论10kV高压开关柜智能化在线监测系统

论10kV高压开关柜智能化在线监测系统

发表时间：2019-08-30T16:42:11.807Z 来源：《基层建设》2019年第16期作者：詹松茂[导读] 摘要：本文主要对10kV高压开关柜智能化在线监测系统进行分析。

广东正超电气有限公司 515000摘要：本文主要对10kV高压开关柜智能化在线监测系统进行分析。高压开关柜是电力系统中不可缺少的重要设备，承担正常线路的投入、退出以及故障线路的切除，对电网和负荷的安全、稳定运行起着控制和保护双重作用，其状态的好坏直接影响着电力系统的可靠运行。

关键词：高压开关柜；在线监测；系统；内容引言

随着变电站综合自动化和配电自动化的迅速发展，电力系统自动化程度越来越高，相应地对各种输变电和配电设备提出了更高的要求。在电力系统中起着控制和保护等重要作用的高压开关柜首当其冲，不仅要求运行中的高压开关柜要有高度的可靠性，而且还要监视其自身的运行状态。对反映其性能的运行参数实施在线监测，是保证高压开关柜本体运行可靠性的关键。

一、10kV高压开关柜智能化在线监测系统的目标

随着电力系统自动化的迅速发展和供电可靠性要求的日益提高，特别是目前电力部门正大力推行的变电站综合自动化，对高压开关柜的可靠性提出了更高的要求。为了适应这种要求，构建高压开关柜在线监测系统的根本任务是了解和掌握开关柜的主体断路器的运行状态，为断路器的故障诊断、性能评估、合理使用和安全工作提供信息和准备基础数据。因此，高压开关柜在线监测系统应实现以下几个基本目标：

（1）建立高压开关柜在线监测系统，对能反映开关柜本体运行状态的有关参量进行长期连续的监测。

（2）监测系统的投入和使用不应改变和影响开关柜原有的性能及其可靠性。

（3）监测系统应能对开关柜的有关运行参量进行显示和记录。

（4）应用各种数据处理和信号分析方法，综合考虑各种因素，如运行历史，环境因素等，能对开关柜运行状态的相关数据进行分析处理。

（5）采用计算机技术、传感器技术、电磁兼容技术，使现场监测单元的运行有足够的可靠性，具有较好的抗干扰能力和必要的监测灵敏度。

（6）具备一定的通信能力，能满足综合自动化和无人值守变电站的需求。

（7）具有自检和报警功能。

（8）具有很好的可行性和较好的技术经济指标。

二、10k V高压开关柜智能化在线监测系统的监测内容

对高压开关柜状态进行在线监测，应根据其工作原理及主要故障形式并结合当前的技术水平和产品成本等因素综合考虑监测参数。当前普遍认为应监测以下几项：（1）柜内断路器操作次数统计—监测断路器是否达到规定机械寿命次数或达到需要进行维修的次数。

（2）开断电流的累计—间接监测断路器灭弧触头（包括灭弧介质）烧损状况是否达到制造厂规定值。

（3）与分、合闸线圈有关的项目：线圈回路—监测控制回路是否完好，有无断线；线圈电流—监测电磁铁及所控制的锁闩或阀门以及连锁触头在操作过程中的工作情况；线圈电压—监测控制回路与电压是否正常。

