在電網(wǎng)變電站、熱電聯(lián)產(chǎn)電站、風(fēng)光新能源配電室、工業(yè)自備電廠中，鎧裝移開(kāi)式高壓開(kāi)關(guān)柜應(yīng)用極其廣泛。大量事故統(tǒng)計(jì)與故障復(fù)盤(pán)表明，開(kāi)關(guān)柜惡性故障大多起源于梅花觸頭接觸性能劣化：觸頭壓緊彈簧長(zhǎng)期往復(fù)操作產(chǎn)生疲勞松弛、手車(chē)推進(jìn)不到位造成插入深度不足，直接增大接觸電阻。在輕負(fù)荷工況下，上述機(jī)械缺陷不會(huì)產(chǎn)生明顯溫升，傳統(tǒng)無(wú)線測(cè)溫裝置無(wú)法識(shí)別；當(dāng)負(fù)荷突增時(shí)迅速發(fā)熱、產(chǎn)生局部放電，繼而引發(fā)觸頭燒蝕、柜內(nèi)燃弧甚至爆炸事故。

當(dāng)前電力行業(yè)運(yùn)維模式下，觸頭夾緊力、插入深度只能依靠停電檢修人工測(cè)量，存在周期長(zhǎng)、無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控、人力成本高、數(shù)據(jù)離散等短板。構(gòu)建機(jī)械參數(shù) + 電氣溫度一體化在線監(jiān)測(cè)體系，成為高壓開(kāi)關(guān)柜智能運(yùn)維的迫切需求。在此背景下，珠海集森電器研發(fā)開(kāi)關(guān)柜在線監(jiān)測(cè)綜合分析系統(tǒng)，創(chuàng)新性實(shí)現(xiàn)溫度、夾緊力、插入深度三合一持續(xù)監(jiān)測(cè)，填補(bǔ)行業(yè)多參量同步在線監(jiān)測(cè)的應(yīng)用空白。

1 開(kāi)關(guān)柜傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方案痛點(diǎn)分析

1）監(jiān)測(cè)維度單一：主流監(jiān)測(cè)設(shè)備以溫度監(jiān)測(cè)為主，僅監(jiān)測(cè)故障結(jié)果，無(wú)法監(jiān)測(cè)故障源頭的機(jī)械狀態(tài)。夾緊力下降、插接深度不足等早期缺陷無(wú)溫升特征，形成巨大監(jiān)測(cè)盲區(qū)。 2）檢測(cè)方式間斷：夾緊力、插入深度依賴(lài)停電人工檢測(cè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)跟蹤彈簧長(zhǎng)期老化趨勢(shì)，不能捕捉運(yùn)行過(guò)程中手車(chē)移位、彈簧緩慢劣化過(guò)程。 3）缺陷難以溯源：出現(xiàn)溫度異常告警時(shí)，無(wú)法區(qū)分溫升誘因是過(guò)載、觸頭氧化、夾緊力不足還是插入深度不夠，增加運(yùn)維排查難度。 4）改造兼容性差：部分監(jiān)測(cè)裝置安裝后會(huì)改變開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部電場(chǎng)、溫度場(chǎng)，誘發(fā)局放增大、柜體溫升上升，存在二次安全風(fēng)險(xiǎn)。

為解決以上痛點(diǎn)，亟需一套不影響開(kāi)關(guān)柜原有絕緣、溫升、局放性能，可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的多參量一體化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2 集森開(kāi)關(guān)柜在線監(jiān)測(cè)綜合分析系統(tǒng)總體方案

2.1 系統(tǒng)概述

集森開(kāi)關(guān)柜在線監(jiān)測(cè)綜合分析系統(tǒng)為一體化高新技術(shù)監(jiān)測(cè)裝備，集成先進(jìn)傳感技術(shù)、數(shù)字識(shí)別技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、低功耗技術(shù)、強(qiáng)電磁環(huán)境抗干擾技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)。系統(tǒng)核心目標(biāo)：全天候?qū)崟r(shí)采集高壓開(kāi)關(guān)柜梅花觸頭溫度、夾緊力、插入深度數(shù)據(jù)，建立多參量聯(lián)合故障研判模型，實(shí)現(xiàn)缺陷提前預(yù)警。產(chǎn)品理念：測(cè)夾緊力，找集森，聚焦觸頭機(jī)械狀態(tài)本源監(jiān)測(cè)。

系統(tǒng)整體架構(gòu)分為三層： 1）感知層：三合一集成傳感器，就地采集觸頭夾緊力、插入深度、溫度原始數(shù)據(jù)； 2）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：采用低功耗無(wú)線通信方案，適配開(kāi)關(guān)柜強(qiáng)電磁環(huán)境，具備優(yōu)秀抗干擾能力； 3）平臺(tái)應(yīng)用層：綜合分析主機(jī)與監(jiān)控后臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯聚、趨勢(shì)分析、分級(jí)告警、歷史存儲(chǔ)、報(bào)表導(dǎo)出，支撐設(shè)備狀態(tài)檢修。

