高低压配电柜故障自诊断与预报警技术应用研究
高低压配电柜作为电气能源输送与分配体系中重要的末端设施，在各行各业均有着广泛的运用，如工业制造、楼宇建设以及城市建设等等，其运行状况的好坏直接影响着整个电气能源输送网络的安全可靠程度。目前针对配电柜的管理维护工作往往采取人工周期巡视检测的方式开展，一旦出现故障则需待发生事故后再进行处理，这种模式存在着响应速度慢、诊断范围有限以及投入资源过多等多种缺陷，很难适应现阶段快速发展的现代化智能电网建设和自动化控制的需求。故障自诊断与预报警技术的落地应用，能够实现配电柜故障事前预判、事中监测、事后追溯，推动配电设备运维从被动抢修向主动预防性运维转型。本文结合行业实操经验，系统阐述该技术的原理、核心体系、应用要点与优化方向。
1 传统配电柜运维的核心弊端
当前大多的传统高低压二是故障处理速度慢，传统方式不能准确定位故障位置及故障原因，故障出现后需一段一段排查，大大增加了停电时间，影响了人们正常生产生活用电；三是维护费用难掌握，盲目定期巡视，对设备无针对性更换，造成了大量的人财物浪费，过多依赖于运维人员自身经验进行判断，导致维护水平参差不齐。
在配电系统的不断智能化的升级背景下，市场对配电柜的安全的性能的智能的监测能力的也提出了更高的要求，作为河北的一家专注高低压的配电设备的研发制造的德兰电气就深耕了多年的这块市场，将自己多年的研发积累的故障的自诊断、预报警的核心技术都融入了到设备的生产中与不断的迭代的升级中，有效的就解决了传统的配电柜的运维的这样一个长期的困扰了行业的难题。
2 故障自诊断与预报警技术核心原理
基于对多种传感器的实时数据的采集、边缘的数据的运算、对设备的状态特征的比对、对各级的分级的预警输出的闭环的逻辑的运行，将对设备的电气参数、机械的状态与外部的环境的参数等都作为入参，结合了设备的正常的运行的基准的数据库，从而实现了对设备的异常的状态的自动的识别、对其所对应的故障的研判与提前给予的预警等高低压配电柜的自我诊断与预报警的技术。该技术对传统的单一阈值的判定模式的抛弃和对多维的数据的融合的分析将设备的正常的波动与真实的故障的隐患都给了一个比较的明确的界定，从而大幅的提升了对故障的识别的准确率。
通过对设备的全天候的实时的对内置的温度、电流、电压、局部的放电、温湿度等多种传感器的采集，借助工业以太网、物联网的模块将其传输至本地的边缘计算终端。借助完善的设备健康模型及对应的故障特征数据库的对比，分析对实时的设备运行数据的进行深入的对比分析，终端可对母线的过热、三相不平衡、线路的过载、绝缘的受潮、机械的卡涡等常见的故障隐患都能精准的识别出，并将其对应的故障的风险等级判定好，对应的预警机制的匹配将对这些故障的未发先预警，对故障的萌芽都能及时的识别出来。
3 故障自诊断系统的核心功能模块
3.1 多维度数据采集模块
数据精准采集是故障自诊断的基础，在本模块中涵盖了配电柜电气、机械、环境三大部分的核心参数。借助对电气、机械、环境等多方面的参数的精准监控，如三相的电压、电流、功率因数、各类的谐波的含量、接地的电流等，对电气的过载、短路、三相的不平衡、谐波的超标等电气的异常的都能准确的检测出来；对机械的开关分合闸的状态、触头的接触压力、操作机构的振动等均能对其进行监控，从而能对机械的卡顿、触头的松动、合闸不到位等情况的发生都能及时的检测出来，对电柜的故障预警起到了很大的作用，对电柜的隐性故障的发生都能通过对柜体内的温湿度、气体的浓度以及局部的放电量等的测量都能对其都能有效的预警。
3.2 智能故障研判模块
它是自诊断技术的关键所在，不同于常规的单一数据阈值报警，它利用时序数据比对、多参数关联分析、故障特征匹配三种研判方法以提高故障判断的准确度。一方面对于诸如瞬时数据波动、负荷短时变化等正常工况干扰情况能自动滤除误报；另一方面对于缓慢演变的隐性故障则可通过长时间序列数据的变化趋势分析提前预知设备老化的规律及性能衰变的状况。同时配备故障溯源算法，在检测到异常情况发生时，快速定位故障点位置并确定故障诱因，从而为运行维护人员提供准确有效的故障处置建议。河北配电柜厂家德兰电气在智能配电柜设备中优化了研判算法模型，结合不同工况场景迭代故障特征数据库，有效适配工业、市政、商业建筑等不同场景的配电运行需求，大幅降低设备误报、漏报概率。
