智能化开关柜浅析

潘永伟 赵宁／海南威特电气集团有限公司智能化开关柜浅析

智能化开关柜的构成，智能化单元的功能及其与一次系统的连接，智能化

１ 引言

在３５　ｋＶ及以下的中低压配电网中，开关柜是开关设备的主要工作形态之一，主要由断路器、各类开关、熔断器、互感器、二次控制保护装置、母线、计量仪表和隔离开关等部分构成。但随着对用电质量要求的提高，传统的采用电磁式机械结构的二次控制保护元件已无法适应现代电网发展的需要，而引进计算机技术将其作为检测、计量、保护的核心，并与断路器配合构成的智能化开关柜将受到用户的欢迎与应用，其计量、保护、控制、通信以及记录等功能均可通过智能技术、数字显示技术等可靠地运用起来。

２ 智能化技术

智能化技术主要体现在以下几个方面。２．１　采用智能化信息处理系统对开关柜本体进行 故障前兆的诊断及监视

（１）母线及柜内温度、在线检测及越限监视。

（２）断路器分、合闸速度等工作特性在线监视。

（３）操动机构的机械性能在线监视。

（４）绝缘水平的在线检测及报警。

２．２　智能化的防误操作系统

（１）具有各种操作的提示及预演。

（２）对操作的校核及误操作的闭锁。

（３）禁止操作提示及操作条件提示。

２．３　二次回路智能化功能

测量、信号、保护、控制和运动的智能化。２．４　电网故障的追忆

录波、登录、仿真重演和故障记录，提供分析数据。

２．５　故障分析专家系统

事故的定位、定量分析，确定发生的原因及解决办法，当前运行状况的专家评估及运行维护指导。　智能化开关柜技术目前尚属研究开发阶段，有些技术难点尚未很好解决，特别是开关柜本体的在线检测的传感技术有一些难度。目前能达到应用水平的智能化装置，主要是开关柜二次功能的微机化替代常规的二次设备。

３ 数字继电器

智能化开关柜与计算机技术、数据处理技术、控制理论、传感器技术、通信网络技术以及电力电子技术等密切相关，目前主要指用数字继电器（或称为分布式自动化装置）取代传统二次回路并配备相应管理系统系统软件的开关设备，故数字继电器功能就直接关系到开关柜的智能化程度。

目前市场上有各种品牌的用于开关柜的二次功能微机化的产品，其原理、功能都较相似，其共同点是可以完全替代常规二次设备。它简化了二次结线，提高了安全可靠性能，易维护，功能强，性能优越，并都可以具有通信接口，为实现电站综合自动化无人值班提供了基础，但该装置的名称还没有统一，有的称为数字继电器，有的称为分布式自动化装置等等，我们暂定为数字继电器来阐述。３．１　数字继电器的结构

数字继电器一般都以８位或１６位ＭＣＵ或ＤＳＰ为核心，加上模拟量输入通道，开关量输入量通道，脉冲量输入通道，开关量输出通道。包括电流、电

压变换器以及液晶显示屏幕操作键、通信接口及电源等。

（１）模拟量输入与电流、电压变频组成电压、电流的采集通道，直接与一次ＣＴ（０～５　Ａ）及ＰＴ（０～１００Ｖ）接口。电流电压变频都采用专用高性能的小ＣＴ、小ＰＴ，强电的电流０～５　Ａ、电压０～１００　Ｖ通过小ＣＴ、小ＰＴ转换成０～５　Ｖ电压信号（或４～２０　ｍＡ电流信号），通过低通滤波器、采样保持器，送入ＡＤ转换，采样用频率跟踪，完全交流采样技术，采用半波傅氏或全波傅氏算法，采样频率一般每周１２点，算出电压、电流的相位角、幅值及频率，派生计算出Ｐ、Ｑ、ｃｏｓφ等参数提供运行参数测量时及检出故障启动及保护功能时采用。

