變電站手車智能化技術(shù)的研究與應(yīng)用*

徐建軍， 齊延輝， 潘博

(陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司機(jī)電公司， 陜西 黃陵 727307)

0 引言

黃陵礦業(yè)供電系統(tǒng)主要為礦區(qū)生產(chǎn)生活提供電任務(wù)，目前各變電站采用KYN28型和GG-1A老式開關(guān)柜，斷路器本身可由遠(yuǎn)方控制中心遙控操作。但是，進(jìn)出斷路器手車需要開關(guān)停電后，變電操作人員到開關(guān)室現(xiàn)場使用搖柄人工將其由運(yùn)行位置退出到試驗(yàn)位置(檢修位置)，最后合上線路側(cè)接地刀閘。候莊35kV變電站承擔(dān)著黃陵礦業(yè)一號煤礦四號風(fēng)井，在遠(yuǎn)程上可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜斷路器分合的單一操作[1]。但手車和接地刀閘操作還需人員就地操作，無法實(shí)現(xiàn)從運(yùn)行-熱備-冷備-檢修狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換。這就導(dǎo)致完全無人化后有著操作成本大，業(yè)務(wù)水平要求高等問題。本文結(jié)合變電站現(xiàn)有的設(shè)備特點(diǎn)對變電站手車智能化技術(shù)加以研究，以期提升黃陵礦業(yè)供電系統(tǒng)的無人值守水平。

1 變電站手車智能化技術(shù)研究內(nèi)容

通過建立煤礦變電站手車智能化系統(tǒng)，對現(xiàn)有變電所開關(guān)柜進(jìn)行電動操作改造和增加必要的輔助監(jiān)控設(shè)備：增加遠(yuǎn)程操作監(jiān)控后臺，安裝一鍵順控(自動停送電)功能軟件，增加一鍵順控(自動停送電)內(nèi)置五防與新增的智能防誤主機(jī)共同實(shí)現(xiàn)一鍵順控(自動停送電)雙套防誤校核，實(shí)現(xiàn)變電站的遠(yuǎn)程運(yùn)維和一鍵順控(自動停送電)功能，開關(guān)柜一鍵順控技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 變電站一鍵順控(自動停送電)功能結(jié)構(gòu)

2 變電站手車智能化設(shè)計

2.1 斷路器設(shè)計

斷路器的位置確認(rèn)應(yīng)采用“位置遙信+遙測”判據(jù)[2]。位置遙信作為主要判據(jù)，采用分/合雙位置輔助接點(diǎn)，分相斷路器遙信量采用分相位置輔助接點(diǎn),如圖2所示。

圖2 斷路器位置遙信判斷邏輯

遙測量提供輔助判據(jù)采用三相電流或三相電壓。三相電流取自本間隔電流互感器；三相電壓取自本間隔增加的三相帶電顯示裝置。對于無法采用三相電流、三相電壓或三相帶電顯示裝置信號的情況，可采用“圖像識別”等判別技術(shù)提供輔助判據(jù)。

斷路器位置雙確認(rèn)邏輯為：當(dāng)斷路器位置遙信由合變分，且滿足“三相電流由有流變無流、三相帶電顯示裝置信號由有電變無電、圖像識別機(jī)械位置指示由合變分”任一條件，則確認(rèn)斷路器已分開[3]。當(dāng)斷路器位置遙信由分變合，且滿足“三相電流由無流變有流、三相帶電顯示裝置信號由無電變有電、圖像識別機(jī)械位置指示由分變合”任一條件，則確認(rèn)斷路器已合上。

2.2 變電站手車智能化設(shè)計

首先，選用帶有霍爾傳感器的BRK-3910開關(guān)設(shè)備智能監(jiān)測裝置，在配線時可采集分合閘線圈、彈簧儲能電動機(jī)線圈動作時的感應(yīng)電流，對開關(guān)情況進(jìn)行檢測。同時，BRK-DP智能顯示裝置，可以監(jiān)測、上傳開關(guān)各類信息，并智能保護(hù)開關(guān)柜。

其次，在開關(guān)手車下方安裝電動底盤車，原來的接地刀和底盤車全部更換為電動機(jī)構(gòu)，通過智能組件進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方一鍵停送電。在此基礎(chǔ)上，在斷路器底板上利用支架安裝位移傳感器，可配合輔助開關(guān)等量的采集，進(jìn)行實(shí)時綜合分析，判斷出開關(guān)的機(jī)械特性，包括觸頭開距、分合閘速度、彈跳以及同期性。再將無線測溫傳感器捆綁于動觸頭上，通過無線測溫接收器采集傳感器數(shù)據(jù)，接收器再通過RS485接到BRK-3910裝置上，由BRK-3910裝置采集溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過斷路器室和地刀室安裝2個網(wǎng)絡(luò)高清攝像頭，通過交換機(jī)上傳智能后臺監(jiān)控系統(tǒng)。需要注意的是,要在接地刀室安裝電子閉鎖裝置，防止開關(guān)誤動作。

