智能變電站中壓開(kāi)關(guān)柜智能化及改進(jìn)探討

彭文樹(shù)

摘要：低壓開(kāi)關(guān)柜是配電網(wǎng)中的關(guān)鍵控制設(shè)備，其內(nèi)部集成了大量線路和電力電子元器件，一旦出現(xiàn)故障將造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，智能電網(wǎng)開(kāi)始走進(jìn)人們的視野。在電力系統(tǒng)中，要加強(qiáng)開(kāi)關(guān)柜智能化建設(shè)，保證中壓開(kāi)關(guān)柜功能穩(wěn)定，這樣才能更好地開(kāi)展智能電網(wǎng)建設(shè)。

關(guān)鍵詞：智能變電站;中壓開(kāi)關(guān)柜;智能化

智能電網(wǎng)即電力網(wǎng)絡(luò)的智能化，是指在集成高速通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，運(yùn)用先進(jìn)的傳感、測(cè)量技術(shù)與設(shè)備以及控制方法和決策，實(shí)現(xiàn)多電網(wǎng)的智能化運(yùn)行。電力開(kāi)關(guān)設(shè)備智能化以智能電網(wǎng)為依托，實(shí)現(xiàn)其堅(jiān)強(qiáng)、自愈、兼容、經(jīng)濟(jì)、集成等特征。堅(jiān)強(qiáng)性是指防范極端環(huán)境條件，抵御人為破壞，保障信息安全;自愈性是指連續(xù)的在線評(píng)估，預(yù)防控制，自動(dòng)隔離和恢復(fù);兼容性是指分布式監(jiān)測(cè)，遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)和控制;集成性是指流程化、規(guī)范化、精細(xì)化和綜合監(jiān)測(cè)與控制，海量信息再處理和簡(jiǎn)潔顯示;經(jīng)濟(jì)性是指降低運(yùn)行和維護(hù)總費(fèi)用，提高供電可靠性。

一、低壓開(kāi)關(guān)柜概述

低壓開(kāi)關(guān)柜是一種在柜式封裝空間內(nèi)集成電力電子元器件的復(fù)合式設(shè)備，它主要工作于配電系統(tǒng)中，可以完成數(shù)據(jù)的采集、傳輸和控制等功能，是電力配電的重要環(huán)節(jié)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日益發(fā)達(dá)的今天，智能型開(kāi)關(guān)柜正在逐步取代傳統(tǒng)的非智能開(kāi)關(guān)柜。智能化的開(kāi)關(guān)柜充分利用了現(xiàn)場(chǎng)總線、數(shù)字傳輸、通信網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線傳統(tǒng)等技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，集遙測(cè)、遙調(diào)、遙控、遙信等功能于一身，只需在上位機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單操作即可掌握遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)柜設(shè)備的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。一旦智能開(kāi)關(guān)柜中有設(shè)備出現(xiàn)故障，控制器會(huì)快速控制斷路器將故障源斷開(kāi)，同時(shí)將故障詳細(xì)信息發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，以便快速安排技術(shù)人員前往現(xiàn)場(chǎng)維修，不僅提高了維護(hù)效率，也降低了電力系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

