淺議智能化高壓開關柜監控與故障診斷技術

樓靜

摘 要：智能高壓開關柜作為智能電網的重要組成部分，其在控制和保護電力設備中發揮著重要作用。由于傳統高壓開關柜具有功能單一，需要人工巡檢，電流測量技術精度低、頻帶窄，與數字微機接口不兼容等缺點，其已經不能適應現代智能電網的發展要求，目前就迫切需要智能化高壓開關柜，因此該文就對智能化高壓開關柜進行結構、功能及數據融和技術在其故障診斷中的應用等方面的研究，以期提供參考。

關鍵詞：高壓開關柜 智能化 電磁兼容 監控系統 故障診斷

中圖分類號：TM595 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）01（c）-0019-02

1 緒論

1.1 高壓開關柜基本類型及結構

在目前的市場中，高壓開關柜主要分成固定式和手車式。采用了防止電氣誤操作的閉鎖裝置（防止誤分、誤合斷路器；防止帶負荷拉、合隔離開關；防止帶電掛接地線；防止帶接地線合隔離開關；防止人員誤入帶電間隔）的高壓開關柜基本上都是固定式的。其構造主要有母線、母線隔離開關、少油斷路器、電流互感器、線路隔離開關、電纜及操動機構等組成。

手車式高壓開關柜主要特點是在拉出和推入開關柜的手車上裝有高壓斷路器，且可以隨時對其進行維修，如果有同類用手車推入，就可以進行供電。

1.2 智能化高壓開關柜的思路

隨著配電網系統的迅速發展和供電穩定性日益提高，人們對開關柜的要求提高的很快，特別是當其自動化系統變成無人值班時，就需要對開關及開關柜運行監測必須到位，為了使監測更有效率，就需要采用一種傳統的開關柜與電子技術相結合的智能化開關柜。這種智能化開關柜主要有兩方面的作用：（1）滿足傳統開關柜的基本功能要求；（2）要有自檢、自控和自我診斷的新功能，以滿足配電網綜合自化的需要。

2 高壓開關柜監控設計方案

2.1 高壓開關柜功能

通過對其相應項目的需要和工作環境的分析，高壓開關柜功能主要有以下的功能。

（1）對母線電壓、電流、有功功率、無功功率、電網頻率、功率因數、電能等進行在線測量；對斷路器、隔離開關也同時進行在線檢測；對高壓開關柜進行控制，促使真空斷路器既可以有合閘也可以有分閘的功能。（2）具有進行語音報警和故障診斷的功能。（3）具有母線溫度、濕度、真空度測量的功能。（4）具有記憶故障的功能。（5）具有數據通信的功能。（6）具有微機“五防”閉鎖控制的功能。

2.2 變電所監控系統

變電所監控系統主要有兩方面組成，具體如下。

（1）現場總線控制技術：從工藝層發展到工藝設備現場的技術就是現場總線技術〔3C技術（Computer， Control， Communication）〕，把其和傳統的集散控制系統DCS技術進行比較，可以得出其主要優點有：①通信全數字化；②互操作性和互用性功能強；③分散比較全面；④開放性很好；⑤具有一對N結構。（2）變電所監控系統組成：此系統主要由以下3部分組成：①對現場設備進行間隔層測控、對智能裝置進行“一體化”保護；②對智能通訊接口進行監控；③對主機等設備進行監控。

3 數據融和技術在智能化高壓開關柜故障診斷中的應用

由于數據融和技術具有提高系統的可靠性和魯棒性、擴展時間和空間上的觀測范圍、增強數據的可信度及增強系統的分辨能力等優點，故其在智能化開關故障診斷后運用非常廣泛。

3.1 數據融合技術

（1）數據融合定義：一方面其可以充分利用不同時間和空間的信息資源，另一方面也可以利用計算機技術對多傳感器信息進行分析觀測研究，進一步對需要測量的對象進行一致性方面的描述，從而確定其所需要的決策和估計任務，進而使系統具有更加優越的性能。（2）數據融合原理：基本原理就是對多傳感器資源進行完全充分的利用，在通過對合理支配和使用傳感器用來觀測信息，按照一定準則對多傳感器在空間或時間上的冗余或互補信息進行不同的組合，從而獲得需要測量的對象進行一致性方面的描述。（3）多傳感器融合的層次：其主要有數據層、特征層、決策層。（4）數據融合過程：過程主要包括多傳感器（信號獲取）、數據預處理、數據融合中心（特征提取、數據融合計算）和結果輸出等環節。（5）數據融合系統的結構：主要有串行、并行、串并行混合和網絡型4種形式。

