10 kV开关站智能监控系统应用研究

史志红

（中煤科工集团北京华宇工程有限公司，北京 100120）

1 10 kV开关站管理面临的问题

目前开关站的发展仍不完善，虽然在一定程度上保证了用户需要的可靠性，但存在的问题对人们生活的影响不可忽视。对于不同的环境或不同的居住地段，用户的平均用电量是不同的。在分配电力时，因为难以预测不同用户所需电量的多少，所以可能造成需求量小的用户分配到过量的电，而需求大的用户反而分配不足，造成用户用电体验差而产生不满。

突然的断电，俗称“跳闸”，往往会造成许多损失，而且修复过程耗时较长，可能会加大停电过程对用户的影响，带来更大的损失。此外，开关站往往所处地理位置偏僻，造成相关人员在检查开关站设备和性能参数的过程中勘查难度大，不能及时检查而出现线路损坏和设备漏电等事故[1]。

2 智能监控系统应用于开关站的意义

针对10 kV开关站管理存在的问题，通过建立开关站监控系统能实现精准化管理开关站，实时掌握开关站设备的运行状态，及时发现开关站设备运行中存在的线路短路和跳闸等问题，降低因开关站工作不正常造成的用户经济损失和人身伤害等。此外，通过在开关站中引入智能监控系统，能降低开关站的运维工作量，提高开关站的数字化和智能化管理水平，提升电网企业的管理效能。

3 10 kV开关站智能监控系统设计及功能

10 kV开关站智能监控系统由设备层、通信层以及控制层组成。

3.1 设备层及其功能

设备层主要是各开关站的数字化设备，可以实现开关站各类设备状态信息的远传、测量、监控以及远程操作等。通过数据分析将重要告警和状态变化及时通知给配网运维检修人员。同时，借助开关站智能控制设备实现设备的操作和管理。智能开关站设备层主要包括门禁系统、视频监控系统、温湿度监控系统、风机控制系统、水侵系统以及SF6监测系统等。

3.1.1 门禁系统

智能开关站门禁系统主要为智能门锁和门禁联动设备。经智能门锁认证后开启防盗门，从而有效阻止未经授权进入智能开关站的情况，并详细记录智能开关站的进入情况，实现安全管理智能开关站的出入。

3.1.2 视频监控系统

视频监控系统负责实时监控智能开关站内环境、设备运行状况以及站外周边环境，满足开关站的安全运行管理要求。为满足全方位监控要求，可配置带云台或可选择的高清摄像头。

3.1.3 温湿度监控系统

智能开关站内电气设备对环境温湿度要求较高，温度过高可能会引起电气元件老化和失效，甚至引发漏电事故。借助温湿度监控系统关注开关站内温湿度变化，有利于提前预防和发现开关站设备故障，确保智能开关站可靠稳定运行。因此，在开关站的关键部位需设置温湿度传感器，以实时监测开关站内部的温湿度情况。

3.1.4 风机控制系统

为应对部分高温高湿天气情况，保证智能开关站内设备的运用工况，在开关站内设置排风扇自动控制系统，通过定时控制和远传控制等方式，实现对智能开关站内温湿度的精确控制。

3.1.5 水浸控制系统

连续降雨或排水不畅时，智能开关站内的电缆沟可能出现积水，从而引发安全隐患。通过在智能开关站内设置水浸监控装置，配合水泵抽水系统自动化运行，可有效解决和预防电缆沟积水问题，维持良好的开关站运行环境。

3.1.6 SF6监测系统

SF6是智能开关站内常见的绝缘介质。SF6发生泄漏将影响开关站电气柜的绝缘性能，由此引发重大设备事故。通过在开关站内设置SF6监测探头，远传相关数据，可提高智能开关站的安全性和可靠性。

3.2 智能开关站的通信层

通信层主要包括连接开关站与控制中心的光缆和交换设备等。为防止开关站设备受电磁信号干扰，系统设备的通信连接采用双线路光缆，并按不同的电压等级和电气单元划分热备通信线路和路径，以降低不同等级设备通信线路故障对其他线路智能化控制的影响。当一路通信链路出现故障时，另一路通信链路自动寻径并恢复通信，从而满足开关站的实时通信和控制要求。

3.3 智能开关站控制层

控制层由上位机和远动控制设备组成，主要实现读取开关站设备的状态信息和下达操作指令等。智能开关站电气设备除远程控制和环境监测外，还配备“五防”安全功能模块，能实现以下功能。

第一，人机仿真界面。在上位机上设置人性化的人机仿真界面，完成10 kV开关站模拟故障动作、操作、传输、闭锁以及仿真等功能，并采用软件系统钥匙替代传统意义上的解锁和命令传达，通过程序实现各操作指令的联锁和闭锁。

第二，设置专家干预功能。为满足开关站设备更新和监控系统更新等拓展性要求，设置专家干预功能。不仅能实现程序自动运行和系统操作模拟等功能，而且能实现系统功能更新后的指导、模拟操作以及功能说明等。

