羅惠雄, 李徽勝, 劉佳

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 廣州黃埔供電局, 廣東 廣州 510700; 2.廣州南方電力集團(tuán) 電器有限公司, 廣東 廣州 510285)

0 引言

環(huán)網(wǎng)柜是配電網(wǎng)供電系統(tǒng)中的重要組成部分和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，環(huán)網(wǎng)柜的健康狀態(tài)直接影響供電可靠性和電能質(zhì)量[1]，在配電網(wǎng)中起著關(guān)鍵作用。運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，智能環(huán)網(wǎng)柜的局部放電與電纜頭發(fā)熱是導(dǎo)致故障的主要原因。一方面，環(huán)網(wǎng)柜在生產(chǎn)過(guò)程中，因材質(zhì)和工藝問(wèn)題，長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，絕緣會(huì)出現(xiàn)老化，進(jìn)而引發(fā)局部放電現(xiàn)象。因此，對(duì)環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行局部放電檢測(cè)能夠有效地發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的絕緣缺陷[2]；另一方面，由于電纜頭制作工藝問(wèn)題，在長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行中，電纜和觸頭接觸不良、短路等原因造成的事故時(shí)有發(fā)生[3]。

配網(wǎng)中環(huán)網(wǎng)柜存在數(shù)量與種類(lèi)繁多、智能化程度較低、巡檢周期長(zhǎng)、巡檢監(jiān)控缺失、巡檢數(shù)據(jù)和過(guò)程分析困難、運(yùn)維成本高等問(wèn)題。據(jù)蘇東、馬仲能等[4]人對(duì)配網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜全生命周期成本模型及敏感度分析，一個(gè)配網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜的巡檢成本高達(dá)327萬(wàn)元，而故障成本高達(dá)120.44萬(wàn)?；谝陨蠁?wèn)題，亟需研制一種基于信息全感知的智能環(huán)網(wǎng)柜，支撐智能電網(wǎng)的發(fā)展。

1 開(kāi)關(guān)柜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀分析

1.1 局部放電監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

目前局部放電測(cè)量技術(shù)主要有脈沖電流法、特高頻法、暫態(tài)地電壓法、超聲波法等多種方法。用于離線(xiàn)的局部放電測(cè)試設(shè)備誕生較早，近年來(lái)逐步應(yīng)用于高壓GIS設(shè)備。這些技術(shù)存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)：特高頻法具有較強(qiáng)的抗干擾性及較高的靈敏度；暫態(tài)地電壓法(TEV)具有較高的靈敏度，并能實(shí)現(xiàn)定位，但分辨率不高；脈沖電流法具有較高的分別率，但抗干擾能力差；超聲波檢測(cè)法(AE)是一種非接觸式局部放電測(cè)量技術(shù)，適用于氣體表面放電，受電氣上的干擾較少，且通過(guò)多個(gè)超聲波探頭可以實(shí)現(xiàn)局部放電電源定位，但超聲波的衰減較快。環(huán)網(wǎng)柜的局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)目前仍處于探索階段。

1.2 在線(xiàn)測(cè)溫技術(shù)現(xiàn)狀

測(cè)溫技術(shù)主要有光纖測(cè)溫、紅外測(cè)溫、聲表面波測(cè)溫、高壓感應(yīng)電流取能測(cè)溫等技術(shù)。光纖測(cè)溫具有測(cè)量精度高，但影響開(kāi)關(guān)柜的絕緣結(jié)構(gòu)；紅外測(cè)溫可實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)溫，不影響開(kāi)關(guān)柜的絕緣結(jié)構(gòu)，但受安裝條件影響；聲表面波是一種非接觸式測(cè)溫，受電氣影響較少，但測(cè)量穩(wěn)定性較差，且光纖測(cè)溫、紅外測(cè)溫、聲表面波均存在成本較高的問(wèn)題；高壓感應(yīng)電流取能測(cè)溫傳感器受線(xiàn)路的負(fù)荷影響較大，測(cè)量穩(wěn)定性較差?；谝陨显颍狙芯吭O(shè)計(jì)了一種無(wú)線(xiàn)測(cè)溫與電壓監(jiān)測(cè)的一體化傳感器，既解決了測(cè)溫傳感器取能、線(xiàn)路側(cè)電壓采集和電磁式電壓互感器在智能環(huán)網(wǎng)柜安裝位置局限性問(wèn)題，又降低了設(shè)備的生產(chǎn)成本。

