淺談中壓開關柜的數字化

蘇君平

摘? ?要：電力工業的快速發展極大地激發了國內外企業開發生產中壓開關設備的積極性，隨著產品的更新換代，中壓開關柜設備，技術也在不斷進步。本文通過分析中壓開關柜用戶和制造企業面對的挑戰，闡述了中壓開關柜數字化的主要內容和注意事項，重點對數字化過程中的數據采集，數據分析及行動給了出建議，總結了開關柜數字化面對的挑戰并展望了未來。

關鍵詞：中壓? 開關柜? 數字化

中圖分類號：TM642? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）10（a）-0091-02

1? 開關柜數字化的必要性

1.1 資產管理面對挑戰

近年來，中壓開關柜裝機量大幅增長，與此同時，人工成本逐年上漲，電力設備用戶運維成本高企，特別是目前對于故障的預防主要通過定期巡檢實現，其費時費力，且對一些潛在隱患無法全面精準的早期發現，設備的健康狀況判斷很大程度上依賴于個人知識和經驗。綜上，如何避免非計劃停電、提高運營效率并降低成本成為行業迫切需求。

1.2 數字化成功與否是開關柜制造企業面對的生存考題

由用戶驅動的數字化催生開關柜行業數字革命。近年來，以國家電網為代表的用戶提出了一系列關于數字化的戰略和布局：“泛在電力物聯網”、“智能電網”等，為此，行業的創新和新產品層出不窮。可以預見的是：在不久的將來對于開關柜制造企業來說，數字化不僅是競爭優勢，更是“入場券”，企業開展業務，必須做數字化[1]。

2? 開關柜數字化的主要內容

開關柜的數字化的關鍵在于對其狀態進行在線監測和健康預測，由傳統的被動預防向主動預測轉變，讓潛在故障被早期發現并有計劃的安排維修，從而減少甚至避免非計劃停電。開關柜的數字化包含三個階段：數據采集，數據分析及行動建議，系統架構如圖1所示。

2.1 數據采集

對于中壓開關柜來說，產品機理和應用工況決定了需要采集的數據會有所差異，比如對于GIS來說氣體壓力的監測很有必要，但AIS則無此需求。除此之外，還需從故障大數據，老化機理[2]，可行性等全方位綜合考慮，這就意味著開關柜的數據采集并非是一成不變的，數字化方案的定制化特征相比于傳統開關柜更為明顯。從實踐經驗來看，以下幾個原則需要把握：（1）傳感器需要考慮其穩定性、安全性和精度;（2）傳感器應隨整柜一起按照開關柜的標準進行驗證[3]，特別是要置于高壓隔室的傳感器，其可靠性直接影響著設備可靠性，若處理不好，將給開關柜帶來隱患。（3）傳感器應該便于安裝和更換。

總之，數據采集是數字化的基礎，數據的準確，可信直接影響著后續的診斷結論，應充分結合新技術以經濟的方式獲得盡可能多的可信數據。

2.2 數據分析判斷

采集到數據及可視化僅僅是第一步，對數據進行實時分析、處理、診斷是數字化尤為重要的一步，需注意幾下幾點：

基于開關設備機理算法及數值算法的有機結合進行診斷。數據分析不能單純依靠大數據，需在此基礎上根據其應用場景和物理機理綜合分析診斷。

基于在線數據及離線數據綜合維度進行分析和評估。開關柜多年的運行數據和故障數據為分析診斷提供豐富素材和實踐經驗，是開關柜數字化算法和判據的重要支撐。

算法應有一定的機器學習能力[4]，隨著實踐中數據積累不斷迭代。

算法應簡單通用，避免同一產品因應用場景和參數不同而大相徑庭，要考慮工業化。

2.3 預警和建議服務執行

數字化需要對設備狀態能實時監測并給出有價值的指導，運維人員據此可以實時掌握設備狀態，并對潛在隱患和故障進行有計劃地排除和修復，避免非計劃停電，最終實現運營效率的提升和成本節約。

開關柜的故障預警應充分考慮使用場景和負荷情況，預警的設置要有所分級，對于后果嚴重且留給人工反應時間短的故障應在預警基礎上有所行動，比如切斷隔離故障，但這種級別的預警設置應特別慎重，需和用戶充分溝通基礎上共同制定。以氣體柜的氣壓預警為例，若額定壓力為1.3bar（如圖2所示），對于不小于最低功能壓力（1.2bar）的漏氣可以只是預警，但當低于1.2bar甚至更低時，故障風險將大幅上升，此時不能只是提醒，必要時需要和斷路器聯動跳閘以避免設備整機失效。

3? 什么樣的數字化不要

數字化的根本目的是能為客戶帶來價值進而提升產品和企業競爭力，不能為了數字化而數字化。實踐中應避免如下情況：（1）不能為用戶帶來價值的偽數字化;（2）帶來價值有限，反而維護太麻煩;（3）反應遲鈍，體驗差;（4）準確度低甚至誤報。

盡管數字化方案不完全同于傳統開關柜，其迭代和升級相對于硬件更簡單方便經濟，但在實踐中應審慎決定，對于準確度和體驗方面，更應該強調“一次把事情作對”，避免把不成熟的方案推向市場試錯。

4? 結語

中壓開關柜數字化將很好解決目前設備運維面對的痛點，變被動預防為主動預測，助力用戶降本增效。但對于大多數開關柜企業而言，數字化轉型也面臨諸多挑戰：從技術駕馭到業務創新，從組織變革到文化重塑，從數字化能力建設到人才培養，因此數字化轉型的成功不可能一蹴而就，要做好長期作戰的心理準備。

參考文獻

[1] 李翔宇.萬物智聯-走向數字化成功之路[M].北京：電子工業出版社，2018.

[2] Evaluation and qualification of electrical insulation systems[S].IEC 60505，edition 4.0，2011.

[3] 高壓開關設備溫度在線監測裝置技術規范[S]，10091-2018.

[4] 方壽賢.基于物聯網的高壓開關柜設計[D].西安工程大學，2012.