10 kV開關站智能監控系統應用研究

史志紅

（中煤科工集團北京華宇工程有限公司，北京 100120）

1 10 kV開關站管理面臨的問題

目前開關站的發展仍不完善，雖然在一定程度上保證了用戶需要的可靠性，但存在的問題對人們生活的影響不可忽視。對于不同的環境或不同的居住地段，用戶的平均用電量是不同的。在分配電力時，因為難以預測不同用戶所需電量的多少，所以可能造成需求量小的用戶分配到過量的電，而需求大的用戶反而分配不足，造成用戶用電體驗差而產生不滿。

突然的斷電，俗稱“跳閘”，往往會造成許多損失，而且修復過程耗時較長，可能會加大停電過程對用戶的影響，帶來更大的損失。此外，開關站往往所處地理位置偏僻，造成相關人員在檢查開關站設備和性能參數的過程中勘查難度大，不能及時檢查而出現線路損壞和設備漏電等事故[1]。

2 智能監控系統應用于開關站的意義

針對10 kV開關站管理存在的問題，通過建立開關站監控系統能實現精準化管理開關站，實時掌握開關站設備的運行狀態，及時發現開關站設備運行中存在的線路短路和跳閘等問題，降低因開關站工作不正常造成的用戶經濟損失和人身傷害等。此外，通過在開關站中引入智能監控系統，能降低開關站的運維工作量，提高開關站的數字化和智能化管理水平，提升電網企業的管理效能。

3 10 kV開關站智能監控系統設計及功能

10 kV開關站智能監控系統由設備層、通信層以及控制層組成。

3.1 設備層及其功能

設備層主要是各開關站的數字化設備，可以實現開關站各類設備狀態信息的遠傳、測量、監控以及遠程操作等。通過數據分析將重要告警和狀態變化及時通知給配網運維檢修人員。同時，借助開關站智能控制設備實現設備的操作和管理。智能開關站設備層主要包括門禁系統、視頻監控系統、溫濕度監控系統、風機控制系統、水侵系統以及SF6監測系統等。

3.1.1 門禁系統

智能開關站門禁系統主要為智能門鎖和門禁聯動設備。經智能門鎖認證后開啟防盜門，從而有效阻止未經授權進入智能開關站的情況，并詳細記錄智能開關站的進入情況，實現安全管理智能開關站的出入。

3.1.2 視頻監控系統

視頻監控系統負責實時監控智能開關站內環境、設備運行狀況以及站外周邊環境，滿足開關站的安全運行管理要求。為滿足全方位監控要求，可配置帶云臺或可選擇的高清攝像頭。

3.1.3 溫濕度監控系統

智能開關站內電氣設備對環境溫濕度要求較高，溫度過高可能會引起電氣元件老化和失效，甚至引發漏電事故。借助溫濕度監控系統關注開關站內溫濕度變化，有利于提前預防和發現開關站設備故障，確保智能開關站可靠穩定運行。因此，在開關站的關鍵部位需設置溫濕度傳感器，以實時監測開關站內部的溫濕度情況。

3.1.4 風機控制系統

為應對部分高溫高濕天氣情況，保證智能開關站內設備的運用工況，在開關站內設置排風扇自動控制系統，通過定時控制和遠傳控制等方式，實現對智能開關站內溫濕度的精確控制。

3.1.5 水浸控制系統

連續降雨或排水不暢時，智能開關站內的電纜溝可能出現積水，從而引發安全隱患。通過在智能開關站內設置水浸監控裝置，配合水泵抽水系統自動化運行，可有效解決和預防電纜溝積水問題，維持良好的開關站運行環境。

3.1.6 SF6監測系統

SF6是智能開關站內常見的絕緣介質。SF6發生泄漏將影響開關站電氣柜的絕緣性能，由此引發重大設備事故。通過在開關站內設置SF6監測探頭，遠傳相關數據，可提高智能開關站的安全性和可靠性。

3.2 智能開關站的通信層

通信層主要包括連接開關站與控制中心的光纜和交換設備等。為防止開關站設備受電磁信號干擾，系統設備的通信連接采用雙線路光纜，并按不同的電壓等級和電氣單元劃分熱備通信線路和路徑，以降低不同等級設備通信線路故障對其他線路智能化控制的影響。當一路通信鏈路出現故障時，另一路通信鏈路自動尋徑并恢復通信，從而滿足開關站的實時通信和控制要求。

3.3 智能開關站控制層

控制層由上位機和遠動控制設備組成，主要實現讀取開關站設備的狀態信息和下達操作指令等。智能開關站電氣設備除遠程控制和環境監測外，還配備“五防”安全功能模塊，能實現以下功能。

第一，人機仿真界面。在上位機上設置人性化的人機仿真界面，完成10 kV開關站模擬故障動作、操作、傳輸、閉鎖以及仿真等功能，并采用軟件系統鑰匙替代傳統意義上的解鎖和命令傳達，通過程序實現各操作指令的聯鎖和閉鎖。

第二，設置專家干預功能。為滿足開關站設備更新和監控系統更新等拓展性要求，設置專家干預功能。不僅能實現程序自動運行和系統操作模擬等功能，而且能實現系統功能更新后的指導、模擬操作以及功能說明等。