二、傳統(tǒng)中壓開(kāi)關(guān)柜存在的問(wèn)題

在電力系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)柜是重要的電氣設(shè)備之一。開(kāi)關(guān)柜可以有效保證電力系統(tǒng)安全，通過(guò)切斷故障的方式對(duì)系統(tǒng)形成有效保護(hù)。開(kāi)關(guān)柜的外部電線會(huì)進(jìn)入到內(nèi)部主控開(kāi)關(guān)，經(jīng)由主控開(kāi)關(guān)再傳送到其他開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)柜可以連接線路，也可以及時(shí)關(guān)閉存在故障的設(shè)備，及時(shí)隔離故障線路。傳統(tǒng)的中壓開(kāi)關(guān)柜主要是由避雷裝置、二次設(shè)備、互感器、斷路器以及隔離刀閘組成。中壓開(kāi)關(guān)柜利用這些設(shè)備可以保證數(shù)據(jù)得到有效的采集和處理，一旦電力系統(tǒng)有故障，就可以利用中壓開(kāi)關(guān)柜的繼電保護(hù)裝置保證電力系統(tǒng)安全。通常要對(duì)電纜形成監(jiān)控，避免電纜遭到損傷，這就需要二次設(shè)備與斷路器的支持，這兩個(gè)部分分別要通過(guò)監(jiān)控、保護(hù)等方式確保信號(hào)得到有效傳輸，還要提高電纜的安全性。對(duì)信號(hào)進(jìn)行控制時(shí)，可通過(guò)相應(yīng)的保護(hù)裝置或者工作人員進(jìn)行操作，而且會(huì)有特定的指令，斷電器會(huì)根據(jù)指令分別完成相應(yīng)的操作。主體控制室會(huì)在一系列操作結(jié)束后收到相應(yīng)的信號(hào)，了解系統(tǒng)的狀態(tài)。要傳統(tǒng)定期檢查和維修中壓開(kāi)關(guān)柜，確認(rèn)其工作狀態(tài)，一旦發(fā)生問(wèn)題就要及時(shí)解決。對(duì)傳統(tǒng)中壓開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行檢修時(shí)，通常需要采取大范圍停電的方式，這樣雖然可以保證開(kāi)關(guān)柜的問(wèn)題得到解決，但卻影響用戶用電，因此，傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜造成的一系列問(wèn)題不容忽視，迫切需要更加先進(jìn)的技術(shù)予以改進(jìn)。因電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，開(kāi)關(guān)柜需不斷走向智能化，因此，加強(qiáng)中壓開(kāi)關(guān)柜智能化建設(shè)，積極改進(jìn)現(xiàn)有問(wèn)題，充分利用智能化技術(shù)保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

三、智能化電力開(kāi)關(guān)設(shè)備作用

1.對(duì)設(shè)備資產(chǎn)管理全面支持。能夠維護(hù)和存儲(chǔ)自身各部件、元器件的詳細(xì)資產(chǎn)信息;保存設(shè)備內(nèi)部元件、結(jié)構(gòu)變更記錄;支持設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)的調(diào)用和編輯;支持本地資產(chǎn)（物料）信息的顯示。

2.對(duì)設(shè)備檔案管理系統(tǒng)支持。能夠完整保存設(shè)備從制造到報(bào)廢全過(guò)程的檔案信息（原理圖、接線圖、檢驗(yàn)測(cè)試報(bào)告、證書(shū)、憑證）;遠(yuǎn)程監(jiān)控終端實(shí)時(shí)查閱存儲(chǔ)在設(shè)備內(nèi)的各種設(shè)備檔案信息，并可編輯、打印，猶如在本地計(jì)算機(jī)磁盤(pán)一樣方便。

3.日志管理。日志管理更加全面和詳細(xì)，本地不間斷存儲(chǔ);完整重現(xiàn)設(shè)備一生所經(jīng)歷的各種事件（如分閘、合閘、儲(chǔ)能、地刀分/合、系統(tǒng)上電/掉電等）。

4.通信技術(shù)。至少支持以IEC61850為核心的通信協(xié)議，完整傳輸設(shè)備信息。

5.檢修維護(hù)向?qū)АＤ軌蚋鶕?jù)設(shè)備自身狀況提出檢修、維護(hù)建議;為檢修、維護(hù)操作提供明確而具體的操作指導(dǎo)，即使操作人員對(duì)設(shè)備毫無(wú)經(jīng)驗(yàn)也可以立即開(kāi)展工作。

四、中壓開(kāi)關(guān)柜智能化的改進(jìn)

