電網(wǎng)接地補償裝置診斷平臺的研究與應(yīng)用

趙玉才 趙玉富

摘 要：針對電網(wǎng)接地補償裝置實際運維管理中存在的問題，本文介紹了一種基于在線監(jiān)測和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而研發(fā)的電網(wǎng)接地補償裝置診斷平臺，利用大數(shù)據(jù)理論，依據(jù)標準《自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置技術(shù)條件》（DL/T 1057—2007），建立專家診斷模型數(shù)據(jù)庫。運維檢修人員可通過手機和計算機訪問診斷平臺服務(wù)器，實時查看現(xiàn)場接地補償裝置運行狀況，有效避免了接地故障引起的突發(fā)事件，為電網(wǎng)接地補償裝置安全可靠運行提供了一套十分有效的在線監(jiān)測方案。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng);接地;補償;在線監(jiān)測;診斷

中圖分類號：TM933 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）17-0033-03

Absrtact： In view of the problems existing in the actual operation and maintenance management of power grid grounding compensation device， this paper introduced a fault diagnosis platform based on on-line monitoring and mobile internet technology， which utilized large data theory， according to standard Automatic Tracking Compensation Arc Coil Complete Set of Equipment Technical Conditions（DL/T 1057—2007）， Established expert diagnostic model database. The maintenance personnel can access the diagnosis platform server through the mobile phone and the computer， view the operation condition of the field grounding compensation device in real time， effectively avoid the sudden incident caused by grounding fault， and provide a set of very effective on-line monitoring scheme for the safe and reliable operation of the grounding compensation device.

Keywords： power grids;grounding;compensation;on-line monitoring;diagnosis

電網(wǎng)的中性點不接地系統(tǒng)即小電流接地，發(fā)生單相接地故障時，電網(wǎng)仍可繼續(xù)運行一段時間。但如果發(fā)生單相接地時容性電流很大，且電弧為間歇性的熄滅與重燃，就會產(chǎn)生弧光接地電壓，破壞電氣設(shè)備的絕緣性能。如果接地電弧不能及時熄滅，就會引起相間短路，導(dǎo)致線路跳閘，造成斷電。

目前，國內(nèi)外電力設(shè)備正由計劃檢修逐步向狀態(tài)檢修過渡。如果要進行狀態(tài)檢修，就必須了解設(shè)備在運行中的狀況。近年來，國內(nèi)外電力科研部門、電網(wǎng)公司及電力生產(chǎn)企業(yè)，都在研發(fā)各種在線監(jiān)測裝置，使很多電力設(shè)備處于在線監(jiān)測狀態(tài)，為狀態(tài)檢修的實現(xiàn)打下了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，并積累了很多經(jīng)驗[1]。

1 技術(shù)原理

電網(wǎng)接地補償裝置診斷平臺系統(tǒng)基于移動互聯(lián)網(wǎng)與在線監(jiān)測技術(shù)，運用大數(shù)據(jù)理論建立專家診斷模型數(shù)據(jù)庫，采用C#語言和Java語言開發(fā)數(shù)據(jù)庫及客戶端應(yīng)用軟件，組建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過客戶端軟件訪問服務(wù)器，在線監(jiān)測電網(wǎng)接地補償裝置運行狀態(tài)，實現(xiàn)電網(wǎng)接地補償設(shè)備狀態(tài)檢修的目的。

服務(wù)器采用Socket Server監(jiān)聽分路通信主機的連接。服務(wù)器與客戶端通信原理見圖1。

首先，服務(wù)器端有一個監(jiān)聽線程，不間斷地監(jiān)聽來自客戶端的Connect。監(jiān)聽線程將新的Connect放入連接池并進行管理，然后繼續(xù)監(jiān)聽下一個新來的Connect。線程池中裝有多個服務(wù)線程，每個線程都自動監(jiān)聽一個任務(wù)隊列，一個已經(jīng)建立的Connect對應(yīng)一個服務(wù)任務(wù)，當服務(wù)線程發(fā)現(xiàn)有新的任務(wù)時，便用此Connect向客戶端提供新服務(wù)。

