高压开关设备在线监测技术的应用研究

吴同勇

（山东能源集团肥城矿业集团有限责任公司供电部，山东 泰安 271608）

1 基于互联网+的智能高压开关设备结构设计

基于互联网+的智能高压开关设备是在传统高压开关设备的基础上，通过集成智能组件和云数据中心，实现了设备的智能化和网络化。这种设计不仅提高了高压开关设备的监测、诊断以及维护效率，而且通过数据分析和远程控制，极大地增强了电网的稳定性和安全性。

在结构设计上，智能高压开关设备主要由开关设备和智能组件2 大部分构成。开关设备负责执行断路、接通电路的基本功能，而智能组件负责数据采集、处理以及通信等智能化任务。这2 部分通过传感器和控制器紧密连接，形成了一个整体的智能系统。智能组件是智能高压开关设备的核心，包括多个功能模块，如断路器触头测温模块、机械特性测量模块、线圈电流测量模块以及电量和电能质量测量模块等。这些模块通过各自的传感器收集开关设备的运行数据，如温度、电流、电压以及机械特性等信息，并通过ARM微处理器进行初步处理。其中，断路器触头测温模块通过安装在高压端触臂上的测量传感器，实时监测断路器触头的温度，以预防过热引发的故障。机械特性测量模块则利用力传感器、加速度传感器以及位移传感器，监测断路器的机械动作特性，确保断路器能可靠地完成分合操作。电量和电能质量测量模块和线圈电流测量模块则分别负责监测电网的电能质量、开关设备的电流状态，为电网的稳定运行提供保障[1]。

这些模块不仅通过RS-485 接口与ARM 微处理器连接，实现数据的快速传输和处理，还通过无线或有线方式与云数据中心通信，将数据上传至云端进行深入分析。云数据中心能够接入1 024 台智能高压开关设备，实现了大规模的设备管理和数据分析。通过云数据中心，可以对开关设备的健康状态进行远程监测，及时发现并诊断故障，甚至进行寿命预评估，为设备的维护和更换提供决策支持。触摸屏显示模块作为人机交互的接口，可以显示断路器的状态、温湿度、电流电压等关键参数，还可以显示机械特性和电能质量的分析结果。此外，通过热释电人体感应监测模块控制触摸屏的开关，实现了节能和延长设备使用寿命的目的。摄像头模块则通过3 个短焦距带自动补光的摄像头，监控开关柜内部的实际情况，将关键时刻的图像记录下来，为故障分析和设备维护提供直观依据。专家决策分析系统是智能组件的高级应用，它可以根据收集到的各种参数和数据，通过预设的算法和模型，分析开关设备的健康状况，预测可能出现的问题，并提出维护或维修的建议。智能组件的结构如图1 所示。

1)结构思考力是期刊编辑人员应具备的基础能力。运用结构思考有助于面向问题，给出高效的解决方案、对策建议及报告编制、沟通表达等。

图1 智能组件的结构

2 故障诊断与健康状态评估策略

2.1 在线监测技术的关键实现

在线监测技术在基于互联网+的智能高压开关设备中扮演着核心角色，其关键实现依赖于高精度的传感器、先进的数据传输技术以及强大的数据处理能力。传感器负责实时收集开关设备的运行参数，如温度、电流、电压及机械位置等，这些参数是判断设备运行状态和健康状况的基础。通过RS-485 接口，这些数据被传输至ARM 微处理器，进行初步的数据融合和分析，以滤除噪声并提取有用信号。随后，通过有线或无线网络，数据被发送到云数据中心，实现远程监控。云数据中心采用大数据分析技术，深入分析收集到的数据，识别出潜在的故障模式和趋势，为运维决策提供科学依据。实时数据的可视化展示通过触摸屏显示模块实现，为操作人员提供直观的设备状态信息，实现快速响应和故障处理[2]。

系统通过分析这些数据，运用预测模型计算出设备各部件的磨损速率和潜在故障点，进而综合评估出整体的寿命预期。基于这一预评估结果，决策支持系统能够提供维护优化方案，如指出何时进行预防性维护、何时更换易损件以及设备何时应该退役更新，从而最大化设备的价值使用，同时避免因设备突发故障带来的运维成本增加和电网安全风险。系统还能根据电网运营商的具体需求，提供定制化的决策支持，确保电网的高效、稳定运行[3]。

