10 kV 配電設(shè)備故障診斷及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

李守營(yíng)

（淄博市中心醫(yī)院，山東淄博 255000）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，用電量顯著提升，導(dǎo)致配電設(shè)備的運(yùn)行壓力不斷增加，傳統(tǒng)的配電設(shè)備維護(hù)管理方式已不能滿足使用要求，需要更多的新技術(shù)和新手段，因此故障診斷及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。智能配網(wǎng)是在自動(dòng)化設(shè)備基礎(chǔ)上發(fā)展形成的一種全新輸配電架構(gòu)，具備在線監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程調(diào)控的功能，同時(shí)具備自我保護(hù)模塊與裝置，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況。科學(xué)合理的輸配電調(diào)度，可以有效強(qiáng)化電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，特別是對(duì)10 kV 配網(wǎng)來說，通過智能終端和前端采集裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程互聯(lián)，能夠及時(shí)判斷故障范圍，分析故障情況，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的用電服務(wù)。

1 10 kV 配電設(shè)備常見故障類型

1.1 一次設(shè)備故障

10 kV 配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)繁多，需要管理大量設(shè)備，因此故障風(fēng)險(xiǎn)極高，配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維工作的難度較大。其中一次電氣設(shè)備的作用是傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)換電能，主要包括輸電線路、變壓器、開關(guān)設(shè)備以及電力電纜等。一次設(shè)備故障是10 kV 配電設(shè)備的主要故障類型，其故障類型繁多，主要包括短路故障、發(fā)熱故障、接地故障以及絕緣故障等。10 kV 配電設(shè)備運(yùn)行過程中最為常見的故障類型便是短路故障，發(fā)生的原因主要為外界環(huán)境因素，如極端惡劣天氣，另外一部分原因?yàn)樵O(shè)備本身存在的老化問題。該類故障造成的危害較大，不但會(huì)導(dǎo)致配電設(shè)備燒毀，同時(shí)也會(huì)對(duì)人身安全造成一定的危害；絕緣故障多發(fā)生于開關(guān)柜、電壓電流互感器、電力電纜中，導(dǎo)致該類故障的主要原因在于自身結(jié)構(gòu)、材料、制作工藝以及外界環(huán)境因素，如濕度、溫度等，受到以上因素的影響導(dǎo)致設(shè)備絕緣能力下降；機(jī)械故障主要指設(shè)備振動(dòng)、疲勞以及磨損等，導(dǎo)致故障的主要因素為設(shè)備出現(xiàn)共振、受力不均、結(jié)構(gòu)變形、松動(dòng)以及缺油生銹等，如果高原斷路器存在缺油情況，發(fā)生斷流而電弧并未熄滅，極易導(dǎo)致設(shè)備燒毀，甚至引發(fā)爆炸等嚴(yán)重安全事故；發(fā)熱故障多發(fā)生在變壓器芯體、銅鋁過渡區(qū)以及接線端子等能量傳輸、轉(zhuǎn)化的過程中，導(dǎo)致故障發(fā)生的主要原因?yàn)樨?fù)荷較大、接觸不良以及電化學(xué)腐蝕，該類故障對(duì)設(shè)備造成的破壞程度十分嚴(yán)重。

1.2 二次設(shè)備故障

二次設(shè)備是輔助一次設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)備，能夠?qū)σ淮卧O(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制與保護(hù)，主要由控制開關(guān)、電氣儀表、自動(dòng)控制設(shè)備以及控制電纜等組成。二次設(shè)備故障主要發(fā)生于控制回路、自動(dòng)裝置回路、信號(hào)回路、調(diào)節(jié)回路以及電源系統(tǒng)中。導(dǎo)致故障發(fā)生的主要原因是繼電器接點(diǎn)、開關(guān)輔助接點(diǎn)、萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)接點(diǎn)等發(fā)生松動(dòng)、脫落，或是控制電纜絕緣老化、熔斷器熔斷、保險(xiǎn)燒壞等。另外，管理與操作不規(guī)范也是導(dǎo)致配電設(shè)備發(fā)生故障的主要原因。工作人員專業(yè)素質(zhì)低、專業(yè)水平不足、巡查防護(hù)不到位以及責(zé)任意識(shí)缺失等，均是導(dǎo)致配電設(shè)備發(fā)生故障的因素，需要加以重視。

