摘要：配電網(wǎng)在現(xiàn)代生活中扮演著至關(guān)重要的角色，而其中的開關(guān)設(shè)備則是配電網(wǎng)運(yùn)行的核心。隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，人們正在逐步推動(dòng)智能化開關(guān)設(shè)備在配電網(wǎng)中的應(yīng)用。旨在通過對(duì)配電網(wǎng)智能化開關(guān)設(shè)備的類型分析，研究現(xiàn)有設(shè)備應(yīng)用中存在的問題，并結(jié)合時(shí)代技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)探討配電網(wǎng)智能化開關(guān)設(shè)備的應(yīng)用方法，這對(duì)配電網(wǎng)的發(fā)展和智能化設(shè)備的應(yīng)用具有重要意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)電力開關(guān)設(shè)備智能化發(fā)展

ResearchontheIntelligentDevelopmentofPowerSwitchgearinSmartGrids

LILeiSUNNing

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

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

KeyWords：Smartgrid;Electricity;Switchgear;Intelligentdevelopment

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和日常生活高度依賴電力的供應(yīng)，因此，我國(guó)構(gòu)建了一個(gè)遍及全國(guó)的電力供應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，來滿足國(guó)內(nèi)的電力需求。在這個(gè)供應(yīng)體系中，配電網(wǎng)絡(luò)扮演了核心角色，至關(guān)重要，它負(fù)責(zé)將電力資源有效地分配給各個(gè)終端用戶。然而，為了保證配電網(wǎng)的正常運(yùn)行，大量的開關(guān)設(shè)備被廣泛應(yīng)用。開關(guān)設(shè)備能夠控制電流的運(yùn)行和分配，為配電網(wǎng)絡(luò)提供保護(hù)和監(jiān)控功能。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展和成熟，越來越多的行業(yè)都在進(jìn)行自身的信息化改革，配電網(wǎng)也不例外。為了克服配電網(wǎng)管理的困難，人們正在推動(dòng)智能化開關(guān)設(shè)備在配電網(wǎng)中的應(yīng)用。智能化開關(guān)設(shè)備可以通過集成傳感器、通信模塊和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障檢測(cè)和自動(dòng)控制，提高配電網(wǎng)絡(luò)的可靠性和安全性。本文旨在探討電力開關(guān)設(shè)備智能化在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用和發(fā)展[1]。

1案例

陽城煤礦煤田南區(qū)，資源儲(chǔ)量1.33億t，可采儲(chǔ)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(zhì)燃料和礦井水作為再生資源發(fā)電，該變電站建成后將為選煤廠、施工混合井和回風(fēng)立井提供電力保障。

該變電站為10kV智能變電站，10kV開關(guān)柜采用KYN28型開關(guān)柜，開關(guān)柜內(nèi)斷路器配置電動(dòng)底盤車，接地開關(guān)配置電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，滿足現(xiàn)場(chǎng)操作和遠(yuǎn)程控制的要求。開關(guān)柜配置溫度在線監(jiān)測(cè)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器動(dòng)靜觸頭、柜體電纜部位測(cè)溫，實(shí)現(xiàn)分析故障及報(bào)警功能。高壓柜斷路器室及電纜室內(nèi)配置有攝像頭，用于柜內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控。

以上智能化功能由高壓開關(guān)柜廠家成套構(gòu)建完整的系統(tǒng)，其中，高壓開關(guān)柜手車和接地開關(guān)的電動(dòng)操作信號(hào)及溫度在線監(jiān)測(cè)功能的信號(hào)上傳至站內(nèi)綜合自動(dòng)化后臺(tái)，站內(nèi)綜合自動(dòng)化后臺(tái)可對(duì)高壓開關(guān)柜手車和接地開關(guān)的電動(dòng)操作，并監(jiān)控柜內(nèi)溫度；攝像頭信號(hào)上傳至視頻監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái)。所有信號(hào)均須具備編碼功能，便于與智能化平臺(tái)的銜接。該智能化變電站為智慧化礦山建設(shè)奠定良好基礎(chǔ)。

2開關(guān)柜智能化設(shè)計(jì)

為便于封閉式金屬開關(guān)柜的日常運(yùn)維工作，開關(guān)柜應(yīng)就地按需配置智能組件設(shè)備，智能組件由人機(jī)交互裝置、智能操控與智能監(jiān)測(cè)裝置組成，分別安裝在儀表柜門上和儀表室內(nèi)。

2.1本地智能配電分析單元設(shè)計(jì)

（1）本地智能配電分析單元提供不小于12＂TFT彩色液晶數(shù)據(jù)顯示觸摸屏，對(duì)開關(guān)柜組合而成的配電系統(tǒng)進(jìn)行可視化展示及人機(jī)交互。

（2）人機(jī)交互界面功能包括系統(tǒng)監(jiān)控、平面布局、視頻監(jiān)控、通信狀態(tài)、事件記錄、報(bào)警記錄、數(shù)據(jù)記錄、報(bào)表統(tǒng)計(jì)以及參數(shù)設(shè)置等功能[2]。

（3）能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并顯示配電系統(tǒng)電參量數(shù)據(jù)、位置狀態(tài)信號(hào)、斷路器健康狀態(tài)、通信狀態(tài)、溫度、局放、事件記錄與報(bào)警記錄等信息，同時(shí)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(chǔ)能電機(jī)電流曲線、電動(dòng)機(jī)構(gòu)的電流曲線。