第三，工位校核功能。為保證10 kV開關站智能監控系統運行的安全穩定，降低錯誤操作對開關站工作狀態的影響，將“五防”安全功能模塊按操作人員權限與系統工作狀態結合，通過對比工位操作指令和專家數據庫中的建議操作，檢查操作的正確性，同時對錯誤操作發出相應告警，并給出正確的操作指令，以杜絕發生各種錯誤操作，實現更好的培訓和管理工作。

第四，記錄正確操作。通過程序設定，10 kV開關站智能監控系統可以記錄和存儲正確的操作指令，以供學習和參考。

第五，閉鎖操作。針對操作人員的錯誤操作，10 kV開關站智能監控系統能夠強制閉鎖，語音提示操作人員正確操作，并記錄操作起止時間、未完成的違規操作以及錯誤操作等，可及時追查、備份或輸出報表，大大提高了運行管理的效率。

4 10 kV開關站智能監控系統的應用

4.1 智能監控系統實現用戶用電安全

智能監控系統目前在我國的應用范圍廣泛，主要工作包括判斷用戶的用電安全和智能化的分配電力。通過線性分析各區域用戶的用電量，準確判斷每個區域用戶的用電能力和用電頻率，可以實時判斷電網的負荷壓力，對合理配置電力具有關鍵性作用。另外，智能監控系統可以用于研究環境監控和監控電纜溫度。通過各種傳感器收集環境中的各項數據指標，再通過無線傳輸將數據輸送到智能監控系統，由人工進行自主分析，確定上限和下限閾值，一旦環境參數超過了相應的閾值，智能監控系統就會自動報警，從而實現電力的智能化管控[2]。

例如，智能監控系統可以連接到10 kV開關站的監控室，并從大數據中提取用戶的用電量，然后在計算機的幫助下進行數據分析，并繪制表格，做出相應的用戶用電量折線圖。通過折線圖，相關人員可以清晰找到用電量最大和最小部分。不難發現，用戶所繳電費與分配的電量有一定的線性關系。可見，通過智能化監控系統進行電力的合理分配，可保障用戶用電的安全合理。

4.2 智能監控系統反映線路問題

用戶對用電可靠性的要求在不斷提高。越來越多的開關站被建立在原線路上，10 kV開關站就是代表。開關站的建立雖然解決了用戶的很多問題，但是由于開關站發展不完善也會造成很多問題。例如，突然跳閘往往會影響一個街道或一個單元，而“越級跳閘”事故發生在開關站的出線線路得到保護后。造成“越級跳閘”的原因可能是用戶在用電時用電功率超出額定值，造成電路短路或斷路，直接影響開關站一部分的線路總閘，造成多用戶在用電時出現跳閘現象，因此需要配電終端的保護與解決。傳統配電終端的設計多是“連串”方式，加大了終端的建設難度。所以，將智能監控系統應用于開關站，不僅有助于發現并解決線路問題，也會大大減低建設難度。

出現“跳閘”時，10 kV開關站的智能配電終端檢測出事故線路后，需快速切斷這條線路與總線路的連接。切斷后，智能監控系統的終端針對不同的情況快速做出修補。例如：斷路情況下，適當加條串聯線路；短路情況下，分析出短路線路后，調控有關電路。在短路線路的具體判斷過程中，操作人員可根據智能監控系統測定各電路電壓，通過判斷電壓數值確定短路情況。例如，某電路兩端電壓數值為零，則表明線路兩端的電勢差為零，即該段電路由于某些原因出現了短路，需要及時修復。可以采用電力引流的方式切斷短路部分的電流輸入，在合理的范圍內增大其他電路的電流輸送，保證輸電系統的安全。此外，還應該及時派專人進行短路線路的更換與維修，更換完成后利用智能監控系統再次測定該段電路的電壓，從而確保維修的有效性。

4.3 智能監控系統實現實時勘察

因為開關站的體積和危害程度較大，所以往往會建立在人煙稀少的郊外。為滿足大多數人的用電需求，需要每個開關站都控制一部分的用戶線路，且不可忽略它們的間隔。在勘察過程中，除了開關站間的距離遠之外，相關人員查看開關站內數據的過程也有難度。因為開關站的相關設備復雜，控制室和分配室等都需要人員進行安全性勘察，所以工作人員的任務繁重，且工作難度較大。一些線路問題，機器的檢查往往比人更加準確。所以，為減輕任務量，提高數據的準確性，可運用智能監控系統對開關站進行線上偵查[3]。

運用智能監控系統對10 kV開關站進行線上勘察，當反映有故障卻一時找不到時，智能監控系控運用強大的計算機數據統計和分析能力，可在很短的時間內找出故障所在的設備。找到故障后，先分析故障，然后以不同的命令解決不同的故障。除了在事故發生時進行勘察之外，還需要時時分析開關站的數據。10 kV開關站屬于高壓類型，需要避免設備漏電和短路等情況。

5 結 論

10 kV開關站的運行情況直接影響用戶的生活，所以開關站的正常運行和便捷操作至關重要。智能監控系統能對開關站的運行、維修以及勘察等起到強化作用，不僅能提高安全性，還能保證用戶所要求的可靠性。