智能配电网中智能中压开关柜关键技术研究

智能配电网中智能中压开关柜关键技术研究作者：黄舰蔡春荣赖姝妍

来源：《科学导报·学术》2019年第08期

摘要：智能化电网的运用，能够有效提升电网的安全性以及稳定性，由此可见，开展智能电网的研究工作势在必行。目前，我国和配电网相关的研究多数都侧重于配网自动化领域，在智能电网开关装置方面的研究比较少，智能开关装置是常规开关装置结合计算机及数字处理技术而发展起来的一种前沿开关电器。鉴于此，本文就智能配电网中智能中压开关柜关键技术展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

关键词：智能配电网；智能中压开关柜；开关电器

1.中压开关柜智能化

第一，中压开关柜中的智能监控装置采用LED显示屏，它的主要功能是模拟开关的动作状态和接线图，也可以显示中压开关柜中的各种数据信息，并且还能通过颜色来区分开关中接地状态、带电状态和不带电状态。

第二，中压开关柜中的智能监控设备的通信过程依靠永磁驱动控制器来完成，它能检测断路器的工作状态，也能实时了解到断路器的结构。通过一定的曲线显示出电力系统中电流流动的辩护情况。通过峰值的变化来表示机构的卡滞问题。智能化的中压开关柜与传统的中压开关柜最大的不同是智能中压开关柜能根据数据信息来显示中压开关柜中的各项设备的运行情况。比如利用故障开断频次和正常开断频次的适量变化来预测断路器的触头的使用寿命。以智能化、在线的方式检测出中压开关柜的耗电管理、基础状态检测和通信等功能。智能化的监控设备动态、实时地检测出中压开关柜的各项数据运行情况，有助于工作人员及时发现故障，解决故障，保证电力系统的正常运行。

第三，中压开关柜中的智能监控设备上连接了无线温度和无线湿度传感器，每个中压开关柜的监控单元中可以连接最多15个温度传感器。全方位地测试出不同柜的温度，方便建立更加具体形象的温度数值曲线。中压开关柜使用者可以通过自行设置温度传感器的临界值，使传感器帮助用户检测中压开关柜的温度，当温度超过临界值时自动发出警报，能预防火灾等重大事故的发生。

2.智能中压开关柜的总体设计

2.1智能中压开关柜的开发目标及基本功能

现阶段，SC智能化要求的功能与内容具有多元化特性，目前还没有相应的规范。不过，对于Intelli-gence-SC而言，不仅要匹配于常规SC功能的基本要求，同时还要使其具备自检与自控能力，进而达到配电网综合自动化的要求。为了达到自检与自控的目的，在对

Intelligence-SC的设计过程中要主要侧重于在线监测功能和通信功能。Intelligence-SC的数据通信从下至上分为下述几种：Transducer将检测的信号传输至CCU；CCU与本地人机模块信息交互；CCU与后台管理系统的信息交互；自动控制功能；数据管理功能。Intelligence-SC需要对相关运行数据予以录入及显示。举例说明：在过载、过湿以及真空度骤降等问题发生时，监控系统要第一时间记忆故障时刻与种类。

2.2智能中压开关柜的整体结构

设计的Intelligence-SC的监测系统包括两层。底层也就是SC所装配的现场监测单元，其对反映SC状态的模拟信号及开关量予以搜集、处理与故障分析、故障报警显示，同时能够把所采集及处理后的参数传输至后台管理设备。后台管理设备为工控机，其通过下位机传输的相关数据，构建整个变电站的数据管理机制，经查询、调用各SC的参数，进而达到对全站SC 的监测与管理。后台管理机与现场SC监测模块间经现场总线予以数据的采集及命令控制。Intelligence-SC各现场监测单元按功能可分为输入单元、中央控制单元、开关量输出单元、人机交互单元以及通信模块。输入单元即为被测现场参量的入口路径，是将被测现场参量转换为cpumodule端的功能部件；cpumodule即为监测模块的基础，需要进行对搜集信号分析的任务，在此基础上完成SC运行状态与运行故障的分析，同时负责上级管理中心给出的操作指令与对参数予以存储的功能；开关量输出单元接收中央控制模块输出的一切指令，在此基础上完成对SC的操作控制；人机交互模块进行数据的显示以及报警；通信模块即监测模块是否可以达到网络化的核心环节，用于完成现场监测模块和后台管理机间相关信息的传输。因为现阶段Intelligence-SC并没有相对统一的指标，所以要尽可能择取智能控制设备和保护装置并列运行的设计方案。

3.智能中压开关柜的关键技术

3.1传感器技术互感器

在之前电力系统当中起着测量和保护的作用，通常情况下都是电磁式的。但是一部分继电保护装置较为复杂，不但要能够对电流的突变率进行很好的反应，还要能够将相位和被形反映出来，因此之前用到的电磁式互感器对于现阶段多功能的高压开关设备已远远不够。这就在传感器技术方面有了更高的标准。现阶段光纤技术得到了一定的进步，逐渐产生了基于法拉第旋光效应的光电互感器和光电传感器（OCT）。现阶段投入应用的光学电流互感器因为具备着抗电磁干扰能力强、较宽的测量范围、简单可靠的绝缘性能等优势，并且其本身质量轻、体积小、便于运输，已经广泛地应用到了中压开关设备中。

3.2中压开关柜智能控制技术

传统的开关柜在保护方面对一部分的电气参数和状态量进行处理，能够很好地将电流和电压结合在一起，并将分闸、合闸的指令准确地发布出去。以中压开关柜为例，因为有大量的传感器安装在其内部，所以必须要将传感器所采集到的数据进行处理，并根据处理结果对故障进

行分析诊断。在本质上中压开关柜属于智能化微系统中较为常见的类型，主要由前置机，后台机以及传感器等构成。之前的前置机在处理单元以及数据收集方面往往比较单一，与之相比，中压开关柜的前置机不但要承担数据的存储、处理以及长传工作，还要对后台所下达的指令严格执行，并协调不同设备之间的具体工作现象。再者，为了让管理界面变得更加清晰，还能够试着暗转专业数据处理终端至断路器上，通过RS-485通信网络和前置机将其连接起来。另外，中压开关柜还可以进行数据分析、对系统进行管理，并在对相应的故障做出诊断的同时下达相关的控制指令等。和传统的保护装置相比，中压开关柜后台机不但可以对本柜设备进行有效的管理，还可以实现柜与柜互相交换数据与通信的目标。

3.3状态监测和故障诊断技术

配电网的智能化主要表现在对设备进行在线监测及故障诊断方面。就像在对功率和功率因数、电流还有电压以及电网频率和断路器合/分工作状态进行检测；对短路、过电流、电机起动、不平衡运行、欠电压、接地等进行保护；对远方断路器的操作进行控制等。通过利用相应的通信手段将其很好地结合在一起，完成微机对变电站的几种控制。另外数据的采集和处理以及信号的变送和故障方面的分析诊断构成了中压开关设备在线监测系统。其应用的较为广泛的几项检测分别为绝缘性能监测、机械性能监测和电气性能监测。

结语

智能开关柜在输配电系统中逐步推广起来，虽然目前智能化开关柜取得了可喜的发展，但是仍存在一些问题，比如一、二次元件属于不同的生产厂家，其考虑问题的角度会有所不同，故在以后的配合中还需要相互磨合，不断改进，使得国家电力系统的运行得以长期持续稳定。后期需要大量的资金和人力投入到研究工作中。

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（作者单位：国网四川省電力公司广元供电公司）