摘要：高压开关柜是电力系统中重要的开关设备，同时也是一种高压电容器，在电气设备运行中起着至关重要的作用。传统的检测手段主要是采用电力检测仪、红外测温仪、电磁检测仪、电化学检测仪等来对开关柜的运行状态进行测量。由于开关柜的体积较大而且操作面多而且隐蔽，对安装环境和维护要求非常严格。基于上述技术基础之上，本文结合开关柜运行特点和维护现状建立了一种高压开关柜综合在线监测与故障诊断系统。 关键词：高压开关柜；在线监测；故障诊断
随着社会的发展，人类的生产和生活离不开电，而电是人类赖以生存的重要资源。因此，对开关柜式变电站中的综合在线监测与故障诊断进行研究，将大大提高开关柜内部操作的安全性和可靠性，为其检修和维护工作提供技术保障。本文主要针对现有开关柜综合在线监测技术，采用 FTTH总线传输协议和数据采集协议来实现开关柜的运行状态监测，对于一些现场不方便或者非现场情况下容易发生电力隐患并且对于运维管理要求高而设计方案又不成熟导致无法实现实时在线监测等情况，则采用 FTTH总线传输协议来实现系统监测和分析，能够实现实时、精准监控维护质量，实现开关柜内动态运行预警与控制。同时根据实际运行过程，
分析和总结出开关柜综合在线监测与故障诊断系统目前存在问题及存在风险点，为后续该系统的改进工作提供依据与参考。
1.设计理念
在高压直流输电系统中，有很多设备都是由变压器或断路器、三相隔离开关等组成。因此，对其进行综合监测和分析是确保输电线路安全可靠运行的关键。而智能开关柜式变电站就是利用先进技术来对这些设备进行综合诊断，进而分析其状态，并对其进行管理。机床数据采集
1.1现场设备
高压开关柜是变电站内最重要的设备，在整个变电站发展过程中，这类设备发挥着至关重要的作用，其可靠性也直接影响着整个变电站是否能够正常运行。而其运行中需要进行很多动作，而这些动作均是需要通过开关柜内传感器进行收集和处理。因此为了对其进行监测和分析，需要配备相关传感器。对于开关柜内检测设备来说，目前主流采用三种传感器类型：电流传感器、电压传感器和磁阻传感器。
1.2传统的开关柜监测方案
传统的开关柜监测方案，主要通过手动操作或者是操作遥信等手段进行监测和维护。在这些方案中，主要有如下两种：（1）手动开关监测方案：该方案主要通过人工或者遥控操作，但对于有无电危险以及故障情况下能够及时发现并处理，从而降低事故发生概率，但对人员安全则存在一定隐患，不利于保护电力设施。（2）智能监测方案主要通过安装在开关柜内部仪器设备，如电能表、温度计、电阻器、电容式互感器、继电器、接触器等来实现对开关柜内部各种性能指标（包括电压质量、触点质量、电流功率等）的监测和控制。同时该方案也存在以下问题：其主要采用了模块化的结构形式，即在一个设备上安装多个传感器并接入电源来完成监测工作，导致在现场无法实现灵活方便的现场布线工作，从而无法实现监控和分析功能；同时其对设备所处环境以及周围环境较为复杂等情况下无法实现实时在线监测和诊断；此外，其采用了集中式控制架构对开关柜内部数据采集设备（如继电器、触头、接触器等）进行集中控制和管理也存在一定的问题。
1.3 FTTH总线协议的应用
在开关柜式变电站中，对于现有检测系统的改进主要是基于 FTTH总线协议，并且通过测试验证。对于开关柜运维人员来说，除了要确保系统运行正常外，还要对监控设备进行定
期检查，及时发现问题，及时采取措施纠正。由于系统在运行时通常使用现场总线进行通讯连接、数据传输与处理，因此需要将现场总线与 FTTH总线结合起来。FTTH总线与 IEEE802.3协议相结合将促进网络技术在开关柜式变电站系统中的广泛应用。在 FTTH协议已经广泛应用于智能家居、智能工业等领域之后，将可以根据实际需求进行扩展到电力工业，在该应用中对系统进行分析可以将 FTTH协议的优势发挥出来，因此需要根据实际需要进行扩展使用,确保系统能够正常进行运行。
1.4故障诊断诊断模块设计方案
故障诊断模块主要包含信号采集、数据处理、监控管理三个环节。首先，信号采集环节中采用 FTTH总线进行数据采集，电路中为 FTTH协议模块连接器件，通过 FTTH总线连接模块将采集到的信号直接传送至 FTTH网络上，进行数据处理分析。在监控管理环节，通过 DCS监控平台实时监控开关柜内部电气元件参数、电流、电压、温度和位移等指标，对开关柜内重要参数进行检测并上传到监测平台上，由监控平台上实现对开关柜内开关操作和检测情况的监控。在监控管理环节中，通过现场设置各种报警信号来进行故障报警，通过软件设置各类报警阈值来对系统进行故障报警，并将故障诊断信息传送给中心操作员查看，中心操作员通过监控平台进行故障诊断和信息反馈。
2.系统概述
