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摘要：本文在认真分析开关柜缺陷、故障特点基础上，采用物联网思维和物联网技术，以开关柜为对象，通过加装触头测温、超声波局部放电、暂态低电压局部放电、特高频局部放电和SF6微水（充SF6气体）等5类智能传感器，以标准化信息技术为支撑，构建“无源无线智能感知、标准化信息传输、智能化信息计算、智能主动信息应用”的基于基于泛在电力物联网技术的开关柜状态智能监测体系。
关键词：开关柜，泛在电力物联网，状态感知，监测，
1.引言
国网公司2019年两会，提出了“三型两网、世界一流”战略目标，特别是泛在电力物联网概念提出，获得了广泛关注。2015年以来，国网公司开展基于不停电检测技术的开关柜状态检修，通过巡视、带电检测、在线监测、停电试验等技术手段，评估开关柜状态，实现开关状态检修，减少开关柜停电时间、建设开关柜故障，取得了显著成效。
本文基于物联网思维、物联网技术和智能感知技术，结合开关柜运维实际情况，提出了开关柜状态感知的技术思路、智能监测传感器和相关节点的配置策略、边缘计算、监测数据传输及统计分析、与运检实际相结合的策略。
2.开关柜缺陷故障及检测情况
10kV、35kV开关柜由高压断路器、隔离开关、接地开关、互感器以及控制、测量、保护、调节等装置组成，其中的各个环节都可能因缺陷而发生故障，造成开关柜整体性能缺失。常见故障主要为断路器机构故障、开关柜发热故障及操作卡阻故障。
目前，开关柜开展的带电检测项目有超声波局部放电检测、暂态地电压检测，部分开关柜可开展特高频局部放电检测。分合闸线圈电流电压检测等新技术手段尚存在技术难点和应用瓶颈，难以被广泛推广应用。最为常用且成熟的红外检测手段因开关柜结构特点而不能被應用。
国网公司《基于不停电检测的开关柜状态检修工作指导意见》，指出开关柜设备状态评价导则中现有69个状态量，根据各状态量对应的缺陷检出率结果和对设备状态影响的程度，并结合国网公司设备运维经验，选择20个关键状态量，作为运检重点内容，其中1项为巡检;3项为例行试验，均为带电检测项目;其余16项均为诊断性试验。
其中，检出发热类缺陷可通过成熟可靠的接触式测温来实现，检出局方类缺陷可通过较为成熟的超声波局部放电监测装置、暂态地电压监测装置、特高频局部放电监测装置实现，检出SF6断路器气体类缺陷可通过成熟可靠的SF6微水监测装置实现。其余检出缺陷相关监测技术尚未成熟。
3.泛在电力物联网简介
泛在电力物联网由感知层、网络层、平台层、应用层构成，其中，感知层与电网设备直接关联，是泛在电力物联网的末端和基础。如果把泛在电力物联网看作人的神经系统，感知装置就好比是一个个神经元。智能感知装置是感知层的核心。
4.开关柜状的状态感知解决方案。
4.1无源无线智能感知传感器
每台开关柜加装触头测温、超声波局部放电、暂态低电压局部放电、特高频局部放电和SF6微水（充SF6气体）等5类传感器。传感器应具备以下基本功能：在传感器供电方面，5类传感器可通过传感器自身携带电池或温差、电压、电流等取电方式供电，不允许通过外接电源线供电;在传感器数据传输当面，5类传感器数据传输通过无线传输，不允许通过有线方式传输;5类传感器优先选用微功耗（微瓦级别）传感器，其次为低功耗传感器（毫瓦级别）;5类传感器应具备监测数据阈值比较、是否上传、数据初步预警等初步边缘计算功能，同时应具备数据存储功能（可存储10年以上数据）;5类传感器具备远程设置数据采集频率、数据调用上传、传感器校准等功能;5类传感器数据传输符合国网公司安全加密要求，所有数据只允许传至公司内网主站;5类传感器应小型化，不影响设备电气性能或设备安全稳定运行;5类传感器安装方式首选不停电安装。每台开关柜触头测温传感器测点不少于6个，超声波局部放电传感器、暂态地电压局部放电传感器、特高频局部放电传感器、SF6微水传感器不少于1个，鼓励各传感器集成融合，但不应互相干扰。
