關于基于泛在電力物聯網技術的開關柜狀的狀態感知技術

李金良 徐路強 趙普志 張小軍 劉剛 馬捍超

摘要：本文在認真分析開關柜缺陷、故障特點基礎上，采用物聯網思維和物聯網技術，以開關柜為對象，通過加裝觸頭測溫、超聲波局部放電、暫態低電壓局部放電、特高頻局部放電和SF6微水（充SF6氣體）等5類智能傳感器，以標準化信息技術為支撐，構建“無源無線智能感知、標準化信息傳輸、智能化信息計算、智能主動信息應用”的基于基于泛在電力物聯網技術的開關柜狀態智能監測體系。

關鍵詞：開關柜，泛在電力物聯網，狀態感知，監測，

1.引言

國網公司2019年兩會，提出了“三型兩網、世界一流”戰略目標，特別是泛在電力物聯網概念提出，獲得了廣泛關注。2015年以來，國網公司開展基于不停電檢測技術的開關柜狀態檢修，通過巡視、帶電檢測、在線監測、停電試驗等技術手段，評估開關柜狀態，實現開關狀態檢修，減少開關柜停電時間、建設開關柜故障，取得了顯著成效。

本文基于物聯網思維、物聯網技術和智能感知技術，結合開關柜運維實際情況，提出了開關柜狀態感知的技術思路、智能監測傳感器和相關節點的配置策略、邊緣計算、監測數據傳輸及統計分析、與運檢實際相結合的策略。

2.開關柜缺陷故障及檢測情況

10kV、35kV開關柜由高壓斷路器、隔離開關、接地開關、互感器以及控制、測量、保護、調節等裝置組成，其中的各個環節都可能因缺陷而發生故障，造成開關柜整體性能缺失。常見故障主要為斷路器機構故障、開關柜發熱故障及操作卡阻故障。

目前，開關柜開展的帶電檢測項目有超聲波局部放電檢測、暫態地電壓檢測，部分開關柜可開展特高頻局部放電檢測。分合閘線圈電流電壓檢測等新技術手段尚存在技術難點和應用瓶頸，難以被廣泛推廣應用。最為常用且成熟的紅外檢測手段因開關柜結構特點而不能被應用。

國網公司《基于不停電檢測的開關柜狀態檢修工作指導意見》，指出開關柜設備狀態評價導則中現有69個狀態量，根據各狀態量對應的缺陷檢出率結果和對設備狀態影響的程度，并結合國網公司設備運維經驗，選擇20個關鍵狀態量，作為運檢重點內容，其中1項為巡檢;3項為例行試驗，均為帶電檢測項目;其余16項均為診斷性試驗。

其中，檢出發熱類缺陷可通過成熟可靠的接觸式測溫來實現，檢出局方類缺陷可通過較為成熟的超聲波局部放電監測裝置、暫態地電壓監測裝置、特高頻局部放電監測裝置實現，檢出SF6斷路器氣體類缺陷可通過成熟可靠的SF6微水監測裝置實現。其余檢出缺陷相關監測技術尚未成熟。

3.泛在電力物聯網簡介

泛在電力物聯網由感知層、網絡層、平臺層、應用層構成，其中，感知層與電網設備直接關聯，是泛在電力物聯網的末端和基礎。如果把泛在電力物聯網看作人的神經系統，感知裝置就好比是一個個神經元。智能感知裝置是感知層的核心。

4.開關柜狀的狀態感知解決方案。

4.1無源無線智能感知傳感器

每臺開關柜加裝觸頭測溫、超聲波局部放電、暫態低電壓局部放電、特高頻局部放電和SF6微水（充SF6氣體）等5類傳感器。傳感器應具備以下基本功能：在傳感器供電方面，5類傳感器可通過傳感器自身攜帶電池或溫差、電壓、電流等取電方式供電，不允許通過外接電源線供電;在傳感器數據傳輸當面，5類傳感器數據傳輸通過無線傳輸，不允許通過有線方式傳輸;5類傳感器優先選用微功耗（微瓦級別）傳感器，其次為低功耗傳感器（毫瓦級別）;5類傳感器應具備監測數據閾值比較、是否上傳、數據初步預警等初步邊緣計算功能，同時應具備數據存儲功能（可存儲10年以上數據）;5類傳感器具備遠程設置數據采集頻率、數據調用上傳、傳感器校準等功能;5類傳感器數據傳輸符合國網公司安全加密要求，所有數據只允許傳至公司內網主站;5類傳感器應小型化，不影響設備電氣性能或設備安全穩定運行;5類傳感器安裝方式首選不停電安裝。每臺開關柜觸頭測溫傳感器測點不少于6個，超聲波局部放電傳感器、暫態地電壓局部放電傳感器、特高頻局部放電傳感器、SF6微水傳感器不少于1個，鼓勵各傳感器集成融合，但不應互相干擾。

4.2標準化信息傳輸

通過在變電站合理布局匯聚節點、接入節點，實現傳感器采集數據、匯聚節點匯聚傳感器數據、接入節點匯聚匯聚節點傳感器、接入節點數據接入內網的數據雙向流通。

嚴格按照國網公司輸變電互聯網建設方案規定的無源無線數據傳輸方式，實現傳感器到匯聚節點的數據傳輸;通過無線信息專網，實現匯聚節點到接入節點的數據傳輸;按照國網公司信息要求，通過窄帶物聯網或有線方式，實現接入節點到信息內網的數據傳輸。其中，匯聚節點接收數據有效距離不少于30米、接入傳感器不少于30個，接入節點接收數據有效距離不少于300米、接入匯聚節點不少于300個;匯聚節點和接入節點通訊類型應至少包括LoRa、窄帶物聯網、WiFi、61850等國網公司通用常用類型，可接入其他公司數據，不具備排他性。

4.3智能化信息計算

指在感知層和應用層的相關傳感器、匯聚節點、接入節點搭載邊緣計算能力，在后臺具備大數據分析能力。

在5類傳感器方面，傳感器本身搭載邊緣計算能力，具備監測數據閾值計算、較長時間（例如1個月）段內數據趨勢計算、自校準計算、數據上傳計算，對于監測數據超過閾值（可遠程設置）、增長率超過閾值（可遠程設置）數據及時上傳，對監測數據是否誤報警進行計算分析并將誤報警數據上傳，根據監測數據值、增長率、誤報警情況，科學合理調整的數據采集頻率、上傳頻率。在匯聚節點方面，匯聚節點實現對接入傳感器上傳數據進行相間計算、長周期增長率計算、數據調用技術、傳感器裝置校準計算等功能。在接入節點方面，接入節點實現對各傳感器上傳數據的各設備間同相計算、數據診斷分析計算，接入節點可自動調用PMS2.0等系統相關設備帶電檢測數據、停電試驗數據，結合設備負荷、環境等信息，對數據進行診斷分析，做出設備是否存在疑似潛在缺陷或未來發生疑似潛在缺陷的概率，并將診斷分析結果上傳至網絡層和應用層。

4.4智能主動信息應用

在應用分析方面，建設開關柜狀態檢修微應用，具備開關柜數據綜合診斷分析計算、數據展示、異常數據智能主動以短信等方式推動至相關運維檢修人員。

5.參考文獻

《輸變電設備狀態檢修試驗規程》（Q/GDW1168-2013）

《基于不停電檢測的開關柜狀態檢修工作指導意見》（運檢技術〔2015〕166號）