张 峰

（许继电气智能中压开关有限公司，河南 许昌 461000）

0 引言

随着信息科技和经济的不断发展，我国的电力系统也在不断向前发展，对能源的需求量日益增大，这就要求电力系统中的高压开关设备的性能必须紧跟发展的脚步，不断提高电力系统中高压开关设备的稳定性、安全性以及操作性。

电力系统中的高压开关设备需要定期进行检修和维护。传统的电力系统高压开关设备的维修是通过技术工人进入变电站对设备进行人工检测并进行维修。该维修方式需要技术工人拥有非常丰富的经验、知识储备以及过硬的技术，并且维修成本也逐日增加。由于技术工人存在不确定性，会导致电力系统高压开关设备的故障检测存在偶然性和不稳定性，严重的还会出现安全事故。因此传统的电力系统高压开关设备检测方法不能适应当下电力系统的发展。

综上所述，该文提出基于导通电阻实时监测的电力系统高压开关设备检测系统。通过检测系统对高压开关设备进行故障检测，减少错误操作，提高可靠性，同时还能降低电力系统高压开关设备的维修成本，使电力系统向智能自动化方向发展。

1 电力系统高压开关设备检测系统设计

1.1 基于导通电阻实时监测的系统硬件设计

选择型号为CONN590、产地位于瑞士的制造公司所生产的内嵌形式的工业用控制监测计算机。所采用的主计算机的内存为2.0 GB，运行内存为8.0 GB，计算机的运行芯片为酷睿i4-3579B。另外，为了保证运行的流畅，还配置1个内存为123.0 GB的外接移动硬盘，以辅助计算机运行。移动硬盘除了内存还应该具有5个对外接口、3个LAN接口和5个USB插孔，便于计算机可以灵活与其他外部通信软件相连，从而可以对数据进行采集和实时监控。为了方便操作人员工作，计算机采用超大屏幕的显示屏。

后端的实时监控设备选用生产地址位于瑞士的制造公司所制造的综合安保装置和人工智能实时监控设备。综合安保装置满足世界常规设计制造标准，可以很好地承载导通电阻所产生的电流量，可以很好地保护电力系统高压开关设备中的线路，并对电流量进行控制，还可以测量导通电阻本身的发热程度和电流量。人工智能实时监测设备可以对整体系统进行实时监测，确保通过电力系统高压开关设备的电压、电流量维持在安全范围内，其还拥有过流保护和触地保护机制。

1.2 电力系统高压开关设备检测系统软件设计

数据信息的传送方式分为3个不同的途径：1） 以接收点为单位进行传送，每个设备拥有固定的发送名称和地址，并且每个设备只能通过这一个固定的名称和地址传送数据信息。2） 以组为单位传送信息数据，将所有设备平均分为几组，每组里的设备共用同一个名称和地址传送信息，同一个组内的设备之间也能互相传送和接收信息。3）以类似广播的形式传送信息数据，设定一个设备为对外设备，负责向外界传送信息，其他设备只能单向向该设备传送信息数据，然后通过该设备将需要传输的信息传输出去。外界向内传输信息也要经过该设备后再传送给其他设备。高压开关设备测温系统采用简单的测温网络，结构简单，数据点间的距离短，可以缩短信息数据的传送时间。采用第一种以点为单位的传输方式，当遇到设备相对较远的情况时，融合第三种广播式的传输方式来传送信息。2种方式相结合大大提高了信息的精准程度，同时还可以缩短时间，提高系统运行的效率。