2.2 核心監(jiān)測(cè)功能

1）觸頭夾緊力監(jiān)測(cè)：實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)梅花觸頭彈簧壓緊力變化，持續(xù)跟蹤彈簧疲勞、松弛、形變趨勢(shì)，提前預(yù)警彈力衰減風(fēng)險(xiǎn)； 2）觸頭插入深度監(jiān)測(cè)：在線測(cè)量動(dòng)靜觸頭嚙合深度，實(shí)時(shí)識(shí)別手車(chē)推入不到位、偏移、半插接等危險(xiǎn)工況； 3）觸頭溫度監(jiān)測(cè)：持續(xù)采集觸頭運(yùn)行溫度，識(shí)別過(guò)熱缺陷； 4）多參量融合研判：結(jié)合三項(xiàng)參數(shù)建立聯(lián)合判別邏輯，降低單一指標(biāo)誤告警率，精準(zhǔn)區(qū)分故障類(lèi)型。

3 產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)、資質(zhì)與試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系

系統(tǒng)擁有完整自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，具備：國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利證書(shū)、實(shí)用新型專(zhuān)利證書(shū)、外觀設(shè)計(jì)專(zhuān)利證書(shū)。核心傳感算法、一體化傳感器結(jié)構(gòu)均為自主研發(fā)，具備持續(xù)迭代優(yōu)化能力。

3.2 權(quán)威計(jì)量認(rèn)證

配備北京計(jì)量檢測(cè)科學(xué)院出具的校準(zhǔn)證書(shū)，取得多家國(guó)家級(jí)機(jī)構(gòu)權(quán)威校準(zhǔn)認(rèn)證，測(cè)量精度滿(mǎn)足電力行業(yè)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具備可信性，可作為設(shè)備狀態(tài)評(píng)估依據(jù)。

3.3 型式試驗(yàn)性能指標(biāo)

1）耐高溫性能：傳感器可長(zhǎng)期耐受 200℃高溫環(huán)境，滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)柜故障短時(shí)高溫工況； 2）阻燃等級(jí)：傳感器材料達(dá)到 V-0 級(jí)別阻燃標(biāo)準(zhǔn)，提升柜內(nèi)消防安全水平； 3）兼容性試驗(yàn)（西高所權(quán)威檢測(cè)）： ①傳感器加裝后，不增加開(kāi)關(guān)柜設(shè)備運(yùn)行溫升； ②加裝傳感器前后局放水平無(wú)明顯變化，不影響開(kāi)關(guān)柜局部放電指標(biāo)。以上試驗(yàn)結(jié)果證明，本系統(tǒng)屬于無(wú)源友好型監(jiān)測(cè)裝置，安裝改造不會(huì)破壞開(kāi)關(guān)柜原有絕緣與熱穩(wěn)定性能，適配存量柜帶電改造與新柜配套。

4 工程應(yīng)用場(chǎng)景與項(xiàng)目實(shí)踐

4.1 適用場(chǎng)景

系統(tǒng)廣泛適配：電網(wǎng)各電壓等級(jí)變電站、大型熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目、風(fēng)光新能源配電室、工業(yè)自備電廠、大型冶金工礦企業(yè)、油氣煉化基地、大型數(shù)據(jù)中心高壓配電系統(tǒng)。

4.2 典型落地項(xiàng)目

4.2.1 電網(wǎng)系統(tǒng)項(xiàng)目

浙江省電網(wǎng)紹興大江 110kV 變電站、福建龍巖供電局連城 110kV 變電站、四川電網(wǎng)汶川阿壩 220kV 變電站、湖南岳陽(yáng)供電公司 110kV 變電站、河北廊坊天德店 110kV 變電站、國(guó)網(wǎng)新疆昌吉 110kV 變電站、廣西電網(wǎng)桂林供電公司變電站、國(guó)網(wǎng)遼寧大連供電局、南方電網(wǎng)多個(gè)變電站項(xiàng)目。

4.2.2 大型能源央企 / 發(fā)電集團(tuán)

華電集團(tuán)、華能集團(tuán)、國(guó)能集團(tuán)、大唐集團(tuán)、內(nèi)蒙古能源集團(tuán)、國(guó)電投等；代表項(xiàng)目：國(guó)電投白山電廠、大唐萬(wàn)寧天然氣熱電、安徽華電六安電廠、華能濟(jì)寧運(yùn)河電廠、中煤江蘇大屯熱電。

