配用电设备智能在线监测关键技术及解决方案

配用电设备智能在线监测关键技术及解决方案典型技术1：小区变运行状态监测关键技术：背景：传统小区变检修巡检需要逐台人工巡检，不仅劳动强度大，且存在实时性差等问题。为了对小区变运行设备的状态实时监测（包括对小区变设备运行状态及环境状态进行实时监测）以便在监控中心实时了解设备的运行健康状态，实现状态检修时快速高效，避免了传统状态检修时需要逐台设备查看，且检修时存在的费时、盲目、没有针对性等问题，而提出研究和解决小区变运行状态在线监测。小区变实时监测信息及解决的关键技术问题：监测信息：室内温湿度、SF6、O2、烟雾、干式变压器铁芯温升、电缆附件温升、熔丝温升监测、电缆沟是否有水监测；根据室内温湿度、SF6、O2、烟雾设定值，起动风机和空调；起动风机和空调可以现场强制控制也可以远程强制控制。智能显示终端：集中显示实测数据，并具有根据条件发出控制命令，智能显示终端作为主控模块，与下面各个变送器进行数据交换，硬件接口为RS485，采用内部通讯协议，智能显示终端能够显示各个模块的数据信息、动作信息等。关键技术问题：解决电缆附件（包括电缆终端和电缆中间接头）温升在线监测问题。图为烧毁电缆头现场为防事故，柜内贴上警告标识电缆终端测温原理：●电缆终端测温难点：高压充气开关柜和高压电缆分支箱等电力设备，其输出电缆一般采用绝缘套管和肘型、T型插头等电缆终端连接而成，连接时如果由于安装等问题引起接触电阻过大，连接点的导电体会发热，由于绝缘体内部的铜导体处于高电压端，其发热状况又不能采用传统的接触或非接触的温度传感器来进行检测。容易发热的部位测温原理：本装置采用了通过测量电缆终端表面温度而根据内外温度梯度的关系间接测量电缆终端内部温度的方法，即在每个电缆头终端发热部位的外表层捆扎上一个带保温隔热的专用传感器安装带，使热敏传感器紧贴在电缆终端的表层，热敏传感器罩壳内填充保温材料，使发热点传导到电缆终端表层的局部温度能够保持，同时在电缆终端放置一个环境温度传感器，通过测量电缆终端保温点和环境温度的差值得到预先由实验测定的补偿数据，用这种方式间接得到的电缆终端内部铜导体的发热温度，经实验测定，该方法测得的电缆终端发热温度与内部铜导体的实际温度十分接近，可正确反映电缆终端的发热状况。带保温罩的温度传感器供电方式的选配●（1）采用外部辅助AC220V（或直流）电源供电。●（2）对没有辅助电源的设备可采取CT取电，CT取电须配一只开合式CT，当一次电流大于20A时，CT的二次输出即可满足装置供电，但由于GPRS通讯及报警输出等功能需要较大的电能量，可用3相CT取电作电源。●（3）可采用太阳能电板和锂电储能的供电方式，锂电的容量可以维持连续15个阴雨天。●（4）可采取CT取电和蓄电池组合方式供电。开合式取电CT带有测温功能的短路接地故障指示器。带测温功能短路接地故障指示器：目前正在研发带测温及电流功能短路接地故障指示器。●方式二除具有温度信号远传的功能，还具有将采集的短路、接地故障指示器的报警接点信号，向远方监控中心发送的功能。这样寻线人员只要观察电脑屏幕上的短路、接地故障信号的指示灯的走向，立刻可判定故障线路的所在位置，不需要顺信号灯的指示逐点寻找，可大大缩短恢复供电的时间，实现了一机多用，提高了开关柜的智能化程度和系统的性价比。●某一支路发生故障的示意图后台监控软件的基本功能：（1）接收、显示、储存现场发来的温度等信息，保存历史记录。（2）对接收的信息作分析，对温度数据作横向和纵向比较，从而对异常的温升作出准确地判定。（3）对发来的任何一分支回路的短路、接地信号作出准确的位置指示，即故障定位，便于寻线人员迅速找到故障部位。典型技术2：中压开关设备智能组件高压开关设备作为发电厂、变电站中的重要设备，起着关合及开断电力的作用，用来实现输送及倒换电力负荷、以及从电力系统退出故障设备和线段，从而保证电力系统安全运行。