智能配電網(wǎng)中智能中壓開關(guān)柜關(guān)鍵技術(shù)研究

黃艦 蔡春榮 賴姝妍

摘 要：智能化電網(wǎng)的運用，能夠有效提升電網(wǎng)的安全性以及穩(wěn)定性，由此可見，開展智能電網(wǎng)的研究工作勢在必行。目前，我國和配電網(wǎng)相關(guān)的研究多數(shù)都側(cè)重于配網(wǎng)自動化領(lǐng)域，在智能電網(wǎng)開關(guān)裝置方面的研究比較少，智能開關(guān)裝置是常規(guī)開關(guān)裝置結(jié)合計算機及數(shù)字處理技術(shù)而發(fā)展起來的一種前沿開關(guān)電器。鑒于此，本文就智能配電網(wǎng)中智能中壓開關(guān)柜關(guān)鍵技術(shù)展開探討，以期為相關(guān)工作起到參考作用。

關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng)；智能中壓開關(guān)柜；開關(guān)電器

1.中壓開關(guān)柜智能化

第一，中壓開關(guān)柜中的智能監(jiān)控裝置采用LED顯示屏，它的主要功能是模擬開關(guān)的動作狀態(tài)和接線圖，也可以顯示中壓開關(guān)柜中的各種數(shù)據(jù)信息，并且還能通過顏色來區(qū)分開關(guān)中接地狀態(tài)、帶電狀態(tài)和不帶電狀態(tài)。

第二，中壓開關(guān)柜中的智能監(jiān)控設備的通信過程依靠永磁驅(qū)動控制器來完成，它能檢測斷路器的工作狀態(tài)，也能實時了解到斷路器的結(jié)構(gòu)。通過一定的曲線顯示出電力系統(tǒng)中電流流動的辯護情況。通過峰值的變化來表示機構(gòu)的卡滯問題。智能化的中壓開關(guān)柜與傳統(tǒng)的中壓開關(guān)柜最大的不同是智能中壓開關(guān)柜能根據(jù)數(shù)據(jù)信息來顯示中壓開關(guān)柜中的各項設備的運行情況。比如利用故障開斷頻次和正常開斷頻次的適量變化來預測斷路器的觸頭的使用壽命。以智能化、在線的方式檢測出中壓開關(guān)柜的耗電管理、基礎(chǔ)狀態(tài)檢測和通信等功能。智能化的監(jiān)控設備動態(tài)、實時地檢測出中壓開關(guān)柜的各項數(shù)據(jù)運行情況，有助于工作人員及時發(fā)現(xiàn)故障，解決故障，保證電力系統(tǒng)的正常運行。

第三，中壓開關(guān)柜中的智能監(jiān)控設備上連接了無線溫度和無線濕度傳感器，每個中壓開關(guān)柜的監(jiān)控單元中可以連接最多15個溫度傳感器。全方位地測試出不同柜的溫度，方便建立更加具體形象的溫度數(shù)值曲線。中壓開關(guān)柜使用者可以通過自行設置溫度傳感器的臨界值，使傳感器幫助用戶檢測中壓開關(guān)柜的溫度，當溫度超過臨界值時自動發(fā)出警報，能預防火災等重大事故的發(fā)生。

2.智能中壓開關(guān)柜的總體設計

2.1智能中壓開關(guān)柜的開發(fā)目標及基本功能

現(xiàn)階段，SC智能化要求的功能與內(nèi)容具有多元化特性，目前還沒有相應的規(guī)范。不過，對于Intelli-gence-SC而言，不僅要匹配于常規(guī)SC功能的基本要求，同時還要使其具備自檢與自控能力，進而達到配電網(wǎng)綜合自動化的要求。為了達到自檢與自控的目的，在對Intelligence-SC的設計過程中要主要側(cè)重于在線監(jiān)測功能和通信功能。Intelligence-SC的數(shù)據(jù)通信從下至上分為下述幾種：Transducer將檢測的信號傳輸至CCU；CCU與本地人機模塊信息交互；CCU與后臺管理系統(tǒng)的信息交互；自動控制功能；數(shù)據(jù)管理功能。Intelligence-SC需要對相關(guān)運行數(shù)據(jù)予以錄入及顯示。舉例說明：在過載、過濕以及真空度驟降等問題發(fā)生時，監(jiān)控系統(tǒng)要第一時間記憶故障時刻與種類。

2.2智能中壓開關(guān)柜的整體結(jié)構(gòu)

設計的Intelligence-SC的監(jiān)測系統(tǒng)包括兩層。底層也就是SC所裝配的現(xiàn)場監(jiān)測單元，其對反映SC狀態(tài)的模擬信號及開關(guān)量予以搜集、處理與故障分析、故障報警顯示，同時能夠把所采集及處理后的參數(shù)傳輸至后臺管理設備。后臺管理設備為工控機，其通過下位機傳輸?shù)南嚓P(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建整個變電站的數(shù)據(jù)管理機制，經(jīng)查詢、調(diào)用各SC的參數(shù)，進而達到對全站SC的監(jiān)測與管理。后臺管理機與現(xiàn)場SC監(jiān)測模塊間經(jīng)現(xiàn)場總線予以數(shù)據(jù)的采集及命令控制。Intelligence-SC各現(xiàn)場監(jiān)測單元按功能可分為輸入單元、中央控制單元、開關(guān)量輸出單元、人機交互單元以及通信模塊。輸入單元即為被測現(xiàn)場參量的入口路徑，是將被測現(xiàn)場參量轉(zhuǎn)換為cpumodule端的功能部件；cpumodule即為監(jiān)測模塊的基礎(chǔ)，需要進行對搜集信號分析的任務，在此基礎(chǔ)上完成SC運行狀態(tài)與運行故障的分析，同時負責上級管理中心給出的操作指令與對參數(shù)予以存儲的功能；開關(guān)量輸出單元接收中央控制模塊輸出的一切指令，在此基礎(chǔ)上完成對SC的操作控制；人機交互模塊進行數(shù)據(jù)的顯示以及報警；通信模塊即監(jiān)測模塊是否可以達到網(wǎng)絡化的核心環(huán)節(jié)，用于完成現(xiàn)場監(jiān)測模塊和后臺管理機間相關(guān)信息的傳輸。因為現(xiàn)階段Intelligence-SC并沒有相對統(tǒng)一的指標，所以要盡可能擇取智能控制設備和保護裝置并列運行的設計方案。

