摘  要： 城市配電電網(wǎng)中對于負(fù)荷密集區(qū),，大多采用10 kV開關(guān)站直接向用戶供電,。錯(cuò)綜復(fù)雜的城市功能使得用電客戶對配電網(wǎng)的可靠性提出了更高的要求。結(jié)合配網(wǎng)新的特點(diǎn)以及更高的要求,，針對10 kV開關(guān)站常見故障特點(diǎn)研制出一種智能綜合監(jiān)控系統(tǒng),，最終實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和高效性。

　　關(guān)鍵詞： 智能開關(guān)站,；在線監(jiān)測,；水位監(jiān)測；智能配電終端

0 引言

　　隨著我國配電網(wǎng)規(guī)模的快速增長以及電力用戶對供電質(zhì)量要求的不斷提高,，配電網(wǎng)自動化技術(shù)開始備受供電部門關(guān)注,。目前我國城市配網(wǎng)對于負(fù)荷密集區(qū)采用開關(guān)站直接向用戶供電的方式。10 kV開關(guān)站作為配網(wǎng)中的重要設(shè)施其地位也顯得愈加重要,，10 kV開關(guān)站相當(dāng)于擴(kuò)展了變電站10 kV母線,，能夠有效減少高壓變電所的10 kV出線間隔和出線走廊[1]。另外10 kV開關(guān)站還可以為重要用戶提供多電源供電,。因此,，建設(shè)并維護(hù)好10 kV開關(guān)站就成為了發(fā)展配網(wǎng)自動化的關(guān)鍵。本文根據(jù)配網(wǎng)自動化發(fā)展要求以及10 kV開關(guān)站的運(yùn)行特點(diǎn),，著重分析10 kV開關(guān)站的常見故障排除方法，開發(fā)出一套10 kV開關(guān)站智能監(jiān)控系統(tǒng),。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)主要電力運(yùn)行參數(shù),、站內(nèi)溫濕度及電纜溝水位等信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測，同時(shí)通過站內(nèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠及時(shí)有效地排除故障,。

1 10 kV開關(guān)站智能監(jiān)控系統(tǒng)簡介

　　1.1 10 kV開關(guān)站智能監(jiān)控系統(tǒng)研究內(nèi)容

　　10 kV開關(guān)站作為配電網(wǎng)中的重要單元,，在實(shí)際運(yùn)行中一旦出現(xiàn)如電纜溝積水的問題就可能造成大面積供電受到影響。10 kV開關(guān)站智能監(jiān)控系統(tǒng)通過采用自動控制技術(shù),、通信技術(shù),、高精度傳感技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)，能夠快速有效解決開關(guān)站實(shí)際運(yùn)行問題。其主要研究內(nèi)容包括：

　?。?）配電監(jiān)控研究：安裝在開關(guān)站內(nèi)的智能配電終端可以實(shí)時(shí)監(jiān)測開關(guān)站內(nèi)主要電力線路的實(shí)際運(yùn)行參數(shù),，同時(shí)也可以為其監(jiān)測的線路提供過負(fù)荷保護(hù)等基本線路保護(hù)功能。

　?。?）環(huán)境監(jiān)控研究：安裝在開關(guān)站內(nèi)的各種高性能傳感裝置采集現(xiàn)場的溫濕度,、煙霧等環(huán)境參數(shù)。同時(shí)運(yùn)行人員可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況自定義環(huán)境監(jiān)測名稱以及設(shè)置告警閾值,。

　?。?）電纜溫度監(jiān)控：安裝在開關(guān)站內(nèi)的溫度傳感裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測主要電纜線路的溫度變化。溫度傳感裝置采用光導(dǎo)纖維傳輸溫度信號,，具有良好的絕緣性能,。另外溫度傳感探頭體積小巧、安全防爆,，解決了傳統(tǒng)測溫方法中傳感裝置存在測量精度差和易受電磁干擾等問題,。

　　（4）電纜溝水位監(jiān)控：安裝在開關(guān)站電纜溝內(nèi)的水位監(jiān)控裝置采用新型水位探測傳感器,，傳感器具有檢測精度高,、現(xiàn)場安裝靈活等特點(diǎn)并與水泵進(jìn)行1∶1冗余配置[2]。冗余配置控制方案的電纜溝水位監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,，能夠及時(shí)有效地解決電纜溝內(nèi)積水問題,。

　　（5）監(jiān)測主站系統(tǒng)：安裝在開關(guān)站內(nèi)的監(jiān)測平臺負(fù)責(zé)收集站內(nèi)各類傳感器檢測信號并通過485總線將數(shù)據(jù)傳送給智能配電終端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,，再由智能配電終端將站內(nèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳給主站監(jiān)測單元,。主站監(jiān)控軟件包含歷史數(shù)據(jù)、設(shè)備管理,、數(shù)據(jù)管理庫等功能,。