高压开关设备智能组件是根据我国智能电网建设要求，针对高压开关设备运行管理中存在的安全隐患，进行有效监测和控制而研究开发的全新系统，它集影响高压开关设备安全运行关键数据的在线监测、分析和判断、智能操控、可视化等功能于一体，实现了较高水平的技术跨越。智能中压开关设备要求：将集一次模拟图动态显示、断路器触头温升监测、断路器机械特性监测、断路器分合闸线圈电流监测、电能质量监测、环境及柜内温湿度监测、电动底盘车盒电动地刀控制、断路器室母线室和电缆室视频监视、绝缘子泄漏电流监测、弧光保护监测、断路器真空度监测、高压开关黑匣子、高压开关机械寿命、高压开关电寿命和专家诊断与决策系统等功能于一体，通信协议采用IEC61850，将在线监测技术与传统中压开关设备有机结合。智能中压开关设备在线监测关键技术:为了将开关设备实现智能化，将智能组件集成到开关设备中，智能组件与开关设备之间通过传感器和控制器构成一个有机的整体，即构成智能化开关设备，如图所示。智能组件开关设备本体传感器控制器智能开关设备IEC61850中压开关设备智能组件采用专用传感器对中压开关设备机械及电气参数信息的进行获取，中压开关设备智能组件功能组成如图所示。动态显示一次回路模拟状态:发明专利：数字式开关状态综合指示仪201310040893.8面板上有红外人体传感器:人来开机，人走关机，节能且延长彩屏使用寿命。传统模拟式开关柜状态综合指示仪新型数字式开关柜状态综合指示仪柜内温湿度监控:柜内温湿度监控最多可2路温度和2路湿度监控，面板上可设定加热/退出定值，也可自动或手动投入/退出加热。可手动控制柜内照明灯的开启或关闭。温、湿度传感器专用电加热器1）传感器与主机采用无线通讯方式,高、低压之间无物理连接，绝缘性能好。2）取一次电流转换作电源，无需电池，20年免维护，传感器耐125度高温，稳定可靠。3）一体化组合的传感器及无线发送模块安装在动触头侧，维护升级十分方便。断路器触头、母线排接头温升在线检测:功能与特点：断路器、母线及电缆连接点的温度监测多种安装方式：套筒式触头温度传感器触头测温传感器典型安装图触头温度采集变送器触头测温一般有下列几种方式供电：（1）电池供电：这种供电方式能做到实时连续检测，一般20-30分钟发射一次数据，且一般6个月至2年要更换电池，使用极不方便。但要注意：一般号称可用5-10年的电池，是指理想状态下的应用没有问题，当在实际应用时，电池若在较高的温度下工作，电池的寿命会缩短到原来寿命的1/10。（2）采用小CT方式取母线一次电流供电，这是一种比较理想的方式。智能化真空断路器在机构上安装有特制的位移传感器和专有的信号处理单元，通过断路器面板上的显示器可显示每次分合闸后的分合闸时间--位移波形，分合闸速度，分合闸时间等。断路器机械特性在线检测变送器断路器机械特性在线检测:采用高精度的霍尔传感器对分合闸电磁铁，储能电机的电流进行测量，并能将电流波形显示出来，同时可以监测线圈是否断线。断路器缺陷中70-80%来自于机构，如油脂凝固造成机构卡涩、分合闸速度降低、线圈烧毁等，传统小修预试手段难以发现此类缺陷，缺乏相应的监测手段。断路器分、合闸线圈电流及是否断线在线检测:A-电磁铁连杆启动，弹簧形变；C\D-连杆位置即将到达最深位置；E-连杆达到最深位置；F-主触头打开；G-辅助触头打开；H-电磁铁连杆恢复初始位置，弹簧恢复原形。智能化断路器监测单元：监测内容：断路器触臂温升、断路器机械特性、断路器分合闸线圈电流与常熟开关厂合作开发的智能化断路器电量及电能质量采集变送器特点：电能质量采集变送器电量及电能质量监测:1）具有强大的电力测量、分析功能；2）精确可靠的测量数据；3）智能化的数据处理结果输出。电动底盘车控制器可实现断路器的远程进出控制，具备手动优先功能，并具有堵转保护和手动和电动自由切换功能。电动底盘车控制变送器电动底盘车断路器电动底盘车及电动地刀控制:电动底盘车控制:电动地刀控制器可实现接地开关的远程进出控制，同时还具有手动和电动控制功能。