第三，工位校核功能。为保证10 kV开关站智能监控系统运行的安全稳定，降低错误操作对开关站工作状态的影响，将“五防”安全功能模块按操作人员权限与系统工作状态结合，通过对比工位操作指令和专家数据库中的建议操作，检查操作的正确性，同时对错误操作发出相应告警，并给出正确的操作指令，以杜绝发生各种错误操作，实现更好的培训和管理工作。

第四，记录正确操作。通过程序设定，10 kV开关站智能监控系统可以记录和存储正确的操作指令，以供学习和参考。

第五，闭锁操作。针对操作人员的错误操作，10 kV开关站智能监控系统能够强制闭锁，语音提示操作人员正确操作，并记录操作起止时间、未完成的违规操作以及错误操作等，可及时追查、备份或输出报表，大大提高了运行管理的效率。

4 10 kV开关站智能监控系统的应用

4.1 智能监控系统实现用户用电安全

智能监控系统目前在我国的应用范围广泛，主要工作包括判断用户的用电安全和智能化的分配电力。通过线性分析各区域用户的用电量，准确判断每个区域用户的用电能力和用电频率，可以实时判断电网的负荷压力，对合理配置电力具有关键性作用。另外，智能监控系统可以用于研究环境监控和监控电缆温度。通过各种传感器收集环境中的各项数据指标，再通过无线传输将数据输送到智能监控系统，由人工进行自主分析，确定上限和下限阈值，一旦环境参数超过了相应的阈值，智能监控系统就会自动报警，从而实现电力的智能化管控[2]。

例如，智能监控系统可以连接到10 kV开关站的监控室，并从大数据中提取用户的用电量，然后在计算机的帮助下进行数据分析，并绘制表格，做出相应的用户用电量折线图。通过折线图，相关人员可以清晰找到用电量最大和最小部分。不难发现，用户所缴电费与分配的电量有一定的线性关系。可见，通过智能化监控系统进行电力的合理分配，可保障用户用电的安全合理。

4.2 智能监控系统反映线路问题

用户对用电可靠性的要求在不断提高。越来越多的开关站被建立在原线路上，10 kV开关站就是代表。开关站的建立虽然解决了用户的很多问题，但是由于开关站发展不完善也会造成很多问题。例如，突然跳闸往往会影响一个街道或一个单元，而“越级跳闸”事故发生在开关站的出线线路得到保护后。造成“越级跳闸”的原因可能是用户在用电时用电功率超出额定值，造成电路短路或断路，直接影响开关站一部分的线路总闸，造成多用户在用电时出现跳闸现象，因此需要配电终端的保护与解决。传统配电终端的设计多是“连串”方式，加大了终端的建设难度。所以，将智能监控系统应用于开关站，不仅有助于发现并解决线路问题，也会大大减低建设难度。

出现“跳闸”时，10 kV开关站的智能配电终端检测出事故线路后，需快速切断这条线路与总线路的连接。切断后，智能监控系统的终端针对不同的情况快速做出修补。例如：断路情况下，适当加条串联线路；短路情况下，分析出短路线路后，调控有关电路。在短路线路的具体判断过程中，操作人员可根据智能监控系统测定各电路电压，通过判断电压数值确定短路情况。例如，某电路两端电压数值为零，则表明线路两端的电势差为零，即该段电路由于某些原因出现了短路，需要及时修复。可以采用电力引流的方式切断短路部分的电流输入，在合理的范围内增大其他电路的电流输送，保证输电系统的安全。此外，还应该及时派专人进行短路线路的更换与维修，更换完成后利用智能监控系统再次测定该段电路的电压，从而确保维修的有效性。

4.3 智能监控系统实现实时勘察

因为开关站的体积和危害程度较大，所以往往会建立在人烟稀少的郊外。为满足大多数人的用电需求，需要每个开关站都控制一部分的用户线路，且不可忽略它们的间隔。在勘察过程中，除了开关站间的距离远之外，相关人员查看开关站内数据的过程也有难度。因为开关站的相关设备复杂，控制室和分配室等都需要人员进行安全性勘察，所以工作人员的任务繁重，且工作难度较大。一些线路问题，机器的检查往往比人更加准确。所以，为减轻任务量，提高数据的准确性，可运用智能监控系统对开关站进行线上侦查[3]。

运用智能监控系统对10 kV开关站进行线上勘察，当反映有故障却一时找不到时，智能监控系控运用强大的计算机数据统计和分析能力，可在很短的时间内找出故障所在的设备。找到故障后，先分析故障，然后以不同的命令解决不同的故障。除了在事故发生时进行勘察之外，还需要时时分析开关站的数据。10 kV开关站属于高压类型，需要避免设备漏电和短路等情况。

5 结 论

10 kV开关站的运行情况直接影响用户的生活，所以开关站的正常运行和便捷操作至关重要。智能监控系统能对开关站的运行、维修以及勘察等起到强化作用，不仅能提高安全性，还能保证用户所要求的可靠性。