为了确保基于导通电阻实时监测的电力系统高压开关设备检测系统可以稳定地抓取和传送温度信息，该文详细地对不同测温设备之间的运行步骤进行设计，具体步骤如下：1）在被测节点通电后，整体系统网络被限制，从而进行系统网络初始化操作。在系统网络初始化后，每个被测节点彼此连成网络，开始进行相对通信搜索，在搜索到附近终端网络后便请求与终端建立网络联系。此时，终端网络接受邀请并进行安全性评估，确保信息安全后，同意建立网络联系。终端与被测节点之间建立的联系是相对独立且具有个性化的联系。2）当被测节点与终端网络建立起网络联系后，就标志组网建立的完成。这个时候被测节点的网络信息状态会被改成单一状态，进行信息的单线点对点传输。终端根据被测节点的特性进行函数处理，设置完成函数处理后，被测节点的设备就能将本身数据向终端进行传输，同时终端可以对被测节点的情况进行实时监控。3）在终端调节器接收被测节点传输过来的实时数据后，会对数据进行储存，同时对被测节点进行反馈。在被测节点接收到反馈后，一次信息的传送任务循环完成，被测节点开始第二轮的温度信息传送任务。在终端和被测节点中的网络不被破坏的情况下，被测节点会一直重复温度信息传送任务，连续不断地向终端网络传送信息。

ATT7022E电能质量数据的计量参数及校表参数寄存器是通过SPI提供给外部MCU的。ATT7022E电能质量的SPI读写格式相同，8位命令，24位数据，MSB在前，LSB在后，发送8位命令后，读取24位数据。

通过SPI写入1个8 bits的命令字节后，根据时钟脉冲频率来判断等待时间。当时钟脉冲频率低于500 kHz时，写入命令后等待时间为0 μs，当时钟脉冲频率高于500 kHz时，则写入命令后等待2 μs才能继续通过SPI读取24位的数据。

ATT7022E通过SPI写一些特殊的命令字来配合软件校表，在完成软件校准后，进行电能质量数据采集分析。其中，采样数据到 FFT算法流程如图1所示。

图1 采样数据FFT算法分析

在数据采样前进行软件校表，软件校表参数寄存器01H的第8 bit和第9 bit配置为00，0xC9写入0x005A，如果谐波分析大于21次，则需要128点FFT分析。ATT7022E只能采用手动模式，使能SPI写操作，将OxC5写入0x011，设置为手动方式。对数据进行增益系数调整，如果需要下一次操作，就返回并开始数据采样。

当被测节点成功接入终端网络后，开始进行调试，调试完成后开始抓取和传送温度数据。与终端相连的调解器接收到由被测节点发出的建立网络联系的申请后边开始进行网络调试，使终端可以与被测节点建立稳定的网络联系。在调试过程中，调解器会生成不同的连接方法，被测节点与终端会同时建立多种联系。在网络联系建立成功后，调解器会根据所建立的连接的稳定性进行选择，断掉不稳定的连接，最终被测节点与终端会建立相对稳定的单线网络联系。

在整个测温系统中，测温节点负责采集高压开关柜的各待测温节点的温度数据，并按规定时间实时地将所采集到的温度数据发送给终端无线通信网络中的协调器节点，之后协调器节点通过节点之间的单线网络联系将接收到的温度数据信息发送给前端实时监测设备。前端实时监测设备负责区分发送过来的温度数据的节点位置以及实时显示温度数据，方便用户对数据进行实时监测，并根据监测结果判断开关是否出现故障。

2 实验论证分析

2.1 系统测试

该文所设计的基于导通电阻实时监测的电力系统高压开关设备检测系统的实施范围由被测节点与终端之间的距离来决定。可以通过改变被测节点与终端之间的距离进行试验，以验证该系统的拓补能力。

在进行试验的过程中，不断改变终端与被测节点之间的位置。初试终端与被测节点之间的距离设置为100 m，然后以10 m为单位依次增加距离，当最远距离为200 m时结束试验。设置被测节点向终端每次传输数据包为100个。通过终端对被测节点传输的数据包裹数量进行统计记录和判断。记录每次数据包裹丢失概率，统计记录见表1。

