一種環網柜智能在線檢測方案

梁俊杰

摘?要：從環網柜的運行需求和典型故障分析入手，提出了一種環網柜的在線檢測方案及其應用場景。

關鍵詞：環網柜，在線檢測，智能配電

文章編號：2095-4085（2020）02-0023-02

1?緒論（圖1）

目前城市配電網電纜化率越來越高，電纜線路長度不斷增長。作為配電網負荷分配重要節點的環網柜的運維地位顯得越來越重要。一旦環網柜發生故障，必然影響經過該節點的主干線負荷和用戶負荷。傳統的人工巡視方式已經不能適應城市配電網供電可靠性的要求，也難以發現隱蔽的缺陷。

近年來，各地城市配電網運維單位也引入了部分新手段用以檢測環網柜的缺陷，如紅外測溫，局放測量等手段，但是這些手段都是基于人工作業的，造成了人工作業的專業性和周期性問題。通過測算試驗，當城市配電網電纜化率超過50%時，運維單位的人力資源就不能滿足設備的周期性巡視和檢測了，以機器代替人力的環網柜在線檢測技術應運而生。

2?典型故障（圖2）

從環網柜的典型故障統計入手，就可以了解環網柜的主要故障。從故障分類，環網柜的故障主要分為絕緣損壞和機構損壞。其主要表現形式如下。

（1）環網柜漏氣。根據統計，目前90%以上的環網柜是以SF6為絕緣介質的全絕緣環網柜，絕緣氣體一但發生泄漏，必然造成設備短路故障。

（2）環網柜的開關軟連接處，電纜接頭，刀閘機構軟連接處因連接軟銅排接口，電纜附件的壓接端子發熱故障。開關軟連接處，電纜接頭，刀閘機構軟連接處因連接軟銅排接口，電纜附件的壓接端子因接頭氧化，壓接不緊常常導致接觸電阻過大而發生燒壞絕緣件甚至釀成火災。有統計表明，50%到65%的電纜事故都是電纜接頭過熱及老化所致。

（3）機構損壞。因環網柜的機構受到潮氣腐蝕、彈簧機構長期拉伸影響，機構性能出現不同程度的下降，導致操作時發生機構拒動及卡澀，影響機構活動行程和分合閘速度。

3?運行環境采集量分析

要找到故障的原因和做到提前預防，就要找到缺陷和故障的特征量，即要檢測環網柜運行參數。通過各類運行參數組合判斷，就可以得出缺陷情況和故障情況。一般而言，監測下列參數就可綜合評估環網柜的綜合工況。

（1）電流、電壓——檢測環網柜負載程度。

（2）導電接觸部分溫度——檢測電纜接頭、開關刀閘軟連接處發熱程度。

（3）氣箱氣壓——檢測環網柜絕緣氣體的泄漏程度。

（4）環境溫度、濕度——檢測環網柜的運行環境。

（5）分、合閘輔助觸點——檢測環網柜的開關，刀閘，接地刀閘，儲能機構的位置。

4?硬件方案設計（圖3）

因在線檢測系統需要實時處理大量信息，并要將處理后的信息傳送到后臺計算機，數據量大，具有突發性，動作速度快，所以要求快速的硬件系統。本方案選取市面上易獲取，高可靠，價格便宜的單片機、電子元器件進行搭接測控平臺，經市場調查和篩選，選取以下方案。

（1）CPU模塊使用的電源電壓：DC18-72V，兼容DC24V和DC48V電源系統，功耗小于15W。

（2）CPU模塊使用的處理器：ARM Cortex-A8系列微處理器，CPU主頻1GHz。

（3）CPU模塊使用的系統內存：512MB DDR3 SDRAM。

（4）CPU模塊使用的系統閃存：1GB Nand Flash，用于保存自動化維護數據，最大可擴展至32G。

（5）CPU模塊使用的2路10/100BASE-T 自適應快速以太網RJ45 接口，內置隔離變壓器，耐壓1500V AC。

（6）CPU模塊使用的4路RS232/485 可切換高速串口，3KV DC光電隔離，波特率支持2400bps-115200bps。

（7）CPU模塊使用的1路支持移動、電信、聯通的2G/3G/4G全網通無線通信接口。

（8）CPU模塊使用的1路GPS衛星對時接口。

（9）CPU模塊使用的1 路USB 2.0 HOST 接口，外部采用USB TYPE-A 型母頭，，可擴展為WIFI無線通信接口。

（10）CPU模塊使用的1 路MINI USB調試接口。

（11）CPU模塊使用的內部高精度RTC實時時鐘，掉電后至少走時1年以上。

（12）CPU模塊使用的內置加密芯片接口，可根據要求配置加密芯片及相應加密軟件。

（13）CPU模塊使用的8個可編程信號燈，可指示每路通信口的運行狀態。

（14）CPU模塊使用的內置蜂鳴器，可進行異常情況報警。

5?軟件邏輯設計（圖4）

為減輕運維人員的巡視負擔，盡量由軟件自動判斷缺陷類型和缺陷位置，軟件設計應考慮自動巡視機制和缺陷判斷機制，對自動巡視的數據進行分析與判別，對出現的各種異常情況進行診斷，如果診斷出設備確實發生缺陷則自動報警，并將缺陷信息上傳至后臺監控系統。運維人員應可直接讀取缺陷報告，且軟件需同時報告缺陷判據以方便運維人員復核。按照數據量和運維測量制定自動巡視周期和發送周期，對各種配電自動化終端進行自動巡視，包括實時電流，電壓，開入，開出，通信情況，定值數據等，并自動存儲巡視的結果，方便事后或者遠程調出檢查。

考慮到設備故障情況和事故分析的需要，軟件應可以自動調取終端的故障錄波數據并保存，方便運行人員隨時通過遠程維護系統調取故障錄波記錄，對故障進行詳細深入的分析。

6?結?語

設計了一套新型固體環網柜在線監測系統 ，實現了對環網柜的各類運行參數進行在線檢測和周期性自動巡視，有效地提高了環網柜的巡視質量和節省了人力資源，提高了勞動生產效率和供電可靠性。

參考文獻：

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