唐璐
（威胜电气有限公司 湖南湘潭 411100）
摘要：智能配电网设备在线监测是运用先进的技术手段对配网设备进行自动化监测和科学管理，是实现智能电网的重要基础之一。本文主要对电缆头温度、高压气箱内SF6气体浓度等主要输变电设备常用在线监测技术进行研究。
关键词：配电网；在线监测；智能环网柜；
1背景
智能配电网作为推动城市绿色发展的关键技术和实现低碳电力的基础与前提，近年来在很多国家得到快速发展，并有力促进了电网的智能化。设备信息数字化、功能集成化、运维高效化是配电网智能化的发展方向。
2在线监测方案
智能环网柜在线监测系统主要由传感器模块、AD转换模块、主控单元和人机接口组成。整个在线监测系统采集到的数据最终都会传输到主控单元当中，主控单元经过光纤与通信终端实现通信，由通信终端统一将环网柜采集到的信号传输给配网主站。
工作流程如下：首先由主控单元创建ZigBee网络。当传感器节点上电后，会自动查找空间中存在的ZigBee网络，找到后随即加入该网络，通过无线发送该节点的物理地址给主控单元。传输完毕后，主控单元再向各个传感器节点发出读取数据命令，传感器接收该读命令后，将读取到的数据发送至主控单元，主控单元接收并会更新存储器中的原有数据。传感器节点则利用通信的间隙不断读取监测点的数据值以备主控单元实时读取，主控单元综合传感器收集的信息完成对环网柜总体运行信息的采集。通过对比预先设定的环网柜运行参数，可以准确对环网柜在线运行进行监测，当发现异常时就会通知运行人员，并在人机界面实时显示出来。
3电气量检测技术
3.1二次控制及操作回路监测
环网柜在运行过程中经常会发生分、合闸线圈烧毁或短线故障。传统环网柜分合闸回路中的电流，主要依靠与机构连动的断路器或者继电器的辅助触点来切断。如果辅助接点因某种原因不能正常切换，或操作机构卡死，可能会造成分、合闸线圈烧毁。为解决上述问题，提出环网柜二次侧的总体监测方案，如图所示。
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本方案在二次控制及操作回路中加装霍尔电流、电压传感器，通过监测到的信号，能够判断出二次控制回路故障以及操作回路故障。电压输出监测装置分别连接至开关控制电路两端，用以监测配电开关控制电路的电压输出情况；回路断线检测电路串接于开关控制回路，用来检测控制回路的电流输出情况；霍尔传感器采集二次控制回路两路电流模拟信号，当采集的到的电流小于设定值时，即认为此时二次控制回路是断线的或者操作回路没有电源。如果霍尔电压传感器能够感应到电压，则可以判定是二次控制回路断线故障，如果感应不到电压则可以判定是操作回路故障。
无线收发芯片通过SPI接口与MCU连接，通过该芯片与其他ZigBee节点通信，并将采集到的数据传输到主控单元当中。在线监测子系统方案中所有的传感器节点都会与该芯片配合，实现通过Zigbee网络与主控单元通信。
同时，在霍尔电流、电压互感器获得二次操作回路的电流电压信号后，利用计算二次操作功来监测环网柜操作回路的状况及其动作性能。二次回路操作功是指环网柜开关操作过程中分合闸线圈消耗的电能，环网柜正常情况下分合闸所消耗的功率是稳定在一定范围内。通过对比环网柜二次回路分合闸时候消耗的能量与正常状态下分合闸所消耗的能量，能够判断二次回路的工作状态。
3.2分合闸线圈电流监测
分、合闸线圈电流为直流小电流量，需要响应速度快，测量精度高，线性度好，可靠性高，测量范围广，体积轻小，易于安装的电流传感器，选用磁平衡式霍尔电流传感器能满足使用需求。
通过霍尔电流传感器将采集到的模拟信号由A/D模块转为数字信号，然后由无线模块将数据传送给主控单元。分合闸回路的电源一般是直流电源，因此只要在环网柜开关分合闸线圈采用霍尔电流传感器即可得到分合闸线圈电流及其波形。在线监测系统在正常工作时，可以收集分合闸回路正常工作时候的电流波形，将收集到的波形作为评判的标准，然后将监测到的分合闸线圈电流波形与其比较，判断出分合闸回路是否正常，以实现分合闸线圈的在线监测功能。
4非电气量监测
4.1温湿度监测
智能环网柜集成温湿度检测模块，温湿度以遥测量的方式记录在控制器中。主站与控制器可以通过主站101协议、104协议交互温湿度数据。温湿度检测模块采用DHT11数字温湿度传感器，应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，DHT11传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。传感器出厂在湿度校验室中进行校准，校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。
4.2气体浓度监测技术
判定高压设备的气室是否已满足绝缘或灭弧要求时，常以SF6气体密度指标来衡量。因为SF6气室内的绝缘强度取决于SF6气体密度，与温度无关。密度的大小是通过20℃时充气压力来体现。
在密度一定的情况下，温度发生变化时压力也随之改变，不同的密度对应的变化曲线不同。因此为正确反映出压力的变化是漏气还是温度变化引起的，必须通过温度补偿或修正的方法，使压力指示仪表的读数不随环境温度变化，始终是20℃时的标准压力值，然后将这个值等效为气室内SF6气体密度值。
当发生SF6气体泄漏时，密度继电器立即指示出漏气引起的密度变化。当密度示值低于设定的报警值时，密度继电器给出报警补气的接点信号，表示泄漏不太多，设备可继续运行，但应补气以防绝缘性能下降；如严重泄漏，则密度继电器给出一对闭锁接点信号，将开关操作闭锁，表示这时设备已不能正常运行，一旦操作则会发生事故。
5结语
智能环网柜在线监测系统，对环网柜电气量和非电量信号做到良好监测。在线监测能够实现故障预警，减少现场工作人员的维护工作量，降低环网柜管理费用，提高检修针对性，可显著提高环网柜运行可靠性和经济性。由此可以提高电力系统安全稳定运行水平，为整个电网的智能化打下了基础。
参考文献
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