智能化開關柜的應用及質量控制措施
——以某發電廠為例

肖忠杰

廈門ABB開關有限公司，福建 泉州 362000

0 引言

隨著我國信息化網絡技術的迅猛發展，數字化技術中的自動化技術逐漸在我國社會各領域普及，其中，電氣自動化的發展尤為突出。以高壓開關柜為例，智能化、信息化已經成為高壓開關柜的發展趨勢，智能化開關柜得到了應用與推廣。集現代化先進技術于一體的智能化開關柜是傳統高壓開關柜控制方式的優化，其簡化了配電控制環節，在普通開關柜的基礎上與計算機網絡、智能化監控模塊相結合，可以有效監測高壓開關柜的電流、電壓、一次回路和二次元件的器件等開關柜信息。在配電控制領域，智能化開關柜具有“一次投資，終身受益”的優點。因此，為保證發電廠高壓開關柜的安全，應強化智能化開關柜的應用與設計。

1 智能化開關柜及其發展

1.1 智能化開關柜的定義

智能化開關柜是指高性能、高可靠性，具有一定自我診斷、自動控制性能和網絡通信能力的電力設備。在發電廠中應用智能開關柜可以遙測相關電力系統和開關，遙控站號、開關號、合分閘等信號，以及各種智能模塊的運行參數。智能開關柜是新時期發電廠實現良好運行狀態及創新發展的關鍵設備。

1.2 智能化開關柜的發展歷程

固定式結構—落地手車式結構—中置結構是我國開關柜的結構演變順序，隨著結構形式的發展，開關柜的性能不斷優化[1]。

我國最初缺乏開關柜設計的經驗，相關設計主要汲取了蘇聯的經驗，設計出來的開關柜雖然可以優化傳統的配電控制方式，但整體性能較差，經常發生故障，不僅增加了維修成本，還嚴重影響供電效率。隨著科學技術的不斷進步，我國逐漸可以自主研發適合本國發展實際需求的開關柜，對斷路器的研究也取得了突出成效，實現了少油狀態性質的斷路器向性能更優的真空狀態斷路器的轉變。基于我國現代智能化技術的不斷深入發展，智能化開關柜開始投入使用，其外觀小巧，在配電控制上實現了自動化、智能化，實現了遠程操控，結構上也發展為比較先進的中置結構[2]。

2 智能化開關柜的特點與構成

2.1 智能化開關柜的特點

（1）智能控制。智能化開關柜的最大特點是實現了高壓開關柜控制方式的智能自動化。智能化開關柜借助計算機網絡，配電控制方式由傳統人工控制轉變為自動化控制，供配電監測實現了數字化，數據信息與故障檢測也實現了集成化與實時化[3]。

（2）使用新型材料。隨著我國對智能化開關柜項目研發的不斷深入，對開關柜材料的重視程度開始提高。研究成果表明，使用新型材料制造開關柜可以在極大程度上減小開關柜的體積，采用智能化技術能在確保開關柜體積縮小的同時，增加供配電回路，從而保證智能化開關柜的整體功能效值[4]。

（3）運維成本低。智能化開關柜可以在線監測與評估設備實際狀況，延長設備的無故障運行時間，提升故障響應速度，降低設備的生命周期成本。同時，可以最大限度地保障運行人員安全，這將為企業帶來良好的經濟效益和社會效益[5]。

（4）安全性高。傳統配電控制方式由于控制邏輯復雜等特征，存在著大量的安全隱患，極易造成設備故障，導致高壓開關柜的工作出現問題。智能化開關柜可以彌補傳統配電控制方式的不足，通過簡化配電控制模式及引進先進技術，提高供配電的安全性。

