基于物联网技术的高压开关柜多参量一体化监测技术研究

李小松++陈静++王真++赵颖博++黄涛

＼摘 要：本文基于物联网技术对高压开关柜内的温度、湿度、真空度等环境参数及隔离断口、带电指示、开关状态等进行多参量一体化监测研究，实现对柜内设备运行状态的实时和定时监测，并对诸如温湿度过高、开关分合不到位等情况引起的故障进行及时预警。

关键词：物联网技术；高压开关柜；分布式；多参量一体化；监测

中图分类号：TP212 文献标识码：A

0.引言

随着电力系统智能化的不断提高，无人值守变电站得到了极大推广，这对高压开关柜的智能化程度及安全运行标准提出了更高要求。

物联网技术的发展，在电力行业得到了广泛应用，尤其是在状态数据的采集和实时监控方面。本文即基于物联网技术，对高压开关柜内的环境数据及设备运行状态数据进行实时采集和分析，以此为依据来判断高压开关柜的运行情况，并对运行故障进行及时报警，来提高高压开关柜的安全水平，为电力系统的稳定可靠运行提供技术支持。

1.高压开关柜多参量一体化监测关键技术研究

1.1 现代传感技术

传统的传感技术多采用电磁式互感器，这种互感器体积较大，安装在高压开关柜内影响整体布局。另外，随着高压开关柜智能化水平不断提升，安装的继电保护装置不仅可以反映电流的大小，而且对相关相位、波形等数据也有所体现，这就要求一种功能更为全面的互感器来代替功能单一的电磁式互感器来满足需求。

随着现代传感技术的发展，一种基于光纤技术的光电互（传）感器具有功能全面，抗电磁干扰能力强、接口规范，体积小、重量轻、便于安装等优点，对采集高压开关柜运行环境数据发挥了重要作用。

1.2 微机处理技术

微机处理技术是物联网技术应用的关键技术之一，起到对数据的处理、分析和决策的作用。它可以内嵌于高压开关设备内部，直接监测一次设备的运行状态，也可以安装于变电站主站系统之中，集中体现设备的综合运行状态。该技术同现代传感技术配合使用，通过对傳感设备采集的数据进行分析和处理，实时对高压开关柜的运行状况进行监控。

1.3 测温技术

基于物联网技术对高压开关柜进行多参量一体化监测的研究中，采用技术手段对高压开关柜内的温度环境进行监测是重要的研究内容之一。根据高压开关柜内设备接头温度的不同，采用红外测温技术和无线测温技术相配合的监测方法。红外测温技术用于监测高压开关柜内电流互感器线桩头、隔离开关、母排搭接处的温度变化，无线测温技术用于监测无法使用红外测温技术的部位，主要有母排和母排隔离室的温度。

1.4 无线组网技术

对高压开关柜内的温度、湿度、真空度等环境参数及隔离断口、带电指示、开关状态等进行多参量一体化监测，需要采用技术手段将多个监测点的监测数据进行传输或者中转。无线组网技术的ZigBee节点，不仅本身可以作为监控对象，还可以中转别的网络节点传输的数据，这个本文监测目标的实现必不可少。

2.高压开关柜多参量一体化监测设计

本文基于物联网技术对高压开关柜内的温度、湿度、真空度等环境参数及隔离断口、带电指示等运行状态进行多参量一体化监测研究，实现对柜内设备运行状态的实时和定时监测，并对诸如温湿度过高、开关分合不到位等情况引起的故障进行及时预警。

该系统装置由一套主机系统，若干传感器（红外测温、无线测温、视频监测、真空检测）模块，联动加热除湿装置，集成带电显示、一次回路模拟及开关状态显示等模块组成。各个模块介绍如下：

2.1 主机系统

主机系统主要存储编制对高压开关柜的相关控制程序。利用输入端口接受高压开关柜的温度、湿度、真空度及隔离断口、带电指示等数据，并进行分析处理，在输出端口输出相关状态的调节和预警指令，并绘制相关状态曲线，显示高压开关柜的运行状态。

2.2 传感器模块

（1）红外测温模块

该模块主要用于测量电流互感器线桩头、隔离开关、母排搭接处的温度变化。该模块与高压开关柜自动控制器相连接，通过控制器设置温度限值，当电流互感器线桩头、隔离开关、母排搭接处的温度超过限值时，主站系统会启动声光报警程序，进行声光报警，并记录报警数据。

（2）无线测温模块

无线测温窗口一般装设于10kV～35kV分布式高压开关柜内，对于无法通过红外测温窗口测温的部位，考虑加装无线测温探头模块，该模块由测温探头、发射模块、接收模块和监控后台组成，主要监测母排和母排隔离室的温度。其中接收模块与开关柜的控制器相连，通过控制器设定母排及母排隔离室的温度限值，当被测温度超过限值时，起到监控后台功能的主站系统会启动报警程序。

（3）视频监测模块

隔离端口的视频监测是将微型高分辨率摄像头安装在隔离开关内部，当隔离开关断开时，常开触点便分离断开。为防止触点断开不良或断口过小影响开关动作，进而对电网系统造成影响和危害，在隔离开关内部安装摄像头，可实时拍摄显示常开触点触头断开间距，并将画面传输至显示面板，观察和维修断口非常方便，因不必进行现场逐个排查，降低了劳动强度，且有效保证了系统的稳定性。

（4）真空电场监测

采用电磁法检测，主要是在断路器断开的两触头间施加磁场，再加以脉冲电压，通过观察电流大小估算出灭弧室的压力，从而判断灭弧室的真空度。

2.3 联动加热除湿装置

联动加热除湿装置，主要是为了控制高压开关柜内的湿度。该装置与温湿度监控器配套使用，部署在开关柜的壳体上。当开关柜内的湿度达到甚至超过一定的限值，该加热除湿装置启动工作，在热电制冷的基础上，将空气中的水分子冷却到露点温度以下达到除湿的目的。

2.4 集成带电显示

主要安装在开关柜的前面板上，具有感应人体照明的功能，主要显示柜内电流、电压、温度、湿度、真空度等数值，既节约空间，又方便观察。

2.5 一次回路模拟及开关状态显示

一次回路模拟主要通过组态方式模拟动态显示开关柜内的一次回路接线图。开关状态显示是指当开关动作时，监控单元界面的开关状态将发生相应变化，同时线路颜色会根据逻辑状态相应变化。

结语

本项目的成功应用，可以辅助监控员全面掌控高压开关柜的环境状况、设备运行等各类情况，加强对站内恶劣天气、火灾、设备爆炸、设备表面故障等严重威胁安全生产的情况进行监视，并对现场异常状况进行至关重要的瞬间刺激型准确检测，从而对事件做出迅速而明智的决定和实时响应，以切实提高无人变电站实时监控水平和安全水平。

参考文献

[1]黄新波，方寿贤，王霄宽，等.基于物联网的智能高压开关柜设计[J].电力自动化设备，2013（2）：147-151.

[2]李永坚，周有庆.智能型开关柜及其关键技术[J].湖南工程学院学报（自然科学版），2003（4）：45-47.