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摘要：高压开关设备是电网的核心组成部分，传统的高压开关柜保护仅具备就地测量及控制功能，接口兼容能力较差，很难适应电网日益扩大、变电站无人值守管理及配网自动化发展要求。建设高压开关柜智能监控系统，在线监测设备的运行状态，及时发现开关柜故障隐患，对保证设备及电网安全可靠运行具有重要意义。本文简述了一种高压开关柜智能监控系统的设计方案及应用功能，希望能为推进该系统建设提供有益借鉴。
关键词：高压开关柜；智能監控系统；设计；应用
1高压开关柜智能监控系统设计方案
1.1系统体系结构分析
本文所设计的高压开关柜智能监控系统总体结构如图1所示。系统采用集中监控、分布采集的结构，利用RS485协议将各种带有通信接口的开关设备与主计算机进行连接，然后由计算机进行智能化监控和管理，从而实现配电系统数据的集中处理、集中监控、集中分析和集中调度[1]。同时，为了进一步保证数据传输的高可靠性、稳定性和兼容性，通过MODBUS协议对数据进行封装处理，从而统一数据的格式。
1.2现场智能监控单元设计
根据项目的需求，高压开关柜现场智能监控单元应包括以下功能：
（1）高压开关柜运行状态数字显示及控制。包括对母线电压、电流、有功功率和无功功率的在线测量；显示断路器分/合状态、接地开关状态指示、小车位置指示、预分预合的测量；闭锁功能、远方/就地、分合闸操作功能；人体感应、柜内照明、防误操作提示、液晶显示等。
（2）开关柜温度智能调节。主要是根据开关柜运行温度要求以及实际运行温度环境，对开关柜内的温度进行智能调节，从而使开关柜始终能够保持在合适的温度环境下运行，从而确保设备运行的稳定性和安全性，提高设备的使用寿命。
（3）数据通信。将所有监测数据全部实时上传到监控中心服务器，监控中心控制人员能够实时了解和控制配电现场的运行状态变化情况。
现场智能单元由主控单元、模拟输入采集转化、开关量输入输出、模糊PID温度控制、液晶显示屏和按键以及通信接口6个部分构成。
（1）主控单元。接收后台管理系统以及人机交互接口传输的指令，同时完成对应的操作指令，以实现各项控制功能。
（2）模拟输入采集转化。对由电压以及电流互感器传输的母线参数进行测量。
（3）开关量输入输出。对高压开关柜工作状态的开关量信号进行采集，同时输出控制开关柜运行状态的信号。
（4）模糊PID温度控制。利用模糊PID控制器对传感器采集的温度数据进行分析，输出占空比可变的PWM波形，并通过控制执行机构实现对开关柜温度的智能调节。
（5）液晶显示屏和按键。提供人机交互接口，通过液晶显示屏对设备的运行状态进行直观显示，同时提供按键对设备运行参数进行设置，并支持智能控制和手动操作两种操作方式的自由切换。
（6）通信接口。基于RS485通信协议建立现场智能监控单元与后台控制系统的双向通信。
2高压开关柜智能监控系统应用
2.1监测数据的传输、处理和显示
利用各种传感器将采集到的监测数据经过MODBUS协议进行封装处理之后，通过光纤通信通道上传到监控中心平台，监控中心服务器对开关柜状态及相关设备的运行状态进行智能分析，并将分析后的数据传送到综合管理平台，然后由综合管理平台对数据进行管理和储存，同时通过液晶显示屏将这些信息实时显示出来。
2.2視频智能分析刀闸状态
监控中心配置智能分析服务器、网络综合管理平台以及监控工作站。智能分析服务器能够对视频图像进行实时的采集，并对图像中的内容进行自动分析，从而对视频中的运动目标实现跟踪检测，结合检测结果与预设的判断规则进行比对，从而判断刀闸的分合闸状态或者异常情况，并将分析结果上报到管理平台。
2.3系统综合管理及信息存储
网络综合管理平台是高压开关柜智能监控系统的管理和数据存储中心，作为统一的智能化监控系统，通过统一界面对系统的结构、用户角色、传感器、视频监控装置、报警设备以及智能分析服务器进行全面集成和管理。基于C/S架构进行管理，实现对设备运行状态的实时监控、实时分析、信息的集中备份、索引查询等功能[2]。系统支持多硬盘接口，每个接口最大支持4TB硬盘接入，同时支持在本地与客户端按照时间、关联事件、日志等多种方式对历史监测信息进行检索，查找具体的监测数据。另外，管理平台支持多路报警输出接口，当检测到设备运行状态异常时，可以通过外界警灯、警号以及液晶显示屏发出报警信号，操作维护人员能够在第一时间获取报警信息，同时自动将报警数据信息记录到系统数据库中。同时，系统还提供外部开发接口，可以与变电站综合自动化系统进行对接，实现信息的共享及联合操作。
