浅议智能化高压开关柜监控与故障诊断技术

楼静

摘 要：智能高压开关柜作为智能电网的重要组成部分，其在控制和保护电力设备中发挥着重要作用。由于传统高压开关柜具有功能单一，需要人工巡检，电流测量技术精度低、频带窄，与数字微机接口不兼容等缺点，其已经不能适应现代智能电网的发展要求，目前就迫切需要智能化高压开关柜，因此该文就对智能化高压开关柜进行结构、功能及数据融和技术在其故障诊断中的应用等方面的研究，以期提供参考。

关键词：高压开关柜 智能化 电磁兼容 监控系统 故障诊断

中图分类号：TM595 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）01（c）-0019-02

1 绪论

1.1 高压开关柜基本类型及结构

在目前的市场中，高压开关柜主要分成固定式和手车式。采用了防止电气误操作的闭锁装置（防止误分、误合断路器；防止带负荷拉、合隔离开关；防止带电挂接地线；防止带接地线合隔离开关；防止人员误入带电间隔）的高压开关柜基本上都是固定式的。其构造主要有母线、母线隔离开关、少油断路器、电流互感器、线路隔离开关、电缆及操动机构等组成。

手车式高压开关柜主要特点是在拉出和推入开关柜的手车上装有高压断路器，且可以随时对其进行维修，如果有同类用手车推入，就可以进行供电。

1.2 智能化高压开关柜的思路

随着配电网系统的迅速发展和供电稳定性日益提高，人们对开关柜的要求提高的很快，特别是当其自动化系统变成无人值班时，就需要对开关及开关柜运行监测必须到位，为了使监测更有效率，就需要采用一种传统的开关柜与电子技术相结合的智能化开关柜。这种智能化开关柜主要有两方面的作用：（1）满足传统开关柜的基本功能要求；（2）要有自检、自控和自我诊断的新功能，以满足配电网综合自化的需要。

2 高压开关柜监控设计方案

2.1 高压开关柜功能

通过对其相应项目的需要和工作环境的分析，高压开关柜功能主要有以下的功能。

（1）对母线电压、电流、有功功率、无功功率、电网频率、功率因数、电能等进行在线测量；对断路器、隔离开关也同时进行在线检测；对高压开关柜进行控制，促使真空断路器既可以有合闸也可以有分闸的功能。（2）具有进行语音报警和故障诊断的功能。（3）具有母线温度、湿度、真空度测量的功能。（4）具有记忆故障的功能。（5）具有数据通信的功能。（6）具有微机“五防”闭锁控制的功能。

2.2 变电所监控系统

变电所监控系统主要有两方面组成，具体如下。

（1）现场总线控制技术：从工艺层发展到工艺设备现场的技术就是现场总线技术〔3C技术（Computer， Control， Communication）〕，把其和传统的集散控制系统DCS技术进行比较，可以得出其主要优点有：①通信全数字化；②互操作性和互用性功能强；③分散比较全面；④开放性很好；⑤具有一对N结构。（2）变电所监控系统组成：此系统主要由以下3部分组成：①对现场设备进行间隔层测控、对智能装置进行“一体化”保护；②对智能通讯接口进行监控；③对主机等设备进行监控。

3 数据融和技术在智能化高压开关柜故障诊断中的应用

由于数据融和技术具有提高系统的可靠性和鲁棒性、扩展时间和空间上的观测范围、增强数据的可信度及增强系统的分辨能力等优点，故其在智能化开关故障诊断后运用非常广泛。

3.1 数据融合技术

（1）数据融合定义：一方面其可以充分利用不同时间和空间的信息资源，另一方面也可以利用计算机技术对多传感器信息进行分析观测研究，进一步对需要测量的对象进行一致性方面的描述，从而确定其所需要的决策和估计任务，进而使系统具有更加优越的性能。（2）数据融合原理：基本原理就是对多传感器资源进行完全充分的利用，在通过对合理支配和使用传感器用来观测信息，按照一定准则对多传感器在空间或时间上的冗余或互补信息进行不同的组合，从而获得需要测量的对象进行一致性方面的描述。（3）多传感器融合的层次：其主要有数据层、特征层、决策层。（4）数据融合过程：过程主要包括多传感器（信号获取）、数据预处理、数据融合中心（特征提取、数据融合计算）和结果输出等环节。（5）数据融合系统的结构：主要有串行、并行、串并行混合和网络型4种形式。