　　1.2 10 kV開關(guān)站智能監(jiān)控系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

　　10 kV開關(guān)站智能監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。圖中環(huán)境監(jiān)控單元包含溫濕度,、煙霧等傳感器和空調(diào),、風(fēng)扇等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。各類傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)科學(xué)布置在站內(nèi),，傳感器之間,、傳感器以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)與站內(nèi)監(jiān)控平臺通過基于ZigBee技術(shù)的無線方式進(jìn)行通信。人防監(jiān)測單元主要由門禁技術(shù),、“人體微波”等防盜技術(shù)以及視頻監(jiān)控技術(shù)組成,。電纜溫度監(jiān)測單元由若干個(gè)溫度傳感器組成，高性能溫度傳感器實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測量站內(nèi)任意位置的溫度變化,。水位監(jiān)控單元由電纜溝的水位探測器及水泵組成,，采用冗余配置控制方案完成自動排水的功能。

2 10 kV開關(guān)站智能監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析與實(shí)現(xiàn)

　　2.1智能配電終端

　　配電終端是配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。配網(wǎng)系統(tǒng)的電力設(shè)施運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),、故障自動檢測與識別功能,、故障隔離以及現(xiàn)場開關(guān)的合/分操作都是由配電終端提供與實(shí)現(xiàn)的[3]。另外,，在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中配電終端是連接配電主站與現(xiàn)場一次設(shè)備之間信息交互的橋梁,。因此，配電終端的智能化水平,、穩(wěn)定性以及靈活性決定著配電網(wǎng)的自動化水平,。本系統(tǒng)采用的智能配電終端具有功能多樣、開放性好和可擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn),，采用了目前領(lǐng)先的一體化設(shè)計(jì)思路,，解決了傳統(tǒng)配電終端功能單一以及“掛葫蘆式”的安裝方式[4]。智能配電終端的軟硬件的設(shè)計(jì)均采用模塊化的方法,，具有功能穩(wěn)定,、現(xiàn)場安裝方便、易于擴(kuò)展和維護(hù)的特點(diǎn),。智能配電終端硬件的模塊化設(shè)計(jì)如圖2所示,。

　　圖2是目前智能配電終端的典型設(shè)計(jì)方案，其中電源板等主要功能板件與總線之間的連接是通過插槽實(shí)現(xiàn)的,。電源板是智能配電終端的基礎(chǔ)單元,，采用多樣化供電模式保證智能配電終端電源輸入的靈活性；同時(shí)電源板還具有電源監(jiān)視與多功能電源管理功能,，保障裝置的可靠運(yùn)行,。核心板是智能配電終端的關(guān)鍵，核心板采用雙CPU設(shè)計(jì)模式,，其中一塊CPU板負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與處理,，另一塊則負(fù)責(zé)裝置的通信功能，兩塊CPU之間通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,。遙測板與遙信板是智能配電終端的基本數(shù)據(jù)采集板,，在與被測開關(guān)站測量線路的接線連接時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場特點(diǎn)靈活配置各被測對象在板件上的接線，最后通過配置轉(zhuǎn)發(fā)表實(shí)現(xiàn)實(shí)際被測對象與點(diǎn)號的一一對應(yīng),。遙控板是智能配電終端的業(yè)務(wù)板,，通過對繼電器的開出控制實(shí)現(xiàn)由電機(jī)驅(qū)動的一切遙控功能（如水泵等）?？蓴U(kuò)展模塊板是為了滿足特殊需求而設(shè)置的，本系統(tǒng)中可擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場各傳感器信號的收集并將數(shù)據(jù)上傳給核心板,。

　　智能配電終端是智能監(jiān)控系統(tǒng)的核心,，其穩(wěn)定性及兼容性決定著系統(tǒng)數(shù)據(jù)的可靠程度。智能配電終端收集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，通過統(tǒng)一通信規(guī)約并上傳的方式避免通信鏈路中出現(xiàn)信息“阻塞”,，大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性,。

　　2.2 溫度監(jiān)測單元

　　傳統(tǒng)的測溫系統(tǒng)主要是采用紅外和光纖兩種測溫方式。其中紅外測溫裝置是非接觸式測溫,，一旦灰塵將測溫頭遮住后測量值就會急劇變化,。因此，在10 kV開關(guān)站智能監(jiān)控系統(tǒng)中采用領(lǐng)先的無線測溫系統(tǒng),，該系統(tǒng)采用ZigBee組網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了測溫探頭與接收裝置物理上的分離,，解決了高壓帶電體運(yùn)行時(shí)的高溫對接收裝置本體造成的影響。另外,，測溫探頭體積小巧以及采用絕緣外殼設(shè)計(jì),，可實(shí)現(xiàn)自由配置測量點(diǎn)的問題。

