10kV配電設(shè)備故障診斷及監(jiān)測系統(tǒng)

國網(wǎng)山東省電力公司菏澤供電公司山東菏澤 朱露益

在實際操作中，10kV 的配電設(shè)備容易受到外部因素的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)故障，并給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來負(fù)面效果。為了確保配電網(wǎng)安全可靠地運(yùn)行，必須采取合理措施進(jìn)行檢修維護(hù)。利用智能電網(wǎng)的核心技術(shù)和設(shè)備，可顯著提升設(shè)備故障的診斷和監(jiān)測效能。因此，應(yīng)結(jié)合具體應(yīng)用場景，構(gòu)建完善的智能監(jiān)控體系，加強(qiáng)對配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實時監(jiān)測。

1 故障診斷及監(jiān)測系統(tǒng)概述

全方位分析10kV 配電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，故障診斷與監(jiān)測系統(tǒng)可以很快地識別輸配電的具體情況，為確保10kV 配網(wǎng)能夠安全可靠地運(yùn)行，我們需要準(zhǔn)確地評估設(shè)備是否有漏電、短路或斷路等問題，并基于這些判斷對設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性作出準(zhǔn)確的評價。

10kV 配電設(shè)備因外界環(huán)境因素的影響，容易出現(xiàn)老化或損壞，這會進(jìn)一步導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作，從而觸發(fā)區(qū)域輸配電系統(tǒng)的中斷。因此，想要提高配網(wǎng)安全水平，必須做好設(shè)備檢修工作。為確保電力供應(yīng)的可靠性和安全性，必須及時獲取配電網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息，并對其進(jìn)行定期檢修和維護(hù)。故障診斷與監(jiān)測系統(tǒng)具備顯著的實用價值，其能為10kV 配電設(shè)備的日常管理工作提供有效的參考依據(jù)。通過建立相應(yīng)的模型和算法實現(xiàn)對故障信息的分析處理功能，包括數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)分析處理模塊，以及圖形顯示模塊[1]。

2 10kV 配電設(shè)備運(yùn)行中常見故障類型及原因分析

2.1 一次設(shè)備故障

我國10kV 配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點多、管理設(shè)備廣、故障頻率高，給我國配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)帶來了很大的困難。在這些電氣設(shè)備中，與一次電氣設(shè)備接觸最多，主要是用來傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)換電能的設(shè)備有開關(guān)設(shè)備、變壓器、輸電線路、無功補(bǔ)償電容、電力電纜等。常見的設(shè)備故障類型包括短路、接地、絕緣、機(jī)械和發(fā)熱等，在眾多故障中，短路是最常見的一種。最容易出現(xiàn)問題的便是一次設(shè)備。導(dǎo)致設(shè)備故障的主要原因是地理環(huán)境和外部的自然環(huán)境因素（例如極端的惡劣天氣條件），但也可能是設(shè)備本身存在的缺陷導(dǎo)致的。

2.2 二次設(shè)備故障

二次設(shè)備的故障是配電自動化系統(tǒng)中的一個輔助電氣設(shè)備，其主要用于監(jiān)測、控制和保護(hù)一次的運(yùn)行，是由控制開關(guān)、電氣儀表、繼電器、自動化控制設(shè)備和控制電纜組合而成的。二次設(shè)備是指能夠完成電力輸送以及能量轉(zhuǎn)換工作，并將電能傳遞至電網(wǎng)其他環(huán)節(jié)的電力設(shè)備或線路[2]。

在此基礎(chǔ)上，還存在著部分由于管理不足、操作不當(dāng)而導(dǎo)致的故障，而相關(guān)人員專業(yè)技術(shù)水平不足、工藝水準(zhǔn)差、巡查防護(hù)不力、責(zé)任心不強(qiáng)等人為因素也是導(dǎo)致設(shè)備故障發(fā)生的部分原因，需要進(jìn)一步關(guān)注并加以改進(jìn)。

3 故障診斷及監(jiān)測系統(tǒng)功能分析

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

在進(jìn)行10kV 配電設(shè)備的故障檢測時，必須依靠前端的數(shù)據(jù)收集和集中式的管理系統(tǒng)，以確保整個系統(tǒng)能夠高效且穩(wěn)定地工作，并建立一個完整的故障診斷框架。