2 智能環(huán)網(wǎng)柜結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 智能環(huán)網(wǎng)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能環(huán)網(wǎng)柜采用模塊化設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)由壓力氣箱、操作機(jī)構(gòu)室、高壓電纜室及二次室組成，核心導(dǎo)電部件集成于SF6氣箱中，可以避免設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中環(huán)境的影響。智能環(huán)網(wǎng)柜是在通用型環(huán)網(wǎng)柜的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了一套AE+TEV局部放電裝置、測(cè)溫與電壓一體化傳感器，并融合于環(huán)網(wǎng)柜中，實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜局部放電與溫度的智能感知。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1所示。

圖1 智能環(huán)網(wǎng)柜結(jié)構(gòu)

AE+TEV傳感器內(nèi)嵌式安裝于電纜室與機(jī)構(gòu)室之間的隔板，局部放電傳感探頭靠近高壓電纜連接套管，局部放電傳感器二次端通過(guò)同軸電纜與安裝于二次室的局部放電數(shù)據(jù)采集終端連接；測(cè)溫與電壓一體化傳感器堵頭安裝于高壓電纜附件端頭，通過(guò)Zigbee無(wú)線(xiàn)通信與測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)采集終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，該設(shè)計(jì)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)局部放電傳感器靠近高壓電纜套管局部放電源端，避免超聲局部放電信號(hào)的快速衰減，同時(shí)，環(huán)網(wǎng)柜的金屬殼體可以屏蔽外部的噪聲干擾源，測(cè)量更準(zhǔn)確；(2)實(shí)現(xiàn)局部放電傳感器的帶電安裝；(3)測(cè)溫傳感器直接與高壓導(dǎo)體接觸，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸方式，既防止電磁干擾問(wèn)題，又提高測(cè)量的準(zhǔn)確性；(4)采用模塊設(shè)計(jì)，便于安裝及維護(hù)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜的全壽命周期管理。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

智能環(huán)網(wǎng)柜按四級(jí)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，即感知層、邊緣計(jì)算層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層與邊緣計(jì)算層設(shè)置在智能環(huán)網(wǎng)柜中，主要包括無(wú)線(xiàn)測(cè)溫與電壓監(jiān)測(cè)傳感器、局部放電等傳感器及基于邊緣計(jì)算的采集終端與智能分布式終端；網(wǎng)絡(luò)層包括網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備硬件與軟件；應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)與用戶(hù)的接口，與用戶(hù)的業(yè)務(wù)需求相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能化應(yīng)用。

3 局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置設(shè)計(jì)

3.1 局部放電測(cè)量原理

局部放電過(guò)程中產(chǎn)生電磁波、光、聲和化學(xué)變化等現(xiàn)象。通過(guò)超聲傳感器耦合到局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào),檢測(cè)局部放電聲信號(hào)的幅度、相位、頻率、噪聲等實(shí)現(xiàn)局部放電的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)；開(kāi)關(guān)柜產(chǎn)生局部放電時(shí)，放電脈沖激發(fā)的電磁波在金屬殼體產(chǎn)生瞬態(tài)對(duì)地電壓，通過(guò)安裝在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的暫態(tài)地電壓傳感器測(cè)量開(kāi)關(guān)柜金屬殼體的暫態(tài)地電壓，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜的局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。暫態(tài)地電壓監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)絕緣件內(nèi)部放電、尖端放電和電暈放電比較敏感，而超聲波則對(duì)絕緣子表面及沿面放電比較敏感。同時(shí)，通過(guò)對(duì)暫態(tài)地電壓與超聲波兩種信號(hào)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，兩種信號(hào)存在明顯時(shí)延，結(jié)合兩種信號(hào)特征，本研究提出了基于暫態(tài)地電壓與超聲波相結(jié)合的局部放電源聲-電綜合定位法局部放電測(cè)量技術(shù)，掌握開(kāi)關(guān)柜局部放電變化趨勢(shì)。

