何 明，，嚴(yán)鏗博，，佘樂(lè)欣，，袁 帥，，汪明科，，劉曉松

（1.深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518022；2.武漢傲睿爾科技有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

開(kāi)關(guān)柜是電力系統(tǒng)中使用數(shù)量最多的開(kāi)關(guān)設(shè)備，也是對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響最為明顯的設(shè)備。從開(kāi)關(guān)柜的設(shè)計(jì)生產(chǎn)開(kāi)始，再到后續(xù)的安裝和運(yùn)行，開(kāi)關(guān)柜會(huì)出現(xiàn)不同程度的問(wèn)題，導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障。為此，需要針對(duì)10 kV以上的高壓開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行狀況展開(kāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，定期了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，判斷設(shè)備的絕緣特性，做好設(shè)備的檢修和維護(hù)，降低事故發(fā)生的概率，讓電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)更加安全可靠。

1 高壓開(kāi)關(guān)柜局部放電原理

局部放電是絕緣介質(zhì)中產(chǎn)生的一種電氣類放電現(xiàn)象，這種放電通常限制在被測(cè)介質(zhì)中，且往往發(fā)生在導(dǎo)體間的絕緣局部橋接處或?qū)w鄰近位置。在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，電力設(shè)備絕緣中的某些薄弱部位處，普遍存在局部放電的問(wèn)題。局部放電前期一般不會(huì)立即引起絕緣介質(zhì)擊穿，但容易導(dǎo)致有機(jī)電介質(zhì)的局部損壞。若電氣設(shè)備長(zhǎng)期處于局部放電狀態(tài)，在某些特定環(huán)境下就會(huì)導(dǎo)致絕緣劣化，甚至擊穿［1］。因此，對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行局部放電監(jiān)測(cè)是電力設(shè)備運(yùn)行中的一種重要預(yù)防性手段。

局部放電會(huì)伴隨產(chǎn)生各種電、光、聲、熱等現(xiàn)象，基于這些現(xiàn)象的原理性研究，產(chǎn)生了不同原理的局放監(jiān)測(cè)技術(shù)。其中，常用的非電量監(jiān)測(cè)方法有：光測(cè)法、電檢測(cè)法、紅外熱測(cè)法和聲測(cè)法等。近些年來(lái)，隨著對(duì)局部放電原理的研究不斷深入，局部放電監(jiān)測(cè)技術(shù)也在不斷提高，目前采用較為廣泛的局部放電監(jiān)測(cè)方法是聲電聯(lián)合的監(jiān)測(cè)方法［2］。事實(shí)證明，該方法能夠有效監(jiān)測(cè)沿面爬電、表面放電、電暈放電、內(nèi)部放電、尖端放電等多種類型放電現(xiàn)象。

2 基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)關(guān)柜局放在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

本次設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)之上，通過(guò)脈沖電流傳感器對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜的母線電流進(jìn)行信息采集，獲取流動(dòng)在母線上的高頻脈沖電流信號(hào)，在采集數(shù)據(jù)信息以后，將電流信號(hào)傳輸?shù)教幚韱卧?，?jīng)過(guò)信號(hào)過(guò)濾環(huán)節(jié)，將外界影響因素分離開(kāi)來(lái)，此時(shí)數(shù)據(jù)處理單元將對(duì)高頻分量展開(kāi)分析，最終確定高壓開(kāi)關(guān)柜是否存在局部放電現(xiàn)象，并對(duì)局部放電故障的嚴(yán)重程度做出評(píng)判［3］。此次為盡快確定故障所在位置，將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的傳感器與定位技術(shù)結(jié)合起來(lái)，以傳感器為在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中心，分散監(jiān)測(cè)傳感器周邊的局部放電情況，準(zhǔn)確獲取故障點(diǎn)位置。

此次所設(shè)計(jì)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)比較適合10 kV及以上開(kāi)關(guān)柜的局部放電現(xiàn)象監(jiān)測(cè)，能夠?qū)Σ煌O(jiān)測(cè)點(diǎn)的局部放電數(shù)值及頻次進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，在確定放電點(diǎn)以后，及時(shí)發(fā)出故障警報(bào)，并將數(shù)據(jù)圖譜存儲(chǔ)下來(lái)，以便于監(jiān)測(cè)人員后續(xù)展開(kāi)放電現(xiàn)象分析［4］。該種監(jiān)測(cè)方式能及時(shí)發(fā)現(xiàn)高壓開(kāi)關(guān)柜存在的絕緣缺陷問(wèn)題，并評(píng)估開(kāi)關(guān)柜設(shè)備及母線的絕緣水平，對(duì)判斷開(kāi)關(guān)柜線路老化程度提供科學(xué)依據(jù)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理軟件中所形成的二維譜圖、工頻周期放電圖以及放電趨勢(shì)圖等都將成為檢測(cè)人員制定改進(jìn)措施的數(shù)據(jù)參考［5］。