在該系統(tǒng)的操作中，前端數(shù)據(jù)采集工具采納了智能電網(wǎng)的自動化技術(shù)和前沿的智能數(shù)據(jù)收集方法，其可以實時捕捉配電設(shè)備的工作狀態(tài)，并通過通信工具向系統(tǒng)發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生完整且準(zhǔn)確的運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)，為接下來的故障檢測和管理任務(wù)奠定穩(wěn)固的基石。另外，也可以為配網(wǎng)運(yùn)行管理部門制訂專門的方案與對策，以此穩(wěn)步提升配電網(wǎng)管理質(zhì)量與供電的可靠性。可使用智能終端高效化分析并處理數(shù)據(jù)采集與歷史數(shù)據(jù)，其能更好地評估設(shè)備的風(fēng)險隱患與安全問題[3]。

3.2 功能單元

該功能單元由數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)管理單元組成。通過對數(shù)據(jù)的收集與整理，能夠為用戶提供更加全面的信息服務(wù)，同時也提高了供電質(zhì)量。全面化分析數(shù)據(jù)采集單元，以此探索10kV 配電設(shè)備在電流、電壓參數(shù)、振動狀態(tài)、溫度狀態(tài)以及損壞情況等方面的主要特征。

為了可以高效采集現(xiàn)場10kV 配電設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，筆者運(yùn)用FTU 作為前端采集系統(tǒng)，并安裝探傷裝置、紅外檢測與振動檢測。通過與上位機(jī)通訊以及與下位機(jī)軟件通信等方式，使得整個系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性。目前，10kV 智能網(wǎng)的主要發(fā)展方向是通過與柱上開關(guān)聯(lián)合，實現(xiàn)將智能電網(wǎng)控制要求下的故障設(shè)備進(jìn)行及時隔離，以此逐步提升設(shè)備的運(yùn)行管理水平，進(jìn)而保障可以更加全面化地進(jìn)行電力數(shù)據(jù)采集。

4 10kV 配電設(shè)備故障改進(jìn)方法

4.1 全面提升10kV 配電線路的防雷水平

第一，需要全方位地增強(qiáng)10kV 配電線路絕緣子的耐雷能力，主要目標(biāo)是提升針式絕緣子的耐雷性，可選擇質(zhì)量上乘、能源消耗較低且技術(shù)領(lǐng)先的針式絕緣子。第二，在設(shè)計中考慮采用懸掛絕緣導(dǎo)線或架設(shè)架空地線等措施降低桿塔接地電阻和對地電容電流，同時應(yīng)注意防止雷擊跳閘事故發(fā)生。由于懸式絕緣子具有較高的耐雷性，因此可以被視為一個正常的選擇，有助于降低10kV 配電線路的建設(shè)和運(yùn)營成本。第三，線路過電壓保護(hù)器限流元件通過連接金具固定在瓷橫擔(dān)上，引流環(huán)套在橫擔(dān)上，與導(dǎo)線直接形成間隙，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。雷擊時，引流環(huán)與架空線路間的空氣間隙被擊穿，此時過電壓保護(hù)器殘壓被限制在一定范圍，避免絕緣子閃絡(luò)。 第四，應(yīng)當(dāng)安裝具有合適間隔距離的避雷器，并增強(qiáng)對其的保護(hù)措施。第五，需要根據(jù)不同負(fù)荷電流情況選擇合適容量的避雷器[4]。在變壓器的高壓側(cè)和低壓側(cè)都安裝對應(yīng)電壓級別的避雷器，有助于增強(qiáng)10kV 配電線路的雷電防護(hù)能力，并降低由雷擊引發(fā)的故障風(fēng)險。