2 10 kV 配電設(shè)備故障診斷與運(yùn)行監(jiān)測(cè)難點(diǎn)

2.1 故障診斷難點(diǎn)

10 kV 配電設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中極易發(fā)生故障，故障診斷方面存在以下難點(diǎn)。首先，10 kV 配電設(shè)備與其他設(shè)備不同，排查過程需要從10 kV 配電設(shè)備的角度出發(fā)，但還要充分考慮10 kV配電設(shè)備和其他設(shè)備的協(xié)調(diào)性，因?yàn)?0 kV 配電設(shè)備是整個(gè)電網(wǎng)的重要組成部分，因此排查和處理故障過程中需要從宏觀層面進(jìn)行考慮，避免問題擴(kuò)大化。其次，10 kV 配電設(shè)備的故障診斷難點(diǎn)在于其故障類型繁多，多數(shù)故障問題難以得到有效根治，只有通過全面、細(xì)致的檢查才能有效處理，與實(shí)際要求的故障處理時(shí)間存在矛盾，長(zhǎng)時(shí)間停電將會(huì)嚴(yán)重影響用戶的生活生產(chǎn)，引發(fā)其他問題，導(dǎo)致故障診斷難度增加。

2.2 運(yùn)行監(jiān)測(cè)難點(diǎn)

10 kV 配電設(shè)備不但需要做好故障診斷工作，同時(shí)需要建立完善的設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，確保配電設(shè)備的功能得到充分發(fā)揮，保證電力系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。但運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行階段也存在一些難點(diǎn)，首先是未對(duì)運(yùn)行監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行合理劃分。隨著城市化步伐的加快，很多地區(qū)規(guī)劃工作尚未得到有效落實(shí)，部分10 kV 配電設(shè)備未得到及時(shí)更新，配備不完善、技術(shù)水平較為滯后。其次，配電設(shè)備運(yùn)行過程中周圍環(huán)境也在不斷發(fā)生變化，為了保證配電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，需要監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，這樣才能提供完整、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，為配電設(shè)備的故障診斷提供重要參考[1]。

3 故障診斷及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

10 kV 配電設(shè)備診斷及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)要結(jié)合設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)判斷配電設(shè)備是否存在短路、斷路以及漏電等情況，對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性與安全性進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)估，是保證配網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。

10 kV 配電設(shè)備實(shí)際運(yùn)行過程中極易受到外界環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生老化、損害等問題，對(duì)其穩(wěn)定運(yùn)行造成阻礙，進(jìn)而導(dǎo)致區(qū)域范圍內(nèi)輸配電中斷，故障診斷及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效規(guī)避這些問題。通過高效收集異常數(shù)據(jù)，對(duì)異常設(shè)備位置進(jìn)行定位，同時(shí)配合歷史數(shù)據(jù)與專家意見制定科學(xué)合理的故障解決方案，最大程度減少配電設(shè)備故障導(dǎo)致的停電時(shí)間，提高服務(wù)質(zhì)量。

故障診斷及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?yàn)榕潆娫O(shè)備日常運(yùn)行階段管理工作提供重要的參考依據(jù)。比如通過可視化處理生成設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)圖像，比較設(shè)備的相關(guān)參數(shù)與歷史數(shù)據(jù)，對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估等，為開展針對(duì)性的日常運(yùn)維管理工作提供支持，避免設(shè)備故障導(dǎo)致大面積停電。

4 故障診斷及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能分析

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

10 kV 配電設(shè)備故障診斷需要以前端采集與集中管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，建立完善的故障診斷體系框架（圖1）。

圖1 10 kV 配電設(shè)備故障診斷及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

在系統(tǒng)運(yùn)行階段，前端采集裝置利用智能電網(wǎng)中的自動(dòng)化裝置和智能采集技術(shù)及時(shí)掌握配電設(shè)備的運(yùn)行情況，并且在通信裝置的作用下將相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳輸至系統(tǒng)，生成完整準(zhǔn)確的運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為后續(xù)故障排查及管理工作的順利開展提供參考依據(jù)。智能終端在數(shù)據(jù)采集與歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行高效分析、處理，針對(duì)配電設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況，判斷設(shè)備是否存在風(fēng)險(xiǎn)隱患與安全問題。如果發(fā)生故障，智能終端能夠遠(yuǎn)程及時(shí)控制斷路器，在短時(shí)間內(nèi)對(duì)故障部位進(jìn)行隔離和處理，保證診斷與管理的科學(xué)性。

