智能電網中電力開關設備智能化發展研究

摘要：配電網在現代生活中扮演著至關重要的角色，而其中的開關設備則是配電網運行的核心。隨著信息化技術的不斷發展，人們正在逐步推動智能化開關設備在配電網中的應用。旨在通過對配電網智能化開關設備的類型分析，研究現有設備應用中存在的問題，并結合時代技術發展的特點探討配電網智能化開關設備的應用方法，這對配電網的發展和智能化設備的應用具有重要意義和現實價值。

關鍵詞：智能電網電力開關設備智能化發展

ResearchontheIntelligentDevelopmentofPowerSwitchgearinSmartGrids

LILeiSUNNing

（QingdaoTGOODElectricCo.，Ltd.，Qingdao，ShandongProvince，266100China）

Abstract：Adistributionnetworkplaysacrucialroleinmodernlife，andswitchgearisthecoreofitsoperation.Withthecontinuousdevelopmentofinformationtechnology，peoplearegraduallypromotingtheapplicationofintelligentswitchgearindistributionnetworks.Thisarticleaimstoanalyzethetypesofintelligentswitchgearindistributionnetworks，studyproblemsexistingintheapplicationofexistingequipment，andexploretheapplicationmethodsofintelligentswitchgearindistributionnetworksincombinationwiththecharacteristicsoftechnologicaldevelopmentintheera，whichhasimportantsignificanceandpracticalvalueforthedevelopmentofdistributionnetworksandtheapplicationofintelligentequipment.

KeyWords：Smartgrid;Electricity;Switchgear;Intelligentdevelopment

現代工業生產和日常生活高度依賴電力的供應，因此，我國構建了一個遍及全國的電力供應基礎設施網絡，來滿足國內的電力需求。在這個供應體系中，配電網絡扮演了核心角色，至關重要，它負責將電力資源有效地分配給各個終端用戶。然而，為了保證配電網的正常運行，大量的開關設備被廣泛應用。開關設備能夠控制電流的運行和分配，為配電網絡提供保護和監控功能。隨著信息化技術的發展和成熟，越來越多的行業都在進行自身的信息化改革，配電網也不例外。為了克服配電網管理的困難，人們正在推動智能化開關設備在配電網中的應用。智能化開關設備可以通過集成傳感器、通信模塊和控制系統，實現對電力設備的遠程監控、故障檢測和自動控制，提高配電網絡的可靠性和安全性。本文旨在探討電力開關設備智能化在智能電網中的應用和發展[1]。

1案例

陽城煤礦煤田南區，資源儲量1.33億t，可采儲量4606.9萬t，平均煤厚7.5m，屬低磷低硫氣煤。陽城電廠主要以煤矸石、中煤、煤泥等劣質燃料和礦井水作為再生資源發電，該變電站建成后將為選煤廠、施工混合井和回風立井提供電力保障。

該變電站為10kV智能變電站，10kV開關柜采用KYN28型開關柜，開關柜內斷路器配置電動底盤車，接地開關配置電動操作機構，滿足現場操作和遠程控制的要求。開關柜配置溫度在線監測功能，實現對斷路器動靜觸頭、柜體電纜部位測溫，實現分析故障及報警功能。高壓柜斷路器室及電纜室內配置有攝像頭，用于柜內設備運行狀況實時監控。

以上智能化功能由高壓開關柜廠家成套構建完整的系統，其中，高壓開關柜手車和接地開關的電動操作信號及溫度在線監測功能的信號上傳至站內綜合自動化后臺，站內綜合自動化后臺可對高壓開關柜手車和接地開關的電動操作，并監控柜內溫度；攝像頭信號上傳至視頻監控系統后臺。所有信號均須具備編碼功能，便于與智能化平臺的銜接。該智能化變電站為智慧化礦山建設奠定良好基礎。

2開關柜智能化設計

為便于封閉式金屬開關柜的日常運維工作，開關柜應就地按需配置智能組件設備，智能組件由人機交互裝置、智能操控與智能監測裝置組成，分別安裝在儀表柜門上和儀表室內。

2.1本地智能配電分析單元設計

（1）本地智能配電分析單元提供不小于12＂TFT彩色液晶數據顯示觸摸屏，對開關柜組合而成的配電系統進行可視化展示及人機交互。

（2）人機交互界面功能包括系統監控、平面布局、視頻監控、通信狀態、事件記錄、報警記錄、數據記錄、報表統計以及參數設置等功能[2]。

（3）能實時監測并顯示配電系統電參量數據、位置狀態信號、斷路器健康狀態、通信狀態、溫度、局放、事件記錄與報警記錄等信息，同時繪制并顯示溫升曲線、斷路器行程曲線、分合閘線圈電流曲線、儲能電機電流曲線、電動機構的電流曲線。