圖1 線路過電壓保護(hù)器結(jié)構(gòu)圖

4.2 加強(qiáng)人為監(jiān)督管理力度

增強(qiáng)對10kV 配電線路的人為監(jiān)控和管理是主要的策略。在對配電線路實施監(jiān)督時，要注意做好巡視檢查和檢修工作。為確保10kV 的配電線路能夠穩(wěn)定和安全地運(yùn)行，需要安排專人進(jìn)行定期巡查和檢查。發(fā)現(xiàn)問題時應(yīng)該立即予以解決。發(fā)現(xiàn)異物，應(yīng)該經(jīng)迅速地進(jìn)行排查和處理；處理和預(yù)防鳥害的故障都相對具有挑戰(zhàn)性，通常是在檢測到鳥害的情況下進(jìn)行驅(qū)逐；雷擊事故發(fā)生時，要做好防范措施。在設(shè)備損壞或發(fā)生故障的情況下，需要派遣專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊進(jìn)行詳細(xì)的排查和修復(fù)工作，以免給當(dāng)?shù)氐?0kV配電線路帶來不良影響；對于運(yùn)行維護(hù)人員來說，要做好日常巡視工作，及時發(fā)現(xiàn)并消除故障隱患。

4.3 要合理搭配檢修方式

在10kV 配電設(shè)備的大修過程中，技術(shù)檢測方法需要持續(xù)地更新。通過對現(xiàn)有檢修管理模式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，實現(xiàn)“狀態(tài)修”管理理念是當(dāng)前電力企業(yè)發(fā)展的重要趨勢。例如，對原有的維修方式進(jìn)行重組。將變電一次系統(tǒng)與配網(wǎng)管理系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時監(jiān)測。一方面，該系統(tǒng)融合了信息傳輸和數(shù)據(jù)監(jiān)控的先進(jìn)技術(shù)，可以確保變電站內(nèi)的二次設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)能被有效地收集和分析。另一方面，為了降低停電可能導(dǎo)致的負(fù)面影響，需要確保變電站的二次設(shè)備維護(hù)在盡可能短的時間里得以完成。

4.4 加強(qiáng)變電保護(hù)動作

10kV 配電設(shè)備由于設(shè)置保護(hù)不合理還會導(dǎo)致變電開關(guān)跳閘?？赏ㄟ^加裝開關(guān)來保護(hù)變電工作時間以達(dá)到防止或提高變電開關(guān)跳閘。

4.5 對絕緣子的檢查與更新

瓷器或絕緣子問題都可能引起短路，需采取正確處理措施。一是更換有問題或放電嚴(yán)重絕緣子時如出現(xiàn)問題，應(yīng)由安裝人員拆除更新。二是設(shè)備需經(jīng)常大修保養(yǎng)，防止故障發(fā)生，降低因故障造成的損失。此外新建立的線路應(yīng)強(qiáng)化絕緣子的應(yīng)用。

4.6 安裝優(yōu)化避雷設(shè)備

當(dāng)對10kV 的配電設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模維修時，必須嚴(yán)格按照相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來操作，并特別關(guān)注配電設(shè)備兩側(cè)的開關(guān)位置。在進(jìn)行檢修時，要對電力設(shè)備本身進(jìn)行仔細(xì)檢查，同時還要確保其符合相應(yīng)的安全要求和質(zhì)量條件。在進(jìn)行電力操作時，必須高度重視隔離開關(guān)的側(cè)面部分。為了保證供電安全和可靠性，需要加強(qiáng)對電力設(shè)備的維護(hù)力度。在進(jìn)行防御設(shè)備的安裝時，必須嚴(yán)格按照既定的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)來操作，并在此基礎(chǔ)上對電力設(shè)施進(jìn)行全面檢查。就檢修工作而言，必須注意避免發(fā)生雷擊事故。未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的避雷設(shè)備應(yīng)當(dāng)迅速進(jìn)行完善或者升級改造。就配電線路和高壓配電裝置而言，都需要做好防雷擊措施。在進(jìn)行防雷電阻的測試時，還需要根據(jù)相關(guān)的檢測準(zhǔn)則，確保其數(shù)值不超過10Ω。當(dāng)線路遭受雷擊時，會導(dǎo)致局部停電甚至是斷路的情況出現(xiàn)，從而給人們生活帶來不便[5]。