一個Socket Server所能夠提供的Connect數(shù)可自行設(shè)置，若超過設(shè)置的數(shù)字則拒絕新的Connect。

當服務(wù)線程完成服務(wù)時，客戶端關(guān)閉連接，服務(wù)線程關(guān)閉連接，空閑并等待處理下一個新的任務(wù)。

連接池的監(jiān)控線程自動清除其中關(guān)閉的連接對象，然后繼續(xù)建立新的Connect。

服務(wù)器根據(jù)接受分路通信主機的數(shù)據(jù)，自動匹配各廠家通信協(xié)議并解析。

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用ORACLE數(shù)據(jù)庫。對于所有的工業(yè)標準，ORACLE數(shù)據(jù)庫都完全支持且完全開放，可以使客戶選擇最優(yōu)的解決方案，并獲得ISO標準最高級別的認證，性能最高。ORACLE數(shù)據(jù)庫具有兼容多用戶、大數(shù)據(jù)量、可支持分布式數(shù)據(jù)處理和可移植性好等優(yōu)勢。

該系統(tǒng)使用的中間件是Java和Tomcat。C#是一種穩(wěn)定的、簡單的、安全的編程語言，融合了C和C++的面向?qū)ο蟮木幊陶Z言。其吸收了C和C++優(yōu)點的同時，忽視了其缺點。C#具有VB可視化操作和運行效率高的優(yōu)點，且操作性能較強，語法風(fēng)格優(yōu)美，語言的創(chuàng)新和面向組件編程便捷成為.NET開發(fā)的必選語言。

2 方案設(shè)計

電網(wǎng)系統(tǒng)接地補償裝置診斷平臺系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。其中，硬件部分包括變電站前端設(shè)備數(shù)據(jù)采集端、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)器、用戶辦公計算機及手機;軟件部分包括信息采集及控制程序、服務(wù)器監(jiān)控程序、專家數(shù)據(jù)庫診斷模型、用戶端PC應(yīng)用軟件和手機端APP等。診斷平臺系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖見圖2。

2.1 硬件設(shè)計

2.1.1 前端設(shè)備數(shù)據(jù)采集端。前端設(shè)備數(shù)據(jù)采集端由現(xiàn)場安裝的消弧線圈接地補償裝置、串口通信擴展模塊和無線通信模塊等組成，實時采集現(xiàn)場設(shè)備運行數(shù)據(jù)。

消弧線圈接地補償裝置主要監(jiān)測信息包括設(shè)備臺賬信息、設(shè)備連接狀態(tài)、控制器控制方式、控制器運行方式、阻尼電阻狀態(tài)、中性點電流、中性點電壓、電容電流、電容電壓、感性電流、容性電流、脫諧度、殘流和消弧線圈檔位。串口通信擴展模塊為RS232全雙工通信模塊，分為一個主口和四個分口，主口與分口之間遵循RS232全雙工通信，分口之間相互獨立且不能通信。

無線通信模塊采用GPRS DTU，是一種物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)終端，通過公用網(wǎng)絡(luò)GPRS為用戶提供無線長距離數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。通信處理器和無線通信模塊采用工業(yè)級32位，兼容RS232及RS485（或422）通信，可直接連接設(shè)備通信接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程傳輸功能。

2.1.2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)器由服務(wù)器主機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、在線設(shè)備監(jiān)聽軟件及數(shù)據(jù)庫組成。其中，采用C#語言開發(fā)在線設(shè)備監(jiān)聽軟件及數(shù)據(jù)庫，收集大量數(shù)據(jù)，建立專家診斷平臺。服務(wù)器在線設(shè)備監(jiān)聽軟件界面如圖3所示。

2.2 軟件設(shè)計

2.2.1 用戶端應(yīng)用軟件設(shè)計。用戶端由辦公電腦、手機終端及其相應(yīng)的應(yīng)用軟件組成，采用C#語言開發(fā)客戶PC端應(yīng)用軟件，用Java語言開發(fā)手機端APP。將接地補償裝置實時運行的各種數(shù)據(jù)，通過串口擴展模塊，上傳至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，服務(wù)器經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后自動把運行數(shù)據(jù)狀況展現(xiàn)到診斷平臺上。主要功能是實現(xiàn)通過無線互聯(lián)網(wǎng)訪問服務(wù)器，讀取服務(wù)器數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，繪制出相應(yīng)的曲線，向用戶展示相關(guān)參數(shù)的變化趨勢，并提示報警信息等。運維檢修人員可安裝電網(wǎng)接地補償裝置診斷平臺PC版軟件，通過智能手機APP和辦公電腦PC版軟件實時查看現(xiàn)場裝置運行狀況，如有異常情況發(fā)生時，可第一時間發(fā)現(xiàn)并解決問題，使電網(wǎng)系統(tǒng)接地補償裝置安全可靠的運行及科學(xué)信息管理，是一個創(chuàng)新。計算機客戶端應(yīng)用軟件PC版登錄界面和手機客戶端應(yīng)用軟件界面如圖4和圖5所示。