3.2 裝置硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

局部放電硬件系統(tǒng)主要由局部放電監(jiān)測(cè)單元、非接觸式超聲波與暫態(tài)地電壓一體化傳感器、智能監(jiān)控匯控柜、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)等組成，如圖2所示。

圖2 局部放電監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)圖

通過(guò)安裝在每面開(kāi)關(guān)柜柜內(nèi)的暫態(tài)地電壓與超聲波傳感器采集到的信號(hào)，經(jīng)對(duì)應(yīng)的通道傳輸給信號(hào)調(diào)理電路，經(jīng)去噪、放大、濾波，再由高速AD轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)字化后的信號(hào)由高速FPGA可編程門(mén)陣列電路進(jìn)行時(shí)域、頻域等參數(shù)、圖譜的算法處理,由ARM處理器完成數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)，經(jīng)RS485通信傳輸給信號(hào)匯控柜，并經(jīng)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳輸給電網(wǎng)公司的局域物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。局域物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通過(guò)采集的歷史數(shù)據(jù)形成開(kāi)關(guān)柜的局部放電變化趨勢(shì)圖，經(jīng)分析、運(yùn)算，形成開(kāi)關(guān)柜的綜合診斷結(jié)果，為運(yùn)維提供檢修決策。

3.3 裝置軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件是系統(tǒng)的控制管理核心，其主要任務(wù)是負(fù)責(zé)組態(tài)任務(wù)、過(guò)程控制協(xié)調(diào)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、告警研判等?；谶吘売?jì)算的局部放電數(shù)據(jù)采集終端通過(guò)采集各類(lèi)能反應(yīng)放電現(xiàn)象的物理信號(hào)，采用50/100Hz相關(guān)頻率分析算法、噪聲自主學(xué)習(xí)、特征聚類(lèi)、報(bào)警算法及歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等算法，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜局部放電閾值越限告警與開(kāi)關(guān)柜健康狀態(tài)評(píng)估，其主要功能如下。

3.3.1 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與儲(chǔ)存

局部放電傳感器每秒采集一次數(shù)據(jù)，經(jīng)信號(hào)放大及濾波后傳輸給數(shù)據(jù)采集終端，通過(guò)采集終端檢測(cè)放電信號(hào)的放電峰值、有效值和平均值、放電頻次、放電50 Hz和100 Hz相關(guān)性、放電類(lèi)型。數(shù)據(jù)采集終端可儲(chǔ)存完整的原始信號(hào)波形，并進(jìn)行壓縮數(shù)據(jù)節(jié)省容量，提供歷史紀(jì)錄回調(diào)及放電分析與辨識(shí)。

3.3.2 軟件算法

(1) 噪聲自主學(xué)習(xí)：計(jì)算并記錄現(xiàn)場(chǎng)噪聲脈沖特征，根據(jù)記錄的噪聲特征濾除現(xiàn)場(chǎng)干擾脈沖，使得設(shè)備抗干擾能力強(qiáng)。

(2) 50/100 Hz相關(guān)算法：采用相關(guān)頻率分析算法，計(jì)算工頻、一倍頻和二倍頻的特征分量，通過(guò)特征分量特征，可有效判斷所測(cè)信號(hào)是放電信號(hào)還是干擾信號(hào)。

(3) 特征聚類(lèi)：通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行特征聚類(lèi)，可將放電信號(hào)和干擾信號(hào)進(jìn)行有效分離，對(duì)分離后的信號(hào)進(jìn)行二次特征分析，進(jìn)而有效提取放電信號(hào)。

(4) 頻率特征分析：通過(guò)特定頻段的幅值比對(duì)，實(shí)現(xiàn)放電干擾分離。

(5) 報(bào)警算法：能夠根據(jù)放電幅值、頻次、相關(guān)頻率分析等處理的結(jié)果，并將處理結(jié)果與閾值進(jìn)行對(duì)比分析，當(dāng)處理后的局部放電數(shù)據(jù)超出閾值時(shí)，準(zhǔn)確給出三級(jí)報(bào)警指示信息。