（4）分、合闸时间—监测分、合闸过程的时间。

（5）断路器动触头行程—监测分、合闸过程的动触头行程-时间曲线。

（6）断路器动触头速度—监测断路器动触头运动速度，包括速度曲线，刚分、合速度、平均速度、最大速度。

（7）断路器动作过程中的机械振动—监测机械部分的卡涩、机构运动零件脱落，缓冲器性能，运行过程中有无非正常碰撞等。

（8）合闸弹簧状态—监测弹簧机构的弹簧压缩状态。

（9）导电接触部位温度—监测发热程度。

（10）绝缘状态，如介损、局放、漏电流等指标——监测开关柜的绝缘状况。

（11）真空断路器的真空度——监测灭弧室内的真空度，判断真空断路器的可靠性。

三、10k V高压开关柜智能化在线监测系统的结构设计

1. 嵌入式系统

嵌入式计算机系统是以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中，是以应用为中心、以计算机技术为基础、软、硬件可裁剪、适应应用系统对功能可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它的最大优势是传感器信号的本地数字化，避免了模拟信号的远距离传输，从而大大提高了系统的抗干扰能力和实用性。依据嵌入式系统的构成原则，对于实际变电站中的多台开关柜，采用嵌入式的高压开关柜分布式在线监测系统，其结构如图1所示。

分布式监测系统的基本思想是模拟信号就地采集，就地处理，把模拟信号转变为数字信号通过总线形式传输。彻底杜绝了被测信号的长距离传输的衰减问题及地电位冲击问题，同时也有效的减少了信号传输过程中的干扰。分布式监测系统符合模块化开发，系统总体集成的思想，各模块之间通用性强，互换方便。

2.DSP的系统主控单元

近二十年来，DSP控制器的性能得到了很大的改善，软件和开发工具也得到相应的发展，价格却大幅度下降，从而得到越来越广泛的应用。DSP采样频率较高，采用改进型哈佛结构，内核有硬件乘法器，故其在实现复杂算法的数据处理以及多通道采集上有较大的优势，而且目前有些DSP也集成了很多的外设，具有一部分MCU的控制功能。对于实现10k V高压开关柜智能化在线监测系统的可靠性高、计算量大、处理速度快、抗干扰能力强、实时性好、体积小、成本低、开发周期短的要求，基于DSP的主控单元监测系统有较大的优势。

3.CAN总线的远程通信

（1）具有多机主动上传功能本文所设计的现场监测单元必须能够实时地把监测到的数据上传给PC机，以便进行更高一级的故障判断或预警，因此这就要求系统的远程通信具有主动上传功能。如果多台开关柜在线监测系统同时监测到故障，则不可避免的会造成总线冲突，从而导致总线阻塞，因此，远程通信方式不仅可以主动上传，而且要求多机同时上传时，不会造成总线冲突。

（2）能够上传大量数据对于某些通过观察波形能获得更多有用信息，同时也需进行多次测量值的对比的监测值，尽管数据量很大，也需要上传给上位机，这就要求系统的远程通信能够把大量的数据上传给PC机。

（3）比较高的可靠性和优良的电磁兼容抗干扰能力变电站内的设备是连续行的，数据通信网络也必须连续运行。另外，变电站是一个具有强电磁干扰的环境，存在电源、跳闸等强电磁干扰源，由于总线要延伸到室外设备现场，数据通信网络必须能适应这种强干扰环境。

（4）具有良好的开放性和可扩展性有时变电站的一次设备会增加和改变，监测系统应能只做很小的变动甚至不作改动就可适应一次系统的变动。

（5）能够方便的接入变电站综合自动化系统开关柜智能化在线监测系统如果孤立的存在不能最大化的发挥其效用。通过简单的接口，把它集成到变电站综合自动化系统中，能够更好的提高电力系统的自动化水平。

结束语

综上所述，10k V高压开关柜智能化在线监测系统实时性好、体积小、成本低、可靠性高，具有测量、控制、显示、记录及通信等功能。此类智能化在线监测系统配合微机保护、控制构成的智能化高压开关柜，是目前电工制造行业特别是开关柜制造厂开发研制新产品的方向，具有重大的社会意义和广阔的应用前景。

参考文献：

[1]苑舜.高压开关设备状态监测与诊断技术.北京：机械工业出版社，2001.59-77

[2]郎福成.真空断路器机械特性在线监测：[硕士学位论文].沈阳：沈阳工业大学，2005

[3]常广，王毅.高压断路器机械状态在线监测装置的研究.高压电器，2003.39（2）：44-46