最后，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸,如位移傳感器、無線測溫傳感器、網(wǎng)絡(luò)攝像頭等設(shè)備采用光纖以太網(wǎng)接口，通過BRK-3910開關(guān)設(shè)備智能監(jiān)測裝置對開關(guān)柜信息和狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測，并通過網(wǎng)線上傳到10 kV高壓室的交換機(jī)上，繼而利用原通信上傳至主控室，在主控室中，搭建后臺系統(tǒng)，包含智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)和PME智能供配電管理系統(tǒng)；另外利用礦區(qū)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)傳輸通道，將信息上傳至電力調(diào)度，在電力調(diào)度搭建智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)和PME智能供配電管理系統(tǒng),如圖3所示。

圖3 侯莊變電站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

3 變電站手車智能化系統(tǒng)設(shè)計

變電站手車智能化系統(tǒng)能夠幫助電力用戶減輕運(yùn)維強(qiáng)度、提高用電管理水平的一整套配電解決方案[5]。系統(tǒng)軟件基于目前高速發(fā)展的通信技術(shù)、傳感器技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，具有操作簡單化、交互人性化、功能齊全化、響應(yīng)速度化等特點(diǎn)。

3.1 設(shè)備健康管理

借助于設(shè)備電氣模型和大數(shù)據(jù)分析，通過對設(shè)備電氣特性、機(jī)械特性及溫度特性的參數(shù)的監(jiān)測，從而得出設(shè)備健康狀態(tài)，針對嚴(yán)重程度提示隱患、告警、故障等提示。直觀顯示各類設(shè)備指標(biāo)和監(jiān)測數(shù)據(jù)，以狀態(tài)檢修代替常規(guī)例行巡檢，為用戶進(jìn)行設(shè)備監(jiān)測提供強(qiáng)力支持管理，如圖4所示。

圖4 智能供配電管理系統(tǒng)主界面

1) 開關(guān)柜狀態(tài)。包含斷路器分合狀態(tài)、小車位置狀態(tài)、地刀分合狀態(tài)同時顯示該開關(guān)柜待檢修天數(shù)、動作次數(shù)及保護(hù)動作次數(shù)。若開關(guān)柜健康狀態(tài)異常，點(diǎn)擊異常狀態(tài)后跳轉(zhuǎn)至“應(yīng)急預(yù)案”項(xiàng)給與“解決方案”。

2) 開關(guān)柜機(jī)械特性。機(jī)械特性主要用來反映斷路器狀態(tài)。通過斷路器每一次分合時對分閘速度、分閘時間、合閘速度、合閘時間、分閘反彈、合閘超程、合閘反彈及觸頭開距8項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測并繪制雷達(dá)圖，其中雷達(dá)圖邊界至紅色陰影區(qū)域?yàn)檎?biāo)稱范圍，將檢測值與標(biāo)稱值進(jìn)行對比，作為故障判斷的依據(jù)。

3) 開關(guān)柜電氣特性。通過檢測流過分合閘線圈、儲能電動機(jī)、地盤車電動機(jī)及接地刀電動機(jī)的電流及時間判斷對應(yīng)故障狀態(tài)、故障情況時對應(yīng)的電流/時間顏色為紅(橙或黃)。點(diǎn)擊電氣特性模塊任意可查看動作曲線，在坐標(biāo)系中橫向坐標(biāo)為動作次數(shù)，左縱標(biāo)為電流軸，右縱標(biāo)為時間軸。

4) 開關(guān)柜溫度特性。通過檢測斷路器上下觸頭、母線、出線電纜接頭溫度變化，結(jié)合負(fù)荷電流及外界溫度的變化，作為溫升故障判斷依據(jù)。柱狀圖依次為A、B、C、三相的上觸頭、下觸頭、電纜接頭的溫度及柜內(nèi)的溫濕度,如圖5所示。點(diǎn)擊溫度特性模塊任意區(qū)域可查看溫升歷史曲線，在曲線坐標(biāo)系中橫向坐標(biāo)為時間，左縱標(biāo)為溫度軸，右縱標(biāo)為電流軸,如圖6所示。