（4）能實現本地顯示開關柜斷路器室、電纜室熱成像與可見光視頻雙畫面，清晰地觀察斷路器、接地開關的運行狀況。

（5）能夠就地完成柜內設備的參數整定、歷史數據查詢與導出，且可以通過觸摸屏進行開關柜的分步控制與一鍵順序化控制。

2.2智能操控裝置設計

實時模擬圖像、溫度監測、狀態指示燈、帶電顯示、溫濕度的檢測與調節、語音防止誤操作提示、遠程/現場操作切換、斷線警告、網絡通信、彩色屏幕顯示等。

2.3電力綜合儀表設計

監測內容包含但不限于三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、有功電度、無功電度等參數，通過RS485/MODBUS通信接口上傳數據至人機交互裝置與集控后臺。

2.4一鍵順控技術要求設計

實現一鍵可視化多模式（運行、熱備用、冷備用、檢修狀態）倒閘操作，在一鍵順控操作過程中應實現軟件五防功能。對電機的控制實現軟起軟停功能，同時具有堵轉保護、超時保護，做到保護無死角、控制精確可靠。

2.5溫度傳感器設計

中壓開關柜在斷路器觸頭、電纜搭接頭節點處設置9點在線測溫傳感器，無電池的測溫傳感器利用被動式無線技術來傳遞信息，它通過CT供電方式獲取能量，便于日常的保養和替換。此外，該傳感器可以將溫度信息以無線的形式發送到智能控制設備，并在用戶界面及集中控制系統中展示[3]。

2.6智能監測裝置設計

智能監測裝置為高度集成的一體化監測控制單元，滿足就地采集柜內各類傳感器（分合閘線圈電流、儲能電機電流、斷路器機械特性）數據。

2.7在線監測要求

2.7.1機械特性監測

采用磁感應式角位移傳感器采集數據，進行實時綜合分析，判斷出開關的機械特性（合/分閘時間、合/分閘速度、觸頭開距、超行程、分閘反彈幅值、合/分閘過沖）。

2.7.2電氣特性要求

應能通過由霍爾傳感器對儲能電機的儲能時間、儲能電機的儲能電流（平均值/波形）、合閘線圈的動作電流（平均值/波形）、分閘線圈的動作電流（平均值/波形）進行采集。

2.8電機驅動控制設計

2.8.1能提供斷路器電動底盤車可選擇的自動控制功能

可以進行本地/遠程切換操作；具備電機卡死防護和故障警示功能，當檢測到進出動作過程中的阻力時，系統將發出警告信號，并即時切斷電機供電，以避免對相關機械鎖定部件造成損害；設有控制電流調整功能，當控制電流超出預設值時，會觸發電機卡死保護和故障警報功能；具有電機剎車及自動脫離功能：在電動底盤電動執行進出操作時若發生電機卡死，電動底盤應立刻停止移動，并通過電機反向旋轉使電動底盤返回到起始位置。

2.8.2能提供開關柜電動接地刀可選擇的自動控制功能

設備應配備電動機的堵轉保護和故障警示系統，這樣當接地開關的電動齒輪機構在運轉中遇到障礙時，能夠及時發出警報，并且可以切斷電動機的電源，避免電動操作裝置對其他機械零件造成進一步的損害。同時，該系統還應具備電動機的制動功能，確保接地開關在合閘或分閘到達終點后，電動機能夠準確停止而不會因為慣性繼續轉動導致卡住。能實現程序化的一鍵轉換多種模式功能，分別是運行、熱備用、冷備用、檢修。不論設備在何種狀態，如要轉到需要的狀態，只需要一鍵進行操作，4種狀態任意切換[4]。

2.9機械特性傳感器設計

為保障機械特性精度，應采用磁感應式角位移傳感器，更加準確地采集斷路器的機械特性數據，適應不同原理、品牌、型號的斷路器并將數據傳輸給智能監測裝置。

2.10霍爾傳感器設計

為保障測量電氣特性的精度及穩定性，要求霍爾傳感器接入智能監測裝置，實時監測開關柜內電氣特性（分合閘線圈電流及時間、儲能電機電流及時間），確保提前發現異常情況。

2.11局放監測設計

開關柜具備局放監測功能，采用TEV及超聲波傳感器，實時、準確地進行空間局放監測，及時預警絕緣故障。局放在線監測裝置通過對TEV和超聲波的信號強度的增量變化分析，判定局放狀態是否存在風險。增量算法可以消除開關柜運行的內外環境對采集信號的干擾，抗干擾能力強，能有效保證局放風險狀態判定的準確性。