(6) 趨勢(shì)分析法：裝置對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤，對(duì)儲(chǔ)存的趨勢(shì)圖譜、周期圖譜、頻率圖譜、噪聲圖譜、相位分辨的局部放電(Phase Resolved Partial Discharge, PRPD)圖譜等多種分析圖譜進(jìn)行縱向與橫向比較及統(tǒng)計(jì)分析，分析噪聲與局部放電信號(hào)，對(duì)局部放電源進(jìn)行評(píng)估，并將處理結(jié)果、PRPD和分層規(guī)則推理的局部放電(Phase Resolved Pulse Sequence, PRPS)數(shù)據(jù)傳輸給主站。

4 無(wú)線(xiàn)測(cè)溫與電壓監(jiān)測(cè)一體化傳感器設(shè)計(jì)

基于信息感知的智能環(huán)網(wǎng)柜需在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)加裝大量傳感單元，小型化的全絕緣全密封智能環(huán)網(wǎng)柜傳感單元設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足高度融合和方便維護(hù)。現(xiàn)有技術(shù)是將一些較為成熟的傳感器以搭積木的形式實(shí)現(xiàn)，將電壓傳感器安裝于高壓氣箱內(nèi)部，這增大了設(shè)備的生產(chǎn)工藝難度，且存在設(shè)備運(yùn)行中漏氣幾率，故障后無(wú)法更換，或直接在開(kāi)關(guān)柜高壓電纜室內(nèi)安裝大體積、高成本的電磁式電壓互感器。測(cè)溫傳感器與電壓傳感器之間完全獨(dú)立，多種傳感器在智能環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的使用，將改變?cè)O(shè)備原有的結(jié)構(gòu)和電磁場(chǎng)均勻分布，影響設(shè)備的安全可靠性。本研究設(shè)計(jì)了一種無(wú)線(xiàn)測(cè)溫與電壓監(jiān)測(cè)一體化傳感器，解決了上述問(wèn)題和無(wú)線(xiàn)測(cè)溫傳感器供能難題。

4.1 傳感器硬件設(shè)計(jì)

一體化傳感器是將高、低壓電容器、低功耗變壓器、鉑電阻溫度探頭、電源穩(wěn)壓模塊、測(cè)溫處理芯片與Zigbee通信模塊等元件澆注于電纜堵頭內(nèi)，電纜堵頭安裝于高壓電纜附件內(nèi)腔，是一種接觸式測(cè)溫技術(shù)。電壓傳感是利用澆注于電纜堵頭內(nèi)的電容器分壓原理，將線(xiàn)路的高電壓信號(hào)變換成一種可測(cè)量的低壓信號(hào)，經(jīng)低功耗變壓器電壓信號(hào)供給無(wú)線(xiàn)測(cè)溫裝置與配電自動(dòng)化終端。原理接線(xiàn),如圖3所示。

圖3 一體化傳感器原理圖

Ca1、Ca2(以A相位例)分別為高壓、低壓電容臂。當(dāng)Ca1與ca2具有相同的精度及溫度系數(shù)時(shí)，電容分壓傳感器的固有誤差亦可以做得到最少，對(duì)地雜散電容只會(huì)影響電容分壓傳感器引入比差，不會(huì)引入角差[5]。電容分壓傳感器的低壓電容臂增低功耗變壓T，變壓器設(shè)計(jì)兩組副邊繞組，供外部測(cè)量電路及零序電壓，該設(shè)計(jì)方案既解決了電容分壓傳感器二次暫態(tài)特性，又解決零序電壓測(cè)量問(wèn)題。

為保證高壓、低壓電容臂的精度與溫度特性的一致性，提高傳感器輸出電壓的穩(wěn)定性和使用壽命，本設(shè)計(jì)中的高壓、低壓電容采用陶瓷電容。陶瓷電容的芯子利用稀土材料燒制，介電常數(shù)是環(huán)氧樹(shù)脂的幾百倍甚至上千倍，因此極板總面積小，電容成型后體積小、成本低，陶瓷一旦燒結(jié)成型后特性穩(wěn)定，正常條件下，壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)開(kāi)關(guān)的壽命。能在-40 ℃～70 ℃的溫度范圍和在1 kV～10 kV電壓范圍時(shí)，絕緣性能達(dá)到10 kV電網(wǎng)前提下，電容值偏差都能小于±3%。通過(guò)采用 MATLAB 分析，得出陶瓷電容在不同電壓及溫度下的變化曲線(xiàn),如圖4、圖5所示。

