具有設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測功能的配電自動化終端及監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域，具體涉及一種具有設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測功能的配電自動化終端及監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]配電網(wǎng)是從輸電網(wǎng)或地區(qū)發(fā)電廠接受電能，并通過配電設(shè)施就地或逐級配送給各類用戶的電力網(wǎng)絡(luò)，是控制和保證用戶供電可靠性和供電質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。我國配電網(wǎng)相對于輸變電還比較落后，是電網(wǎng)中最為薄弱的一環(huán)。配電網(wǎng)由配電線路和配電網(wǎng)設(shè)備組成，其中配電網(wǎng)主設(shè)備主要包括開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)和配電變壓器等，這些設(shè)備數(shù)量大、價值高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常具備二次測量及控制回路，多數(shù)運行在室外環(huán)境，設(shè)備故障率相對偏高，是制約配電網(wǎng)供電可靠性提升的關(guān)鍵因素。
[0003]長期以來，配電設(shè)備檢修采取故障檢修模式，屬于一種被動檢修，僅在設(shè)備發(fā)生故障或異常后，才進行維護和修復(fù)，造成突發(fā)性故障多，搶修時間長，增加了用戶停電時間。狀態(tài)檢修通過全過程在線監(jiān)測設(shè)備主要部件運行狀態(tài)量，再經(jīng)專家診斷系統(tǒng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行綜合分析，評估設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)和變化趨勢，提前識別設(shè)備隱患，主動制定出合理的檢修時間及方法，因此又稱為預(yù)知維修。狀態(tài)檢修是我國正全面推廣應(yīng)用的輸變電設(shè)備檢修新模式，既可避免定期檢修所帶來的過度檢修，又可避免故障檢修因檢修不及時所導(dǎo)致的損失擴大，該檢修模式同樣可用于配電網(wǎng)主設(shè)備。實行狀態(tài)檢修，必能準(zhǔn)確、在線獲取設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，但配電網(wǎng)主設(shè)備量大面廣，且單臺設(shè)備價值不高，為每臺設(shè)備配置專用的運行狀態(tài)監(jiān)測終端，雖然技術(shù)上可行，但實際上很不經(jīng)濟，不具備應(yīng)用推廣價值。
[0004]配電自動化系統(tǒng)是提高配網(wǎng)可靠運行的重要手段，配電自動化系統(tǒng)通過配電自動化終端，實現(xiàn)對配電網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制。配電自動化終端通常按監(jiān)控的設(shè)備為三類:DTU、FTU、TTU，DTU用于監(jiān)控開關(guān)柜或環(huán)網(wǎng)柜，F(xiàn)TU用于監(jiān)控柱上開關(guān)、TTU用于監(jiān)測配電變壓器。配電自動化終端與所監(jiān)控的設(shè)備就地安裝，通過無線或有線通信網(wǎng)絡(luò)與配電自動后臺監(jiān)控系統(tǒng)進行交互。現(xiàn)有配電自動化終端僅具備對配電一次設(shè)備電壓、電流、開關(guān)位置采集和開關(guān)分合狀態(tài)的控制功能，不能監(jiān)測設(shè)備本身的運行狀態(tài)，如設(shè)備絕緣特性、設(shè)備發(fā)熱情況、設(shè)備振動與噪聲、開關(guān)操動機構(gòu)的狀態(tài)以及設(shè)備運行的環(huán)境信息等。
[0005]中國專利201420132112.8提出了一種關(guān)閉所關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，實現(xiàn)對開關(guān)柜柜體溫度、電纜及電纜分接箱溫度和電纜金屬護層循環(huán)電流和監(jiān)測，該方案采用單獨的智能配電終端信息中繼裝置或開關(guān)信息中繼裝置匯集各傳感器的監(jiān)測信息，未將設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測功能集成到配電自動化終端。中國專利201420171977.2提出一種環(huán)網(wǎng)柜關(guān)鍵配電設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過智能配電終端接入環(huán)網(wǎng)柜整體環(huán)境監(jiān)測裝置、開關(guān)柜狀態(tài)監(jiān)測裝置和電纜及電纜分接箱狀態(tài)監(jiān)測裝置，實現(xiàn)對環(huán)網(wǎng)柜狀態(tài)的在線監(jiān)測，該方案同樣未將設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測功能與配電自動化終端相集成，配電終端僅提供通信中繼功能，需配置獨立的開關(guān)柜狀態(tài)監(jiān)測裝置。