2.2 智能化開關柜的構成

（1）遠方終端。配電變壓器檢測終端、開閉所、開關監控終端等均為遠方終端，主要用于電力配電過程中的數據采集、收集、傳輸、系統維護與控制等。

（2）中心站。中心站的主要功能是處理下屬主站相關信息、管理與監視電力傳輸安全。

（3）主站。主站主要負責故障處理，系統控制，數據的采集、處理和傳輸等。

（4）中壓監控單元。中壓監控單元的主要功能是匯集信息、處理信息、監視通信及處理故障。

也有部分電力單位的智能化開關柜的電力配電自動化系統由配電SCADA、故障管理、負荷管理、自動繪圖和設備管理及配電網高級應用等模塊組成。

3 智能化開關柜的基本配置

（1）MT585智能監控單元。MT585智能監控單元的主要結構包括溫度實時監測、斷路器手車、接地開關控制、二次元件檢測、斷路器特性監測等模塊。MT585智能監控單元是智能化開關柜最關鍵的基本配置，可實現高壓開關柜的數據交換與控制。

（2）iVD4智能斷路器。在發電廠的實際應用與設計中，iVD4智能斷路器的主要功能是實時監測斷路器的運行數據與運行狀態。隨著智能化、自動化技術在iVD4智能斷路器中的應用，iVD4智能斷路器在原配置的基礎上新增了智能壓力傳感器與霍爾傳感器等配置。

（3）專家系統。在智能化開關柜中，設計專家系統的目的主要是全方面掌控相關設備的監測曲線，如MT585智能監控單元等主要構件的監測曲線。

（4）在線監視系統。在線監視系統是智能化開關柜的主要配置之一，可以幫助相關工作人員在視況不好的情況下掌握開關狀態，確保發電廠開關柜的安全性能與使用性能。

4 應用智能化開關柜的注意事項

（1）傳統開關柜在配電控制時需要現場控制，而智能化開關柜可以實現遠程操控功能。因此，在電氣二次設計時應側重觀察與掌握MT585智能監控單元內的手車電機與接地電機的臨界值。

（2）智能化配電控制方式雖然極大限度地提升了發電廠開關柜的性能，但在實際運作中存有一定的誤操概率。為有效避免誤操，應新設斷路器常閉接點。

（3）設計DCS IO時，應考慮智能化開關柜與傳統開關柜的不同，立足智能化開關柜的實際需求，適當地增加DI與DO。

5 智能化開關柜的具體應用

5.1 在線監測

（1）關鍵點溫度監測。監測六相斷路器梅花觸頭、三相母線分支銅牌、三相相電纜、低壓室的溫度。

（2）一次電流監測。監測三相負載電流與三相開斷電流。

（3）二次元件狀態監測。監測儲能電機的電壓、電流波形、儲能時間，合分閘線圈的電壓、電流波形，以及輔助開關的狀態。

（4）機械特性監測。監測合分閘時間、合分閘速度、超行程、彈跳等。

5.2 智能化調控

智能化開關柜與僅具備一個數據采集處理單元的傳統開關柜不同，其具有MT585智能監控單元，同時還能夠基于前置機、傳感器和后臺機，實時監測、采集與上傳數據，從而通過數據自動化輸出控制命令，進而完成供配電系統的智能化調控。

6 智能化開關柜的質量控制措施

以某發電廠主要應用的智能化開關柜產品為例，開關柜的構建名件與相關標準如下。壓氣式負荷開關（GB/T 3804—2017、IEC 60265—1）；壓氣式組合電器（GB 16926—2009、IEC 62271—105）；真空負荷開關（GB/T 3804—2017、IEC 60265—1）；真空斷路器（GB 1984—2014、IEC 62271—100、JB/T 3855—2008）；低壓配電柜（GB 7251.1—2013、IEC 60439）；低壓無功率補償裝置（GB/T 15576—2020）；環網柜（GB/T 3906—2020、IEC 62271—200、DL/T 537—2018）；中置柜（GB/T 3906—2020、IEC 62271—200、DL/T 404—2018）；手車柜（GB/T 3906—2020、IEC 62271—200、DL/T 537—2018）；固 定 柜（GB/T 3906—2020、IEC 62271—200、DL/T 537—2018）。

