概述

ZFK100开关柜局部放电在线监测系统采用先进的传感技术、嵌入式计算机技术、高速以太网通信技术、大数据以及状态评估诊断技术，利用暂态地电压（TEV）、超声波综合监测模式，实现对开关柜设备的局部放电监测。ZFK100开关柜监测系统采用开放式架构和标准协议，由智能评估诊断软件进行数据整合和处理，实现对开关柜的实时数据获取、综合分析、评估诊断。监测数据及结果经各个变电站内现有网络交换机上传至数据展示平台，用户可通过数据展示平台直观地了解各站内开关柜设备的绝缘状态，实现个站开关柜局放监测数字化和智能化，为各站内开关柜设备的运检工作提供了一种高效、创新的解决方案。通过实时动态数据的全面累积，利用深度学习、神经网络、主动预警等人工智能技术，全面提升设备状态感知及集约运检管控能力，最终实现大数据智能诊断，提高提高运检工作效率，减小运维人员工作强度，提升企业效益的根本目的。

一、编制依据

l   DL/T 692-2008 电力行业紧急救护技术规范

l   DL/T 799-2010 电力行业劳动环境监测技术规范

l   DL/T 1050-2007 电力环境保护技术监督导则

l   DL/T 5161.1～5161.17-2002电气装置安装工程质量检验及评定规程

l   DL 5190.1-2012 电力建设施工技术规范第1部分：土建结构工程

l   Q/GDW 250-2009 输变电工程安全文明施工标准

l   Q/GDW 534-2010 变电设备在线监测系统技术导则

l   Q/GDW 535-2010 变电设备在线监测装置通用技术规范

l   Q/GDW 538-2010 变电设备在线监测系统运行管理规范

l   Q/GDW 539-2010 变电设备在线监测系统安装验收规范

l   Q/GDW 540.1-2010 变电设备在线监测装置检验规范

l   Q/GDW 665-2011 国家电网公司电力建设安全工作规程（变电站部分）

l   珠海蓝网电气设备有限公司在线监测施工规范

二、监测原理

开关柜设备的监测模式主要有两种分别为暂态地电压监测模式和超声波监测模式，这两种监测模式在原理及实际应用效果中存在一定的差异性和互补性，本系统支持这两种监测模式。

3.1暂态地电压监测原理

当局部放电活动出现在高压开关柜当中时，它会产生无线电频率范围内的电磁波，它可以通过金属外壳上的开孔，从开关柜内泄漏到外表面。这些开孔可以是外壳或密封垫圈或其它绝缘部件周围的间隙。当电磁波传播到开关柜外面时，它会在接地的金属外壳上对地产生暂态电压。暂态地电压(TEV)在几个毫伏至几伏的范围内，存在时间很短，只有几个纳秒的上升时间。可以在开关柜正在工作时将探头放在开关柜的表面，采用这种非侵入方式来检测局部放电活动。

图1 暂态地电压监测原理图

3.2超声监测原理

介质发生局部放电时，其瞬间释放的能量使分子间产生剧烈碰撞，并在宏观上形成一种压力产生超声波脉冲，此时局部放电源如同一个声源，向外发出超声波。由于放电持续时间很短，所以其发射的声源频谱很宽，可以达到数百千赫兹，另外由于超声波波长较短，因此它的方向性较强，从而它的能量较为集中，可以从开关柜缝隙处检测到有效的超声信号，进行对局放的诊断。

三、系统介绍

4.1系统构成

图2 开关柜在线监测系统拓扑图

开关柜在线监测系统采用小型化分布式安装方式，现场安装方便美观，保证了监测系统与监测设备的一致性和协调性。系统由分部在各开关室的局放监测单元、数据接收终端、网络交换机（站内提供）以及监测数据展示平台组成。分布在每个开关室的数据接收终端最多可连接240个智能监测单元。每面开关柜安装1个智能监测单元，监测柜内的局部放电状态；数据接收终端通过LoRa无线传输技术接收配电室内全部监测单元的监测数据，并通过RS485总线接入站内交换机，将数据传输至数据展示平台，用户可通过平台服务器查看开关柜监测状态。

开关室内在线监测硬件系统由安装于开关柜本体上的复合式局放监测单元（暂态地电压和超声波自由组合）、数据接收终端、通讯网线、站内网络交换机组成。

图3 开关室内监测系统组成示意图

4.2硬件介绍

ZFK 100局部放电在线监测数据接收终端是开关柜局部放电信号的在线监测系统的核心装置，用于连续监测和分析开关柜设备绝缘系统运行状态。该监测装置独立完成局放信号采集和调理、干扰和监测数据的处理、放电量等局放参数的统计和分析、超标报警等一系列的工作。采用IEC61850协议信号输出，可以直接连接到后台计算机，后台计算机上位机软件具有在线局放数据的记录、趋势图形显示、图形分析、统计分析等功能。

监测单元箱体采用IP65防护等级，柜体装有防水透气阀，有效降低柜体内部压力及温度，同时柜内装有小型电加热除湿装置，适应高温高湿环境，满足现场采集主机运行环境。监测单元内部采用了工业级超低功耗设计，有效降低内部发热的同时适应低温与高温环境，保证了户外安装时监测单元内部环境的可靠性，避免了现场安装出现潮湿等因素带来的运行问题。

数据接收终端主要技术参数

复合式局放监测单元主要技术参数

4.3软件系统介绍

ZFK 100开关柜局部放电在线监测系统后台监测软件系统可以完成对多个开关室的数据整合。智能监测专家诊断系统实时从被监测开关柜的数据中，快速获得有价值信息，实现对开关柜的实时数据获取、综合分析以及全景展示等功能。用户可在数据监控平台上直观地了解开关柜设备的现场环境、监测单元的安装位置、绝缘状态，实现开关柜设备局放监测数字化和智能化。

