一种环网柜智能在线检测方案

(广东电网有限责任公司珠海供电局，广东 珠海 519000)

1 概述

目前城市配电网电缆化率越来越高，电缆线路长度不断增长。作为配电网负荷分配重要节点的环网柜的运维地位显得越来越重要。一但环网柜发生故障，必然影响经过该节点的主干线负荷和用户负荷。传统的人工巡视方式已经不能适应城市配电网供电可靠性的要求，也难以发现隐蔽的缺陷。

近年来，各地城市配电网运维单位也引入了部分新手段用以检测环网柜的缺陷，如红外测温、局放测量等手段，但是这些手段都是基于人工作业的(见图1)，造成了人工作业的专业性和周期性问题。通过测算试验，当城市配电网电缆化率超过50%时，运维单位的人力资源就不能满足设备的周期性巡视和检测了，以机器代替人力的环网柜在线检测技术应运而生。

图1 运维人员进行红外测温工作

2 典型故障

从环网柜的典型故障统计入手，就可以了解环网柜的主要故障。以故障分类，环网柜的故障主要分为绝缘损坏和机构损坏。其主要表现形式为：

1)环网柜漏气。根据统计，目前90%以上的环网柜是以SF6为绝缘介质的全绝缘环网柜，绝缘气体一但发生泄漏，必然造成设备短路故障。

2)环网柜的开关软连接处、电缆接头、刀闸机构软连接处因连接软铜排接口、电缆附件的压接端子发热故障。开关软连接处、电缆接头、刀闸机构软连接处因连接软铜排接口、电缆附件的压接端子因接头氧化、压接不紧常常导致接触电阻过大而发生烧坏绝缘件甚至酿成火灾。有统计表明，50%到65%的电缆事故都是电缆接头过热、老化所致。图2所示为接线端子发热造成的烧蚀。

3)机构损坏。因环网柜的机构受到潮气腐蚀、弹簧机构长期拉伸影响，机构性能出现不同程度的下降，导致操作时发生机构拒动、卡涩，影响机构活动行程和分合闸速度。

3 运行环境采集量分析

要找到故障的原因和做到提前预防，就要找到缺陷和故障的特征量，即要检测环网柜运行参数。通过各类运行参数组合判断，就可以得出缺陷情况和故障情况。一般而言，监测下列参数就可综合评估环网柜的综合工况：电流、电压，检测环网柜负载程度；导电接触部分温度，检测电缆接头、开关刀闸软连接处发热程度；气箱气压，检测环网柜绝缘气体的泄漏程度；环境温度、湿度，检测环网柜的运行环境；分、合闸辅助触点，检测环网柜的开关、刀闸、接地刀闸、储能机构的位置。

4 硬件方案设计

因在线检测系统需要实时处理大量信息，并要将处理后的信息传送到后台计算机、数据量大、具有突发性、动作速度快，所以要求快速的硬件系统。本方案选取市面上易获取、高可靠、价格便宜的单片机、电子元器件进行搭接测控平台，经市场调查和筛选，选取以下方案：①CPU模块使用的电源电压：DC18-72 V，兼容DC24 V和DC48 V电源系统，功耗小于15 W。②CPU模块使用的处理器：ARM Cortex-A8系列微处理器，CPU主频1 GHz。③CPU模块使用的系统内存：512 MB DDR3 SDRAM。④CPU模块使用的系统闪存：1 GB Nand Flash，用于保存自动化维护数据，最大可扩展至32 G。⑤CPU模块使用的2路10/100BASE-T 自适应快速以太网RJ45接口，内置隔离变压器，耐压1 500 V AC。⑥CPU模块使用的4路RS232/485可切换高速串口，3 kV DC光电隔离，波特率支持2 400～115 200 bps。⑦CPU模块使用的1路支持移动、电信、联通的2G/3G/4G全网通无线通信接口。⑧CPU模块使用的1路GPS卫星对时接口。⑨CPU模块使用的1 路USB 2.0 HOST 接口，外部采用USB TYPE-A 型母头；，可扩展为WIFI无线通信接口。⑩CPU模块使用的1 路MINI USB调试接口。CPU模块使用的内部高精度RTC实时时钟，掉电后至少走时1年以上。CPU模块使用的内置加密芯片接口，可根据要求配置加密芯片及相应加密软件。CPU模块使用的8个可编程信号灯，可指示每路通信口的运行状态。CPU模块使用的内置蜂鸣器，可进行异常情况报警。硬件方案示意如图3。

图2 接线端子发热造成的烧蚀

图3 硬件方案示意图

5 软件逻辑设计

为减轻运维人员的巡视负担，尽量由软件自动判断缺陷类型和缺陷位置，软件设计应考虑自动巡视机制和缺陷判断机制，对自动巡视的数据进行分析与判别，对出现的各种异常情况进行诊断，如果诊断出设备确实发生缺陷则自动报警，并将缺陷信息上传至后台监控系统。运维人员应可直接读取缺陷报告、且软件需同时报告缺陷判据以方便运维人员复核。按照数据量和运维测量制定自动巡视周期和发送周期，对各种配电自动化终端进行自动巡视，包括实时电流、电压、开入、开出、通信情况、定值数据等，并自动存储巡视的结果，方便事后或者远程调出检查。

考虑到设备故障情况和事故分析的需要，软件应可以自动调取终端的故障录波数据并保存，方便运行人员随时通过远程维护系统调取故障录波记录，对故障进行详细深入的分析。软件数据流示意如图4。

图4 软件数据流示意图

6 结语

设计了一套新型固体环网柜在线监测系统 ，实现了对环网柜的各类运行参数进行在线检测和周期性自动巡视，有效地提高了环网柜的巡视质量和节省人力资源，提高了劳动生产效率和供电可靠性。