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1 引言
济钢高压电力系统变电站已大量使用10kV中置式封闭开关柜。柜内装有电流互感器与汇流排接点等设备。在用电高峰时，因负荷过高，柜内设备器件及环境温度都出现升高。同时，当雨雾天气湿度过高时，由于绝缘水平下降，柜内也会出现温度升高。这些现象在电力系统虽为常见现象，但由于这些开关柜为封闭式，柜内温度升高时，运行人员难以发现。中置封闭的开关结构，有利于防尘、防小动物、防触电、免清扫和操作方便美观等优点，但另一方面由于封闭造成通风散热能力下降，开关柜温度过高和湿度过大造成设备事故的缺点也同时存在。
近来，我公司因开关柜点检不到位曾出现过多起设备故障，造成了巨大的直接和间接经济损失，也给社会造成一定影响。我们为了解决这一问题，决定研究10kV封闭开关柜运行环境监控系统。
2 封闭开关柜监控问题分析
2.1 目前运行中的封闭开关柜测温主要方法
(1) 把蜡片贴在开关易发热的部位，如果温度升高到一定温度(一般为60~80℃)，蜡片就会受热溶解从所贴部位掉下来，运行人员在巡视中通过观察蜡片情况来判断开关柜是否过热。
(2) 运行人员使用红外测温仪测量开关温度。在夏季高峰负荷期间，运行在巡视开关时，用红外测温仪直接对准所测部位，测温仪就会显示温度，通过测温仪温度读数判断开关柜是否过热。
2.2 问题分析
以上两种方法是我公司目前使用的主要方法，应该说这些方法简单适用，实施方便，比较可靠;但仅仅通过这些方法已经远远不能满足生产实际的需要，也与目前综合自动化变电站无人值班运行模式不相适应，主要分析如下:
(1) 采用人工手动方法，不能实现自动测温和自动报警功能;
(2) 只能测量温度点，不能实现实时测温测湿;
(3) 利用红外测温仪或蜡片测量误差大;
(4) 测量受开关结构影响，部分开关不能使用测温仪测量，蜡片也不易观察;
(5) 受环境温度影响大，不能通过环境温度与开关柜温度比较来分析开关是否过热;
(6) 如果过热或过湿，不能对开关柜进行调控等。
2.3 主要目标
开发中置式封闭开关柜运行环境监控系统，设计的主要目标是:
(1) 可监测开关柜内及开关柜机房室内的温度和湿度;
(2) 可调控开关柜机房室内温、湿度;
(3) 可控制开关柜内抽排风以降低开关柜内温度;
(4) 当某个开关柜内出现温度异常时，该系统可发出报警信号，便于维护人员及时发现并采取措施。同时该系统中使用现代先进的模糊处理技术，控制开关柜抽排风机和环境空调器的工作。
3 运行环境模糊监控系统设计
中置式开关柜运行环境监控系统由监控中心总控机、数据集中编码器、温湿度传感器，
控制命令执行机构及功能软件五大部分组成(如图1所示)。
图1 监控系统
3.1 系统硬件功能
(1) 温湿度传感器用于探测机柜内外环境的温度和湿度，并将其转换成电信号输出，以便传输和处理。每个开关柜内于热源附近位置安装一个温湿度传感器。为监测开关柜机房环境温度，需在机房合适位置处安装一个;
(2) 数据集中编码器是用以汇集16个温湿度传感器信号，并对其量化编码复接为一路信号输出给监控中心总控机处理;
(3) 监控中心总控机包括硬件和软件，它是本系统的核心，安装于变电所中心控制室。它负责记录、存储、统计、分析、处理来自各个开关柜及机房环境的温度湿度信号，对某开关柜温度异常时发出报警指令。同时监控中心的处理软件在对各路输入信号模糊处理后，下达指令控制开关柜抽排风机构和环境空调器的工作状态。监控中心总控机具有与其它联机的接口，以便将信号进一步传到调度中心以及其它需要掌握开关柜运行环境情况的部门。
(4) 控制命令执行机构由控制器，执行控制器，开关柜抽排风机构和环境空调器(含抽湿机)组成。它们根据监控中心总控机指令工作，以使开关柜内和柜外环境的温度湿度保持在规定的范围内。
3.2 系统软件功能
软件设计采用模块化结构，系统扩容改造升级容易，功能完善。主要功能有:
(1) 统计分析功能
记录并存储来自各个开关柜及机房环境的温度湿度信号，对其进行统计分析，计算开关柜内的平均温度湿度及与机房环境的温度湿度的差值，各个开关柜内的温度湿度与平均温度湿度的偏差。
(2) 显示功能
以简洁明了的图形或表格的方式显示各个开关柜及机房环境当前的或历史的温度湿度数据统计分析资料。
(3) 控制功能
在数据模糊处理的基础上，可根据设定值自动控制(亦可人工控制)开关柜抽排风机构及机房环境空调器开始或停止工作。
(4) 报警功能
当某个开关柜内或机房环境的温度湿度出现异常情况时，系统会以声，光等形式发出报警信号。
(5) 打印功能
可将数据资料由打印机打印出来。
(6) 设置功能
对系统设置开关柜内及机房环境的温度湿度定值，设定报警门限，设定打印，控制方式等等。
(7) 联网功能
可与电力调度系统或MIS系统联网，以便调取本系统的统计分析数据。
3.3 模糊处理和控制
对于温度和湿度，用“高”和“不高”的概念，因此多少算高，多少又算不高，这全是凭对数据的长期观察和经验。在高和不高之间的数值又算作什么呢，它们就比较“模糊”。同时又有许多个参数(按40个开关柜和机房41个温湿度传感器，便有82个参数)需要处理，它们有不同的权重。因此我们是使用模糊数学的方法进行处理和设置控。
把82个参数分5组:温度有3组:
T1:MAX(T-2号柜，T-18号柜, 因为变压器母线经这二个开关柜开启，正常情况下温度比其它开关柜高);
T2:MAX(其它机柜);
T3:机房温度;
湿度有2组:
H1:MAX(各个机柜内的湿度);
H2:机房湿度。
构成参数集合有A=(T1,T2,T3,H1,H2)=(A1, A2, …Am);
而每个参数都有三种状态:
不高(NH)、稍高(LH)和高(H)。由这些状态可构成状态集合B:
B=(NH, LH, H)=(B1, B2, …Bn)。
B和A之间的关系可用模糊矩阵C表示:
任何一个Cij，满足0<Cij<1，它表示Ai 被确定为Bj的程度。一般各个参数对状态的影响程度是不同的。
设A上的模糊子集D表示为:D=(D1，D2，…Dm)Di也满0<Di<1，它是Ai对A的隶属度，表示Ai对状态的影响度。
把模糊子集A与模糊关系矩阵C进行复合运算，得:
E是状态论域B上的模糊子集，Ej为第j种状态Bj 对模糊子集E的隶属度。按最大隶属原则选取Ej中的最大值，作为设备状态的结果。按该结果进行报警(报警可分等级)，或控制通风机或制冷机的开启和关闭。其模糊控制模型如图2所示。
图2 模糊控制模型图
4 结束语
运行环境监控系统实现了开关柜运行温度和湿度的实时测量、报警和控制等功能，可为我公司变电运行人员提供了一个智能化实时运行监控平台，为减少变电运行事故的发生，提高供电可靠性和安全性，具有较高的经济价值。
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