電站氣體絕緣金屬封閉開關(guān)閘刀位置遠(yuǎn)程目視監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

趙毅鋒,劉晴巖,嚴(yán)曉東,朱中山,方　雨

(1.華東天荒坪抽水蓄能有限責(zé)任公司， 湖州 313302；2.華東理工大學(xué) 承壓系統(tǒng)安全科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200237；3.上海明華電力技術(shù)工程有限公司， 上海 200090)

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電站氣體絕緣金屬封閉開關(guān)閘刀位置遠(yuǎn)程目視監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

趙毅鋒1,劉晴巖2,嚴(yán)曉東3,朱中山1,方雨2

(1.華東天荒坪抽水蓄能有限責(zé)任公司， 湖州 313302；2.華東理工大學(xué) 承壓系統(tǒng)安全科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 上海 200237；3.上海明華電力技術(shù)工程有限公司， 上海 200090)

在分析氣體絕緣金屬封閉開關(guān)(GIS)重要性的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了GIS閘刀目視監(jiān)控系統(tǒng)的研究，設(shè)計(jì)制作了電磁屏蔽攝像頭、構(gòu)建了抗高壓電磁波沖擊信號(hào)傳輸系統(tǒng)與GIS開關(guān)狀態(tài)圖像數(shù)據(jù)庫,并進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了GIS閘刀目視監(jiān)控系統(tǒng)的先進(jìn)性、有效性、實(shí)用性與可靠性。

目視檢測；氣體絕緣金屬封閉開關(guān)；狀態(tài)監(jiān)測；實(shí)時(shí)視頻監(jiān)測

隨著電網(wǎng)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，為調(diào)節(jié)負(fù)荷的峰谷差，在全國各地建設(shè)了多所抽水蓄能電廠，為電網(wǎng)運(yùn)行提供調(diào)峰、事故備用及調(diào)頻調(diào)相等功能。由于抽水蓄能電廠的特殊作用和工況，其線路中關(guān)鍵部件GIS(氣體絕緣金屬封閉開關(guān))使用頻繁，為保證安全，對(duì)GIS開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)控要求也隨之增高[1]。

對(duì)隔離開關(guān)、接地開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行內(nèi)窺鏡觀測，是許多超高壓、特高壓GIS設(shè)備必須進(jìn)行的重要檢查項(xiàng)目[2-4]。但在目前常規(guī)的光學(xué)內(nèi)窺鏡檢測中，存在著清晰度低、速度慢、安全性差等問題，不能與線路運(yùn)行的要求相匹配。同時(shí)因高壓開關(guān)開合過程中，極亮的電弧和高壓脈沖電磁場對(duì)人眼及人體有危害，使得無法對(duì)開合過程中動(dòng)靜觸頭的分合動(dòng)作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和判斷。

筆者設(shè)計(jì)了一套可靠、高效、高清晰度的分布式GIS開關(guān)狀態(tài)孔窺視頻在線目視監(jiān)測系統(tǒng)，提高了GIS隔離開關(guān)、接地開關(guān)狀態(tài)檢測速度，確保了監(jiān)測可靠性及安全性，更大力度地保障了GIS設(shè)備的長期安全運(yùn)行，進(jìn)一步保證了線路設(shè)備的運(yùn)行安全[5]。

1　設(shè)計(jì)的要求與目的

針對(duì)GIS開關(guān)狀態(tài)分布式孔窺視頻在線目視監(jiān)測系統(tǒng)的特殊要求，在微型鏡頭設(shè)計(jì)與制作、微型高亮度光源的設(shè)計(jì)和制作、微型GIS專用孔窺攝像頭的鏡頭和光源集成的基礎(chǔ)上，完成微型GIS專用復(fù)合孔窺攝像頭的設(shè)計(jì)和研究。通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)微型GIS專用孔窺攝像頭視頻信號(hào)的顯示、控制、存儲(chǔ)、輸出與管理。通過分布式視頻監(jiān)控系統(tǒng)，能夠快速、可靠、安全地對(duì)GIS隔離、接地等開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測。

