基于物联网云平台的GIS内隔离开关的在线监测

基于物联网云平台的 GIS 内隔离开关的在线监测

1 田瑞 2 荆澜涛

1 沈阳工程学院电力学院 辽宁省沈阳市 110121 2 沈阳工程学院电力学院 辽宁省沈阳市 110121

摘要：当前，国家电网有限公司正加快推进“三型两网、世界一流”战略目标落地实施，建设泛在电力物联网是推进“三型两网”建设的重要内容和关键环节。为建设状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活的泛在电力物联网，加快提升信息感知的广度和深度，国家将越来越重视和加快泛在电力物联网的建设，而输变电设备安全可靠运行是保障泛在电力物联系统稳定运行的基础。

近年来，在电力系统内发生的电网事故中，由开关设备行程不合格引起的占很大的比重，而导致行程不合格的原因是安装后维护和检测不到位。国内大部分GIS厂家都对GIS设备有明确的维护周期及维护深度要求，需要对机构的外壳、电机、传动连杆、二次元件以及设备的一次本体进行维护，但是由于停电条件的限制，GIS设备经常处于维护不到位的情况。对GIS可靠性进行云评估，具有着非常重要的价值及意义。对提高东北电网辖区内的所有GIS电力设备的安全可靠性及运维水平，满足基于泛在电力物联网技术的监控大数据海量设备，达到国家泛在电力物联网建设需求具有积极的社会意义和经济意义。

关键字：GIS，电力物联网，云评估

0 引言

GIS—气体绝缘封闭式组合电器，是一种将断路器、隔离开关、母线、电流互感器、电压互感器等电气设备封闭在金属容器，并在其中充有一定压力的SF6气体作为绝缘介质。GIS具有机构紧凑、空间利用率高、可靠性高、安全性强、维护检修工作量少等优点，自二十世纪六十年代以来，GIS被广泛应用于各个电压等级的变电所，尤其在寸土寸金的城市变电中，它受到了很大的欢迎。

其中隔离开关作为GIS的关键设备之一，对于停电检修设备、保证可靠的供电起着非常重要的作用。在分闸状态下，隔离开关能够可靠通过系统正常运行电流及短路故障电流；分闸状态下，隔离开关能够可靠的将被检修的设备、线路等与电源隔开。

本项目通过对现场多批次大量不同厂家的GIS内隔离开关的行程进行有效的行程测量，并将GIS内隔离开关转角、速度、时间、行程、动作速度等数据信息采集、上传到云端服务器中，通过云计算优势，对开关数据进行处理和分析，推断其相关的行程及合闸位置是否有效合到位置。

1 GIS在运行过程中的主要的状态参数

1.1电流参数

触头电流是反映隔离开关是否正常工作的重要参数之一，当隔离开关进行分合闸操作时，在触头间会产生一定的电流，当隔离开关正常工作时，触头间的电流会稳定在正常值，当隔离开关发生故障时，电流会急剧增大,导致绝缘介质的击穿，从而影响供电的可靠性，对于电流的采集采用钳式电流传感器进行测量。

1.2行程参数

触头行程能够有效反映出隔离开关分合闸状态，由于隔离开关封闭在GIS内部，因为GIS内部充有SF6绝缘气体，所以不能对触头的行程直接进行测量，通过对变电站现场正在运行的GIS设备观察发现，在GIS外部唯一能够进行观察、测量的只有隔离开关的拐臂，进一步通过查看隔离开关的结构原理图发现，隔离开关的拐臂的旋转角度与触头的行程之间有一定的换算关系，触头行程的监测可以转为对拐臂旋转角度的监测，从而解决了触头行程难以测量的难题。

2 隔离开关监测系统的设计

2.1隔离开关监测系统终端硬件设计

终端硬件设计主要包括传感器设计、控制器模块设计、通信模块的设计等三个部分。

其中传感器包括触头电流传感器、拐臂角位移传感器。触头电流传感器采用钳式电流传感器，拐臂角位移传感器根据角度与电压的对应关系，0—360。对应0—5V，即1V=72。，将角度信号转换为电压信号进行信号的传递，最后再将电压值转换为角度值，并显示到上位机软件的相应位置。

控制机模块的设计，控制机的主控芯片采用意法公司生产的STM32F407ZGT6作为MCU（微型计算机控制器），该MCU具有1M的RAM存储容量，并且具有快速处理数据的能力，比如将传感器所采集的模拟量经AD转换变为数字量，并对数据为封装阿里云平台能够识别的json格式。

在通信模式上，主要有以下三种备选方案。方案一，采用有线的方式进行数据通信，该方案的数据传输速率最高，数据传输方式也比较可靠，但如果在变电站中进行长距离的布线，势必会增加成本上的负担，同时对变电站的安全性也会造成一定程度的影响。方案二，以WiFi的方式对各个控制器进行网络覆盖，便于各控制器将数据近一步上传至阿里云平台，显然对面积广阔的变电站进行网络覆盖不现实。方案三，采用GPRS无线通信模块进行信息的传输，该方式不用布线，也不受传输距离的限制，使用AT指令通过MQTT协议与阿里云平台进行连接，从而实现隔离开关电流数据及角位移数据按照预先设定好的周期实时上传至阿里云平台，同时阿里云平台也能够通过EC20模块向MCU发出控制指令，例如向传感器继电器发送闭合、断开指令等。

2.2隔离开关监测系统上位机软件的设计

上位机软件采用云计算的方式进行设计，并将监测数据在阿里云web界面的相应位置进行实时更新。

3 结论

针对GIS内隔离开关的触头行程数据难以测量、各监测单元联网困难等问题，通过测量隔离开关拐臂旋转的角度，将旋转的角度经过换算得到触头行程的对应数据；采用GPRS无线通信模块将传感器所采集的电流数据、角位移数据上传至阿里云平台进行云计算。本系统主要利用STM32F4存储容量大、运算速度快等优点对GIS内隔离开关的电流数据、触头行程数据实时监测，并将监测数据上传至阿里云平台，经云计算后对GIS内隔离开关的状态进行评估，并且对异常数据进行及时告警等。

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