3.智能中壓開關(guān)柜的關(guān)鍵技術(shù)

3.1傳感器技術(shù)互感器

在之前電力系統(tǒng)當中起著測量和保護的作用，通常情況下都是電磁式的。但是一部分繼電保護裝置較為復雜，不但要能夠?qū)﹄娏鞯耐蛔兟蔬M行很好的反應，還要能夠?qū)⑾辔缓捅恍畏从吵鰜恚虼酥坝玫降碾姶攀交ジ衅鲗τ诂F(xiàn)階段多功能的高壓開關(guān)設備已遠遠不夠。這就在傳感器技術(shù)方面有了更高的標準。現(xiàn)階段光纖技術(shù)得到了一定的進步，逐漸產(chǎn)生了基于法拉第旋光效應的光電互感器和光電傳感器（OCT）。現(xiàn)階段投入應用的光學電流互感器因為具備著抗電磁干擾能力強、較寬的測量范圍、簡單可靠的絕緣性能等優(yōu)勢，并且其本身質(zhì)量輕、體積小、便于運輸，已經(jīng)廣泛地應用到了中壓開關(guān)設備中。

3.2中壓開關(guān)柜智能控制技術(shù)

傳統(tǒng)的開關(guān)柜在保護方面對一部分的電氣參數(shù)和狀態(tài)量進行處理，能夠很好地將電流和電壓結(jié)合在一起，并將分閘、合閘的指令準確地發(fā)布出去。以中壓開關(guān)柜為例，因為有大量的傳感器安裝在其內(nèi)部，所以必須要將傳感器所采集到的數(shù)據(jù)進行處理，并根據(jù)處理結(jié)果對故障進行分析診斷。在本質(zhì)上中壓開關(guān)柜屬于智能化微系統(tǒng)中較為常見的類型，主要由前置機，后臺機以及傳感器等構(gòu)成。之前的前置機在處理單元以及數(shù)據(jù)收集方面往往比較單一，與之相比，中壓開關(guān)柜的前置機不但要承擔數(shù)據(jù)的存儲、處理以及長傳工作，還要對后臺所下達的指令嚴格執(zhí)行，并協(xié)調(diào)不同設備之間的具體工作現(xiàn)象。再者，為了讓管理界面變得更加清晰，還能夠試著暗轉(zhuǎn)專業(yè)數(shù)據(jù)處理終端至斷路器上，通過RS-485通信網(wǎng)絡和前置機將其連接起來。另外，中壓開關(guān)柜還可以進行數(shù)據(jù)分析、對系統(tǒng)進行管理，并在對相應的故障做出診斷的同時下達相關(guān)的控制指令等。和傳統(tǒng)的保護裝置相比，中壓開關(guān)柜后臺機不但可以對本柜設備進行有效的管理，還可以實現(xiàn)柜與柜互相交換數(shù)據(jù)與通信的目標。

3.3狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)

配電網(wǎng)的智能化主要表現(xiàn)在對設備進行在線監(jiān)測及故障診斷方面。就像在對功率和功率因數(shù)、電流還有電壓以及電網(wǎng)頻率和斷路器合/分工作狀態(tài)進行檢測；對短路、過電流、電機起動、不平衡運行、欠電壓、接地等進行保護；對遠方斷路器的操作進行控制等。通過利用相應的通信手段將其很好地結(jié)合在一起，完成微機對變電站的幾種控制。另外數(shù)據(jù)的采集和處理以及信號的變送和故障方面的分析診斷構(gòu)成了中壓開關(guān)設備在線監(jiān)測系統(tǒng)。其應用的較為廣泛的幾項檢測分別為絕緣性能監(jiān)測、機械性能監(jiān)測和電氣性能監(jiān)測。

結(jié)語

智能開關(guān)柜在輸配電系統(tǒng)中逐步推廣起來，雖然目前智能化開關(guān)柜取得了可喜的發(fā)展，但是仍存在一些問題，比如一、二次元件屬于不同的生產(chǎn)廠家，其考慮問題的角度會有所不同，故在以后的配合中還需要相互磨合，不斷改進，使得國家電力系統(tǒng)的運行得以長期持續(xù)穩(wěn)定。后期需要大量的資金和人力投入到研究工作中。

參考文獻：

[1] 鄭鷙.中壓開關(guān)柜智能化解決方案的分析[J].建材與裝飾，2018（06）：241-242.

[2] 陳敏.中壓開關(guān)柜智能化解決方案的分析與研究[J].中國設備工程，2017（03）：129-130.

[3] 朱琪.智能中壓開關(guān)柜的應用[J].電氣制造，2015（01）：34-36.

[4] .引領(lǐng)中壓智能實現(xiàn)“新四化”[J].電信技術(shù)，2014（10）：66.

[5] 卓會丹，朱廣帥.中壓開關(guān)柜智能化技術(shù)的研究[J].黑龍江科技信息，2014（26）：112.

（作者單位：國網(wǎng)四川省電力公司廣元供電公司）