开关柜在线监测系统后台软件

后台监测软件可以同时显示所有监测点的位置和当前数据及历史趋势，设备运行状态全面掌控。根据设备运行情况针对每个监测单元独立显示监测点当前的特征图谱。当设备出现异常工况时，后台可以实现当前数据的存储，方便后期进行波形及缺陷分析，具备自动报警、历史记录查询、历史趋势图查询和报警记录查询等多种功能，一键生成监测报告。

图4 监测点位置图

图5 监测点特征图谱

用户人机交互系统

图6实时趋势图界面

图7局放实时数据界面

图8历史趋势图界面

图9波形图监测界面

四、安装方式

复合式局放监测单元前端内置强力磁铁，可直接吸附安装在电缆室柜壁，高度40mm可保证安全距离。监测单元底部嵌入了强力磁铁，可稳定的吸附在柜体上，在安装时使用耐高温的弹性密封胶辅助固定，在密封胶固化之后由磁铁和密封胶同时将监测单元固定，由于密封胶固化后具有弹性和强度，所以具有良好的抗振性能。安装时需将超声传感器指向被测部位，如电缆连接处、母排连接处。12V电源模块安装在仪表室内，从开关柜照明电源取电，通过电缆引至监测单元电源输入端。

数据接收终端安装在标准不锈钢机箱内，在配电室内挂墙安装，只需外接AC220V电源，或者将接收终端通过导轨安装在开关柜仪表室内。

图10局放监测单元安装图

五、功能特点

◆系统采用分布式监测模式，就地监测单元将传感器信号就地处理，抗干扰能力强。分布式监测特点是后期设备维护简单。

◆系统采用TEV、超声波联合检测方式，提高监测的准确性和可靠性，可以覆盖开关柜内部所有放电形式，确保开关柜内部放电能有效发现和提前预警。

◆复合式局放监测单元体积小巧，吸附式安装方式，安装快速，不影响开关柜机械结构和绝缘性能。

◆复合式局放监测单元采用标准LoRa无线传输方式，传输稳定、距离远，一个配电室只需一个数据接收终端

◆后台监测软件具有站端后台监测软件系统和云平台软件监测系统，满足客户在变电站和办公室采用移动终端查看的不同需求。

◆ 集合云平台故障诊断系统和专家评估诊断系统，能够对于开关柜设备，实现突变过程的信号捕捉、报警和决策。内置集合式报警策略，可以避免误报和漏报的发生。报警信息在后台界面进行显示，同时向运维人员移动终端发送报警信息。

◆强大的后台管理软件：后台管理软件具备强大的局部放电趋势分析功能，放电量、趋势图数据及报警事件连续记录、自动保存，并可随时查看分析，还可以随时观察实时波形。

◆ 现场设备管理方便：站内数台监测设备可独立运行，数据分别记录，也可对多台设备统一管理，预留接口可随时增加监测装置。

六、完善的质量保证体系

ZFK 100开关柜局部放电监测系统已经在多个变电站中经过长期的运行考验（均为室外运行）一直运行可靠、稳定，并多次诊断出被监测设备的放电性故障，并实时跟踪到绝缘劣化的整个过程，积累了宝贵的绝缘缺陷诊断经验并避免了重大事故的发生。

为进一步保障产品的有效性、先进性，正飞电气先后投资1000余万元建立了占地面积约1000㎡的智能化产品研发实验室，包括五个独立实验室，含可靠性环境实验室、电磁兼容实验室、传感器校验实验室、模拟仿真实验室和电磁材料实验室，所有产品研发和生产都需进行质量检验和效果验证。

◆可靠性环境实验室主用于对产品环境适应性进行全方位检测，可按照不同标准对中间设备抽检和对新研发设备进行环境适应性和可靠性试验。

◆电磁兼容实验室对产品可进行各项符合国家标准的电磁兼容（EMC）试验，包括：静电放电抗扰度、雷击浪涌抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、射频场感应传导的抗扰度、辐射发射和射频场辐射抗扰度检测，电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验，从而保证产品在电站高强度电磁干扰环境下的可靠准确运行。

◆   传感器校验实验室，是专门用于各类局部放电传感器的性能校验和标定的专业实验室，填补了国内局放传感器性能校验和标定的空白。依据国内外最新相关标准，对基于脉冲电流、高频电流、射频辐射、特高频、超声波、暂态地电压的局部放电检测传感器的性能进行全面检测、校验、标定，也可用于对各种高压设备的多种类型的带电检测仪器进行性能检测和功能验证。各类传感器和检测设备，均已完成与中国计量院、中国电科院的相关参数的集体对标。

◆模拟仿真实验室配置了变压器、开关柜、开关柜模拟故障系统，能够真实模拟变电站高压电气设备的多种典型故障，包括变压器的内部放电故障、过热故障和绕组变形故障、开关柜和开关柜的内部各类放电故障等。利用变压器、开关柜、开关柜、电缆等真实设备模型，模拟其内部产生的各类绝缘故障，验证各种带电检测方法及仪器的有效性。拥有国内首家真实模拟油浸式高压电气设备运行中的内部磁场、高压电场及温度场变化模拟系统。

◆电磁材料实验室，装备有我国最先进的用于检测硅钢片损耗及磁致伸缩和噪音检测设备，主要用于分析电子器件的可靠性试验、高压设备噪音损耗，分析运行过程中所检测到的参数和实际内部参数之间的关系。

图11智能化产品研发实验室

七、系统配置

表3 开关柜在线监测系统配置表