基于泛在电力物联网的开关柜局放监测系统构建研究

何 明，，严铿博，，佘乐欣，，袁 帅，，汪明科，，刘晓松

（1.深圳供电局有限公司，广东 深圳 518022；2.武汉傲睿尔科技有限公司，湖北 武汉 430000）

0 引言

开关柜是电力系统中使用数量最多的开关设备，也是对电力系统产生影响最为明显的设备。从开关柜的设计生产开始，再到后续的安装和运行，开关柜会出现不同程度的问题，导致电力系统出现故障。为此，需要针对10 kV以上的高压开关柜运行状况展开实时监测，定期了解设备运行状态，判断设备的绝缘特性，做好设备的检修和维护，降低事故发生的概率，让电力系统的运行状态更加安全可靠。

1 高压开关柜局部放电原理

局部放电是绝缘介质中产生的一种电气类放电现象，这种放电通常限制在被测介质中，且往往发生在导体间的绝缘局部桥接处或导体邻近位置。在强电场作用下，电力设备绝缘中的某些薄弱部位处，普遍存在局部放电的问题。局部放电前期一般不会立即引起绝缘介质击穿，但容易导致有机电介质的局部损坏。若电气设备长期处于局部放电状态，在某些特定环境下就会导致绝缘劣化，甚至击穿［1］。因此，对电力设备进行局部放电监测是电力设备运行中的一种重要预防性手段。

局部放电会伴随产生各种电、光、声、热等现象，基于这些现象的原理性研究，产生了不同原理的局放监测技术。其中，常用的非电量监测方法有：光测法、电检测法、红外热测法和声测法等。近些年来，随着对局部放电原理的研究不断深入，局部放电监测技术也在不断提高，目前采用较为广泛的局部放电监测方法是声电联合的监测方法［2］。事实证明，该方法能够有效监测沿面爬电、表面放电、电晕放电、内部放电、尖端放电等多种类型放电现象。

2 基于泛在电力物联网的开关柜局放在线监测系统设计

2.1 系统设计思路

本次设计开发的在线监测系统建立在物联网的基础之上，通过脉冲电流传感器对高压开关柜的母线电流进行信息采集，获取流动在母线上的高频脉冲电流信号，在采集数据信息以后，将电流信号传输到处理单元中，经过信号过滤环节，将外界影响因素分离开来，此时数据处理单元将对高频分量展开分析，最终确定高压开关柜是否存在局部放电现象，并对局部放电故障的严重程度做出评判［3］。此次为尽快确定故障所在位置，将监测系统中的传感器与定位技术结合起来，以传感器为在线监测系统中心，分散监测传感器周边的局部放电情况，准确获取故障点位置。

此次所设计的在线监测系统比较适合10 kV及以上开关柜的局部放电现象监测，能够对不同监测点的局部放电数值及频次进行实时分析，在确定放电点以后，及时发出故障警报，并将数据图谱存储下来，以便于监测人员后续展开放电现象分析［4］。该种监测方式能及时发现高压开关柜存在的绝缘缺陷问题，并评估开关柜设备及母线的绝缘水平，对判断开关柜线路老化程度提供科学依据。系统数据处理软件中所形成的二维谱图、工频周期放电图以及放电趋势图等都将成为检测人员制定改进措施的数据参考［5］。

根据分析发现，本次设计的在线监测系统主要具备下述特征：(1）提取放电信号的特定频带，对抗配电站中因外界因素干扰而产生的干扰信号，规避干扰信号对监测信号的影响。监测系统可直接经过放电信号判断确定局部放电现象来自于高压开关柜内部还是外部。(2）异常报警。在线监测系统包含异常报警功能，在对开关柜进行实时监测期间，一旦发现局部放电现象比较严重，会对电力系统产生影响，系统将会根据数据分析判断，分等级地发出不同警报。(3）同时采集不同终端信号，最多可同时获取100台设备的传感数据，系统可通过该种技术对传感器感应范围内的设备进行数据信息采集，从而判断局部放电现象所处位置。(4）系统设计期间，借鉴国内外厂家所采用的异常周期数统计方法，将开关柜中因操作所造成的瞬间局部放电现象排除，获取在个别频次周期中出现的局部放电现象数据，经过数据统计以及异常周期数据分析，判断开关柜是因为操作产生局部放电故障还是因为其他原因产生局部放电故障。(5）传感器在在线监测系统中的设置和连接均采用单根数字总线方式，经过供电一体化多芯电缆实现相互连接，该种连接方式能够减少传感器之间的布线数量，降低开关柜因走线复杂而带来的检测难度，降低在线监测系统设备对电力系统原设备所产生的影响。

2.2 故障采集检测系统设计

为提升该在线监测系统的故障信息采集效果，本次系统设计中安装了嵌入式高性能处理器，该处理器能够保持系统处于高速采样状态，且降低系统整体运行功耗。处理器在获取数据采集结果以后，经过Modbus-RTU协议组网以及RS-485总线，实现远程通信的目的。系统运行过程中将同时运行多达100台设备，此时将同步采样技术与系统融合在一起，可以对100台设备同时进行数据采集，了解100台设备的局部放电信号情况，通过横向和纵向对比数据的运行状态，分析数据存在局部放电现象的可能因素。该种数据处理方式和信号采集方式简化系统现场布线，实现供电通信一体化多芯电缆串联。

传感器是在线监测系统的主要设备，本次系统设计采用了VHF天线传感器，该种传感器是专门为测量局部放电信号而设计的，不仅设备安装比较方便，且在局部放电信号方面的检测比较灵活。该传感器的外壳属于铝合金材料，并经过镀锌处理达到氧化绝缘的目的，能够对高压开关柜的内部空间传输出的电磁波信号进行响应，达到监测开关柜局部放电现象的目的。传感器将被直接安装在开关柜的电缆室当中或者是直接吸附在开关柜的内壁上，根据电磁波信号感应，向系统后台传输监测结果。

3 结语

本次设计的监测系统能够直接与地理信息系统融合，从而定位故障缠身位置，方便检测人员快速发现故障点并给出应对措施。如此一来，电力系统的运维管理水平提升和开关柜局部放电故障也得以管控。