探讨中压开关的自动化应用与发展

探讨中压开关的自动化应用与发展

发表时间：2017-08-16T15:32:26.383Z 来源：《基层建设》2017年第12期作者：匡竟成

[导读] 摘要：随着科学技术的发展，实现中低压配电网的自动化、智能化已成为电力系统发展的趋势。

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摘要：随着科学技术的发展，实现中低压配电网的自动化、智能化已成为电力系统发展的趋势。在我国，配电网自动化建设经过近20年的研究和实践，取得了初步成效，特别是随着近几年智能电网建设的逐步深入，中低压配电网的自动化、智能化问题越来越受到广泛的重视，而各种类型的开关柜作为智能电网的一个组成部分，也成为被研究的对象之一。

关键词：自动化；开关设备；应用；发展

前言

随着科学技术的发展，智能化的概念已经出现在电力行业的发展规划之中，并已逐渐深入到社会经济与生活的各个方面。配电网的自动化是实现智能电网的核心环节，而配电网自动化的实现则需要以中压开关的智能化为前提条件。中压开关设备在配电网中是对电能进行传输、分配与控制的设备，其智能化水平的高低以及应用状况的良好与否对智能电网能否实现起着直接影响作用。

1、中压开关自动化现状分析

目前柜智能化操作功能的实现已成为开关柜制造领域的一个热点。比如10kV中置柜断路器中压开关和接地开关的电动操作及程序化操作已开始被应用在变电站的设计中。采用这种开关柜的配电室可以通过预先设计好的程序实现断路器小车的移动、断路器分合闸、接地开关分合闸的一键式电动操作，从而真正解决整个配电室的自动化操作问题。

但是对于采用负荷开关柜的配电室，特别是分散的各个用户的配电室的配电自动化问题，却没有一个统一的技术原则。实际上对于许多小容量（小于1000kVA）的用户来说，变压器高压侧的保护和控制都采用负荷开关柜形式，而对于10kV开闭所，一般馈线回路也采用负荷开关柜的形式。这种形式的开关柜除了采用高压熔管来对短路故障进行保护外，其他的一些控制功能，如过流保护、零序保护、变压器瓦斯保护等都采用常规继电器来实现，而对于分散的各个用户的配电室甚至这些也不考虑，因此更不用谈整个配电室的自动化问题。而如果采用断路器柜上的微机保护装置，首先成本太高，其次保护装置中的短路保护功能等许多功能无法使用，十分浪费资源。

用PLC来实现对中压负荷开关柜的自动控制功能，具有成本低、控制功能强等特点，并且可以为将来实现配电网自动化提供接口。基于PLC的自动控制实现方案，完全可以满足中低压配网自动化的特殊要求。它具有以下特点和优势：硬件结构简单、可靠性高、完全免维护；规模可大可小，只需将 PLC的扩展模块连接在一起，就可以实现遥控点、遥信点、遥测点的增加；编程实现各种功能，免硬件调试；价格低廉。因此采用PLC装置来实现对中压负荷开关柜的自动控制具有光明的应用前景。

2、中压开关自动化控制方案应用

采用PLC装置来实现中压负荷开关柜的控制自动化，除了可以完成原来采用常规继电器来完成的各种分合闸、保护等控制功能外，还可以通过编程来实现整个配电室开关柜的一系列自动化操作功能，并可以通过通信接口实现“三遥”功能。

国内市场上的PLC产品从简单到复杂，都自成系列，可以满足不同应用的特殊要求。大多数中低档次的PLC产品，都包含有离散点输入和输出（点数的多少可以依据应用情况增减）、模拟采样输入、时钟、通信等功能。利用这类PLC的现成功能，可以方便地实现中压负荷开关柜的“三遥”功能，即通过PLC的通信功能来实现和主机的通信，并使用PLC的离散输入点来实现遥信、用PLC的离散输出点来实现遥控、用PLC的模拟采样输入来实现遥测。完成这些功能，都无需额外的硬件，只需根据配电室的实际情况，对PLC进行简单编程即可。

在实际应用中，每一个配电室只要采用一套PLC装置即可实现对全部开关柜的控制功能，而且还可以实现操作的智能化，其中包括：开关柜本身分合闸、接地开关操作的程序化操作；两台以上开关柜之间的电气闭锁；与带电显示配合实现有电告警和操作闭锁等功能。在PLC型号的具体选择方面，首先要根据配电室的基本情况及自动控制的具体要求，确定配电室需要进行控制的点数；再根据各种操作的点数以及所确定的通信方案来选择恰当的PLC。由于各配电室的操作类型、操作点数往往相差很大，因此，PLC是否具有模块化结构和组态能力，是否能够灵活、经济地组成输入点、输出点、测量点、调节点的规模可变系统，是选择PLC型号的一个主要考虑因素。当然对于PLC主CPU的选择也是关键，主CPU的速度对程序的执行时间可以产生很大的影响。

在PLC硬件配置上，PLC的专用电源模块可以由开关柜进线侧TV通过UP5等智能充电模块进行供电，同时配置蓄电池以实现电源的不间断供电。在控制操作方面，由于PLC的电平以及功率容量同开关柜的操作回路不可能正好一致，加上有电气隔离的要求，因此，必须增加辅助的电位转换、功率放大、电气隔离等模块和器件。而开关柜的开关状态、柜门状态等信号的获得，可以将相应辅助开关的辅助触点两端接入PLC的输入点和地，当开关状态、柜门状态等发生变化时，PLC的相应输入点与地之间被断开或短接，PLC内部因此获得一个高电平或低电平，从而实现开关柜运行状态的监测。

PLC以循环扫描和中断两种方式来执行程序，为了完成所有控制功能，PLC软件应包括：循环扫描执行的主程序；通信程序、收到报文分析程序上发报文产生程序、输入点电平中断扫描程序、操作执行程序等。在实际程序编制时还应考虑程序的执行时间和PLC的程序容量。其中特别应该注意的是，PLC是通过循环扫描输入点的内存映像以获取输入点的输入状态的，而在开关动作时，相应辅助触点往往存在短暂的抖动。虽然这种抖动的机械频率很高，但相对于PLC的程序扫描执行的频率却是很低的，因此这种抖动会在PLC的内存映像中反映为多次不相干的开关动作，在程序设计时应考虑消除这种开关动作的假象。

3中压开关自动化的化发展

自动化中压开关设备是一种集开关与控制于一体的设备，它具有较高的性能，不仅同时具备二者的基本功能，还具有数据监测与故障诊断方面的附加功能，它装配有执行器、电子设备以及变送器。中压开关以下三个阶段实现其自动化：

3.1 操作自动化

操作自动化是智能化中压开关设备的初级阶段，同时也是其智能化实现的基础。在这一阶段中，目标为实现开关设备在操作方面的自动化与程序化，即让开关设备能够按照已设定的程序自动转换自身的运行状态。

3.2 自我诊断与在线监测技术应用

在这一阶段中的目标为实现智能监控，即是利用智能控制装置把开关设备中传感器所采集的各种参数进行集中处理，从而实现开关设备对自身的运行状态进行自我检测，并根据诊断结果进行分析，能够发出故障报警，在故障发生后能对故障区域进行定位。