圖4 傳感器在不同電壓精度曲線(xiàn)

圖5 傳感器在不同溫度下的精度曲線(xiàn)

圖中系列1和系列3是指不同電壓下的電容偏差數(shù)據(jù)。

測(cè)溫傳感器采用于電壓傳感器同軸安裝方式，是將電源模塊、熱電阻、Zigbee通信模塊與主控單元用硅橡膠材料澆注后，安裝與傳感器銅導(dǎo)電桿端部，再與電壓傳感器一體化澆注于環(huán)氧樹(shù)脂堵頭內(nèi)，熱電阻直接與銅導(dǎo)電桿接觸。測(cè)溫傳感器由電壓傳感器獲取能量，經(jīng)濾波、穩(wěn)壓之后，為主控單元(MCU)供能。利用熱電阻的電阻值與溫度成正比關(guān)系原理，控單元通過(guò)采集敷設(shè)在銅導(dǎo)電桿的熱電阻值，經(jīng)A/D變換、運(yùn)算，通過(guò)Zigbee通信模塊傳輸給無(wú)線(xiàn)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)采集終端。數(shù)據(jù)采集終端經(jīng)數(shù)據(jù)采集、處理、運(yùn)算分析后在本地顯示測(cè)量溫度值，同時(shí)通過(guò)RS48總線(xiàn)或以太網(wǎng)接口，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆品?wù)器。

絕緣、溫度控制和抗干擾能力是一體化傳感器的設(shè)計(jì)主要難題，本設(shè)計(jì)采用了高壓與低壓電氣回路相互隔離措施。電容式傳感器二次側(cè)設(shè)計(jì)了隔離變壓器，且電容元件與測(cè)溫電路板之間利用環(huán)氧樹(shù)脂隔離，確保電容器被擊穿不會(huì)將高壓串入到低壓回路；測(cè)溫傳感器與數(shù)據(jù)采集終端之間采用無(wú)線(xiàn)傳輸方式，同時(shí)，在元器件選型上采用抗干擾力強(qiáng)，溫度范圍廣的器件，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì)充分考慮EMC特性，該設(shè)計(jì)方案既解決傳感器的絕緣問(wèn)題，又解決傳感器與數(shù)據(jù)采集終端之間的電磁干擾問(wèn)題；為解決傳感器發(fā)熱問(wèn)題，測(cè)溫傳感器均采用低功耗設(shè)計(jì)，確保微弱能量情況下工作，傳感器運(yùn)行時(shí)的工作電流為微安級(jí)，通訊瞬時(shí)電流15 mA。同時(shí)，傳感器應(yīng)考慮高溫環(huán)境下的正常工作，因此，傳感器選用的材料能夠保障80 ℃以上的環(huán)境溫度穩(wěn)定運(yùn)行，150 ℃時(shí)數(shù)據(jù)能正常測(cè)量，280 ℃時(shí)傳感器內(nèi)部元器件不發(fā)生形變或損壞。

4.2 數(shù)據(jù)傳輸、儲(chǔ)存與告警設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)方案中測(cè)溫傳感器與測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)終端之間采用基于Zigbee協(xié)議的無(wú)線(xiàn)傳輸方式，測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)終端與監(jiān)控主站或云平臺(tái)之間采用4G或光纖傳輸。Zigbee是基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的個(gè)域網(wǎng)協(xié)議[6]?；?Zigbee 協(xié)議的通訊技術(shù)是一種功耗低、距離較近且簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，能夠很好地應(yīng)用于變配電站內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸。

測(cè)溫系統(tǒng)的傳感器集成了無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射模塊，數(shù)據(jù)采集終端集成了接收模塊，接收端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中器的功能，接收、上傳、運(yùn)算所在范圍內(nèi)溫度傳感模塊的數(shù)據(jù)，從而實(shí)時(shí)、可靠地收集范圍內(nèi)的有效數(shù)據(jù)。該模塊采用樹(shù)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)中的通信功能。