2　GIS閘刀目視監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1專用視頻采集攝像頭設(shè)計(jì)

GIS開關(guān)與觀察窗結(jié)構(gòu)系統(tǒng)如圖1所示，動(dòng)觸頭為被監(jiān)控對(duì)象，GIS開關(guān)觀察視窗設(shè)置有2個(gè)孔徑分別為8，10mm的觀測孔，孔為封閉結(jié)構(gòu)，末端有透鏡作為觀察和光線進(jìn)入用。針對(duì)此結(jié)構(gòu)要求,提出了復(fù)合攝像頭設(shè)計(jì)方案并對(duì)其進(jìn)行了制作，攝像頭實(shí)物外觀如圖2所示。復(fù)合攝像頭為微型專用攝像機(jī)，用以拍攝采集開關(guān)動(dòng)觸頭的工作狀態(tài)，并帶有光源，以向攝像對(duì)象提供照射光線。攝像頭通過快速連接接頭與顯示系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的電纜相連。

圖1　GIS開關(guān)與觀察窗結(jié)構(gòu)系統(tǒng)示意

圖2　復(fù)合攝像頭外觀

2.2分布式視頻監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)GIS開關(guān)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)觀察監(jiān)視，必須構(gòu)建分布式視頻監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，圖3為分布式視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案框圖。

圖3　分布式視頻監(jiān)控系統(tǒng)方案框圖

圖3中，模塊1為GIS隔離開關(guān)狀態(tài)視頻信號(hào)采集部分，其作用是通過GIS設(shè)備開關(guān)狀態(tài)觀察窗布置復(fù)合專用微型攝像頭(每組ABC三相)，在線對(duì)多組GIS隔離開關(guān)實(shí)時(shí)目視監(jiān)控，同時(shí)完成對(duì)開關(guān)狀態(tài)的高速視頻采集。

模塊2為視頻信號(hào)傳輸系統(tǒng)，其由多路攝像頭視頻及供電接口、多層復(fù)合屏蔽套、視頻矩陣接口組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像頭及光源的供電、視頻信號(hào)傳輸和對(duì)高壓脈沖的電磁屏蔽。

模塊3為視頻矩陣與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其以陣列切換的方法將多路攝像視頻信號(hào)輸出至監(jiān)控設(shè)備和圖像監(jiān)控輔助處理系統(tǒng)，并將視頻信號(hào)錄入管理數(shù)據(jù)庫。

模塊4為視頻同步多通道監(jiān)視器，其接收模塊3發(fā)出的視頻信號(hào)，并按監(jiān)控的需要，將各通道的圖像以逐屏或同屏的方式顯示在屏幕上。

模塊5為圖像監(jiān)控輔助處理系統(tǒng)，其對(duì)GIS開關(guān)位置進(jìn)行自動(dòng)分析，判斷動(dòng)觸頭動(dòng)作狀態(tài)是否正確到位，輔助監(jiān)控并記錄。

2.3GIS開關(guān)狀態(tài)圖像數(shù)據(jù)庫構(gòu)建基于視頻的GIS開關(guān)位置遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)中，所需要的圖像監(jiān)控輔助管理系統(tǒng)包括具有圖像分析比對(duì)功能的GIS開關(guān)狀態(tài)圖像數(shù)據(jù)庫，其能對(duì)實(shí)時(shí)圖像與開關(guān)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)進(jìn)行比較判斷，給出是否到位的判斷結(jié)果，由此得出隔離開關(guān)、接地開關(guān)是否存在異常的判斷，有助于巡檢人員執(zhí)行相應(yīng)操作；并能將GIS開關(guān)編號(hào)、時(shí)間、狀態(tài)及是否正常等所有信息均實(shí)時(shí)記錄入GIS開關(guān)狀態(tài)圖像數(shù)據(jù)庫。

3　現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果及分析

現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果見圖4，圖4反映的是在靜態(tài)試驗(yàn)條件下，不同燈光條件對(duì)DVR(數(shù)字視頻錄像機(jī))成像效果的影響，由圖可見,視場監(jiān)測效果的好壞與光照條件密切相關(guān)，試驗(yàn)為攝像頭光源設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

圖4　不同燈光條件下的靜態(tài)成像效果

圖5為動(dòng)態(tài)試驗(yàn)條件下，拉閘過程中，三開關(guān)動(dòng)觸頭位移的瞬間狀態(tài)。

圖5　拉閘(合閘)動(dòng)態(tài)瞬間狀態(tài)成像效果

分析GIS開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測記錄的視頻顯示，可以得出：

(1)GIS開關(guān)狀態(tài)目視監(jiān)測系統(tǒng)能完美地實(shí)現(xiàn)閘刀開合過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

