电站气体绝缘金属封闭开关闸刀位置远程目视监控系统设计与应用

赵毅锋,刘晴岩,严晓东,朱中山,方　雨

(1.华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司， 湖州 313302；2.华东理工大学 承压系统安全科学教育部重点实验室， 上海 200237；3.上海明华电力技术工程有限公司， 上海 200090)



电站气体绝缘金属封闭开关闸刀位置远程目视监控系统设计与应用

赵毅锋1,刘晴岩2,严晓东3,朱中山1,方雨2

(1.华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司， 湖州 313302；2.华东理工大学 承压系统安全科学教育部重点实验室， 上海 200237；3.上海明华电力技术工程有限公司， 上海 200090)

在分析气体绝缘金属封闭开关(GIS)重要性的基础上，进行了GIS闸刀目视监控系统的研究，设计制作了电磁屏蔽摄像头、构建了抗高压电磁波冲击信号传输系统与GIS开关状态图像数据库,并进行了现场应用试验。试验结果验证了GIS闸刀目视监控系统的先进性、有效性、实用性与可靠性。

目视检测；气体绝缘金属封闭开关；状态监测；实时视频监测

随着电网规模的持续扩大，为调节负荷的峰谷差，在全国各地建设了多所抽水蓄能电厂，为电网运行提供调峰、事故备用及调频调相等功能。由于抽水蓄能电厂的特殊作用和工况，其线路中关键部件GIS(气体绝缘金属封闭开关)使用频繁，为保证安全，对GIS开关状态的监控要求也随之增高[1]。

对隔离开关、接地开关状态进行内窥镜观测，是许多超高压、特高压GIS设备必须进行的重要检查项目[2-4]。但在目前常规的光学内窥镜检测中，存在着清晰度低、速度慢、安全性差等问题，不能与线路运行的要求相匹配。同时因高压开关开合过程中，极亮的电弧和高压脉冲电磁场对人眼及人体有危害，使得无法对开合过程中动静触头的分合动作进行实时监控和判断。

笔者设计了一套可靠、高效、高清晰度的分布式GIS开关状态孔窥视频在线目视监测系统，提高了GIS隔离开关、接地开关状态检测速度，确保了监测可靠性及安全性，更大力度地保障了GIS设备的长期安全运行，进一步保证了线路设备的运行安全[5]。

1　设计的要求与目的

针对GIS开关状态分布式孔窥视频在线目视监测系统的特殊要求，在微型镜头设计与制作、微型高亮度光源的设计和制作、微型GIS专用孔窥摄像头的镜头和光源集成的基础上，完成微型GIS专用复合孔窥摄像头的设计和研究。通过计算机系统，实现微型GIS专用孔窥摄像头视频信号的显示、控制、存储、输出与管理。通过分布式视频监控系统，能够快速、可靠、安全地对GIS隔离、接地等开关状态进行在线监测。

2　GIS闸刀目视监控系统关键技术

2.1专用视频采集摄像头设计

GIS开关与观察窗结构系统如图1所示，动触头为被监控对象，GIS开关观察视窗设置有2个孔径分别为8，10mm的观测孔，孔为封闭结构，末端有透镜作为观察和光线进入用。针对此结构要求,提出了复合摄像头设计方案并对其进行了制作，摄像头实物外观如图2所示。复合摄像头为微型专用摄像机，用以拍摄采集开关动触头的工作状态，并带有光源，以向摄像对象提供照射光线。摄像头通过快速连接接头与显示系统和控制系统的电缆相连。

图1　GIS开关与观察窗结构系统示意

图2　复合摄像头外观

2.2分布式视频监控系统构建

为了实现对多台GIS开关状态的动态观察监视，必须构建分布式视频监控系统网络，图3为分布式视频监控系统方案框图。

图3　分布式视频监控系统方案框图

图3中，模块1为GIS隔离开关状态视频信号采集部分，其作用是通过GIS设备开关状态观察窗布置复合专用微型摄像头(每组ABC三相)，在线对多组GIS隔离开关实时目视监控，同时完成对开关状态的高速视频采集。

模块2为视频信号传输系统，其由多路摄像头视频及供电接口、多层复合屏蔽套、视频矩阵接口组成，实现对摄像头及光源的供电、视频信号传输和对高压脉冲的电磁屏蔽。

模块3为视频矩阵与数据库系统，其以阵列切换的方法将多路摄像视频信号输出至监控设备和图像监控辅助处理系统，并将视频信号录入管理数据库。

模块4为视频同步多通道监视器，其接收模块3发出的视频信号，并按监控的需要，将各通道的图像以逐屏或同屏的方式显示在屏幕上。

模块5为图像监控辅助处理系统，其对GIS开关位置进行自动分析，判断动触头动作状态是否正确到位，辅助监控并记录。

2.3GIS开关状态图像数据库构建基于视频的GIS开关位置远程在线监测系统中，所需要的图像监控辅助管理系统包括具有图像分析比对功能的GIS开关状态图像数据库，其能对实时图像与开关标准状态进行比较判断，给出是否到位的判断结果，由此得出隔离开关、接地开关是否存在异常的判断，有助于巡检人员执行相应操作；并能将GIS开关编号、时间、状态及是否正常等所有信息均实时记录入GIS开关状态图像数据库。

