監(jiān)測(cè)都能通過(guò)信號(hào)采集回路單元后傳送給智能終端，其余的主開關(guān)元件狀態(tài)、接地開關(guān)狀態(tài)等的狀態(tài)監(jiān)測(cè)直接上傳到智能終端。

圖1 狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

3 物聯(lián)終端

一二次融合自感知開關(guān)柜終端能接收到各個(gè)數(shù)據(jù)采集處理單元采集到的傳感器狀態(tài)信號(hào)，以及其他單元數(shù)據(jù)與狀態(tài)的評(píng)估結(jié)果，并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合性分析。按照監(jiān)測(cè)內(nèi)容規(guī)定的統(tǒng)一格式將操作次數(shù)、操作時(shí)間、設(shè)備唯一標(biāo)識(shí)等數(shù)據(jù)向站控層報(bào)送，對(duì)監(jiān)測(cè)到的異常告警信息采用實(shí)時(shí)報(bào)送的方式向站控層進(jìn)行報(bào)送，對(duì)故障電流、電壓波形和邏輯開關(guān)信號(hào)，物聯(lián)終端應(yīng)保存一定數(shù)量的故障數(shù)據(jù)。為開關(guān)柜在日后進(jìn)行故障分析提供了強(qiáng)有力的支持，監(jiān)測(cè)開關(guān)柜的故障智能終端監(jiān)測(cè)內(nèi)容及數(shù)據(jù)的統(tǒng)一格式示例見表2。

表2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及數(shù)據(jù)統(tǒng)一格式示例

4 自感知開關(guān)柜智能化運(yùn)檢

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司《變電檢修通用管理規(guī)定》（第5 分冊(cè)）開關(guān)柜檢修細(xì)則中的有關(guān)規(guī)定，開關(guān)柜的檢修主要包括四項(xiàng)檢修，即整體性、局部性、例行及不停電狀態(tài)下的檢修。檢修的元器件主要為斷路器、互感器、避雷器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)等附屬設(shè)備。開關(guān)柜的運(yùn)維包括外觀檢查、表計(jì)抄錄檢查及專項(xiàng)檢查，外觀檢查可通過(guò)觀察遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析展示平臺(tái)，通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)來(lái)接收各類傳感器實(shí)時(shí)采集到的開關(guān)柜穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)和暫態(tài)數(shù)據(jù)，具體運(yùn)維檢查項(xiàng)目見表3。

表3 運(yùn)維檢測(cè)內(nèi)容

開關(guān)柜一次系統(tǒng)與二次系統(tǒng)的深度融合，使得開關(guān)柜的二次系統(tǒng)可在一次系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)做出準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的故障判斷，并給出相應(yīng)的故障切除動(dòng)作。相比于傳統(tǒng)的開關(guān)柜，一二次深度融合的開關(guān)柜在故障定位、故障檢測(cè)和故障切除方面具有傳統(tǒng)開關(guān)柜無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，二次系統(tǒng)具有先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理能力，能支撐未來(lái)電力系統(tǒng)對(duì)大量數(shù)據(jù)處理的需求。一二次深度融合自感知開關(guān)柜不僅為電力系統(tǒng)的運(yùn)維帶來(lái)便捷，還能體現(xiàn)電網(wǎng)的智能化，從而提高實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)的處理水平。

5 結(jié)語(yǔ)

本研究對(duì)一二次深度融合自感知開關(guān)柜的監(jiān)測(cè)保護(hù)單元進(jìn)行研究。首先介紹了深度融合自感知開關(guān)柜的功能需求、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及信號(hào)來(lái)源，然后對(duì)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及開關(guān)柜的智能終端監(jiān)測(cè)內(nèi)容的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明和分析，最后對(duì)開關(guān)柜的智能運(yùn)檢內(nèi)容進(jìn)行描述。通過(guò)對(duì)一二次深度融合自感知開關(guān)柜監(jiān)測(cè)保護(hù)項(xiàng)目的研究，為接下來(lái)開關(guān)柜監(jiān)測(cè)保護(hù)單元的設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的解決思路與參考。