3.2 基于数据融和技术的故障诊断的实现

3.2.1 层次诊断原理

由于被诊断对象具有层次方面的特性，故可以对被诊断对象的结构、功能及故障进行分解。高压开关柜的故障诊断主要在机械和电气方面表现的较多。因此，该论文采用的主要方法为故障分解方法。

3.2.2 诊断过程

在该论文中，选用电压传感器、电流传感器、母线温度传感器、断路器位置传感器、漏电传感器、介质损耗传感器监测高压开关柜状态。

4 抗干扰技术

4.1 电磁干扰和电磁兼容术语

电磁干扰由于受外部干扰源的影响，其可以产生干扰源，并进一步对有用信号进行大面积的损坏。

通过电磁干扰所发出的电磁能，其在传输至敏感设备的过程中受到经某种传播途径的影响，而敏感设备又进一步做出一定形式的“响应”，并达到干扰的“效果”，产生这个作用及其结果，就被称为电磁干扰效应。如果结果达到十分严重的程度，就会导致设备或系统失灵，从而致使严重故障或事故的发生，这种现象就被称为电磁兼容性故障。

4.2 电磁干扰概述

4.2.1 电磁干扰的分类

通过对电磁干扰进行分析，发现其分类的形式很多，但其主要有以下几种形式。（1）按照传播途径可分为传导干扰和辐射干扰等两种形式。（2）按照干扰源的性质可分为自然干扰和人为干扰等两种形式。（3）按照频带可分为窄带干扰和宽带干扰等两种形式。

4.2.2 电磁干扰的三要素

通过分析研究，基本上所有的电磁干扰都是由三个要素结合而成。其三个基本要素主要是：（1）电磁干扰源；（2）对该干扰能量敏感的接收器；（3）将电磁干扰源传输到接收器的媒介（传输通道）。

4.3 抑制电磁干扰的措施

通过对抗干扰措施什么分析研究，为了有效提高抗电磁干扰的能力，需要针对不同问题采取各种不同的措施来处理，具体如下。

（1）滤波技术：采用滤波器等介质，这样就可以过滤掉高频信号，从而保证低频信号可以通过。（2）屏蔽技术：采用抑制电磁噪声传播的空间（即通过采用切断辐射电磁噪声的传播途径的方式）。（3）系统的电源：采用提高电源系统的供电质量的方法，来最大可能地保证单片机可以安全可靠的运行。（4）印刷电路板抗干扰：通过对电源线和地线阻抗噪声、电源的布置方式进行控制来加以处理。（5）其它抗干扰措施：主要可以有光电隔离、继电器隔离和信号线间窜扰等其他措施加以控制处理。（6）软件抗干扰措施：这种方法主要是在系统受到干扰的情况下，使系统恢复正常运行，或者通过去伪求真的方法来防止信号受干扰。

5 结语

通过对智能化高压开关柜监控系统和故障诊断技术进行了深入的分析和研究。得出来的结论很多，主要有以下结论。

（1）通过采用微机“五防”闭锁控制等装置来替代原先的机械“五防”、电气“五防”，这样做的目的，一方面，保证了用电操作和供电的安全性，另一方面也可以控制人身触电身亡和设备损害等事故的发生。

（2）通过采用数据融和技术来处理高压开关柜的电气故障，可以使保证故障处理的可靠性和实时性。

（3）通过在硬件和软件设计等方面来采取措施从而达到抑制电磁干扰和传导干扰的效果。

参考文献

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