測(cè)溫采集終端利用邊緣計(jì)算，對(duì)溫度傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存、運(yùn)算、分析和告警。終端對(duì)每個(gè)測(cè)溫傳感器進(jìn)行告警設(shè)置，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)定的閾值進(jìn)行比較判斷。當(dāng)設(shè)備發(fā)生溫度異常或由于線(xiàn)路中的諧波等干擾因素造成誤報(bào)，系統(tǒng)將根據(jù)傳感器所測(cè)的數(shù)字進(jìn)行溫度絕對(duì)值、溫升加速度、絕對(duì)溫差、相對(duì)溫差(三相不平衡)、歷史趨勢(shì)這五項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析并發(fā)出報(bào)警。當(dāng)狀態(tài)處于正常時(shí)，監(jiān)測(cè)到數(shù)據(jù)突然超出允許波動(dòng)范圍，裝置記錄次數(shù)，若記錄次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)時(shí)，裝置發(fā)出告警信號(hào)，否則進(jìn)入休眠狀態(tài)；當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)波動(dòng)范圍時(shí)間持續(xù)達(dá)到時(shí)間閾值時(shí)，產(chǎn)生告警信息并發(fā)送。這種多次超限統(tǒng)計(jì)判斷告警的模式，可以避免周邊電磁干擾帶來(lái)的誤報(bào)問(wèn)題。告警邏輯,如圖6所示。

圖6 告警與防誤報(bào)程序邏輯

5 試驗(yàn)及應(yīng)用

5.1 局部放電試驗(yàn)

本研究通過(guò)試驗(yàn)手段驗(yàn)證了研究的可行性，測(cè)試方法如圖1所示，分別在環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)、外安裝1組暫態(tài)地電壓及超聲波傳感器，利用升壓變壓器對(duì)環(huán)網(wǎng)柜外施工頻電壓，直至環(huán)網(wǎng)柜產(chǎn)生局部放電，并用手持式局部放電測(cè)試儀與局部放電裝置測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如圖7、圖8和表1所示。

表1 局部放電測(cè)試結(jié)果 dB

表中待測(cè)試電壓設(shè)置為12 kV。由測(cè)試結(jié)果論證，內(nèi)嵌式局部放電傳感器更能準(zhǔn)確反映環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部局部放電情況。

5.2 應(yīng)用情況

2019年3月，對(duì)佛山某電鍍廠的3面高壓開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行升級(jí)改造，在原有開(kāi)關(guān)柜上增加內(nèi)嵌式暫態(tài)低電壓與超聲波局部放電裝置和無(wú)線(xiàn)測(cè)溫裝置。2019年12月，局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到該配電房進(jìn)線(xiàn)01柜暫態(tài)地電壓幅值達(dá)36 dB，超聲波測(cè)量幅值為10 dB，暫態(tài)地電壓發(fā)出間歇性放電告警信號(hào)，超聲波信號(hào)未告警。為驗(yàn)證局部放電監(jiān)測(cè)裝置的準(zhǔn)確性，對(duì)局部放電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，并采用局部放電測(cè)試儀對(duì)該開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行定位分析，確定放電源位于進(jìn)行01柜B相電纜頭位置。

經(jīng)對(duì)B相電纜頭進(jìn)行解剖分析，電纜終端頭絕緣層有明顯放電痕跡，在電纜的半導(dǎo)電層跟主絕緣間發(fā)現(xiàn)一處黃豆大的白色斑點(diǎn)，導(dǎo)致這一現(xiàn)象是因電纜制作工藝不規(guī)范造成，如圖9所示。

圖9 局部放電后電纜解剖圖

將電纜頭重新制作后投入運(yùn)行，局部放電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正常。

6 總結(jié)

局部放電和溫度是最能直接反應(yīng)開(kāi)關(guān)柜絕緣及溫升變化趨勢(shì)，是電力運(yùn)行部門(mén)和科研院所迫切解決的技術(shù)難題。智能環(huán)網(wǎng)柜通過(guò)融合各類(lèi)智能傳感器和邊緣計(jì)算終端，實(shí)時(shí)采集設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用邊緣計(jì)算、云計(jì)算及移動(dòng)應(yīng)用APP，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)故障的自動(dòng)隔離和自愈、故障信息的主動(dòng)預(yù)警、設(shè)備的全面狀態(tài)感知和設(shè)備全壽命周期管理，對(duì)提高運(yùn)維效率和供電可靠性具有重大意義。在今后研究中，應(yīng)朝著信息感知精度更高、設(shè)備小型化、降低成本等方向努力。