(2) 通過監(jiān)測視頻可以觀察到三把閘刀分離的同步情況，從而對(duì)閘刀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)作出進(jìn)一步的評(píng)價(jià)。

(3) 可以遠(yuǎn)程觀察閘刀開合過程中的實(shí)時(shí)放電狀況以及對(duì)設(shè)備的影響。

而以上這些開關(guān)動(dòng)態(tài)狀態(tài)的信息在以往人工觀測中是難以獲得的。

另外，現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)表明：GIS開關(guān)狀態(tài)目視監(jiān)測系統(tǒng)具有屏蔽抗壓性能，在千伏電壓沖擊下工作穩(wěn)定；GIS開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)未受到接地刀閘開合操作的干擾。

4　結(jié)論

(1) 為GIS開關(guān)狀態(tài)目視監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專用復(fù)合攝像頭，具有動(dòng)態(tài)分辨率高、像素高、電磁屏蔽好等特點(diǎn)，滿足現(xiàn)場GIS開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測的需求。

(2)GIS開關(guān)狀態(tài)目視監(jiān)測系統(tǒng)的視頻信號(hào)傳輸、控制、顯示、管理的系統(tǒng)集成方案切實(shí)可行，并且實(shí)現(xiàn)了分布式目視視頻監(jiān)控與監(jiān)控結(jié)果的數(shù)據(jù)管理。

(3) 通過現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了GIS開關(guān)狀態(tài)目視監(jiān)測系統(tǒng)的有效性及抗高電壓干擾的穩(wěn)定性，信號(hào)傳輸系統(tǒng)具備抗高壓電磁波沖擊的能力。

GIS開關(guān)狀態(tài)目視監(jiān)測系統(tǒng)，填補(bǔ)了國內(nèi)分布式GIS開關(guān)狀態(tài)孔窺目視在線監(jiān)測系統(tǒng)的空白，極大地提高了GIS隔離開關(guān)、接地開關(guān)狀態(tài)檢測速度，保障了GIS設(shè)備的可靠、安全、長期地運(yùn)行。

[1]廣西中電新源電氣有限公司.氣體絕緣封閉型高壓隔離/接地開關(guān)：中國，CN201020585101.7 [P].2011-05-11.

[2]劉潛.SF6全封閉組合電器(GIS)狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究[D].北京：清華大學(xué)，2001.

[3]汪沨，申晨，何榮濤，等.基于UHF傳感器與以太網(wǎng)的GIS局部放電監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].傳感器與微系統(tǒng),2015 (6):82-85.

[4]國網(wǎng)河南省電力公司南陽供電公司.一種GIS故障診斷裝置及故障診斷方法：中國，CN201310623554.2 [P].2014-03-26.

[5]國家電網(wǎng)公司,國網(wǎng)新源控股有限公司,華東天荒坪抽水蓄能有限責(zé)任公司.基于視頻的GIS開關(guān)位置遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng)：中國，CN201410674051.2[P].2015-01-28.

DesignandApplicationofRemoteVisualMonitorSystemforGISSwitchgearsattheGeneratingStation

ZHAOYi-feng1,LIUQing-yan2,YANXiao-dong3,ZHUZhong-shan1,FANGYu2

(1.EastChinaTianhuangpingPumpedStorageCo.,Ltd.,Huzhou313302,China;2.KeyLabofSafetyScienceofPressurizedSystem,MinistryofEducation,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237,China; 3.ShanghaiMinghuaPowerTechnologyEngineeringCo.,Ltd.,Shanghai200090,China)

Basedontheanalysisoftheimportanceofthegas-insulatedswitchgearandcontrolgear(GIS),keytechniqueproblemsandsolutionsofGISmonitoringsystemarediscussed.Theresearchesincludetheelectromagneticshieldingwindowscamera,signaltransmissionsystemwithhighvoltageimpactresistanceandimagedatabaseforGIS.TheGISvisualmonitoringsystemprovedtobeadvanced,effective,practicalandreliablethroughexperiment.

Visualtesting;Gasinsulatedmetalenclosedswitchgearandcontrolgear;Conditionmonitoring;Real-Timevideomonitoring

2016-01-07

趙毅鋒(1982-)，男,高級(jí)工程師,主要從事水電機(jī)組運(yùn)維技術(shù)管理工作。

方雨,E-mail:sanrazi@163.com。

10.11973/wsjc201607014

TM73；TG115.28A

1000-6656(2016)07-0053-03