智能開關柜分布式監控系統研究

高俊青 項俊棟 陳峰 關山

摘 要：開關柜作為組成各類電力系統的基礎性設備，其智能化和網絡化發展對于智能電網建設具有重要意義。本文在現有開關柜的基礎上，針對目前開關柜監測水平較低的現狀，提出了一種智能開關柜分布式監控系統，進一步給出了系統在單臺開關柜上的實現形式。該分布式監控系統可提高開關柜的供電質量，保障電網安全運行。

關鍵詞：智能開關柜;分布式監控;網絡化;智能化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.128

1 引言

隨著智能電網建設的不斷推進，開關柜正朝向智能化、網絡化發展。開關柜作為電力系統控制和保護供電的重要節點，保障其安全、穩定運行具有重大的監測意義。

智能化開關柜作為一種數字化，集成化的設備，在其控制和保護方面應當具備一定程度的故障監測、定位及隔離功能[1]。智能化開關柜還應具備標準化、模塊化的設計，通過監控設備實現對柜內電量和非電量參數的監測，如交直流監測、有功及無功功率監測、斷路器、接地刀等觸發開關輸入量監測等。

電力系統監控方式中經常使用集中式監控和分布式監控兩種控制方式。從當前電力系統發展趨勢來看，分布式監控系統更具有優勢和發展前景。分布式控制系統（Distributed Control System，DCS），又被稱作集散控制[2，3]。該種系統將測量與控制分散均布，從而實現對區域內設備的管理。分布式監控系統融合信息技術、計算機技術、控制技術、電力電子技術于一體，解決了常規電力儀表功能單一，操作過于分散的缺點。

本文針對目前配網建設的需要，以網絡電力儀表、智能配電設備為基礎，結合一體化、模塊化設計思想，對智能開關柜分布式監控系統進行研究，并設計一套智能開關柜分布式監控系統。

2 系統總體設計

本文設計一種智能開關柜分布式監控系統，目的在于提高開關柜的智能化水平和監控水平。智能開關柜基于模塊化設計思想，具備控制裝置、測量裝置、功能保護裝置和軟件顯示裝置，分別提供控制斷路器等分合閘功能、電量與非電量監測功能、過流與接地故障等保護功能及各種狀態量與數字量顯示功能。系統總體設計如圖1所示，因光線通信具備通信容量大、傳輸距離遠、信號干擾小及抗電磁干擾性能好等優點，故采用光纖通信作為系統主要通信手段。分布式監控系統將開關柜的各種狀態信息通過光纖傳輸至監控中心，監控中心通過下行目標信道實現對開關柜的控制。

3 系統硬件

3.1 信息處理單元

本文設計的分布監控系統采用C8051F500作為系統的信息處理單元。單臺智能開關柜系統結構如圖2所示。C8051F500接收智能開關柜的測量信息，并對控制機構發出動作指令。控制信息包括控制接地刀、斷路器等分合閘及控制智能開關柜加熱排風等。測量信息包括柜內開關量輸入，如接地刀分合閘狀態、斷路器分合閘狀態、柜內環境溫濕度、壓強等信息。

本系統所采用的處理器按照AEC-Q100測試標準設計，具有寬工作電壓、寬工作溫度范圍，較強的抗干擾能力并內置CAN、LIN總線控制器。

該器件主要特性參數如下：

（1）1.8～5.25V供電。

（2）-40℃～+125工作溫度。

（3）64K Flash，4352字節RAM。

3.2 控制電路設計

在智能開關柜的控制系統中，系統根據自身故障信息做出智能控制或根據巡檢人員給定的控制信息發出控制指令。在控制電路中，控制信息經信息處理單元I/O口和光耦發送至達林頓晶體管（ULN2803A），該器件工作溫度范圍-20℃～+85℃，具有8個驅動器，集電極連續電流為500mA。控制信息最終通過繼電器實現對斷路器分合閘等操作，控制電路如圖3所示。

3.3 測量電路設計

智能開關柜采集不同機構的開關量狀態，實現實時的狀態顯示與監測。如圖4所示，當接地刀開關處于合閘位時，即圖4中HZH_KG閉合，合閘信息經過光耦，反饋至主測控單元的I/O口，信息處理單元根據返回信息的不同I/O口實現對不同動作開關狀態的識別。

3.4 監控系統軟件實現

在智能開關柜分布式監控系統軟件實現方面，如采用專門開發的系統軟件，不僅開發周期長，成本投資以及后期維護工作量也比較大。為了滿足后續維護以及功能擴展的需要，本文設計采用靈活、高效、易于實現的組態軟件設計智能化開關柜分布式監控系統，系統結構示意圖如圖5所示。監控系統軟件設計應當遵循以下功能：

（1）系統測量信息顯示功能，可將實時數據庫中監視和控制數據進行顯示。

（2）系統控制操作，顯示相應的控制按鈕以執行對應的控制操作。

（3）遠端通信功能，可將實時數據庫與歷史數據庫中的信息經通信協議轉換上傳至監控中心。

軟件工作時采集的實時數據傳入實時數據庫和歷史數據庫。分布式系統軟件的數據顯示數據來源于實時數據庫。歷史數據庫存放畫面、歷史數據等信息。監控中心接收實時和歷史數據庫中的電量與非電量參數、報警信息等。

4 結論

本文對現有開關柜進行智能化改進，并提出一種分布式監控系統。該監控系統在單個開關柜層面上可實現自我診斷和控制功能，也可利用遠程監控中心實現對開關柜的控制，實現了測控分散，管理集中的目的。該系統不僅降低了巡檢人員的工作強度，還提高了開關柜在電網運行中的穩定性。

參考文獻：

[1]田朝陽，張杭，王建華.分布式控制系統智能化開關柜的監控級組態軟件[J].電器與能效管理技術，1998（04）：30-32.