4.2.3 大型工業(yè)、冶金、礦產(chǎn)企業(yè)

寶武集團(tuán)江西新余鋼鐵廠、寶武集團(tuán)太原鋼鐵廠、華銀鋁業(yè)、百色鋁業(yè)、甘肅金川集團(tuán)、新疆天龍礦業(yè)。

4.2.4 油氣化工、金融基礎(chǔ)設(shè)施

中石油新疆百口泉油田 21 井 110kV 變電站、中石化滄州煉化、中海油殼牌煉化、浙商銀行數(shù)據(jù)中心。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用成效

項(xiàng)目運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示： 1）實(shí)現(xiàn)觸頭隱性缺陷早期識(shí)別，多次提前捕捉彈簧夾緊力緩慢下降、手車(chē)插接深度偏移隱患，安排窗口期檢修，避免負(fù)荷高峰故障； 2）減少不必要停電試驗(yàn)，延長(zhǎng)檢修周期，降低運(yùn)維停電損失； 3）三參量交叉驗(yàn)證，有效降低單純溫度監(jiān)測(cè)帶來(lái)的誤告警，減輕運(yùn)維人員工作壓力； 4）存量開(kāi)關(guān)柜改造無(wú)需大規(guī)模改動(dòng)一次主回路，施工周期短，停電時(shí)間可控，經(jīng)濟(jì)性突出。

依托穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品性能，集森電器相關(guān)產(chǎn)品先后斬獲南方電網(wǎng)二等獎(jiǎng)、廣西電網(wǎng)一等獎(jiǎng)（兩項(xiàng)）、全國(guó)行業(yè)二等獎(jiǎng)等多項(xiàng)行業(yè)獎(jiǎng)項(xiàng)，產(chǎn)品技術(shù)水平獲得電力行業(yè)權(quán)威認(rèn)可。

5 系統(tǒng)價(jià)值與行業(yè)意義

1）理論層面：構(gòu)建 “機(jī)械參數(shù)（夾緊力、插入深度）+ 電氣參數(shù)（溫度）” 耦合監(jiān)測(cè)思路，完善高壓開(kāi)關(guān)柜觸頭狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，推動(dòng)開(kāi)關(guān)柜監(jiān)測(cè)從單一熱監(jiān)測(cè)向多物理量綜合監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)型。 2）運(yùn)維層面：推動(dòng)電力設(shè)備運(yùn)維模式由定期檢修、故障搶修，轉(zhuǎn)向預(yù)測(cè)性狀態(tài)檢修，契合新型電力系統(tǒng)智能運(yùn)維發(fā)展方向。 3）工程層面：傳感器不改變開(kāi)關(guān)柜原有溫升、局放特性，安全兼容性強(qiáng)，兼顧新建開(kāi)關(guān)柜配套與海量存量開(kāi)關(guān)柜智能化升級(jí)需求。 4）安全層面：從故障源頭實(shí)現(xiàn)隱患預(yù)警，有效遏制開(kāi)關(guān)柜觸頭過(guò)熱、燃弧、短路事故，保障電網(wǎng)、新能源電站、大型工礦企業(yè)連續(xù)可靠供電。

6 總結(jié)與展望

高壓開(kāi)關(guān)柜梅花觸頭夾緊力、插入深度在線監(jiān)測(cè)是解決當(dāng)前配電設(shè)備監(jiān)測(cè)盲區(qū)的關(guān)鍵技術(shù)方向。集森電器開(kāi)關(guān)柜在線監(jiān)測(cè)綜合分析系統(tǒng)依托自主專(zhuān)利技術(shù)、完整權(quán)威試驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)溫度、夾緊力、插入深度一體化在線監(jiān)測(cè)，解決傳統(tǒng)測(cè)溫設(shè)備無(wú)法預(yù)判機(jī)械類(lèi)隱性故障的行業(yè)痛點(diǎn)。大量電網(wǎng)、發(fā)電、冶金、油氣行業(yè)工程應(yīng)用驗(yàn)證了系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性與工程實(shí)用性。

面向新型電力系統(tǒng)建設(shè)，后續(xù)可以進(jìn)一步結(jié)合邊緣計(jì)算、人工智能算法，建立觸頭剩余壽命預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)彈簧老化趨勢(shì)定量評(píng)估；推動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遵循 IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)接入各級(jí)電力監(jiān)控平臺(tái)，打通感知層與主站運(yùn)維系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈路。隨著存量高壓開(kāi)關(guān)柜智能化改造持續(xù)推進(jìn)，觸頭多參量綜合在線監(jiān)測(cè)裝備將擁有廣闊的市場(chǎng)前景，持續(xù)為高壓配電設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行筑牢智能防線。

參考文獻(xiàn)

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