3　现场应用结果及分析

现场应用结果见图4，图4反映的是在静态试验条件下，不同灯光条件对DVR(数字视频录像机)成像效果的影响，由图可见,视场监测效果的好坏与光照条件密切相关，试验为摄像头光源设计提供了依据。

图4　不同灯光条件下的静态成像效果

图5为动态试验条件下，拉闸过程中，三开关动触头位移的瞬间状态。

图5　拉闸(合闸)动态瞬间状态成像效果

分析GIS开关状态监测记录的视频显示，可以得出：

(1)GIS开关状态目视监测系统能完美地实现闸刀开合过程的实时监控。

(2) 通过监测视频可以观察到三把闸刀分离的同步情况，从而对闸刀的机械运动状态作出进一步的评价。

(3) 可以远程观察闸刀开合过程中的实时放电状况以及对设备的影响。

而以上这些开关动态状态的信息在以往人工观测中是难以获得的。

另外，现场应用试验表明：GIS开关状态目视监测系统具有屏蔽抗压性能，在千伏电压冲击下工作稳定；GIS开关状态监测系统未受到接地刀闸开合操作的干扰。

4　结论

(1) 为GIS开关状态目视监测系统设计的专用复合摄像头，具有动态分辨率高、像素高、电磁屏蔽好等特点，满足现场GIS开关状态监测的需求。

(2)GIS开关状态目视监测系统的视频信号传输、控制、显示、管理的系统集成方案切实可行，并且实现了分布式目视视频监控与监控结果的数据管理。

(3) 通过现场试验结果验证了GIS开关状态目视监测系统的有效性及抗高电压干扰的稳定性，信号传输系统具备抗高压电磁波冲击的能力。

GIS开关状态目视监测系统，填补了国内分布式GIS开关状态孔窥目视在线监测系统的空白，极大地提高了GIS隔离开关、接地开关状态检测速度，保障了GIS设备的可靠、安全、长期地运行。

[1]广西中电新源电气有限公司.气体绝缘封闭型高压隔离/接地开关：中国，CN201020585101.7 [P].2011-05-11.

[2]刘潜.SF6全封闭组合电器(GIS)状态在线监测系统的研究[D].北京：清华大学，2001.

[3]汪沨，申晨，何荣涛，等.基于UHF传感器与以太网的GIS局部放电监测系统设计[J].传感器与微系统,2015 (6):82-85.

[4]国网河南省电力公司南阳供电公司.一种GIS故障诊断装置及故障诊断方法：中国，CN201310623554.2 [P].2014-03-26.

[5]国家电网公司,国网新源控股有限公司,华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司.基于视频的GIS开关位置远程在线监测系统：中国，CN201410674051.2[P].2015-01-28.

DesignandApplicationofRemoteVisualMonitorSystemforGISSwitchgearsattheGeneratingStation

ZHAOYi-feng1,LIUQing-yan2,YANXiao-dong3,ZHUZhong-shan1,FANGYu2

(1.EastChinaTianhuangpingPumpedStorageCo.,Ltd.,Huzhou313302,China;2.KeyLabofSafetyScienceofPressurizedSystem,MinistryofEducation,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237,China; 3.ShanghaiMinghuaPowerTechnologyEngineeringCo.,Ltd.,Shanghai200090,China)

Basedontheanalysisoftheimportanceofthegas-insulatedswitchgearandcontrolgear(GIS),keytechniqueproblemsandsolutionsofGISmonitoringsystemarediscussed.Theresearchesincludetheelectromagneticshieldingwindowscamera,signaltransmissionsystemwithhighvoltageimpactresistanceandimagedatabaseforGIS.TheGISvisualmonitoringsystemprovedtobeadvanced,effective,practicalandreliablethroughexperiment.

Visualtesting;Gasinsulatedmetalenclosedswitchgearandcontrolgear;Conditionmonitoring;Real-Timevideomonitoring

2016-01-07

赵毅锋(1982-)，男,高级工程师,主要从事水电机组运维技术管理工作。

方雨,E-mail:sanrazi@163.com。

10.11973/wsjc201607014

TM73；TG115.28A

1000-6656(2016)07-0053-03