[0006]配電自動化是配電網(wǎng)監(jiān)控與運維水平提升的重要標(biāo)志，大范圍、分布式配電通信網(wǎng)絡(luò)及配電自動化終端是配電自動化的基礎(chǔ)平臺和寶貴資源，可以承載更多的配電網(wǎng)運行信息的采集與上傳，以減少各種配電網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的重復(fù)投資和資源的浪費。在實現(xiàn)配電自動化覆蓋的供電區(qū)域，基于配電主設(shè)備的配套終端，實現(xiàn)配電設(shè)備運行狀態(tài)在線監(jiān)測，為配電設(shè)備狀態(tài)管控水平提供支撐，是一種在技術(shù)和應(yīng)用上均經(jīng)濟、可行的技術(shù)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了具有設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測功能的配電自動化終端及監(jiān)測方法，本發(fā)明為支撐配電網(wǎng)主設(shè)備狀態(tài)檢修，在配電自動化終端對配電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)控的基礎(chǔ)上，擴展對配電設(shè)備本身健康狀態(tài)的在線監(jiān)測功能，通過接入各種在線設(shè)備狀態(tài)傳感器，實現(xiàn)配電設(shè)備運行狀態(tài)的在線監(jiān)測，分析并提取反映設(shè)備狀態(tài)的特征量，評估設(shè)備健康狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常及時報警，推動配電主設(shè)備從故障檢修向狀態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下:
[0009]具有設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測功能的配電自動化終端，包括外部通信接口，外部通信接口分別與測量與控制模塊及設(shè)備狀態(tài)診斷模塊相連；
[0010]其中，測量與控制模塊分別與模擬量采集模塊、開關(guān)量采集模塊、開關(guān)控制回路及開關(guān)儲能回路相連，測量與控制模塊根據(jù)接收的模擬量及開關(guān)量實現(xiàn)對開關(guān)控制回路及開關(guān)儲能回路的控制；
[0011]設(shè)備狀態(tài)診斷模塊相連分別與開關(guān)特性監(jiān)測模塊、電源狀態(tài)監(jiān)測模塊、絕緣特性監(jiān)測模塊、設(shè)備振動與聲音監(jiān)測模塊、設(shè)備溫度監(jiān)測模塊及環(huán)境溫濕度監(jiān)測模塊相連，設(shè)備狀態(tài)診斷模塊根據(jù)監(jiān)測的變量對設(shè)備的狀態(tài)進行診斷與評估。
[0012]進一步的，所述外部通信接口與后臺主站系統(tǒng)的通信，將對設(shè)備狀態(tài)診斷與評估的結(jié)果及測控與保護處理的結(jié)果傳輸至主站系統(tǒng)。
[0013]進一步的，所述絕緣特性監(jiān)測模塊、設(shè)備振動與聲音監(jiān)測模塊、設(shè)備溫度監(jiān)測模塊及環(huán)境溫濕度監(jiān)測模塊分別與現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線接口相連；
[0014]進一步的，所述現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線接口用于與監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)的多種傳感器相連。
[0015]進一步的，絕緣特性監(jiān)測模塊通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線接口分別接入電纜接頭泄漏電流傳感器、SF6壓力傳感器、SF6微水傳感器，實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜電纜接頭、SF6氣體絕緣設(shè)備的開關(guān)絕緣特性的監(jiān)測。
[0016]進一步的，所述設(shè)備振動與聲音監(jiān)測模塊通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線接口分別接入設(shè)備振動傳感器和設(shè)備聲音傳感器，用于記錄設(shè)備運行中的異常振動和聲音。
[0017]進一步的，所述設(shè)備溫度監(jiān)測模塊通過現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)接口分別接入電纜頭溫度傳感器及設(shè)備溫度傳感器，以監(jiān)測電纜接頭或開關(guān)內(nèi)部發(fā)熱狀態(tài)。
[0018]進一步的，所述環(huán)境溫濕度監(jiān)測模塊通過現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)接口接入環(huán)境溫濕度傳感器，實現(xiàn)對設(shè)備運行環(huán)境的在線監(jiān)測，用于分析環(huán)境溫濕度對設(shè)備故障的影響。
[0019]進一步的，所述模擬量采集模塊分別與電流互感器(TA)、電壓互感器(TV)相連，實現(xiàn)所監(jiān)測點電壓及電流的采集;所述開關(guān)量采集模塊接入開關(guān)位置繼電器，實現(xiàn)開關(guān)分合位置、遠(yuǎn)方/就地手柄位置的采集;所述開關(guān)控制回路與開關(guān)操動機構(gòu)相連，實現(xiàn)對開關(guān)電動分合操作;所述開關(guān)儲能回路與開關(guān)操動機構(gòu)相連，實現(xiàn)對開關(guān)操動機構(gòu)的儲能。
[0020]進一步的，所述開關(guān)特性監(jiān)測模塊與開關(guān)控制回路相連，監(jiān)測并記錄合分閘回路中的電壓、電流波形，所述開關(guān)特性監(jiān)測模塊與開關(guān)儲能回路相連，監(jiān)測并記錄儲能回路的電壓、電流波形。