2.2 远程故障诊断与处理机制

在高压开关设备监控的应用案例中，一家电网公司通过部署基于互联网+的智能高压开关设备，显著提高了其电网的运行效率和可靠性。该公司管理的电网覆盖范围广泛，涉及多个变电站和成千上万的高压开关设备。在智能化改造前，该电网面临设备老化、故障率高、维护成本上升等问题。改造后，通过引入智能高压开关设备及其监控系统，电网运维情况发生了根本性变化。

改造项目中，智能组件被安装在所有关键的高压开关设备上，实时收集设备运行数据，如电流、电压、温度等。这些数据通过无线网络实时发送至云数据中心。通过数据分析，系统能够实时监控设备状态，及时发现并预警潜在故障。例如，在一个变电站中，系统通过分析发现一台高压开关设备的温度持续异常升高，系统立即发出预警，指导现场工作人员进行检查，发现并解决了一个隐患点，避免了一次可能的停电事件。

2.3 寿命预评估与决策支持系统

寿命预评估与决策支持系统综合利用设备的实时监测数据、历史运行记录以及高级数据分析技术，对开关设备的剩余寿命进行预测，并基于此提供科学的维护和更新决策支持。系统采用的关键技术包括数据挖掘、机器学习及人工智能，通过对大量数据的分析，精确模拟开关设备的老化过程和故障模式，从而估算出设备的健康状况和预期寿命。寿命预评估过程中，系统会考虑多种因素，包括设备的设计寿命、制造材料特性、历史和实时负载情况、环境条件等，以及设备在运行中的各类监测参数，如温度波动、电流过载次数、操作频率等。例如，一个高压开关设备的设计寿命可能为30 年，但在实际使用中，由于频繁的负载波动和高温环境作用，其实际预期寿命可能缩短至20 年。

VPA处理可显著抑制SH-SY5Y细胞中自噬标志蛋白LC3-II的水平（图8），同时还抑制p62的降解，但不影响Beclin1的表达；而使用miR-34c-5p抑制剂联合处理则可使LC3-II与p62的水平得到恢复。联合使用自噬抑制剂氯喹（CQ）处理可引起LC3-II与p62的堆积（图8）。

3 高压开关设备的实际应用与效益分析

3.1 智能化改造对电网运行的影响

3.1.1 提高电网可靠性

判断走棋规则是否合法。如果非法，输出结果；如果合法，则判断落点是否有子。如果落点没有棋子，更新棋盘。如果落点有子，首先判断是否为本方棋子，如果是本方棋子，输出结果；否则，更新棋盘。如果吃掉的棋子为敌方将帅，则输出结果胜利。执行步骤4行棋结束后，判断两帅是否相对，如果相对执行步骤4。

智能化改造通过引入高精度传感器、先进的监测技术和自动化设备，极大地提升了电网的实时监控能力。例如，采用智能高压开关设备后，故障检测时间从原有的数小时缩短至分钟级别，故障定位精度提高至98%以上，显著减少了电网故障响应时间。此外，通过实时数据分析，系统能够预测并提前处理潜在故障，大幅降低了突发故障的发生率，从而保障了电网的稳定运行。数据显示，智能化改造后，电网的供电可靠性提高了20%，故障率降低了30%[4]。

具体数据显示，通过实施智能监控系统后，该电网的设备故障率由改造前的年均2%降低至0.5%以下，故障响应时间从平均1 h 缩短至15 min 以内，故障修复时间由平均4 h 缩短至1 h 以内。此外，系统还实现了对设备寿命的预测和维护计划的优化，使得设备的平均使用寿命延长了15%，同时维护成本降低了约20%。此案例表明，通过部署基于互联网+的智能高压开关设备监控系统，不仅显著提升了电网的运行可靠性和安全性，而且有效降低了运维成本，提高了设备的使用效率和寿命，为电网公司带来了显著的经济效益和社会价值[5]。