电动地刀控制变送器电动接地刀电动地刀控制器:断路器触头电磨损是影响断路器电寿命的重要因素，通过统计历次真空断路器的开断短路电流次数以及开断电流的累计数值等参数，可以在线监测断路器的剩余机械寿命及电寿命，在断路器使用寿命终了时提前给出相应的报警信息，保障设备的安全运行。断路器电寿命和机械寿命在线监测:视频监测:具有3路视频接口，可以同时监测断路器室、母线室和电缆室等。视频监测具有暗处自动补光功能；监视界面可以观测活门、一次触头和活门提升机构的完整运动过程，并且根据需要进行录像，将录像资料存储在SD卡中,以便日后事故分析，录像时间1小时。红外半球摄像机建立断路器状态检测、诊断及维护的专家系统:根据检测到的分合闸机械波形，储能电机电流波形和触头温升情况，对断路器的状态进行诊断，对出现异常情况进行报警，给出处理建议。数据接口方式多样化:(1)标准的RS485通讯接口，支持标准MODBUS等通讯协议;(2)、支持IEC61850（可选）;(3)、所有数据可通过SD卡存取。间隔刀闸断路器采集器合并器智能组件PTN实时传输设备电抗器电容器电子互感器避雷器数据服务器应用服务器工作站智能组件智能组件区域监控后台就地化保护控制设备就地化保护控制设备就地化保护控制设备调控层过程层PTN通信网PTN实时传输设备保护层数据服务器应用服务器工作站地调调控一体化后台区域保护装置具有黑匣子功能:1)完整保存设备生命周期的运行数据：详细记录设备运行情况;何时进行了何种操作，如：分、合闸时间、次数等,可设定各部分功能的运行参数和报警限值,并且支持USB接口将数据导出。2)元件清单：完整保存设备相关的各种设备物料清单，可以将高压柜内所有一次、二次类元器件进行系统录入，清单中可显示元件名称、数量、型号、生产厂家及备注，方便现场维护运行人员查看统计配件时的准备工作。3)设备检修记录：系统设备和管理，详细记载了系统设备检修时间，内容等数据，以便日后加以分析故障。4)系统设置和管理：系统设置和管理，以管理员身份进入系统设置后，可以对本装置各项基本功能的设置进行修改，使用各项功能更符合实际要求。功能丰富的后台监控软件上海施耐德实测现场，触头温升对比试验:2014年4月广州东芝白云电器在德国汉诺威参展产品典型技术3：开关柜接地开关防误操作闭锁装置:接地开关的作用：高压开关柜的接地开关是保证设备检修人员人身安全的重要装置。（1）当电气设备进行停电检修时，对于可能送电至停电设备的各个方向或停电设备可能产生感应电压的都要合上接地开关（或挂上接地线），这是为了防止检修人员在停电设备（或停电工作点）工作时突然意外送电，确保检修人员人身安全的可靠安全措施。（2）开关柜断开的电器设备上的有剩余电荷，可由接地开关接地而释放殆尽。存在问题：环网柜由于其结构简单可靠，目前，在配电网中配电站及户外站中已大量使用。但是，由于此类环网柜受条件约束，没有闭锁电源，当线路有电时无法强制闭锁合接地闸刀，存在带电合接地刀闸重大恶性误操作安全隐患事故。当前做法：对接地闸刀操作孔挂锁，在操作接地闸刀时由操作人员根据带电显示器的显示情况进行人工判别，普通挂锁方法并不是一种可靠的防误方案。近些年来，国外进口或引进国外先进技术生产制造的环网柜，如施耐德、西门子、欧玛嘉宝、ABB等国外品牌，对于户外产品同样也没有可靠的无源闭锁装置，也只能采用挂锁的方式来实行简单的防护。意义：根据国网公司配电网设备隐患排查的要求以及上述原因，开发无源验电防误解锁一体化强制闭锁装置势在必行，对保证配网运行安全和人身安全具有非常重要的意义。解决方案：我们根据五防规程要求和国内现状，首次提出并开发了一种新颖的防止误合接地开关闭锁装置----WF900系列验电、防误、解锁一体化五防强制闭锁装置，该装置核心技术已获得国家发明专利授权：一种高压开关柜防误闭锁装置（专利号：ZL200910030615.8）。形成了WF900系列产品：产品组成：闭锁装置、专用高压带电指示器和电子钥匙三部分组成。闭锁装置闭锁装置专用高压带电指示器电子钥匙应