[0021]進一步的，所述電源狀態(tài)監(jiān)測模塊與終端蓄電池后備電源相連，實現(xiàn)蓄電池電壓、電流、容量、活化時間的監(jiān)測。
[0022]進一步的，所述開關(guān)特性監(jiān)測模塊實現(xiàn)對開關(guān)控制回路的合分閘回路中的電壓、電流波形的監(jiān)測，從波形中分析鐵芯行程、鐵芯卡澀、線圈狀態(tài)、脫扣扣接狀態(tài)等信息，記錄每次開關(guān)分合動作時刻和所用時間，統(tǒng)計開關(guān)動作次數(shù)，判斷開關(guān)控制回路及開關(guān)操動機構(gòu)的工作狀態(tài)，識別開關(guān)控制回路斷線、開關(guān)操動機構(gòu)機械卡澀問題，并可預(yù)測開關(guān)是否會發(fā)生偷跳、拒動；
[0023]開關(guān)特性監(jiān)測模塊實現(xiàn)對開關(guān)儲能回路電壓、電流波形的監(jiān)測，記錄儲能持續(xù)時間，統(tǒng)計儲能次數(shù)，判別合閘彈簧機構(gòu)的彈簧壓縮過程和儲能狀態(tài)是否存在異常。
[0024]具有設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測功能的配電自動化終端的監(jiān)測方法，包括以下步驟:
[0025]利用各種傳感器實現(xiàn)對配電一次設(shè)備運行狀態(tài)的信息采集，并將采集的信息通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線接口傳輸至相應(yīng)的監(jiān)測模塊，監(jiān)測模塊分別將處理后的信息傳輸至設(shè)備狀態(tài)診斷模塊；
[0026]利用電流互感器及電壓互感器實現(xiàn)所監(jiān)測點電壓及電流的采集;利用開關(guān)位置繼電器實現(xiàn)開關(guān)分合位置、遠(yuǎn)方/就地手柄位置的采集，監(jiān)測點電壓及電流作為模擬量通過模擬量采集模塊傳輸至測量與控制模塊，開關(guān)分合位置、遠(yuǎn)方/就地手柄位置作為開關(guān)量通過開關(guān)量采集模塊傳輸至測控與保護模塊；
[0027]設(shè)備狀態(tài)診斷模塊基于所采集的表征設(shè)備狀態(tài)的特征量，對設(shè)備健康狀態(tài)進行診斷，評估設(shè)備是否需進行維修；
[0028]測控與保護模塊實現(xiàn)配電自動化終端基本的模擬量及開關(guān)量的測量、開關(guān)操作機構(gòu)的控制與保護。
[0029]本發(fā)明的有益效果:
[0030]基于配電自動化終端實現(xiàn)配電主設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測和異常狀態(tài)診斷，在線獲取設(shè)備運行狀態(tài)特征量，對配電網(wǎng)主設(shè)備運行健康狀況的在線評估、故障分析、診斷與提前預(yù)警，為實現(xiàn)配電網(wǎng)主設(shè)備狀態(tài)檢修，提供了一種技術(shù)可行、成本經(jīng)濟的實施方案。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]其中，1.外部通信接口，2.測量與控制模塊，3.設(shè)備狀態(tài)診斷模塊，4.模擬量采集模塊，5.開關(guān)量采集模塊，6.開關(guān)控制回路，7.開關(guān)儲能回路，8.開關(guān)特性監(jiān)測模塊，9.電源狀態(tài)監(jiān)測模塊，10.絕緣特性監(jiān)測模塊，11.設(shè)備振動與聲音監(jiān)測模塊，12.設(shè)備溫度監(jiān)測模塊，13.環(huán)境溫濕度監(jiān)測模塊，14.現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線接口。
【具體實施方式】
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[0033]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細(xì)說明:
[0034]如圖1所示，具備狀態(tài)監(jiān)測功能的配電自動化終端是在普通配電自動化終端對所配套的柱上開關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜等一次設(shè)備進行監(jiān)測和控制的基礎(chǔ)上，擴展對配電一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測功能。對開關(guān)特性監(jiān)測和電源狀態(tài)監(jiān)測，無需外置新的傳感器，可通過監(jiān)測配電自動化終端內(nèi)部的控制回路、儲能回路和電源回路為實現(xiàn);配電一次設(shè)備環(huán)境溫濕度、電纜頭溫度等其它狀態(tài)信息，需接入各種外置電子式傳感器，通過配電自動化終端的現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線接口，接入各外置電子式傳感器所采集的信息。根據(jù)配電自動化終端所配套一次設(shè)備類型的不同，配電自動化終端可實現(xiàn)不同的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測功能。
[0035]對于開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜類設(shè)備，配電自動化終端可接入電纜接頭泄漏電流傳感器、電纜頭溫度傳感器、環(huán)境溫溫度傳感器。如開關(guān)柜、環(huán)網(wǎng)柜采用SF6氣體絕緣，配電自動化終端可接入SF6壓力傳感器、SF6