　　2.3 水位監(jiān)控單元[5]

　　解決10 kV開關(guān)站站內(nèi)積水尤其是電纜溝積水仍然是電力部門管理運(yùn)行的重點(diǎn),，10 kV開關(guān)站智能監(jiān)控系統(tǒng)基于先進(jìn)水位探測器,、冗余控制方案以及通信技術(shù)研究一套水位監(jiān)控裝置能及時(shí)有效地解決站內(nèi)積水問題。

　　水位監(jiān)控單元采用領(lǐng)先技術(shù)的光電探頭式水位傳感器,，并根據(jù)其特點(diǎn)研究出一套水位監(jiān)控系統(tǒng)冗余控制方案,。水位監(jiān)控單元采用I/O的雙配置冗余配置實(shí)現(xiàn)控制方案，其現(xiàn)場安裝示意圖如圖3所示,。

　　圖3中水位探測器采用主從交錯(cuò)的安裝方式以及雙執(zhí)行機(jī)構(gòu)（水泵）的配置,，其中U槽等效成站內(nèi)的電纜溝。冗余控制方案的基本原理是使用高低錯(cuò)位的雙水位探測方法實(shí)現(xiàn)水位及水位變化率的測量,，如果水位不高或水位變化率不大時(shí)啟動主水泵進(jìn)行排水并上送水位值和一般告警信號,；一旦出現(xiàn)水位過高或者水位變化率過大時(shí)則同時(shí)啟動主從水泵進(jìn)行排水同時(shí)上送水位值和中度告警信號；若主從水泵同時(shí)開啟并且水位探測器均在一段時(shí)間內(nèi)檢測到有水位時(shí)（即水泵不能排除積水的情況）,，上送重度告警信號并同時(shí)打開音響及時(shí)提醒運(yùn)維人員,。冗余控制算法在智能配電終端的主程序中實(shí)現(xiàn)，通過可擴(kuò)展模塊發(fā)送給核心板的主從探測器水位信號程序計(jì)算出水位變化率值并通過控制算法解算出執(zhí)行機(jī)構(gòu)（水泵）輸出信號,。通過實(shí)際應(yīng)用,，該水位監(jiān)控單元能夠及時(shí)有效地解決電纜溝內(nèi)積水問題。

　　2.4 主站監(jiān)控單元

　　開關(guān)站內(nèi)各傳感器采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)智能配電終端匯總處理后由光通信單元ONU設(shè)備上傳主站監(jiān)控單元,。主站系統(tǒng)主要由歷史數(shù)據(jù),、設(shè)備管理等幾個(gè)功能模塊組成。

　?。?）歷史數(shù)據(jù)主要用于保存監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)記錄,。進(jìn)入歷史數(shù)據(jù)后，通過查詢按鈕控件可實(shí)現(xiàn)根據(jù)查詢條件查詢出數(shù)據(jù)庫的歷史監(jiān)控記錄和操作記錄,。例如查詢遙信記錄時(shí),，選擇相應(yīng)查詢條件就可直接查出庫中的遙信記錄,。查詢條件包括遙信類型,、遙信狀態(tài)和時(shí)間選擇三種,。

　　（2）設(shè)備管理實(shí)現(xiàn)開關(guān)站的智能管理與控制,，通過設(shè)備管理按鈕控件可實(shí)現(xiàn)站內(nèi)傳感器的遠(yuǎn)程維護(hù),，同時(shí)也可以通過設(shè)備管理對各個(gè)傳感器檢測參數(shù)以及檢測閾值進(jìn)行遠(yuǎn)程配置,。

　　（3）數(shù)據(jù)管理庫包括開關(guān)站日常維護(hù)記錄備份和一般運(yùn)行故障記錄自動備份兩個(gè)功能,，管理人員通過日常維護(hù)記錄模塊可以方便地實(shí)現(xiàn)常規(guī)維護(hù)記錄的等級,；一般運(yùn)行故障記錄自動備份功能為開關(guān)站運(yùn)行情況提供數(shù)據(jù)依據(jù)，同時(shí)還為10 kV開關(guān)站智能監(jiān)控系統(tǒng)研究人員提供大量的故障數(shù)據(jù),。10 kV開關(guān)站智能監(jiān)控系統(tǒng)主站系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)界面如圖4所示,。

3 結(jié)論

　　10 kV開關(guān)站智能監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)我國配網(wǎng)自動化的要求，結(jié)合10 kV開關(guān)站運(yùn)行管理中存在的安全隱患特點(diǎn)而研究開發(fā)的全新系統(tǒng),。通過實(shí)際投運(yùn),，該系統(tǒng)能夠提高配電電網(wǎng)運(yùn)行管理水平，切實(shí)有效地提高供電可靠性,，4同時(shí)提高了工作效率,，實(shí)現(xiàn)真正的無人化管理。

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