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面向智能运维的新一代集约化智能环网柜研究与设计 .docx
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面向智能运维的新一代集约化智能环网柜研究与设计 .docx
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1 引言
环网柜作为电力中重要的电能传输衔接设备,被广泛应用于发电、输电和
配电的各个环节,环网柜的安全稳定运行将直接影响供电的可靠性
[1,2]
。柜内电
气设备在长期运行过程中,可能出现因绝缘老化和湿度过大等原因导致的电晕
放电现象,严重的可能因操作机构损坏导致突发断电,触头接触不良导致温升过
高,进而引发火灾事故
[3]
。此外,柜内各设备运行状态监测功能的缺失以及运维效
率低下,严重制约了环网柜智能化和集约化的发展。
随着泛在电力物联网的提出与建设,环网柜也逐步向设备智能化、规约标
准化、配置先进化、设计模块化和功能集中化等方向发展
[4,5,6]
。利用先进的传
感器技术实现对环网柜的状态监测和健康度评 估
[7,8]
;借助物联网通信技术,实
现环网柜内各设备之 间及柜与柜 之间的信息 互联
[9]
;建立环网柜 的智能运维主
站系统,实现各环网柜的差异化远程运维。采用这些方式及早预防和发现环网
柜运行过程中存在的问题,对于保证环网柜的正常稳定运行和提高电网的运行
可靠性具有重要意义
[10,11,12]
。
鉴于此,本文以 SF
6
全绝缘紧凑型金属密封环网柜为研究对象,重点开展了
面向智能运维的新一代集约化智能环网柜的研究,在 SF
6
全绝缘环网柜(以下简
称“SF
6
环网柜”或“环网柜”)的基础上进行改造设计:首先,将 SF
6
环网柜架构划
分为设备层、感知层和终端层,对各层进行数据流定义;其次,结合物联网通信技
术,横向上实现设备之间的层内数据交互,纵向上实现传感器、一次设备、终端
以及主站间的层间智能协同;最后,最大限度地整合环网柜的各类信息,为实现环
网柜的状态监测、运行控制、故障预判和智能运维等高级应用提供支撑。
2 传统环网柜应用现状
传统 SF
6
环网柜一般配置有电流互感器、电压互感器、操作机构、故障研
判模块、继电保护模块以及配电终端单元(Distribution terminal unit,DTU)等,可
对传统 SF
6
环网柜进行改造以使其具备智能监测、控制与保护功能,基本实现
环网柜的智能 化
[13,14,15]
。在实际应用中,SF
6
环网柜呈现的现状问题可概括如下。
(1) 柜内现有监测方式单一,对温度、湿度、气体浓度和绝缘强度等方面的
信息采集不完整,难以实现同一时间从绝缘、机械和温升等角度推断出环网柜
的健康状况。
(2) 柜内各设备运行数据采集与交互不够 全面和可靠,运行优化控制难以
实行。
(3) 故障寻点往往使用人力排查,缺乏故障隐患预测功能。
(4) 采用定期巡检维护的方式,效率低下且难以及时发现异常问题。
3 集约化智能环网柜设计目标
基于第 2 节中对于传统 SF
6
环网柜应用现状的概括,本文所提集约化智能
环网柜的研究设计核心需要重点解决传统柜体的现状问题,结合物联网通信和
传感器技术的特征,制定设计目标如下。
(1) 以 SF
6
环网 柜的智能化为基 础,在 架构上将 SF
6
环网 柜划分为设备层 、
感知层和终端层,针对各层开展数据流定义,服务于就地智能化监测与控制、设
备运行状态监控、设备状态监测的高级应用,实现横向设备间数据交互,纵向主
站、终端、一次设备及传感器的多层级智能化功能协同。
(2) 研究开关、电缆、接头等的绝缘条件,对局放信号和设备运行电气量进
行状态监测,通过监测和判断,实现故障预防与预判的功能。
(3) 研究 SF
6
环网柜环境状态监测技术,通过红外、声波、无源监控等手段
实现电缆温度、环境温湿度的状态监测与评估。
(4) 开发智能运维平台,实现 SF
6
环网柜的在线远程运维辅助决策自动生成
及实施。
4 集约化智能环网柜设计研究方案
如图 1 所示,对于单个 SF
6
环网柜而言,可将其划分成设备层、感知层和终
端层。其中,设备层由柜内的一次设备和执行机构构成,感知层由温、湿度等各
类型传感器构成,终端层由智能控制器和 DTU 构成。而针对多个 SF
6
环网柜的
情况,可在单环网柜架构的基础上增加主站层,形成 4 个层级的多环网柜架构方
案,如图 2 所示。
图 1
图 1 智能环网柜集约化架构划分
图 2
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