摘要：高压开关柜承担故障线路的切除，正常线路的投入及退出工作，是确保电力系统安全稳定运行的重要设备，确保了电网和负荷的安全稳定运行。随着中国智造理念的深入，智能化的普及应用势必要求提高高压开关柜的智能化水平，需要将科学技术应用在高压开关柜中，并实施在线监测，了解高压开关柜的具体运行状态，为电力系统的安全可靠运行提供了保障。本文以10KV高压开关柜智能化在线监测系统为主要研究对象，从系统结构设计、硬件设计及软件设计、抗电磁干扰措施四个方面进行分析。
关键词：10KV高压开关柜；智能化；在线监测系统；设计
前言
随着科学技术的快速发展，变电站行业的自动化水平逐渐提高。高压开关柜作为控制电力系统的重要设备，要采用在线监测形式，对高压开关柜的运行参数及运行状态进行在线监测，提升高压开关柜运行的可靠性。因此，需要对10KV高压开关柜实施在线监测，降低故障发生率，提升开关柜的可靠性，为电力系统的高效及连续运行提供保障。
一、10kV高压开关柜智能化在线监测系统结构设计
10kV高压开关柜智能化在线监测系统主要是采用嵌入式系统，构成方案包括通用计算机监测系统和嵌入式计算机监测系统两部分内容。其中，通用计算机监测系统自身具备完善的人机接口，将高速的A/D采集卡安装在工控机上，向采集卡上发送传感器提取的信号。该种设计方式具有易编程、方案开发周期短等优势。嵌入式计算机监测系统主要是运用嵌入式形式，以应用为核心，将其隐藏在产品、系统及各种装置中，运用计算机技术对软硬件进行裁剪，确保了系统功能的可靠性，促进了传感器信号的数字化，提升了系统的实用性及抗干扰性。
二、10kV高压开关柜智能化在线监测系统硬件设计
整体设计主要是结合监测系统的功能性要求，对开关量、发热点温度、操动机构振动、开断电流、控制、显示及通信等功能进行信号的显示及采集，展现出了上位机、报警信号的输出进行通信等功能，按照功能设计监测系统的硬件电路结构模块包括开关量输入模块、输入模块、中央控制模块、人机交互模块及远程通信模块。在线监测系统的基本构成图如图1所示。
1.开关量输入模块
将监测单元放置在开关柜内，对断路器的位置进行监测，运用辅助触点引出断路器的位置信号，确保断路器的传动轴与配电装置操动机构能够发生联动，对辅助触点处的信息进行采集，进而来实现对位置状态信号进行采集。
2.输入模块
输入模块作为被测现场参量的入口通道，实现了对被测现场参数转换成中央控制模块接口的过程，现场参量类型作为监测系统中的重要组成部分，监测系统输入管道包括模拟量和开关量两种，但是两者的输入电路结构存在着一定的差异。例如，在线测温除了能通过模拟量显示开关柜内发热点温度，还能通过数字开关发送高温预警、超高温报警的信号。
3.中央控制模块
中央控制模块负责分析现场的运行参量及各项处理工作，自身具有显示、测量及控制功能，是在线监测系统的核心。首先，要合理设计DSP最小工作系统。监测装置要通过硬件系统来安装，要将DSP作为监测系统单元的核心，具有运算速度高优势，能够在较短的时间内完成对大量数据的处理。中央控制模块的设计内容包括电源及监控电路设计、随机读取存储器扩展电路设计、时钟电路设计等。其次，外部存储器的扩展。由于监测系统内部存在大量的数据信息，并且监测的项目较多，要对DSP进行外部存储器扩展，以便能够满足项目监测要求。使用CMOSI2C接口的串行EEPROM24LC256，具有接口简单及操作便利等特点，其硬件展现出了较强的保护性功能，串行的最高时钟频率能够达到400KHz，最大写操作电流为3mA，具备输入及输出噪声抑制功能，确保了数据传输的完善性，降低了硬件设计难度。
三、10kV高压开关柜智能化在线监测系统软件设计
软件承担10kV高压开关柜智能化在线监测系统性能的体现及功能的实现，需要对在线监测系统进行软件设计，确保实时操作系统任务调度机制的合理构建，该种设计方法具有调试方便、目标明确及思路清晰等特点。软件系统设计需要完成的功能主要包括系统设置、数据采集及处理、报警处理、监测参量显示、报警处理、录波、数据通信等。模块设计的内容包括数据采集模块、数据处理模块、故障判断、菜单操作模块、本地录波模块及远程通信模块等。在线监测系统软件设计总体结构图如图2所示。
1.数据采集程序模块设计
A/D是数据采集模块的核心，要对采集到的模块进行数据转换和预处理，确保数据传送工作的合理有效开展。要启动DSP处理器并做好初始化工作，检测中断信号，发出采样命令，启动A/D转换，并打开转换结束中断，中断服务程序要先读出A/D转换结果，并将其保存在RAM存储单元中，并对另外一个采样通道，做好A/D转换工作，直到读完所有的通道信号为止。
2.故障判断模块
故障判断模块以线圈、时间特性及设计思想为核心，通过利用振动信号和机械特性参数来分析和判断断路器故障，对断路器触头电寿命进行预测，通过辅助断路器运行状态来进行综合判断，为开关柜的安全运行提供保障。
3.录波模块设计
录波模块即为数据存储模块，通过将各种特性的原始参数进行数据处理和记录的过程，将其显示在控制中心服务器及向上位机上，来达到运行数据控制的目的。为了确保执行程序的高效及正确执行，需要加大对单元中央处理模块的监测，设置不同的数据专区，按照一定的数据格式进行存放，提升数据的调用、转换及处理，能够最大程度的节省存储空间，提升数据共享效果。
四、10kV高压开关柜在线监测系统抗电磁干扰措施
一次系统的高电压、大电流对在线监测系统电磁干扰影响较大，需要针对干扰源、传播途径和电磁敏感设备这三方面制定相应的抗干扰措施。目前，通过采用对在线监测系统屏蔽、增加滤波回路改善监测系统电路、利用无线传导、光电转换等方法降低电磁干扰，取得了比较好的效果。
结论：本文将10KV高压开关柜作为主要的研究对象，结合现阶段高压开关柜的在线监测应用需求，对监测系统的软硬件实施在线监测，完成了数据处理、信号采集、数据通信及故障判断工作，提升了监测系统的设计精度，满足了监测系统的设计要求。智能化在线监测系统在实际的应用过程中主要是配合控制构成、微机保护及智能化高压开关柜来实现，为开关柜制造及新产品研发提供了新的方向，在社会中展现出了广阔应用前景及社会意义。
参考文献：
[1]易林.10kV高压开关柜电气过热预警在线监测系统的应用[J].通信电源技术，2016，（02）：197-198.
[2]李欣.智能化变电站10kV高压开关柜在线测温技术研究[J].科技与企业，2015，（18）：179-180.
[3]沈韬，张霖.10kV高压开关柜在线测温系统应用分析[J].贵州电力技术，2014，（02）：56-59.
论文作者:刘柳青
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/6
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