2.4模糊自适应正定PID温度控制
对于高压开关柜而言，合适的温度环境是保证其稳定安全运行的关键因素之一[3]。PID控制具有结构简单、鲁棒性强的优势，适合与数学模型确定、干扰性较小的线性系统。模糊控制实现成本较低，能够用于数学模型难以确定的系统，尤其是在时变、非线性、具有时滞特性的温度控制中应用的优势较为突出。高压开关柜智能监控系统中，模糊PID控制器利用模糊规则自动调整PID参数的大小，同时具备了常规PID控制以及模糊控制两者的优点，能够很好地实现对高压开关柜温度的自适应控制。利用ARM处理器内部设计模糊PID控制器，ARM处理器通过接收温度传感器测量的温度数据，然后通过模糊PID控制器对接收的温度数据进行分析和处理，计算出控制信号值，然后由执行机构对温度进行智能调节。图2给出了高压开关柜智能监控系统模糊PID温度控制方案。
2.5便捷的人机交互
监控工作站是高压开关柜监控中心的人机交互终端，通过智能监控系统客户端软件提供人机交互界面，对系统参数进行配置、操作和显示。提供各种监测信息的实时浏览、开关柜历史状态及告警信息记录查询等功能。同时，可以根据实际情况进行分屏显示，同时显示多种状态信息。如果监测到设备状态异常，监控工作站的液晶显示屏还会弹出报警信息并突出显示详情。
3结语
高压开关柜是绿色电网基础设施，推进本质安全型电网的建设，提高电网的安全可靠性，对电网的在线监控已成为电力行业高度重视的课题。整合传感器技术、信号处理技术、计量机技术及人工智能等成熟技术，有效运用于高压开关柜智能监控系统，实现对高压开关柜运行状态的实时监测和分析，准确诊断隐患，及时作出应对，对保障设备及电网的安全性运行具有深远的经济及社会效益。
参考文献：
[1]郑小梅.高压开关柜在线监测系统的设计与研究[J].电气技术，2017，（07）：41-44.
[2]楼静.浅议智能化高压开关柜监控与故障诊断技术[J/OL].科技资讯，2016，（03）：19-20.
[3]周华东.基于智能视频分析技术的高压开关柜隐患预警与故障诊断方法[J].四川电力技术，2015，（01）：36-39+94.
关键词：高压开关柜；智能監控系统；设计；应用
1高压开关柜智能监控系统设计方案
1.1系统体系结构分析
本文所设计的高压开关柜智能监控系统总体结构如图1所示。系统采用集中监控、分布采集的结构，利用RS485协议将各种带有通信接口的开关设备与主计算机进行连接，然后由计算机进行智能化监控和管理，从而实现配电系统数据的集中处理、集中监控、集中分析和集中调度[1]。同时，为了进一步保证数据传输的高可靠性、稳定性和兼容性，通过MODBUS协议对数据进行封装处理，从而统一数据的格式。
1.2现场智能监控单元设计
根据项目的需求，高压开关柜现场智能监控单元应包括以下功能：
（1）高压开关柜运行状态数字显示及控制。包括对母线电压、电流、有功功率和无功功率的在线测量；显示断路器分/合状态、接地开关状态指示、小车位置指示、预分预合的测量；闭锁功能、远方/就地、分合闸操作功能；人体感应、柜内照明、防误操作提示、液晶显示等。
（2）开关柜温度智能调节。主要是根据开关柜运行温度要求以及实际运行温度环境，对开关柜内的温度进行智能调节，从而使开关柜始终能够保持在合适的温度环境下运行，从而确保设备运行的稳定性和安全性，提高设备的使用寿命。
（3）数据通信。将所有监测数据全部实时上传到监控中心服务器，监控中心控制人员能够实时了解和控制配电现场的运行状态变化情况。
现场智能单元由主控单元、模拟输入采集转化、开关量输入输出、模糊PID温度控制、液晶显示屏和按键以及通信接口6个部分构成。
（1）主控单元。接收后台管理系统以及人机交互接口传输的指令，同时完成对应的操作指令，以实现各项控制功能。
（2）模拟输入采集转化。对由电压以及电流互感器传输的母线参数进行测量。
（3）开关量输入输出。对高压开关柜工作状态的开关量信号进行采集，同时输出控制开关柜运行状态的信号。