2.12攝像頭設計

為保障遠程可視化操作，在斷路器室、電纜室安裝全金屬機殼的紅外視頻攝像頭，在獲取高清視頻信號的同時，也能采集紅外畫面，且能夠同時顯示出兩種畫面。紅外畫面溫度監測區域不少于10個，并能實時顯示區域溫度和生成相應的趨勢圖，熱成像分辨率不低于256×192，熱像圖像素不低于768×576。根據操作命令，聯動傳送相應位置的動作畫面，操作時能夠在現場人機交互裝置及集控后臺將畫面實時顯示出來，實現操作的可視化[5]。

2.13電動底盤車設計

斷路器手車配備電機驅動功能，實現遠方或就地集中控制，同時手動操作和電動操作必須能夠自由切換，且斷路器手車電機驅動功能依據NB/T42044《3.6kV～40.5kV智能交流金屬封閉開關設備和控制設備》進行試驗驗證。

2.13.1設有防誤閉鎖功能

當斷路器手車停在非工作和試驗的中間位置時，電動底盤必須通過機械聯鎖來阻止斷路器進行開關操作。如果斷路器處于通電狀態，那么斷路器和底盤需要有機械鎖裝置，以防止手車被移動。當手車位于工作位置或中間位置時，電動底盤應該有一個機械鎖，以避免電動快速接地開關被激活。只有當手車在試驗位置或檢修位置時，才可以允許電動快速接地開關進行合閘操作。如果電動快速接地開關已經合上，那么電動底盤應該有一個機械鎖來防止手車被移動。當斷路器手車被推進開關柜后，電動底盤應當有一個機械聯鎖裝置來確保手車不會從柜體上脫離。當手車位于中間位置或工作位置時，電動底盤應該有一個機械鎖來防止手車被意外移出開關柜。

2.13.2斷路器室關門操作閉鎖功能

只有在斷路器室門完全關閉時，開關才能執行插入或移除的操作。

2.13.3斷路器室門閉鎖功能

僅當斷路器手車處于試驗位置時，斷路器室門才可以被打開；斷路器手車進、出操作過程中或斷路器手車處于工作位置時，柜門不能被打開。

2.14電動接地開關設計

接地開關需要具備電動驅動功能，可實現遠方或就地集中控制，同時手動操作和電動操作必須能夠自由切換，且需要滿足《高壓交流隔離開關和接地開關》（GB14aS6dfFOwynkxtUUPYNCdxsLg56CMftura3b8l3zNKo=985-2004）的要求。

電動接地標記應安置于開關柜中部偏下位置，該電動接地標記本身帶有狀態指示功能，同時在控制室的面板上需設有表示電動接地標記開啟或閉合狀態的信號燈。電動接地標記的操作過程，包括開啟和閉合的狀態變化，都必須通過相應的信號燈來反映其真實情況，以便于維護人員通過觀察窗檢視接地開關3個相位的接觸情況，從而方便進行設備檢修。

3結語

智能化開關設備融合數字化技術和物聯網技術，實時監測、全面感知設備運行狀態，提高運行效率，保障設備安全。能夠對現場設備數據實時采集并全面分析預處理，上傳能源平臺，提前告警，實現能耗異常分析統計。能夠對設備系統運行的過程數據全面診斷分析，診斷設備故障，評估設備健康度，能源可視、智能運維、無人值守，延長資產使用周期。

參考文獻

[1]彭在興，王頌，陳曦.新電改背景下電力設備智能化研究[J].高壓電器，2020，56（6）：1-6，12.

[2]楊挺，趙黎媛，王成山.人工智能在電力系統及綜合能源系統中的應用綜述[J].電力系統自動化，2019，43（1）：2-14.

[3]陳錦榮，廖峰，王帥兵，等.基于智能電網發展的城市配電網改造研究[J].工程抗震與加固改造，2023，45（2）：1.

[4]楊勁松.智能電網中變電一次設備工程設計與管理要點[J].工業建筑，2022，52（12）：24.

[5]史玉良，張坤，榮以平，等.智能電網系統中費控服務的優化調度研究[J].計算機學報，2020，43（2）：272-285.