一二次深度融合自感知开关柜监控保护单元研究_郭亚楠.pdf

电气与信息工程河南科技Henan Science and Technology总第799期第5期2023年3月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）摘要：【目的目的】本研究对开关柜在一二次系统深度融合监控保护单元中的重要技术问题进行研究。【方法方法】通过介绍一种基于一二次深度融合自感知开关柜监控保护的方案，并对开关柜的功能需求进行分析，明确开关柜所需的监测项目、信号来源和相应信号源器件，开关柜按照监测内容规定的统一格式将得到的监控数据上传到物联终端，物联终端对上传的数据进行综合性分析，为开关柜的稳定运行提供强有力保障，最后对一二次深度融合自感知开关柜的运维检修进行简单的介绍。【结果结果】一二次深度融合开关柜有着传统开关柜无法比拟的优势。【结论结论】研究一二次深度融合自感知开关柜监控单元对提高电力系统运行的可靠性和自动化程度具有重要意义。关键词：深度融合；自感知；开关柜；一二次系统中图分类号：TM591文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）05-0011-04DOI：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.05.002Analysis of Monitoring and Protection Unit of Primary and SecondaryDeep Fusion Self Sensing SwitchgearGUO YananJIANG ChengboWANG HongqingXU ZiyanYANG HeYANG Longwu(PINGGAO Group Company Limited,Pingdingshan 467000,China)Abstract:Purposes This paper studies the important technical problems of switchgear in the deep integration monitoring and protection unit of primary and secondary systems.Methods By introducing ascheme of monitoring and protection of self-sensing switch cabinet based on primary and secondary deepfusion,and analyzing the functional requirements of switch cabinet,the monitoring items,signal sourcesand corresponding signal source devices required for switch cabinet are clarified.The switch cabinet uploads the monitoring data to the Internet of Things terminal according to the unified format specified inthe monitoring content.The Internet of Things terminal conducts a comprehensive analysis of the uploaded data to provide a strong guarantee for the stable operation of the switch cabinet.Finally,the operation and maintenance of self-sensing switch cabinet based on primary and secondary deep fusion isbriefly introduced.Findings The primary and secondary deep fusion switch cabinet has incomparableadvantages over the traditional switch cabinet.Conclusions It is of great significance to study the primary and secondary deep fusion self-sensing switch cabinet monitoring unit to improve the reliabilityand automation of power system operation.Keywords:deep nintegration;self perception;switch cabinet;primary and secondary system收稿日期：2022-10-14基金项目：平高集团有限公司科技项目“基于状态感知数据边缘处理的12 kV开关柜和环网柜研制”（PGKJ2020-043）。作者简介：郭亚楠（1992），女，硕士，工程师，研究方向：开关柜。12第5期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。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。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。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。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。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、电压波表1监测项目表序号1234567891011121314151617181920212223242526项目就地/远方位置盖板、门位置*主开关元件（断路器、接触器、负荷开关）位置（分/合）主开关元件（断路器、接触器、负荷开关）操作次数主开关元件（断路器、接触器、负荷开关）合/分控制回路断线断路器未储能报警断路器储能电机过流报警断路器机械特性隔离开关位置（分/合）隔离开关操作次数可移开或旋转部件位置可移开或旋转部件操作次数接地开关位置（分/合）接地开关操作次数隔室带电状态电动执行单元电机过流报警断路器气室SF6低气压报警其他气室SF6低气压报警机械寿命报警电寿命报警环境温度、湿度一次回路测温风机回路断线图像在线监测局部放电检测电压、电流数据采集信号来源位置开关位置开关位置开关位置开关继电器位置开关继电器/小电流传感器传感器位置开关位置开关位置开关位置开关位置开关位置开关传感器继电器/小电流传感器继电器/SF6密度传感器继电器/SF6密度传感器位置开关位置开关，电流互感器传感器传感器传感器视频服务器/摄像头传感器电流、电压互感器郭亚楠，等.一二次深度融合自感知开关柜监控保护单元研究第5期13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。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。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图1状态在线监测系统监测内容断路器参量接地开关参量隔离开关参量可移开或旋转部件参量SF6气体状态参量主回路温度状态参量环境温、湿度隔室带电参量风机状态参量监测数据及格式设备标识、操作方式（合、分）、操作频次、分合闸时间（ms）、分合闸速度（m/s）、时刻设备标识、操作频次、时间（s）、时刻设备标识、操作频次、时间（s）、时刻设备标识、操作频次、时间（s）、时刻设备标识、气室编号、气体压力（MPa）、密度（kg/m3）、温度（）、时刻设备标识、环境温度（）、温升（K）、监测点、时刻设备标识、环境温度（）、湿度（）、时刻设备标识、隔室编号、带电状态、时刻设备标识、回路通断、时刻表2监测内容及数据统一格式示例郭亚楠，等.一二次深度融合自感知开关柜监控保护单元研究智能终端信号采集处理单元断路器状态监测SF6状态监测主回路温度监测环境、温度监测隔离带电监测信号源器件断路器机械特性传感器等SF6状态传感器主回路温度传感器环境温/湿度传感器隔离带电传感器风机状态传感器主开关元件状态传感器接地开关状态传感器隔离开关状态传感器可移开（旋转）部件状态传感器局部放电检测传感器避雷器在线监测图像在线监视电流互感器、电压互感器、断路器位置传感器测量及故障录波信号14第5期需求。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。参考文献：1 由凯，陈伟，王欢，等.配网一二次融合柱上开关抽检典型问题分析 J.湖南电力，2022（2）：105-108.2 张冶，蔡颖凯，回茜，等.一二次融合的智能集成开关应用的研究与分析 J.电气工程学报，2022（1）：199-205.3 仇杰云.电力系统一二次成套设备运行可靠性分析 J .自动化应用，2021（7）：105-107.4 苗红霞，萧旋旋，江冰，等.基于信息融合的预装式变电站健康状态评估 J.电力系统保护与控制，2017（14）：85-915 熊江咏，杨桂平，郭毅，等.ECT与EVT在智能配电设备一二次融合中相融性分析 J.电力电容器与无功补偿，2019（1）：108-1146 孙健，刘刚，王秀茹，等.一二次融合成套开关测试平台设计与实现 J.电气传动，2021（20）：75-80.7 贾勇勇，朱孟周，杨景刚，等.12 kV一二次融合开关设备接地故障信号的高可靠性解析 J.高压电器，2021（10）：158-166，175.巡检内容外观检查表计抄录检查专项监测具体需求1.开关柜外观完好；2.断路器（手车）、接地开关等位置指示正确，清晰可见，机械指示与电气指示一致；3.仪表室及二次回路监控信号、信号灯、运行信息显示等正常；4.柜门关闭严密，柜内无水迹，接地良好，照明装置正常，二次接线压接良好，无不良松动及变色的情况，压接端子无锈蚀；5.电缆孔洞封堵严密牢固；6.温湿度控制器及加热器回路运行正常，指示灯指示正常，风机运行正常；7.带电显示装置指示正常；8.内部无放电现象，绝缘护套表面完整，无变形、脱落、烧损；断路器、互感器、避雷器等设备外绝缘表面无脏污、受潮、裂纹、放电、粉蚀等现象；9.手车动静触头接触良好，闭锁可靠1.断路器、电机动作计数；2.避雷器泄漏电流和动作计数1.红外线测温，检查是否有局部发热现象；2.开关局放检测，检测内部是否有放电现象表3运维检测内容郭亚楠，等.一二次深度融合自感知开关柜监控保护单元研究