一二次深度融合自感知开关柜监控保护单元研究

郭亚楠 蒋成博 王红庆 徐子炎 杨 贺 杨龙武

（平高集团有限公司，河南 平顶山 467000）

0 引言

随着国内电力系统的建设水平不断提高，越来越多的高压开关柜及其控制设备被应用于电力系统中。开关柜作为电力系统中一个非常重要的电力设备，其对提高配电网状态监测的智能化、准确化、实时性起到关键作用［1］。随着智能电网的提出，物联网及传感器技术和信号处理技术的不断发展，对开关柜一二次设备融合提出更高的要求，对提高电力系统的可靠运行和开关柜的自动化程度具有重要意义［2-3］。

随着开关柜一次系统和二次系统的深度融合，一二次系统的界限逐渐被弱化。采用最新的物联网技术和高精度传感器，让开关柜变得更加可靠、经济、灵巧。且在一二次系统深度融合后，可将目前占地面积较大的开关柜小型化，支持多类型即插即用的模块和标准化接口，与开关柜进行一体化设计，并为后期设备调试和检修减少一定的工作量，为设备的联动测试带来便利，有助于提高电网的安全运行水平［4-5］。

1 开关柜控制器功能需求

一二次融合自感知开关柜是由多个元器件组成的封闭体。因此，其采集的项目和特征量包括位置参数、断路器、负荷开关、隔离开关、接地开关、断路器气室SF6气压报警等［6-7］，具体监测项目及状态参数见表1。一二次融合自感知开关柜包括以下三种功能。①一二次融合自感知开关柜能接收到智能终端的指令，并按照就地操作的指令，在基于联锁和顺序控制程序要求的逻辑判断，对开关元件、可移开部件进行分、合操作控制，或在出现异常状况时能控制停止操作，并发出告警信息。②一二次融合自感知开关柜控制器的校验功能用于检验电动执行单元的驱动元件不同位置信号的关联正确性。③一二次融合自感知开关柜控制器具有显示可移开部件和开关元件的位置或状态的功能，且具备自检测的功能。

表1 监测项目表

2 状态在线监测系统

一二次融合自感知开关柜在线状态监测系统使用高精度的传感器，用开关柜的状态来实时反映开关柜的运行情况，并将得到的实时数据上传到智能终端，智能终端对数据进行分析，并对开关柜的运行趋势进行预判。不仅为开关柜的运维检修提供依据，还为电力系统的安全可靠运行提供强有力的保障。

状态监测系统如图1 所示，每种状态监测都根据不同的特性来配备不同产品的状态监测元件。其中，断路器的机械特性、SF6状态、主回路温度、环境温湿度、隔离带电监测都能通过信号采集回路单元后传送给智能终端，其余的主开关元件状态、接地开关状态等的状态监测直接上传到智能终端。

图1 状态在线监测系统

3 物联终端

一二次融合自感知开关柜终端能接收到各个数据采集处理单元采集到的传感器状态信号，以及其他单元数据与状态的评估结果，并对采集到的数据进行综合性分析。按照监测内容规定的统一格式将操作次数、操作时间、设备唯一标识等数据向站控层报送，对监测到的异常告警信息采用实时报送的方式向站控层进行报送，对故障电流、电压波形和逻辑开关信号，物联终端应保存一定数量的故障数据。为开关柜在日后进行故障分析提供了强有力的支持，监测开关柜的故障智能终端监测内容及数据的统一格式示例见表2。

表2 监测内容及数据统一格式示例

4 自感知开关柜智能化运检

根据国家电网公司《变电检修通用管理规定》（第5 分册）开关柜检修细则中的有关规定，开关柜的检修主要包括四项检修，即整体性、局部性、例行及不停电状态下的检修。检修的元器件主要为断路器、互感器、避雷器、隔离开关、负荷开关等附属设备。开关柜的运维包括外观检查、表计抄录检查及专项检查，外观检查可通过观察远程数据分析展示平台，通过智能网关来接收各类传感器实时采集到的开关柜稳态、动态和暂态数据，具体运维检查项目见表3。

表3 运维检测内容

开关柜一次系统与二次系统的深度融合，使得开关柜的二次系统可在一次系统出现故障时做出准确实时的故障判断，并给出相应的故障切除动作。相比于传统的开关柜，一二次深度融合的开关柜在故障定位、故障检测和故障切除方面具有传统开关柜无法比拟的优势，二次系统具有先进的数据处理能力，能支撑未来电力系统对大量数据处理的需求。一二次深度融合自感知开关柜不仅为电力系统的运维带来便捷，还能体现电网的智能化，从而提高实时分析数据的处理水平。

5 结语

本研究对一二次深度融合自感知开关柜的监测保护单元进行研究。首先介绍了深度融合自感知开关柜的功能需求、监测项目及信号来源，然后对在线状态监测系统及开关柜的智能终端监测内容的数据格式进行简要说明和分析，最后对开关柜的智能运检内容进行描述。通过对一二次深度融合自感知开关柜监测保护项目的研究，为接下来开关柜监测保护单元的设计提供相应的解决思路与参考。