（4）模糊PID温度控制。利用模糊PID控制器对传感器采集的温度数据进行分析，输出占空比可变的PWM波形，并通过控制执行机构实现对开关柜温度的智能调节。
（5）液晶显示屏和按键。提供人机交互接口，通过液晶显示屏对设备的运行状态进行直观显示，同时提供按键对设备运行参数进行设置，并支持智能控制和手动操作两种操作方式的自由切换。
（6）通信接口。基于RS485通信协议建立现场智能监控单元与后台控制系统的双向通信。
2高压开关柜智能监控系统应用
2.1监测数据的传输、处理和显示
利用各种传感器将采集到的监测数据经过MODBUS协议进行封装处理之后，通过光纤通信通道上传到监控中心平台，监控中心服务器对开关柜状态及相关设备的运行状态进行智能分析，并将分析后的数据传送到综合管理平台，然后由综合管理平台对数据进行管理和储存，同时通过液晶显示屏将这些信息实时显示出来。
2.2視频智能分析刀闸状态
监控中心配置智能分析服务器、网络综合管理平台以及监控工作站。智能分析服务器能够对视频图像进行实时的采集，并对图像中的内容进行自动分析，从而对视频中的运动目标实现跟踪检测，结合检测结果与预设的判断规则进行比对，从而判断刀闸的分合闸状态或者异常情况，并将分析结果上报到管理平台。
2.3系统综合管理及信息存储
网络综合管理平台是高压开关柜智能监控系统的管理和数据存储中心，作为统一的智能化监控系统，通过统一界面对系统的结构、用户角色、传感器、视频监控装置、报警设备以及智能分析服务器进行全面集成和管理。基于C/S架构进行管理，实现对设备运行状态的实时监控、实时分析、信息的集中备份、索引查询等功能[2]。系统支持多硬盘接口，每个接口最大支持4TB硬盘接入，同时支持在本地与客户端按照时间、关联事件、日志等多种方式对历史监测信息进行检索，查找具体的监测数据。另外，管理平台支持多路报警输出接口，当检测到设备运行状态异常时，可以通过外界警灯、警号以及液晶显示屏发出报警信号，操作维护人员能够在第一时间获取报警信息，同时自动将报警数据信息记录到系统数据库中。同时，系统还提供外部开发接口，可以与变电站综合自动化系统进行对接，实现信息的共享及联合操作。
2.4模糊自适应正定PID温度控制
对于高压开关柜而言，合适的温度环境是保证其稳定安全运行的关键因素之一[3]。PID控制具有结构简单、鲁棒性强的优势，适合与数学模型确定、干扰性较小的线性系统。模糊控制实现成本较低，能够用于数学模型难以确定的系统，尤其是在时变、非线性、具有时滞特性的温度控制中应用的优势较为突出。高压开关柜智能监控系统中，模糊PID控制器利用模糊规则自动调整PID参数的大小，同时具备了常规PID控制以及模糊控制两者的优点，能够很好地实现对高压开关柜温度的自适应控制。利用ARM处理器内部设计模糊PID控制器，ARM处理器通过接收温度传感器测量的温度数据，然后通过模糊PID控制器对接收的温度数据进行分析和处理，计算出控制信号值，然后由执行机构对温度进行智能调节。图2给出了高压开关柜智能监控系统模糊PID温度控制方案。
2.5便捷的人机交互
监控工作站是高压开关柜监控中心的人机交互终端，通过智能监控系统客户端软件提供人机交互界面，对系统参数进行配置、操作和显示。提供各种监测信息的实时浏览、开关柜历史状态及告警信息记录查询等功能。同时，可以根据实际情况进行分屏显示，同时显示多种状态信息。如果监测到设备状态异常，监控工作站的液晶显示屏还会弹出报警信息并突出显示详情。
3结语
高压开关柜是绿色电网基础设施，推进本质安全型电网的建设，提高电网的安全可靠性，对电网的在线监控已成为电力行业高度重视的课题。整合传感器技术、信号处理技术、计量机技术及人工智能等成熟技术，有效运用于高压开关柜智能监控系统，实现对高压开关柜运行状态的实时监测和分析，准确诊断隐患，及时作出应对，对保障设备及电网的安全性运行具有深远的经济及社会效益。
参考文献：
[1]郑小梅.高压开关柜在线监测系统的设计与研究[J].电气技术，2017，（07）：41-44.
[2]楼静.浅议智能化高压开关柜监控与故障诊断技术[J/OL].科技资讯，2016，（03）：19-20.
[3]周华东.基于智能视频分析技术的高压开关柜隐患预警与故障诊断方法[J].四川电力技术，2015，（01）：36-39+94.