利用云数据中心的强大计算能力，电网运营商能够高效处理海量的运维数据，实现故障诊断、设备寿命预评估以及维护计划优化等功能。例如，通过智能分析系统，运维团队可以根据设备实际运行状况制定个性化的维护计划，而不是依赖传统的周期性维护策略。这种基于条件的维护模式，使得设备维护更加精准有效，维护成本降低了15%，同时提高了设备的使用效率，延长了设备寿命。

3.2 高压开关设备监控案例分析

通过传感器集成的智能组件实时监控开关设备的各项运行参数，如温度、电流、电压等，确保能够及时捕捉到异常信号。一旦检测到异常，系统立即通过有线或无线网络将相关数据传输至云数据中心。

在云数据中心，利用预先设定的故障诊断模型和算法，深入分析接收到的数据。这些模型包括机器学习、人工智能等先进技术，能够根据历史数据和实时数据的对比，准确识别出故障类型及其可能的原因。故障诊断过程中，系统还会考虑设备的历史维护记录、运行环境等因素，以提高诊断的准确性和可靠性。一旦故障被确认，系统将自动触发远程处理机制。对于一些简单的故障，如参数偏差、设置错误等，系统可以直接通过远程控制模块进行参数调整或重置，快速恢复设备的正常运行，大大减少了设备的停机时间和维护成本。对于复杂的故障，系统会根据故障类型和紧急程度，自动生成维修建议或维护计划，并通过移动终端或其他通信方式及时通知维护人员。

3.1.2 优化运维管理效率

王树林的内心因此柔情升腾。他安慰道，我说这一天怎么心神不定呢？原来魂掉在你身上了，感谢你给我送来。请你站在原地不要动，我来迎接我的魂。

3.3 经济效益与社会价值的综合评估

在对基于互联网+的智能高压开关设备实施的经济效益与社会价值进行综合评估时，显著发现其不仅为电网运营商带来了直接的经济收益，同时也对社会发展产生了积极影响。通过智能化改造，一项研究表明，电网运营商能够实现年均成本节省约15%～20%，具体体现在设备维护成本的降低、故障修复成本的减少以及运行效率的提高上。

从经济效益角度看，通过智能监控和故障预警系统的应用，故障检测时间从平均30 min 缩短至5 min，故障处理时间从数小时减少至1 h 以内，极大缩短了停电时间，提高了电网供电的稳定性。这种效率的提升，直接降低了因故障引起的经济损失。据估算，对于一次大规模停电事件，应用智能监控和故障预警能够减少的经济损失高达数百万至数千万不等。

从社会价值角度考虑，智能高压开关设备的应用提高了电网的供电可靠性和安全性，对于保障社会经济正常运行和居民生活质量具有重要意义。例如，通过减少电网故障带来的停电事件，可以有效避免对医院、学校等公共服务机构的影响，确保社会基础设施的正常运行。此外，智能化改造有助于提高能源利用的效率，支持可再生能源的更好接入和利用，对于推动社会向低碳、环保的可持续发展方向转型具有积极作用。

铜绿山古铜矿遗址位于大冶西北，面积两平方公里。大冶这座拥有百万人口的县级城市，自古就被视为冶炼之都，乃至“大冶”的得名，都与这里从古至今久盛不衰的冶炼活动有关。有资料说，唐天祐二年（公元905年），一个叫秦裴的地方官员，在大冶铜绿山至栖儒桥一代建立从事大型采矿冶炼的“青山场院”。北宋乾德五年(公元967年)，南唐李煜以境内矿产丰富，冶炼业发达为由，将“青山场院”升格，并将其与另外三乡合并，新设大冶县，取“大兴炉冶”之意命名。“大兴炉冶”语出《庄子》中“大地为大炉，造化为大冶”之句。从夏商开始直到现在仍在采铜和冶铜的铜绿山，为过去称县、现在称市的“大冶”地名来历做了最好的诠释。

4 结 论

通过引入基于互联网+的智能高压开关设备，电网运营商实现了电网的高效、可靠运行，显著降低了故障率和维护成本，提高了供电稳定性和安全性。智能化改造还促进了电网管理的现代化，增强了对可再生能源的接纳能力，为社会经济发展提供了坚实的电力保障，展现了智能电网技术在促进能源转型和提升公共服务质量方面的巨大潜力。