3.3 数据存储与追溯模块
系统可长期的海量运行数据的存储和对应的预警记录、故障日志的完整的留存，系统还能为我们长期的设备运行时序的数据、异常事件的记录、运维的操作记录等提供宝贵的参考依据。
通过对实时的数据的随时的调取、对历史的数据的深入的复盘的分析，不仅能为当前的单次的故障的处置提供了十分可靠的溯源的依据，而且还能通过对大数据的长期的统计的分析对设备的长期的运行的规律有一个更深的了解，从而为设备的定期的检修、部件的更换、系统的优化的升级等都能提供足够的数据的支撑从而实现了设备的全生命周期的智能化的管理。
4 分级预报警机制与落地应用
凭借对不同故障的风险性把握，我们就可以对其所对应的处置需求作出相应的设定，从而通过技术体系的设置实现了对运维的差异化、精细化的管理。
通过对电力设备的实时监控与预警系统的完善，对各级的隐患都能及时的发现，分级的对其进行预警.
如一级一般的预警针对轻微的参数偏移、设备的轻微老化等低风险的隐患系统都能对其记录下相关的数据并对其推送相应的提示信息都可纳入日常的巡检整改的计划中去；
二级为重要的预警针对持续的参数的异常、局部的温升偏高、谐波的超标等中风险的隐患系统都能对其触发声光的报警，及时的对其推送相应的预警的信息，并对其提醒运维的相关人员限期对其作出相应的排查的整改工作，防止其所带来的隐患的进一步的扩大。
三级为紧急的预警针对严重的过载、局部的放电超标、母线的高温、短路等高风险的故障系统都能立即对其触发声光的报警、远程的弹窗的推送，同时对其也能联动的对其配电的保护等都能对其立即的对其做出相应的处理。
在实际工程运用过程中，此技术可适配固定式高低压配电柜、抽屉式配电柜及智能环网柜等设备种类，既可用于新建智能配电工程，也可适配传统存量配电柜进行模块改造，具有极高的通用性以及适配性；相较传统运维方式，此技术能够将故障识别时间由小时级压缩到分钟级，隐患提前预判率增加90%以上，大大降低了配电系统故障停机率与设备故障率。
5 技术应用现存问题与优化方向
现有高低压配电柜故障自诊断及预报警技术已广泛投入使用，但仍有少量老旧改造工程存在以下问题：(1)个别改造产品安装传感器数量少、类别简单，仅能进行有限参数监测，缺乏综合判断能力；(2)个别改造产品为小微企业生产，算法模型固定化，对于现场复杂场景适应性差，异常条件下的辨识正确率较低；(3)个别改造产品通信链路可靠性低，在强电磁干扰条件下存在丢包、延时现象，对实时告警产生不利影响。
随后我们将从以下三个方面对技术的研发工作进行深入的开展：一是进一步对传感器的布置位置的完善，尽可能的将其在柜体的内部广泛的应用起来，从而保证了设备的数据的更加的全面地获取；二是根据不同行业的不同作业的环境的特点，对基于动态的算法模型的智能故障的特征的库的研究的同时也对其不断的学习和更新的完善，从而大大提高了智能的分析的准确性；三是对采用了有线、无线的混合式的数据的通信的网络的技术的运用，从而大大提高了数据的通信的系统的可靠性，有效的为智能的预警的工作提供了坚实的技术的保障。
故障自诊断及预报警技术作为高低压配电柜智能化发展的重要方向，突破了原有配电柜被动运行的管理模式，在实时检测的基础上进行智能分析判断，在不同严重程度下发出相应的警告信号，有助于保障配电装置的安全可靠运行和高效运营。在今后智能电网发展的过程中，配电装置的智能化、精细化管控将是大势所趋，配电设备生产厂家也要不断提高自身技术水平，针对配电柜在实际使用中存在的问题及时完善改进，进一步加强对设备异常情况的预测防范，切实保障各行各业供电能源输送与分配的正常平稳运行。