4.7 建議應(yīng)用5G 檢修機(jī)器人進(jìn)行配電檢修

配備了機(jī)械臂膀的5G 檢修機(jī)器人，在配電室DTU 柜門打開后，綠色的“掃描儀”能夠迅速地檢測和識別柜內(nèi)裝置面板燈的當(dāng)前狀態(tài),并進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。隨后，機(jī)器人會伸出儀器臂，準(zhǔn)確按下設(shè)備面板上的按鈕，進(jìn)行告警記錄查詢，從而實現(xiàn)設(shè)備的重新啟動或光纖的通斷測量。該巡檢系統(tǒng)可在無人值守情況下實現(xiàn)故障檢測與維修功能，具有智能化程度高、運(yùn)行安全可靠等特點。這項實用新技術(shù)描述了一個5G 型的智能圖像檢測和自動維修機(jī)器人。其解決了目前電力系統(tǒng)巡檢存在的效率低下以及不能實時掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀況等問題，具有高效可靠、智能化程度高和操作方便靈活等特點。

5G 型智能檢修機(jī)器人已經(jīng)擁有了超過十種的操作功能，包括對設(shè)備進(jìn)行定點巡查、操作設(shè)備面板、替換出現(xiàn)故障的附件、重新啟動設(shè)備，以及對開關(guān)進(jìn)行分合閘操作等。本裝置采用紅外遙控技術(shù)，利用單片機(jī)對開關(guān)柜中各種電氣設(shè)備及相關(guān)部件信息進(jìn)行實時監(jiān)測，并根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)通過繼電器實現(xiàn)自動化控制。這項實用新技術(shù)成功克服了配電室低壓側(cè)開關(guān)不能進(jìn)行遠(yuǎn)程操控和自動化設(shè)備無人維修的難題。

5 10kV 配電設(shè)備故障診斷及監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

5.1 快速隔離處理

根據(jù)10kV 配電設(shè)備的故障診斷系統(tǒng)所提供的各類數(shù)據(jù)，可以迅速確定故障位置，并利用GIS、GPRS 等先進(jìn)技術(shù)對故障區(qū)域進(jìn)行精確定位，進(jìn)行后續(xù)的故障處理和維護(hù)工作。本文通過建立數(shù)據(jù)庫來管理和存儲相關(guān)的數(shù)據(jù)資料，一旦獲取到所需數(shù)據(jù)，即可直接在接口上調(diào)用這些數(shù)據(jù)，或者直接觀察和展示10kV 配電設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。這樣可以及時地了解設(shè)備運(yùn)行情況及相關(guān)參數(shù)變化情況。

5.2 配合維修作業(yè)

對于10kV 配電設(shè)備的故障診斷系統(tǒng)，筆者在巡查過程中特別關(guān)注了容易出現(xiàn)故障的部分和設(shè)備。如果設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)故障，建議每天檢查一次，以確認(rèn)設(shè)備線路是否存在二次故障的風(fēng)險；如果發(fā)現(xiàn)問題則要立即停機(jī)并及時更換新部件，否則應(yīng)采取必要措施防止事故擴(kuò)大和蔓延。對于那些不常出現(xiàn)故障的區(qū)域，可以定期進(jìn)行大規(guī)模的檢查。例如，在年終和月末的維修工作中，可以將這些區(qū)域納入巡檢范圍，并每年或每月進(jìn)行一次全面檢查，同時及時排除任何安全隱患。

6 結(jié)語

當(dāng)前，依賴自動化設(shè)備的智能配電網(wǎng)絡(luò)已嶄露頭角，成為輸配電領(lǐng)域的一種創(chuàng)新架構(gòu)。該體系以分布式監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了對配電網(wǎng)絡(luò)各環(huán)節(jié)的實時數(shù)據(jù)采集與分析處理，并在此基礎(chǔ)上完成配電網(wǎng)運(yùn)行管理、故障預(yù)警及輔助決策功能。該系統(tǒng)具備在線監(jiān)測、遠(yuǎn)程調(diào)整以及自我保護(hù)模塊和設(shè)備等多種手段，能夠?qū)ο到y(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行快速而準(zhǔn)確的監(jiān)控，并據(jù)此進(jìn)行科學(xué)而高效的輸配電調(diào)度，進(jìn)而從根本上提升電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。隨著電力市場改革的不斷深入，智能配電網(wǎng)建設(shè)已成為電力行業(yè)發(fā)展中一項重要課題。