高压开关柜综合在线监测与故障诊断系统包括主站及子站(DCS)数据采集系统、通信数据采集系统和智能终端控制系统等。主站数据采集线路的设备状态数据至主站，由主站对采集的数据进行存储处理；通信数据采集到的高压开关柜数据经存储处理后传输至智能终端，由智能终端对采集到的数据进行分析计算和反馈控制；智能终端根据数据处理分析结果做出相应运行决策。数据分析计算过程中运用了大量现代分析技术，并结合了计算机与通信技术。目前运行中的高压开关柜系统主要是利用传统检测技术（电力检测仪、红外测温仪、电磁检测仪、电化学检测仪等）以及计算机技术(Simulink)进行检测分析；利用现代分析技术（机器学习）对开关柜信息进行提取分析；利用先进的数字计算机技术(Digital Intelligence Computer, DAS)对开关柜信息存储、处理及分析显示等。
2.1主站及子站(DCS)数据采集系统
高压开关柜作为高压电网中重要的一部分，其所涉及到的电气设备众多，同时也与用户的生产生活息息相关。因此在高压开关柜综合在线监测与故障诊断系统的设计中，必须要考虑到不同地区、各种设备的运行状况以及不同生产厂家的电气设备之间相互的通信情况。
本文设计了主站及子站数据采集系统，其主要功能是为各地区各厂家电气设备进行实时状态数据、运行状况信息以及故障信息等采集以及存储处理。
2.2数据存储处理与显示平台
DAS数据处理软件是一种基于 C/S架构下的高性能、低成本、易于扩展的数据存储解决方案。DAS将各大数据库转换为标准、可扩展式、可编程的、高质量的可存储空间(TLS)以及按需要将各数据库进行组合(SQL Server),以方便应用单位进行数据读取、存储和查询的同时，还可进行扩展与修改，以满足需要。目前广泛应用于电力、石化、能源、电力仪表、智能终端、通信线路等行业。
FFU净化单元2.3电子商务平台
电子商务平台由通信平台与智能终端组成，其应用对象为各种变电站。电子商务平台包含变电站和在线监测设备之间数据流、信息流以及资金流等多个环节，并通过网络通讯方式将信息传递至各个节点后，由各节点对信息进行处理加工，形成完整的站内数据流转流程。根据电子商务平台数据处理后提供的分析计算结果，结合变电站各专业领域对各种变
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电站综合在线监测设备的现状分析结论，从而实现对于开关柜故障综合分析的同时达到对各类开关柜运行状态评价指标，并对各种开关柜综合分析计算结果反馈给管理人员。
2.4智能终端控制系统
家居智能系统
智能终端控制系统主要包括终端接收控制系统、基于通信终端的智能终端处理系统、基于多模显示终端的智能终端显示系统、基于视频终端的智能终端报警监控系统等。终端接收控制系统主要包括接收到终端控制器下发信息进行通信处理；接收多模显示终端下发信息并对智能终端控制系统进行显示；远程接入监测子站和控制子站进行控制。智能终端接收信号处理分析输出信号进行输出分析，结果作为系统决策依据。智能终端处理方法与传统开关电器控制方法相同。
3.软件功能模块划分
在开关设备的综合在线监测与故障诊断系统中，可以将用户系统划分为六大模块，分别为故障自动处理模块、故障告警分析模块、系统报警识别模块、设备状态查询与反馈模块、用户交互平台软件以及数据库管理与查询功能。主要通过对开关柜内部的电压、电流、功
率等信号的监测来判断并确定出故障发生的具体位置，从而对电气设备进行故障诊断，同时根据不同的原因，对其进行判断并给出相应的处置方案。在自动处理模块中功能强大，是用户系统的核心模块。该功能通过将检测到电容器有异常运行后释放出的高频高压电流信号进行分析从而到原因并作出相应处理。在报警识别模块中主要通过对监测到的电容器或控制单元发生故障或异常跳闸时发出震动信号或者报警信息进行识别并判断出故障运行状态和相应处置方案。
纳米金粉3.1故障自动处理模块
在用户系统中，故障自动处理模块主要通过分析监测到的电容器在运行过程中释放出的高频电信号从而判断故障发生的具体位置。主要是通过电流值和电压值检测到异常信息后，通过人工记录和数据采集两种方式将异常信息进行记录并计算出了其发生频率并给出相应的处理方案以及操作策略，故障自动处理模块在该模块中主要由三部分组成:（1）报警识别模块：通过该模块会把报警信息和历史记录做比较，确定报警事件的位置并分析发生频率，进而进行对比确定该故障运行过程是否符合报警标准，通过与历史记录做比较确定原因并给出相应处理方案。（2）数据处理模块：在对系统所采集到的数据进行处理后根据运
算规则和规律判断出故障所在位置并对其进行判断。（3）人工记录模块：在处理完故障事件后给用户系统分配一定比例与时间节点。根据处理结果来确定该故障原因并给出相应的处理方案。无线投票系统
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