由表1可知，当终端与被测节点的距离在140 m以内时，终端所能接收的从被测节点传输过来的包裹数量为100个，都是包裹的概率为0%，同时接收速度没有延误。当终端与被测节点之间的距离为150 m和160 m时，终端所能接收的从被测节点传输过来的包裹数量开始减少，出现包裹丢失的情况，但相对丢失数量较小，丢失概率在3%以内，说明这个时候系统之间仍然可以稳定运行。但是当终端与被测节点的距离超过160 m时，终端所能接收的从被测节点传输过来的包裹数量开始大幅度减少。在试验的过程中发现，随着终端与被测节点的距离不断增加，不仅数据包裹的丢失率不断增高，传输的速度也在降低，同时终端与被测节点之间的网络联系也逐渐被削弱。

表1 终端接收被测节点传输的数据包裹丢失记录

因此，在运行该文所设计的基于导通电阻实时监测的电力系统高压开关设备检测系统时要注意终端与被测节点之间的距离，合理安排终端、路由器、被测节点和协调器之间的距离，使系统可以平稳运行，减少温度数据的误差。

在对该文所设计的基于导通电阻实时监测的电力系统高压开关设备检测系统进行性能测试试验之前，对系统的各个组件进行联网测试，确保系统中的组件状态良好，硬件电路可以平稳运行。

在完成测试前的准备工作后，对终端和被测节点进行参数设置，连接路由器，设置调解器。连接终端、路由器和调解器，将终端和被测节点进行通电。

测试试验步骤如下：1） 在被测节点通电后，整体系统网络被限制，开始系统网络初始化操作。在系统网络初始化后，每个被测节点彼此连成网络，开始进行相对通信搜索，在搜索到附近终端网络后便请求与终端建立网络联系。此时，终端网络接受邀请并进行安全性评估，确保信息安全后，同意建立网络联系。终端与被测节点之间建立的联系是相对独立且个性化的联系。2） 当被测节点与终端网络建立起网络联系后，就标志组网建立的完成。这个时候被测节点的网络信息状态会被改成单一状态，进行信息的单线点对点传输。终端根据被测节点的特性进行函数处理，在设置完成函数处理后，被测节点的设备就能将本身数据向终端进行传输，同时终端可以对被测节点的情况进行实时监控。3） 当终端调节器接收到被测节点传输过来的实时数据后，会对数据进行储存，同时对被测节点进行反馈。在被测节点接收到反馈后，一次信息的传送任务循环完成。被测节点开始第二轮的温度信息传送任务。在终端和被测节点中的网络不被破坏的情况下，被测节点会一直重复温度信息传送任务，连续不断地向终端网络传送信息。

2.2 结果分析

在完成对该文所设计的基于导通电阻实时监测的电力系统高压开关设备检测系统性能测试后，对终端测温网络所抓取的温度信息进行统计记录。将被抓取到的温度与被测节点实际温度进行对比，分析2种数值之间的差值是否在允许误差范围内。结果证明，该文所设计的系统可以准确地抓取温度信息，同时通过红外测温仪器对温度信息进行分析处理。

通过MATLAB软件绘制曲线如图2、图3所示，上位机除了完成数据的监测外，还对温度数据进行实时存储，该文选择电力系统高压开关设备刚开始运行单位时间内的2路温度采集数据进行统计。

图2 测温节点1的温度数据曲线

图3 测温节点2的温度数据曲线

通过红外测温仪对2个测温部位进行实时测温，并记录温度数值。把该温度数值与系统测温网络上位机存储的测温值进行比较，误差很小，2种测温结果温度数值基本相同。实验表明，基于导通电阻实时监测的电力系统高压开关设备检测系统可以稳定、准确地监测电力系统高压开关设备的温度实时数值，还可以有效地发现高压开关设备因种种故障而产生的温升，并及时对高压开关设备进行检修。

3 结语

该文所设计的基于导通电阻实时监测的电力系统高压开关设备检测系统在保证电力系统正常运转的同时，还可以提高高压开关设备故障检测的精度，对改善电力系统高压开关设备运行和管理水平、提高工作效率具有积极作用。