2.2.2 信息采集及控制程序。信息采集及控制部分程序用C語言程序編寫，主要功能是使主控電路與采集現(xiàn)場安裝的消弧線圈接地補償裝置進行通信，并定時采集消弧線圈接地補償裝置的監(jiān)測數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過無線通信模塊傳送至數(shù)據(jù)服務(wù)器。

2.2.3 服務(wù)器監(jiān)控程序。服務(wù)器監(jiān)控的部分程序用C#語言程序編寫，主要實現(xiàn)監(jiān)聽前端設(shè)備數(shù)據(jù)采集端無線網(wǎng)絡(luò)信號和數(shù)據(jù)通信的功能。

2.2.4 專家數(shù)據(jù)庫診斷模型。專家數(shù)據(jù)庫診斷模型是依據(jù)《自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置技術(shù)條件》（DL/T 1057—2007）等相關(guān)標準技術(shù)指標，設(shè)置對應(yīng)的參數(shù)標準，作為報警門限，數(shù)據(jù)庫采用ORACLE數(shù)據(jù)庫，處理大量數(shù)據(jù)。利用大數(shù)據(jù)原理統(tǒng)計和分析，得出相應(yīng)的分析結(jié)果。

3 應(yīng)用情況介紹

河南電網(wǎng)開封供電公司8個變電站投入運行。

通過電網(wǎng)系統(tǒng)接地補償裝置診斷平臺的運行，工作人員全面了解了電網(wǎng)系統(tǒng)接地補償裝置診斷平臺的使用方法、診斷平臺的功能、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、組成結(jié)構(gòu)、測試的數(shù)據(jù)含義等，能通過該診斷平臺實時查看現(xiàn)場接地補償裝置的運行狀況，達到項目預(yù)期的目標。此外，工作人員對電網(wǎng)系統(tǒng)接地補償裝置的管理水平有了很大提升，效果較好。

通過該平臺的使用，開封供電公司的電網(wǎng)系統(tǒng)接地補償裝置運檢管理水平得到了有效提升，有效保證用戶在全時段正常、有效用電，為績效考核提供了有效依據(jù)，對運營決策提供了有效支持?，F(xiàn)場設(shè)備運行如圖6所示。

4 存在的問題及改進措施

電網(wǎng)系統(tǒng)接地補償裝置診斷平臺在近兩年的運行中，出現(xiàn)接地補償裝置控制器死機[3]和通信干擾現(xiàn)象[4]。

為避免運行過程中出現(xiàn)硬件設(shè)備死機和通信干擾的的影響，試運行中，增加了看門狗模塊和串口通信擴展模塊，適當延長定時通信時間，并對接地補償裝置控制器進行電磁兼容試驗。經(jīng)過完善與改進后，解決了控制器死機和通信干擾現(xiàn)象，達到了預(yù)期的效果。

5 結(jié)語

隨著中國制造2025的不斷推進及電動汽車的推廣普及，城市配電網(wǎng)發(fā)展迅速，增大了電力電纜應(yīng)用量，導(dǎo)致配電系統(tǒng)母線電容電流快速上升、中性點接地補償裝置容量配置經(jīng)常處于欠補償狀態(tài)及電網(wǎng)系統(tǒng)接地補償裝置運行維護維管理不到位等問題較為突出。為進一步加強配電網(wǎng)中性點接地補償裝置運維管理，有效避免因接地電弧引發(fā)火災(zāi)、開關(guān)柜燒損等電力故障發(fā)生，開展電網(wǎng)系統(tǒng)接地補償裝置診斷平臺的研究很有必要。

電網(wǎng)系統(tǒng)接地補償裝置診斷平臺系統(tǒng)，可有效防止接地故障等突發(fā)事件，確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠運行，對全面提升電網(wǎng)接地補償裝置的檢修、運維、管理等有十分重要的意義。

參考文獻：

[1]王振邦，趙明，盧沖，等.消弧線圈接地補償裝置在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（6）：222-223.

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[3]李璐，蘭琦，趙玉才，等.變壓器儲油柜狀況在線監(jiān)測新技術(shù)研究與應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016（27）：31-33.

[4]蘭琦，趙玉才，李璐，等.變壓器儲油柜在線監(jiān)測裝置的研制[J].供用電，2016（11）：71-74.