1.磁驅(qū)動(dòng)控制器

在進(jìn)行中壓開(kāi)關(guān)柜智能化建設(shè)的過(guò)程中，需要提高設(shè)備的通信功能，并實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控，及時(shí)對(duì)斷路器進(jìn)行檢測(cè)，了解其實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。完成一系列通信功能的主要設(shè)備就是永磁驅(qū)動(dòng)控制器，斷路器的各種狀態(tài)可以通過(guò)這一設(shè)備得到全面的檢測(cè)，同時(shí)還可以通過(guò)這一設(shè)備對(duì)電力系統(tǒng)中的電流流動(dòng)情況進(jìn)行展示。與傳統(tǒng)的中壓開(kāi)關(guān)柜相比，智能化開(kāi)關(guān)柜可以及時(shí)對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解每一項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，而且信息大多是以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方式展示，具有很高的時(shí)效性。此外，斷路器的使用壽命也可以得到有效的預(yù)測(cè)。通過(guò)在線智能化檢測(cè)的方式，可以及時(shí)了解到中壓開(kāi)關(guān)柜的耗電情況，對(duì)其基礎(chǔ)狀態(tài)進(jìn)行有效的檢測(cè)，并保證其通信功能正常。同時(shí)，智能化監(jiān)控設(shè)備還可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，保證中壓開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)能夠及時(shí)被工作人員所了解。一旦發(fā)現(xiàn)故障，就可以在第一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行解決，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行。

2.圖像數(shù)據(jù)處理

在關(guān)鍵監(jiān)測(cè)位置安裝圖像傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)控開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行時(shí)柜內(nèi)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、手車位置等信息。開(kāi)關(guān)柜內(nèi)空間狹小，母線元件等交錯(cuò)干擾，照明燈覆蓋存在死角，圖像傳感器得到觀測(cè)圖像不易識(shí)別，可增加關(guān)合及位置等標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)點(diǎn)，以便通過(guò)比對(duì)特征點(diǎn)與圖像傳感器的相對(duì)位置來(lái)判斷關(guān)合及位置是否到位，也可使用圖像增強(qiáng)技術(shù)，使柜內(nèi)成像清晰可辨。

3.溫度監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)

溫度監(jiān)控模塊主要由通信接口、電源模塊、信號(hào)采集單元以及開(kāi)關(guān)量輸出等部分組成。智能開(kāi)關(guān)柜直接由主母線引出220V交流電源線，首先由變壓器對(duì)高壓信號(hào)進(jìn)行降壓，再采用LM3173芯片對(duì)輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓調(diào)節(jié)，最后為單片機(jī)提供最佳的工作電壓和電流。這種設(shè)計(jì)無(wú)需引入外部電源，避免了重復(fù)更換和維護(hù)蓄電池的麻煩。溫度采集單元采用了MF521033950型熱敏電阻，該器件在常溫下的電阻值約為10k，或以滿足-20-120℃的快速溫度響應(yīng)，測(cè)量精度也比較高，同時(shí)具有非常緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不占用過(guò)多空間。熱敏電阻將溫度變化轉(zhuǎn)化為阻值的變化，最后通過(guò)電流變換到電壓信號(hào)，再由高精度A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字化，完成溫度的采集。單片機(jī)與傳感器之間采用RS232串行通訊，單片機(jī)根據(jù)傳感器地址來(lái)識(shí)別傳感器，并對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，當(dāng)溫度超過(guò)閾值時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)扇進(jìn)行散熱;當(dāng)溫度低于閾值時(shí)，啟動(dòng)加熱器進(jìn)行升溫，使低壓開(kāi)關(guān)柜始終工作在最佳條件下。在發(fā)生故障或定期停電維修期間，需要對(duì)遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行遠(yuǎn)程分合閘，采用繼電器可以實(shí)現(xiàn)該功能。本系統(tǒng)采用TLP521型繼電器，該器件是一種光電耦合器，具有光電隔離的好處。將繼電器與IP控制設(shè)備相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的分合閘控制。

小結(jié)

隨著現(xiàn)場(chǎng)總線、數(shù)字傳輸、通信網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線傳統(tǒng)等技術(shù)的快速發(fā)展，許多電力設(shè)備制造企業(yè)開(kāi)始投入大量的資金對(duì)新型智能開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行研發(fā)，不斷采用新技術(shù)新工藝，低壓開(kāi)關(guān)柜變得越來(lái)越智能化，為智能電網(wǎng)和其它電氣系統(tǒng)的建設(shè)注入了新的活力。所以，需要采取有效的方式進(jìn)行改進(jìn)，采取動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的方式得出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，有效反映出開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)，保證我國(guó)電力系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定安全，造福更多人民。

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