6.1 外殼質控

智能化開關柜的外殼是保護內部零件的核心，開展外殼質控是實現智能化開關柜質量控制的基礎。外殼質控的數據標準分為IP2X、IP3X、IP4X、IP5X四個級別，分別對應防止固體異物進入與防止危險接近的標準如下：＞12.5 mm的物體，防止手指接近（直徑為12 mm、長為80 mm的食指）；＞12.5 mm的物體，防止工具接近（直徑為2.5 mm、長為100 mm的試棒）；＞1.0 mm的物體，防止導線接近（直徑為1.0 mm、長為100 mm的試驗導線）；塵埃（不完全，但不影響設備運行或危及設備安全的塵埃），防止導線接近（直徑為1.0 mm、長為100 mm的試驗導線）。

發電廠在開展智能化開關柜外殼質控時，需要結合外殼質控數據標準，選取冷軋板作為低壓電氣成套產品的外殼材料，選取2 mm的鍍鋅板作為智能化開關柜的外殼材料。與此同時，發電廠需要在采購鍍鋅板與冷軋板時開展詳細的市場調研活動，調研內容包括原料商資質、產品銷售情況、行內評價、價格、產品質量等，然后依據調研結果選擇鍍鋅板與冷軋板商家。調研活動的有效開展能夠在根源上確保產品外殼的質量，從而為外殼質控提供保障。

6.2 絕緣材料質控

絕緣子、穿墻套管、絕緣板、絕緣支撐等均為絕緣材料質控的內容，開展絕緣材料質控一方面能夠保障智能化開關柜的整體性能安全，另一方面能夠確保智能化開關柜的使用安全。該發電廠采用了耐壓實驗與阻燃性實驗檢驗智能化開關柜的絕緣材料質量，實驗結果表明，智能化開關柜的絕緣材料符合標準要求。要想進一步加強絕緣材料質控，可以在絕緣材料外表層涂抹絕緣漆。

6.3 銅母線質控

要想充分發揮智能化開關柜的價值，需要使用銅母線，銅母線是保證智能化開關柜有效輸送電流及連接電氣設備的核心。一旦在智能化開關柜的運行中銅母線出現質量問題，將直接導致產品無法繼續運行，甚至影響其他電氣設備的正常運行。基于此，在智能化開關柜質量控制中，需要加強銅母線質控，具體要求如下。

（1）確定母線相序排列與顏色。母線的相別分別為A、B、C、中性線、接地線；顏色分別為黃、綠、紅、淡藍、黃綠相間；垂直位置分別為上、中、下；水平位置分別為遠、中、近；引下線分別為左、中、右。

（2）優化母線搭接面處理。整平母線搭接面；進行壓花處理（＞40 mm母線搭接面）；進行搪錫、搪銀處理。

（3）母線搭配。連接母線與螺栓時必須從下至上，緊固后露出3扣；連接母線與螺母時必須在母線上設置平墊圈；連接完畢的螺母位置應在維護側；平墊圈一定不能形成閉合磁回路，間距需保持在3 mm以上。

（4）抽檢。一方面，統計記錄智能化開關柜的所有相關參數，將各參數值與國際標準、國家標準、行業標準、地方標準、企業標準依次對比，以此判斷智能化開關柜的質量是否合格。另一方面，采取隨機抽樣方法，在同一批次的智能化開關柜中抽取規定數量的產品，進行全方位的質量檢查，并根據抽樣質檢結果判斷該批次所有產品是否達標。目前，該發電廠在質檢過程中依據的是ISO 9000族標準，核心標準為《質量管理體系 基礎和術語》（GB/T 19000—2016）、《質量管理體系 要求》（GB/T 19001—2016）、《管理體系審核指南》（GB/T 19011—2021）,其他標準包括《測量管理體系標準》（ISO10012），技術報告包括ISO/TR1006、ISO/TR1007、ISO/TR10014、ISO/TR10015，手冊為《質量管理標準選用與使用指南》。

7 結束語

綜上所述，隨著互聯網時代的不斷發展，自動化、信息化、數字化技術在燃機電廠中的應用愈發突出，效果也尤為顯著。其應用不僅可以確保供配電系統的安全性，減少故障發生概率，還能夠通過智能化調控技術根據所監測到的數據自動輸出命令，從而極大限度地提高相關設備的工作效率。