4.2标准化信息传输
通过在变电站合理布局汇聚节点、接入节点，实现传感器采集数据、汇聚节点汇聚传感器数据、接入节点汇聚汇聚节点传感器、接入节点数据接入内网的数据双向流通。
严格按照国网公司输变电互联网建设方案规定的无源无线数据传输方式，实现传感器到汇聚节点的数据传输;通过无线信息专网，实现汇聚节点到接入节点的数据传输;按照国网公司信息要求，通过窄带物联网或有线方式，实现接入节点到信息内网的数据传输。其中，汇聚节点接收数据有效距离不少于30米、接入传感器不少于30个，接入节点接收数据有效距离不少于300米、接入汇聚节点不少于300个;汇聚节点和接入节点通讯类型应至少包括LoRa、窄带物联网、WiFi、61850等国网公司通用常用类型，可接入其他公司数据，不具备排他性。
4.3智能化信息计算
指在感知层和应用层的相关传感器、汇聚节点、接入节点搭载边缘计算能力，在后台具备大数据分析能力。
在5类传感器方面，传感器本身搭载边缘计算能力，具备监测数据阈值计算、较长时间（例如1个月）段内数据趋势计算、自校准计算、数据上传计算，对于监测数据超过阈值（可远程设置）、增长率超过阈值（可远程设置）数据及时上传，对监测数据是否误报警进行计算分析并将误报警数据上传，根据监测数据值、增长率、误报警情况，科学合理调整的数据采集频率、上传频率。在汇聚节点方面，汇聚节点实现对接入传感器上传数据进行相间计算、长周期增长率计算、数据调用技术、传感器装置校准计算等功能。在接入节点方面，接入节点实现对各传感器上传数据的各设备间同相计算、数据诊断分析计算，接入节点可自动调用PMS2.0等系统相关设备带电检测数据、停电试验数据，结合设备负荷、环境等信息，对数据进行诊断分析，做出设备是否存在疑似潜在缺陷或未来发生疑似潜在缺陷的概率，并将诊断分析结果上传至网络层和应用层。
4.4智能主动信息应用
在应用分析方面，建设开关柜状态检修微应用，具备开关柜数据综合诊断分析计算、数据展示、异常数据智能主动以短信等方式推动至相关运维检修人员。
5.参考文献
《输变电设备状态检修试验规程》（Q/GDW1168-2013）
《基于不停电检测的开关柜状态检修工作指导意见》（运检技术〔2015〕166号）
关键词：开关柜，泛在电力物联网，状态感知，监测，
1.引言
国网公司2019年两会，提出了“三型两网、世界一流”战略目标，特别是泛在电力物联网概念提出，获得了广泛关注。2015年以来，国网公司开展基于不停电检测技术的开关柜状态检修，通过巡视、带电检测、在线监测、停电试验等技术手段，评估开关柜状态，实现开关状态检修，减少开关柜停电时间、建设开关柜故障，取得了显著成效。
本文基于物联网思维、物联网技术和智能感知技术，结合开关柜运维实际情况，提出了开关柜状态感知的技术思路、智能监测传感器和相关节点的配置策略、边缘计算、监测数据传输及统计分析、与运检实际相结合的策略。
2.开关柜缺陷故障及检测情况
10kV、35kV开关柜由高压断路器、隔离开关、接地开关、互感器以及控制、测量、保护、调节等装置组成，其中的各个环节都可能因缺陷而发生故障，造成开关柜整体性能缺失。常见故障主要为断路器机构故障、开关柜发热故障及操作卡阻故障。
目前，开关柜开展的带电检测项目有超声波局部放电检测、暂态地电压检测，部分开关柜可开展特高频局部放电检测。分合闸线圈电流电压检测等新技术手段尚存在技术难点和应用瓶颈，难以被广泛推广应用。最为常用且成熟的红外检测手段因开关柜结构特点而不能被應用。
国网公司《基于不停电检测的开关柜状态检修工作指导意见》，指出开关柜设备状态评价导则中现有69个状态量，根据各状态量对应的缺陷检出率结果和对设备状态影响的程度，并结合国网公司设备运维经验，选择20个关键状态量，作为运检重点内容，其中1项为巡检;3项为例行试验，均为带电检测项目;其余16项均为诊断性试验。