圖5 開關(guān)溫度特性柱狀圖

5) 斷路器壽命分析。通過科學(xué)算法將異常分?jǐn)嗾鬯銥閷嗦菲鞯膲勖蹞p。坐標(biāo)系中橫向坐標(biāo)表示分?jǐn)啻螖?shù)，縱標(biāo)表示分?jǐn)嚯娏鳌Ｒ苿邮髽?biāo)至坐標(biāo)系中任一點(diǎn)，可查看該次分?jǐn)鄷r的分?jǐn)嚯娏鳌?/p>

3.2 日常運(yùn)維管理

將運(yùn)維信息以電子檔案的形式存儲在系統(tǒng)內(nèi)，運(yùn)維人員可根據(jù)需求靈活調(diào)取，提高運(yùn)維效率。設(shè)備檔案為設(shè)備電子信息卡，包含設(shè)備出廠資料信息(設(shè)備型號、出廠日期、生產(chǎn)廠商等)、設(shè)備基本參數(shù)信息(斷路器額定電流、開斷電流、CT變比等)及設(shè)備定值信息(機(jī)械特性、溫度特性及電氣特性閾值范圍)等，為設(shè)備的運(yùn)行、設(shè)備維護(hù)提供后勤保障。

3.3 專家系統(tǒng)

應(yīng)用智能分析系統(tǒng)(專家系統(tǒng))對斷路器的操作機(jī)構(gòu)、電動底盤車、電動接地刀等設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)評估，告知用戶斷路器等設(shè)備目前的運(yùn)行狀況，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)警和報警功能，并能在故障時刻給予自診斷意見；通過光纖測溫系統(tǒng)的溫度采集，對關(guān)鍵點(diǎn)實(shí)時監(jiān)測溫升情況，智能分析系統(tǒng)能根據(jù)負(fù)載和溫升情況綜合分析判斷，當(dāng)溫度過高時，能提出科學(xué)合理的解決方案；智能分析系統(tǒng)是建立在對在線監(jiān)測斷路器各方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，即通過傳感器得到的合分閘時間、速度、開距和超程等數(shù)據(jù)，能直接反映出斷路器的機(jī)械特性，通過電動機(jī)的電流和動作時間來分析各操作機(jī)構(gòu)的特性，提前發(fā)現(xiàn)拒動、誤動等故障征兆及機(jī)械壽命判斷，并及時發(fā)出報警，有效提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和繼電保護(hù)的動作準(zhǔn)確性。

3.4 環(huán)境管理

可將外部環(huán)境及安防信息同步接入系統(tǒng)并進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)管，軟件功能更強(qiáng)大，滿足更多使用需求。安防環(huán)境的巡檢工作作為配電室管理的重要環(huán)節(jié)，往往需要投入很大的精力進(jìn)行巡檢工作，供配電管理軟件現(xiàn)將環(huán)境管理并入系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行統(tǒng)一管理，提高了運(yùn)維管理效率。

環(huán)境管理主要包含所管理配電室內(nèi)部溫濕度信息、照明煙霧報警信息、水浸、玻璃破碎及三監(jiān)防護(hù)等監(jiān)測信息及排風(fēng)和照明的控制。板塊左側(cè)豎列為配電室環(huán)境顯示欄，用來對環(huán)境進(jìn)行顯示；右側(cè)為信息狀態(tài)欄，當(dāng)信息狀態(tài)異常時，其所屬模塊區(qū)域內(nèi)狀態(tài)顯示為異常，且有明顯的紅色區(qū)分。當(dāng)需要對照明及排風(fēng)進(jìn)行控制時，移動鼠標(biāo)至開關(guān)控制選擇鍵，點(diǎn)擊進(jìn)行“開或關(guān)”操作即可。

4 結(jié)論

智能化手車項(xiàng)目的成功運(yùn)行，是傳統(tǒng)變電站走向智能化改造的基礎(chǔ)，是積極響應(yīng)礦業(yè)公司“十四五”規(guī)劃打造智慧礦山的工作要求，對礦井供電系統(tǒng)的設(shè)備、運(yùn)行、管理等各方面的創(chuàng)新，為安全、可靠、連續(xù)、高效的電力供應(yīng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。該系統(tǒng)在智能化變電站的實(shí)現(xiàn)過程中具有重要的意義，智能監(jiān)測單元將機(jī)械特性、電氣特性、溫度特性、數(shù)據(jù)特性、數(shù)據(jù)顯示在儀表室人機(jī)界面上可針對性地進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，合理安排檢修時間有效延長設(shè)備生命，避免隱患擴(kuò)大,引起停電事故，具有較強(qiáng)的推廣價值。