3.2 基于數據融和技術的故障診斷的實現

3.2.1 層次診斷原理

由于被診斷對象具有層次方面的特性，故可以對被診斷對象的結構、功能及故障進行分解。高壓開關柜的故障診斷主要在機械和電氣方面表現的較多。因此，該論文采用的主要方法為故障分解方法。

3.2.2 診斷過程

在該論文中，選用電壓傳感器、電流傳感器、母線溫度傳感器、斷路器位置傳感器、漏電傳感器、介質損耗傳感器監測高壓開關柜狀態。

4 抗干擾技術

4.1 電磁干擾和電磁兼容術語

電磁干擾由于受外部干擾源的影響，其可以產生干擾源，并進一步對有用信號進行大面積的損壞。

通過電磁干擾所發出的電磁能，其在傳輸至敏感設備的過程中受到經某種傳播途徑的影響，而敏感設備又進一步做出一定形式的“響應”，并達到干擾的“效果”，產生這個作用及其結果，就被稱為電磁干擾效應。如果結果達到十分嚴重的程度，就會導致設備或系統失靈，從而致使嚴重故障或事故的發生，這種現象就被稱為電磁兼容性故障。

4.2 電磁干擾概述

4.2.1 電磁干擾的分類

通過對電磁干擾進行分析，發現其分類的形式很多，但其主要有以下幾種形式。（1）按照傳播途徑可分為傳導干擾和輻射干擾等兩種形式。（2）按照干擾源的性質可分為自然干擾和人為干擾等兩種形式。（3）按照頻帶可分為窄帶干擾和寬帶干擾等兩種形式。

4.2.2 電磁干擾的三要素

通過分析研究，基本上所有的電磁干擾都是由三個要素結合而成。其三個基本要素主要是：（1）電磁干擾源；（2）對該干擾能量敏感的接收器；（3）將電磁干擾源傳輸到接收器的媒介（傳輸通道）。

4.3 抑制電磁干擾的措施

通過對抗干擾措施什么分析研究，為了有效提高抗電磁干擾的能力，需要針對不同問題采取各種不同的措施來處理，具體如下。

（1）濾波技術：采用濾波器等介質，這樣就可以過濾掉高頻信號，從而保證低頻信號可以通過。（2）屏蔽技術：采用抑制電磁噪聲傳播的空間（即通過采用切斷輻射電磁噪聲的傳播途徑的方式）。（3）系統的電源：采用提高電源系統的供電質量的方法，來最大可能地保證單片機可以安全可靠的運行。（4）印刷電路板抗干擾：通過對電源線和地線阻抗噪聲、電源的布置方式進行控制來加以處理。（5）其它抗干擾措施：主要可以有光電隔離、繼電器隔離和信號線間竄擾等其他措施加以控制處理。（6）軟件抗干擾措施：這種方法主要是在系統受到干擾的情況下，使系統恢復正常運行，或者通過去偽求真的方法來防止信號受干擾。

5 結語

通過對智能化高壓開關柜監控系統和故障診斷技術進行了深入的分析和研究。得出來的結論很多，主要有以下結論。

（1）通過采用微機“五防”閉鎖控制等裝置來替代原先的機械“五防”、電氣“五防”，這樣做的目的，一方面，保證了用電操作和供電的安全性，另一方面也可以控制人身觸電身亡和設備損害等事故的發生。

（2）通過采用數據融和技術來處理高壓開關柜的電氣故障，可以使保證故障處理的可靠性和實時性。

（3）通過在硬件和軟件設計等方面來采取措施從而達到抑制電磁干擾和傳導干擾的效果。

參考文獻

[1] 陳化鋼.高壓開關電器故障診斷與處理[M].北京：中國水利水電出版社，2000.

[2] 范舜.高壓開關設備狀態監測與診斷技術[M].北京：機械工業出版社，2001.

[3] 何友，王國宏.目標識別的層次化描述和信息融合模型[J].信息與控制，1994（4）：119-123.

[4] 成永紅.電力設備絕緣檢測與診斷[J].北京：中國電力出版社，2001.

[5] 徐章遂.故障信息診斷原理及應用[M].北京：國防工業出版社，226.

[6] 謝衛紅，汪浩.數據融合技術系統[J].工程與電子技術，1992（12）：40-49.