配网成套开关设备状态监测系统研究

王建明

[摘 要] 成套开关设备是电力系统中重要的电气设备，在电网中起到控制和保护作用，因此确保成套开关设备的可靠性运行极为重要。结合电力系统现状和发展需求，借助传感器技术、计算机技术、信息技术、微电子技术，针对成套开关设备的绝缘特性、温度特性、机械特性等进行研究，并运用现代计算机算法、模式匹配、专家库等技术，实现配电成套开关设备状态监测系统。为配网馈线自动化、自愈功能提供设备状态信息，保障配网有效运行，同时能提高配网自动化资产管理水平。

[关 键 词] 成套开关；计算机算法；状态监测

[中图分类号] TM643 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2018）18-0132-02

一、引言

近年来，我国电力系统运行环境日趋复杂，变电可靠性能要求增加，为了全面满足人们对电力系统应用需求，技术人员进一步加强了对变电设备的在线监测，监测技术的应用以及系统的构筑逐步发展完善。同时，计算机物联网和嵌入式技术也随着时代的进步而快速发展应用，在互联网的基础上，这些技术将其用户端延伸到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，对相关数据、信号进行处理、采集、传输等。

基于物联网技术的设备状态在线监测这一新技术在国外已经得到广泛应用，如，风力发电机齿轮轴承的在线监测；大型船舶的发动机、齿轮、轴承监测；特别是在军事领域，如，GE航空发动机轴承监测，黑鹰直升机发动机轴承监测已成标准配置，并可将报警信息无线传输到基地。

成套开关设备是电力系统中重要的电气设备，在电网中起到控制和保护作用，因此，确保成套开关设备的可靠性运行极为重要。目前实行的定期检修制度盲目性大，并且容易引入新的故障隐患，降低设备的可靠性。因此，必须对成套开关设备状态实行在线检测，保证整个电力系统安全稳定地运行。

二、配网成套开关设备状态监测的意义

配网成套开关设备对整个电网安全运行而言，其重要性不言而喻，开关设备一旦发生故障，将会直接导致电路断线或设备受损，间接危害则是有可能造成大面积停电，损失电量，影响人们正常的生产生活，对供电系统造成不良的社会影响。配网成套开关设备状态在线监测系统，不但能准确、可靠、实时地监测成套开关设备的实时运行状态参数，还能对其是否能继续安全稳定运行做出全面、科学的判断，掌握其运行状况及特性，识别其存在的故障，预测并及时处理可能发生的异常问题，真正达到预防为主的目的。与此同时，由于被检测设备能在运行的同时接受测试，增加了设备的可用时间，在一定程度上减少了运行检修人员的维护工作量和检修工作量，增加了设备的使用周期，减少了保养次数，提高了设备的利用率和使用率，增加了经济效益，增强了配网成套开关设备的运行安全性。

三、本文研究课题的提出

本文结合研究课题从电力系统现状和发展需求出发，根据目前成套开关设备检测量比较单一的实际，借助传感器技术、计算机技术、信息技术、微电子技术，并针对成套开关设备的绝缘特性、温升特性、机械特性等进行了研究，从而实现配网成套开关设备状态监测系统，该系统包含传感器网络、智能数据采集分析装置、狀态监测诊断分析系统。该研究成果具有针对配电成套开关设备的机械特性、热特性、绝缘特性的全量监测、分析、诊断功能。系统通过诊断给出配网设备维修策略，能极大地减轻维护人员的负担，为配网馈线自动化、自愈功能提供一次设备状态信息，保障配网主站能有效遥控开关。

本课题把成套开关监测与计算机信息技术结合起来，运用模糊数学、模式匹配、专家库等技术开发具有实践应用价值的智能在线分析系统，从而改变以往定检、故障维修的模式，减少停电次数，提高传统意义上在线监测的准确率和有效率，提高供电可靠性。配网成套开关在线监测系统的研究和应用，使成套开关设备运行状态得以及时反馈，故障判断时间和处理时间大大缩短，工作效率和经济效益得以大幅提升。

四、配网成套开关设备状态监测系统构架、功能

（一）系统构架

本系统需要对配网成套开关状态包括温度、绝缘、机械等特性进行在线监测并分析。监测系统主要工作内容为：通过采集器采集配电开关的各项实时运行数据，再通过Internet网络传输到服务器，相关软件算法对采集到的数据进行读取和智能分析，找出配电开关的重要状态参数变化来评价配电开关设备的健康状态，同时发布运行状态参数异常的开关信息，并进行警告提醒运行管理人员注意开关状态，最后通过状态监测诊断系统综合分析，给出开关的检修计划，指导检修人员的具体维修工作。系统架构如图1所示。

从系统架构可以看出传感器网络负责采集配电开关的运行状态并预处理，然后通过网络传输给诊断系统，诊断系统对接收到的传感器数据分类后进行处理分析，最后通过前端把数据及相应警告信息发送给系统管理员，同时根据需要自动反馈信息给传感器网络，对相关配电开关等进行紧急操作等。

（二）系统组成和功能

1.就地传感器网络

状态监测系统输入的信号包括电、热、振动等物理量，各种来源的信号都要通过传感器转换为电信号。传感器是监测系统的输入端，直接影响监测系统的精度和准确性，也是控制和测量技术的重点和难点。

2.状态信息智能采集分析装置

装置独立配置时，与主站系统有专用的通信网络，状态信息智能采集分析装置起到数据的上传下达作用。当借用DTU传输通道传输数据时，为了减轻配网自动化系统的压力，状态信息智能采集分析装置就地处理采集的配电成套开关设备状态信息，给出诊断信息及维修策略的状态量，并存储关键数据。

3.状态监测与分析系统

为提高监测的准确性并提供预判功能，需要对传感器网络提供的数据进行有效的精确处理和分析。状态监测与分析系统是基于B/S架构的系统，该系统对收集到的传感器数据进行分析，通过三个方面对监测数据进行分析：（1）硬件自身参数比对；（2）和历史状态数据比对；（3）通过专家库分析。最后把分析数据结果反馈给系统管理员。系统功能如图2所示。

五、本系统的创新点

（一）提出新的开关设备健康状态分析算法

传统意义上的在线监测产品，都是独立成套的。各种监测内容，如，机械特性、SF6压力、局部放电、开关电损耗等方面，都是独立配置相应的在线监测系统，互相之间隔离、关系割裂。而实际上，开关是一个有机的整体，电损耗的增大会对SF6压力、机械特性等造成影响；局部放电的发生也有可能是多种原因造成的，发生局放不一定有问题。由此可见，传统单一的监测分析方法不能够满足准确分析开关设备健康状态的要求。本项目将利用专家库、模式匹配等方法，针对多种健康影响因素的监测数据，建立开关设备的健康模型，通过大量的实验结果，验证得到针对某型号开关的健康状态分析算法。

（二）基本实现了配网成套开关全状态量监测

系统具有智能分析模块、状态监测信息诊断系统通过对全状态量的分析，能够提供全方位的诊断，并能够分析监测量之间的影响，获得更加细致准确的状态监测结果。

参考文献：

[1]章健军，成浩，谢伟红.变电站设备状态在线监测网络的研究[J].低压电器，2013（11）.

[2]王贤广.电力系统变电设备在线监测系统应用[J].科技致富向导，2013（6）.

[3]王坤.物联网技术信息化应用[J].煤炭技术，2012，31（3）.

[4]姜艳芬.计算机物联网的应用研究[J].煤炭技术，2013（2）.