宝力格
内蒙古电力（集团）有限责任公司阿拉善电业局 内蒙古自治区阿拉善盟 750306
摘要：配电网是电力系统的基础，承担着为用户提供高质量电能的任务，是配电网稳定运行的关键环节，其安全性与可靠性具有至关重要的意义。配电网设备长期在户外作业，会受到大气腐蚀、化学作用以及天气环境的影响，设备状态也会逐渐变坏，直接影响配电网的稳定运行。如何实时检测、检修配电网设备状态成为电力行业重点研究课题之一。
关键词：10KV环网柜故障；配电网；设备检修；系统研究
1导言
随着我国智能电网建设的不断推进，传统的放射式、树干式配电网已经无法满足电网建设以及社会大众的需求，环式配电网应运而生。环式配电网指的是供电干线可以构成一个闭合的环形，由供电电源向环形干线供电，在干线上一路通过高压开关向外配电。环式配电网形式中最为关键的设备为环网柜。环网柜指的是一组输配电气设备，主要安装在金属或者非金属绝缘柜内，核心部件为熔断器、负荷开关，具有体积小、结构简单、价格低廉、性能好等优势。环网柜实质上是一种高压开关设备，直接决定着环式配电网能否正常作业。
2配电网设备检修系统硬件单元
环网柜故障主要由温度与振动造成的，故设计系统硬件单元为无线测温传感器硬件单元、振动传感器单元与环网柜数据采集单元，具体硬件单元设计过程如下所示。
2.1无线测温传感器硬件单元
无线测温传感器由数字式测温芯片、CPU、无线通信芯片以及供电电池构成。依据设计系统需求，数字式测温芯片选取TMP102芯片；为了保障测温传感器的安装便利性，采用电池供电方式。测温传感器供电电池选用2节1000mAh锂电池，其使用寿命可以长达5年；测温传感器CPU选用Microchip公司生产的PIC16F690芯片，该芯片中自带存储器，功能为存储测温传感器的唯一地址编号，利用通信线路获取数字式测温芯片测量数据。考虑到硬件单元之间的连接问题，测温传感器中CPU芯片需要具备PC817硬件，以此实现电平转换，方便测温传感器与其他硬件单元的连接。
2.2振动传感器单元
振动传感器是设计系统的关键硬件之一，其功能为接收环网柜机械量，并将其转换为与之成比例的电量。振动传感器实质上是一种机电转换装置，故也可将其称为换能器。振动传感器通过高速UART接口和采集单元连接在环网柜上，当环网柜机械开关时，传感器外壳随环网柜振动，由惯性质量块记录笔记录下传感器外壳的相对振动位移幅值，利用标准关系式求解环网柜的振动位移波形。振动传感器参数设置情况如表1所示。
表1振动传感器参数表
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2.3环网柜数据采集单元
环网柜数据采集单元任务是接收温度、开关震动位移数据等信息。总体结构由传感器模块、下位机、通信模块、以及上位机组成。上述配置均是依据成本、稳定性、系统开发周期等因素决定的其结构图如图1所示。首先由传感器从现场采集信号，做初步的信号调理和A/D转换后，实现数据传输，将信号传输到下位机完成信号处理等功能，如果系统出现异常则会动作于跳闸或发出报警信号，并将与事故相关的信息存储起来，实现对设备监控保护的目的，同时将信号通过CAN总线系统上传，实现与上位机的通信。此外所设计的监测系统还具有较强的抗干扰能力。上述过程完成了系统硬件单元的设计，但是依然无法实现配电网设备的检修，故以设计硬件单元为基础，设计系统软件模块。
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图1硬件结构框图
3配电网设备检修系统软件模块
3.1测温传感器软件模块
当配电网设备中存在高电流时，电缆易产生高温故障，导致设备无法运行，因此需要实时监控环网柜温度状况。测温传感器利用无响应方式向环网柜数据采集单元传输采集数据，采样间隔为30s，数据传输间隔为5min。需要注意的是，若温度数值变化幅度大于2℃或者温度数值高于75℃时，测温传感器实时传输数据至环网柜数据采集单元。测温传感器软件模块主要任务是设置主程序，具体步骤如下所示：步骤一：初始化测温传感器；配置I/O方向寄存器，并唤醒测温传感器；步骤二：休眠CPU10ms，为温度信号转换做准备；步骤三：唤醒CPU，读取传感器温度数值；步骤四：判断是否发送温度测量数据，若发送温度测量数据，转至步骤五；若不发送温度测量数据，转至步骤六；步骤五：唤醒RF子模块，发送温度测量数据，发送结束后休眠RF子模块；步骤六：I/O口低功耗配置，重新休眠CPU10ms，休眠时间结束后，唤醒CPU，转至步骤一，直至全部温度测量数据发送完成结束。
3.2振动检测分析模块
现有研究成果表明，运行状态良好的环网柜状态具备极大的相似性，以此为依据，构建一种相对的判断标准。以已知的环网柜正常状态为参考，计算环网柜待检状态与参考状态的相似程度，若该数值在一定范围内，判定环网柜状态正常；若该数值超出给定范围，判定环网柜出现故障。环网柜作业过程中，分、合闸振动强烈，其形成的振动波形属性为非线性非平稳信号，频率分布较为随机，具有极强的不确定性。故利用小波包分析法处理由振动传感器获取的振动位移波形。采用小波包分析法对振动信号进行分解，依据其高频重构系数计算全电流瞬时值，若数值超过给定阈值，则认为环网柜处于故障状态。全电流瞬时值计算公式为：
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式（1）中，B(n)表示的是环网柜作业的标么值；T(n)表示的是环网柜作业的正常运行时电流幅值；R(n)表示的是环网柜作业的高阶细节分量；n表示的是采样点；m表示的是采样点总数量。通过上述硬件单元与软件模块的设计，实现了配电网设备检修系统的运行，为环式配电网稳定运行提供更加有效的保障。
4结语
10KV环网柜在现今配电网中应用最为广泛，性能较佳，但依然存在着一定的缺陷。例如由于10KV环网柜作业次数过多，会导致设备温度上升，从而破坏环网柜的绝缘层，影响环网柜的整体性能，故提出10KV环网柜故障下配电网设备检修系统研究。
参考文献
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