其中，检出发热类缺陷可通过成熟可靠的接触式测温来实现，检出局方类缺陷可通过较为成熟的超声波局部放电监测装置、暂态地电压监测装置、特高频局部放电监测装置实现，检出SF6断路器气体类缺陷可通过成熟可靠的SF6微水监测装置实现。其余检出缺陷相关监测技术尚未成熟。
3.泛在电力物联网简介
泛在电力物联网由感知层、网络层、平台层、应用层构成，其中，感知层与电网设备直接关联，是泛在电力物联网的末端和基础。如果把泛在电力物联网看作人的神经系统，感知装置就好比是一个个神经元。智能感知装置是感知层的核心。
4.开关柜状的状态感知解决方案。
4.1无源无线智能感知传感器
每台开关柜加装触头测温、超声波局部放电、暂态低电压局部放电、特高频局部放电和SF6微水（充SF6气体）等5类传感器。传感器应具备以下基本功能：在传感器供电方面，5类传感器可通过传感器自身携带电池或温差、电压、电流等取电方式供电，不允许通过外接电源线供电;在传感器数据传输当面，5类传感器数据传输通过无线传输，不允许通过有线方式传输;5类传感器优先选用微功耗（微瓦级别）传感器，其次为低功耗传感器（毫瓦级别）;5类传感器应具备监测数据阈值比较、是否上传、数据初步预警等初步边缘计算功能，同时应具备数据存储功能（可存储10年以上数据）;5类传感器具备远程设置数据采集频率、数据调用上传、传感器校准等功能;5类传感器数据传输符合国网公司安全加密要求，所有数据只允许传至公司内网主站;5类传感器应小型化，不影响设备电气性能或设备安全稳定运行;5类传感器安装方式首选不停电安装。每台开关柜触头测温传感器测点不少于6个，超声波局部放电传感器、暂态地电压局部放电传感器、特高频局部放电传感器、SF6微水传感器不少于1个，鼓励各传感器集成融合，但不应互相干扰。
4.2标准化信息传输
通过在变电站合理布局汇聚节点、接入节点，实现传感器采集数据、汇聚节点汇聚传感器数据、接入节点汇聚汇聚节点传感器、接入节点数据接入内网的数据双向流通。
严格按照国网公司输变电互联网建设方案规定的无源无线数据传输方式，实现传感器到汇聚节点的数据传输;通过无线信息专网，实现汇聚节点到接入节点的数据传输;按照国网公司信息要求，通过窄带物联网或有线方式，实现接入节点到信息内网的数据传输。其中，汇聚节点接收数据有效距离不少于30米、接入传感器不少于30个，接入节点接收数据有效距离不少于300米、接入汇聚节点不少于300个;汇聚节点和接入节点通讯类型应至少包括LoRa、窄带物联网、WiFi、61850等国网公司通用常用类型，可接入其他公司数据，不具备排他性。
4.3智能化信息计算
指在感知层和应用层的相关传感器、汇聚节点、接入节点搭载边缘计算能力，在后台具备大数据分析能力。
在5类传感器方面，传感器本身搭载边缘计算能力，具备监测数据阈值计算、较长时间（例如1个月）段内数据趋势计算、自校准计算、数据上传计算，对于监测数据超过阈值（可远程设置）、增长率超过阈值（可远程设置）数据及时上传，对监测数据是否误报警进行计算分析并将误报警数据上传，根据监测数据值、增长率、误报警情况，科学合理调整的数据采集频率、上传频率。在汇聚节点方面，汇聚节点实现对接入传感器上传数据进行相间计算、长周期增长率计算、数据调用技术、传感器装置校准计算等功能。在接入节点方面，接入节点实现对各传感器上传数据的各设备间同相计算、数据诊断分析计算，接入节点可自动调用PMS2.0等系统相关设备带电检测数据、停电试验数据，结合设备负荷、环境等信息，对数据进行诊断分析，做出设备是否存在疑似潜在缺陷或未来发生疑似潜在缺陷的概率，并将诊断分析结果上传至网络层和应用层。
4.4智能主动信息应用
在应用分析方面，建设开关柜状态检修微应用，具备开关柜数据综合诊断分析计算、数据展示、异常数据智能主动以短信等方式推动至相关运维检修人员。
5.参考文献
《输变电设备状态检修试验规程》（Q/GDW1168-2013）
《基于不停电检测的开关柜状态检修工作指导意见》（运检技术〔2015〕166号）