（２）开关量输入。采用光电隔离等抗干扰技术，来监视开关柜各种位置信号及断路器状态信号、操动机构储能信号及操作闭锁信号。

（３）脉冲量输入。采用光电隔离等干扰技术，供脉冲电能表电度计算计量用。

（４）开关量输出。采用光电隔离技术供断路器分、合闸操作用，并具有控制路断线操作、回路电源失电信号的发生功能。

（５）液晶显示及操作键作为人机界面，查询及设定各种运行参数并作为报警显示用。

（６）通信接口。一般具有ＲＳ２３２、ＲＳ４８５／４２２标准通信接口，供通信联网用。

（７）电源一般采用ＡＣ２２０　Ｖ或ＤＣ１１０／２２０　Ｖ输入。３．２　数字继电器的功能

（１）测量功能（精度可达０．５％　）。母线电压：Ｕ

ａ

、

Ｕｂ、Ｕ

ｃ

、Ｕ

ＡＢ

、Ｕ

ＢＣ

；线路电流：Ｉ

ａ

、Ｉ

ｂ

、Ｉ

ｃ

；有功功

率Ｐ、无功功率Ｑ、功率因数ｃｏｓφ、电网频率ｆ；有功电能计量、无功电能计量。

（２）保护功能。馈线：速断、过电流、接地、重合闸以及低周；电容器：速断、过电流、接地、过电压、欠电压、差压、不平衡电压和不平衡电流。

（３）信号：断路器分、合闸位置；小车工作位置；小车试验位置；储能状态：接地开关分、合位置；闭锁信号、重合闸闭锁。液压／气压；ＳＦ

６

气压；闭锁控制回路失电及断线。各种保护动作、时间和种类。

（４）控制。断路器的分合闸控制。

（５）故障录波。故障前、后２　ｓ、１００周（可选）各相电压、电流线电压，零序电流波形。并具有读出功能，正确读出每一时刻的幅值及相互关系。

（６）远动。通过通信网络，实现“遥测、遥信、遥控，遥调”四遥功能。

３．３　强电接口

（１）电流回路。一般测量保护分开，测量回路接入测量ＣＴ，保护回路接入保护ＣＴ，电流回路需经过试验端子接线。

（２）电压回路。一般与三相五柱式电压互感器连接，从ＰＴ柜引出三相电压，经熔断器接入数字继电器，同理开口三角电压也是这样。

（３）信号回路　。一般可选ＤＣ　２４　Ｖ或ＤＣ　２２０　Ｖ，直接从开关柜辅助接点接入，信号电源一般由数字继电器供给。

（４）控制回路。直接从数字继电器分、合闸端子引出分别接入分、合闸线圈及公共接地点。

（５）数字装置电源。一般从“＋ＫＭ、－ＫＭ（ＤＣ２２０　Ｖ）”引来，通过低压空气开关连接，空气开关作为本间隔二次控制操作电源开关。

４ 智能化开关柜电气设计原则

４．１　一次系统设计原则

（１）智能化开关柜采用计算机监测与控制后对一次系统接线没有影响，一次系统接线方式及供电方案仍按有关要求与规定进行设计。

（２）智能化开关柜采用计算机监测与控制后，应发挥计算机的图形显示功能，模拟盘可以简化或取消。

（３）智能化开关柜采用计算机监测与控制后，可以实现无人或少人值班，值班室面积可以减小，分散值班可以集中于一处值班。

４．２　二次系统设计原则

４．２．１二次系统设计方案

第一方案：开关柜内的继电保护，计量，信号与控制回路设计不变，值班室的继电保护屏与中央信号系统（信号屏，计量屏与控制屏）保持原设计不变，再设计一套重复的计量、信号与控制回路进入计算机监测与控制系统。

第二方案：开关柜内的继电保护、计量、信号与控制回路设计不变，值班室的中央信号系统（信号屏、计量屏与控制量）取消，集中保护的继电保护屏