4.2 功能單元

功能單元由數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)管理單元構(gòu)成。首先對(duì)數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行分析，10 kV 配電設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)主要包括電流電壓參數(shù)、振動(dòng)情況、溫度情況以及損傷情況等，故障診斷技術(shù)及原理如表1 所示。

表1 故障診斷技術(shù)及原理

本次研究中前端采集系統(tǒng)采用FTU 設(shè)備，在該設(shè)備上設(shè)置振動(dòng)檢測(cè)裝置、紅外檢測(cè)裝置以及探傷裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)10 kV 配電設(shè)備的高效現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集。并且該設(shè)備不但能夠保證電力數(shù)據(jù)采集的全面性，同時(shí)可以根據(jù)智能電網(wǎng)的控制要求，聯(lián)合柱上開關(guān)對(duì)區(qū)域范圍內(nèi)故障設(shè)備進(jìn)行及時(shí)隔離，提高設(shè)備運(yùn)行管理效果，是目前10 kV 智能網(wǎng)建設(shè)的主要方向[2]。

數(shù)據(jù)處理需要以系統(tǒng)中的專家數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立完善的知識(shí)庫(kù)，形成設(shè)備的診斷判據(jù)，具體包括風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)判據(jù)、運(yùn)行情況判據(jù)等，以保證10 kV 配電設(shè)備安全運(yùn)行閾值的合理性。同時(shí)在故障診斷過程中，根據(jù)目前收集到的運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立完善的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，以專家診斷和故障判斷依據(jù)為基礎(chǔ)得到最終結(jié)果，保證診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5 10 kV 配電設(shè)備故障診斷及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

5.1 快速隔離處理

在故障診斷和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，通過系統(tǒng)信息能夠及時(shí)明確故障的具體位置，使用GPRS 技術(shù)和GIS 技術(shù)實(shí)現(xiàn)故障具體位置的定位，為后續(xù)故障處理與維修工作的開展奠定基礎(chǔ)。在實(shí)際操作過程中，可以通過界面直觀調(diào)取所需數(shù)據(jù)，或者通過觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)圖像了解故障情況，主要包括故障點(diǎn)以及故障信息提示等，幫助工作人員在短時(shí)間內(nèi)定位故障點(diǎn)，為處理和維修工作的開展提供保障。

5.2 配合維修作業(yè)

在使用故障診斷和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的過程中，要加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)信息的利用，對(duì)于巡檢過程中故障易發(fā)、頻發(fā)區(qū)域、裝置進(jìn)行重點(diǎn)檢查，故障高發(fā)區(qū)域要每日進(jìn)行1 次巡檢查，認(rèn)真檢查設(shè)備線路是否存在故障風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)于不常發(fā)生故障的區(qū)域可以定期進(jìn)行全面檢查，如每月月底或者年終進(jìn)行大檢，及時(shí)排查故障隱患[3]。另外，通過對(duì)系統(tǒng)相關(guān)信息的利用，定期配合試驗(yàn)檢測(cè)工作，根據(jù)試驗(yàn)周期與要求展開試驗(yàn)，預(yù)防性評(píng)估設(shè)備是否能夠正常應(yīng)用，全面檢驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及性能是否達(dá)標(biāo)，為智能電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

6 結(jié)語

綜上所述，10 kV 配電設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中極易受到其他因素的影響引發(fā)故障問題，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。通過采用智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)與裝置，能夠有效提高設(shè)備的故障診斷和監(jiān)測(cè)效果。故障診斷需要充分利用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)聯(lián)合智能控制元件，提高現(xiàn)場(chǎng)管理效率，高效分析故障情況，明確故障的具體位置，及時(shí)隔離和控制設(shè)備，避免發(fā)生安全事故，為10 kV 智能電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。