根據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，本次設(shè)計(jì)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要具備下述特征：(1）提取放電信號(hào)的特定頻帶，對(duì)抗配電站中因外界因素干擾而產(chǎn)生的干擾信號(hào)，規(guī)避干擾信號(hào)對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)的影響。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可直接經(jīng)過(guò)放電信號(hào)判斷確定局部放電現(xiàn)象來(lái)自于高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部還是外部。(2）異常報(bào)警。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包含異常報(bào)警功能，在對(duì)開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)期間，一旦發(fā)現(xiàn)局部放電現(xiàn)象比較嚴(yán)重，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響，系統(tǒng)將會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)分析判斷，分等級(jí)地發(fā)出不同警報(bào)。(3）同時(shí)采集不同終端信號(hào)，最多可同時(shí)獲取100臺(tái)設(shè)備的傳感數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可通過(guò)該種技術(shù)對(duì)傳感器感應(yīng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集，從而判斷局部放電現(xiàn)象所處位置。(4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間，借鑒國(guó)內(nèi)外廠家所采用的異常周期數(shù)統(tǒng)計(jì)方法，將開(kāi)關(guān)柜中因操作所造成的瞬間局部放電現(xiàn)象排除，獲取在個(gè)別頻次周期中出現(xiàn)的局部放電現(xiàn)象數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以及異常周期數(shù)據(jù)分析，判斷開(kāi)關(guān)柜是因?yàn)椴僮鳟a(chǎn)生局部放電故障還是因?yàn)槠渌虍a(chǎn)生局部放電故障。(5）傳感器在在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的設(shè)置和連接均采用單根數(shù)字總線方式，經(jīng)過(guò)供電一體化多芯電纜實(shí)現(xiàn)相互連接，該種連接方式能夠減少傳感器之間的布線數(shù)量，降低開(kāi)關(guān)柜因走線復(fù)雜而帶來(lái)的檢測(cè)難度，降低在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備對(duì)電力系統(tǒng)原設(shè)備所產(chǎn)生的影響。

2.2 故障采集檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為提升該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的故障信息采集效果，本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中安裝了嵌入式高性能處理器，該處理器能夠保持系統(tǒng)處于高速采樣狀態(tài)，且降低系統(tǒng)整體運(yùn)行功耗。處理器在獲取數(shù)據(jù)采集結(jié)果以后，經(jīng)過(guò)Modbus-RTU協(xié)議組網(wǎng)以及RS-485總線，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信的目的。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中將同時(shí)運(yùn)行多達(dá)100臺(tái)設(shè)備，此時(shí)將同步采樣技術(shù)與系統(tǒng)融合在一起，可以對(duì)100臺(tái)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，了解100臺(tái)設(shè)備的局部放電信號(hào)情況，通過(guò)橫向和縱向?qū)Ρ葦?shù)據(jù)的運(yùn)行狀態(tài)，分析數(shù)據(jù)存在局部放電現(xiàn)象的可能因素。該種數(shù)據(jù)處理方式和信號(hào)采集方式簡(jiǎn)化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)布線，實(shí)現(xiàn)供電通信一體化多芯電纜串聯(lián)。

傳感器是在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要設(shè)備，本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了VHF天線傳感器，該種傳感器是專門(mén)為測(cè)量局部放電信號(hào)而設(shè)計(jì)的，不僅設(shè)備安裝比較方便，且在局部放電信號(hào)方面的檢測(cè)比較靈活。該傳感器的外殼屬于鋁合金材料，并經(jīng)過(guò)鍍鋅處理達(dá)到氧化絕緣的目的，能夠?qū)Ω邏洪_(kāi)關(guān)柜的內(nèi)部空間傳輸出的電磁波信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)，達(dá)到監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)柜局部放電現(xiàn)象的目的。傳感器將被直接安裝在開(kāi)關(guān)柜的電纜室當(dāng)中或者是直接吸附在開(kāi)關(guān)柜的內(nèi)壁上，根據(jù)電磁波信號(hào)感應(yīng)，向系統(tǒng)后臺(tái)傳輸監(jiān)測(cè)結(jié)果。

3 結(jié)語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠直接與地理信息系統(tǒng)融合，從而定位故障纏身位置，方便檢測(cè)人員快速發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)并給出應(yīng)對(duì)措施。如此一來(lái)，電力系統(tǒng)的運(yùn)維管理水平提升和開(kāi)關(guān)柜局部放電故障也得以管控。