（4）能實(shí)現(xiàn)本地顯示開關(guān)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(guān)的運(yùn)行狀況。

（5）能夠就地完成柜內(nèi)設(shè)備的參數(shù)整定、歷史數(shù)據(jù)查詢與導(dǎo)出，且可以通過觸摸屏進(jìn)行開關(guān)柜的分步控制與一鍵順序化控制。

2.2智能操控裝置設(shè)計(jì)

實(shí)時(shí)模擬圖像、溫度監(jiān)測(cè)、狀態(tài)指示燈、帶電顯示、溫濕度的檢測(cè)與調(diào)節(jié)、語音防止誤操作提示、遠(yuǎn)程/現(xiàn)場(chǎng)操作切換、斷線警告、網(wǎng)絡(luò)通信、彩色屏幕顯示等。

2.3電力綜合儀表設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)內(nèi)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(shù)，通過RS485/MODBUS通信接口上傳數(shù)據(jù)至人機(jī)交互裝置與集控后臺(tái)。

2.4一鍵順控技術(shù)要求設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)一鍵可視化多模式（運(yùn)行、熱備用、冷備用、檢修狀態(tài)）倒閘操作，在一鍵順控操作過程中應(yīng)實(shí)現(xiàn)軟件五防功能。對(duì)電機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)軟起軟停功能，同時(shí)具有堵轉(zhuǎn)保護(hù)、超時(shí)保護(hù)，做到保護(hù)無死角、控制精確可靠。

2.5溫度傳感器設(shè)計(jì)

中壓開關(guān)柜在斷路器觸頭、電纜搭接頭節(jié)點(diǎn)處設(shè)置9點(diǎn)在線測(cè)溫傳感器，無電池的測(cè)溫傳感器利用被動(dòng)式無線技術(shù)來傳遞信息，它通過CT供電方式獲取能量，便于日常的保養(yǎng)和替換。此外，該傳感器可以將溫度信息以無線的形式發(fā)送到智能控制設(shè)備，并在用戶界面及集中控制系統(tǒng)中展示[3]。

2.6智能監(jiān)測(cè)裝置設(shè)計(jì)

智能監(jiān)測(cè)裝置為高度集成的一體化監(jiān)測(cè)控制單元，滿足就地采集柜內(nèi)各類傳感器（分合閘線圈電流、儲(chǔ)能電機(jī)電流、斷路器機(jī)械特性）數(shù)據(jù)。

2.7在線監(jiān)測(cè)要求

2.7.1機(jī)械特性監(jiān)測(cè)

采用磁感應(yīng)式角位移傳感器采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)綜合分析，判斷出開關(guān)的機(jī)械特性（合/分閘時(shí)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(yīng)能通過由霍爾傳感器對(duì)儲(chǔ)能電機(jī)的儲(chǔ)能時(shí)間、儲(chǔ)能電機(jī)的儲(chǔ)能電流（平均值/波形）、合閘線圈的動(dòng)作電流（平均值/波形）、分閘線圈的動(dòng)作電流（平均值/波形）進(jìn)行采集。

2.8電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制設(shè)計(jì)

2.8.1能提供斷路器電動(dòng)底盤車可選擇的自動(dòng)控制功能

可以進(jìn)行本地/遠(yuǎn)程切換操作；具備電機(jī)卡死防護(hù)和故障警示功能，當(dāng)檢測(cè)到進(jìn)出動(dòng)作過程中的阻力時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出警告信號(hào)，并即時(shí)切斷電機(jī)供電，以避免對(duì)相關(guān)機(jī)械鎖定部件造成損害；設(shè)有控制電流調(diào)整功能，當(dāng)控制電流超出預(yù)設(shè)值時(shí)，會(huì)觸發(fā)電機(jī)卡死保護(hù)和故障警報(bào)功能；具有電機(jī)剎車及自動(dòng)脫離功能：在電動(dòng)底盤電動(dòng)執(zhí)行進(jìn)出操作時(shí)若發(fā)生電機(jī)卡死，電動(dòng)底盤應(yīng)立刻停止移動(dòng)，并通過電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)使電動(dòng)底盤返回到起始位置。

2.8.2能提供開關(guān)柜電動(dòng)接地刀可選擇的自動(dòng)控制功能

設(shè)備應(yīng)配備電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)保護(hù)和故障警示系統(tǒng)，這樣當(dāng)接地開關(guān)的電動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)中遇到障礙時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)出警報(bào)，并且可以切斷電動(dòng)機(jī)的電源，避免電動(dòng)操作裝置對(duì)其他機(jī)械零件造成進(jìn)一步的損害。同時(shí)，該系統(tǒng)還應(yīng)具備電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)功能，確保接地開關(guān)在合閘或分閘到達(dá)終點(diǎn)后，電動(dòng)機(jī)能夠準(zhǔn)確停止而不會(huì)因?yàn)閼T性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致卡住。能實(shí)現(xiàn)程序化的一鍵轉(zhuǎn)換多種模式功能，分別是運(yùn)行、熱備用、冷備用、檢修。不論設(shè)備在何種狀態(tài)，如要轉(zhuǎn)到需要的狀態(tài)，只需要一鍵進(jìn)行操作，4種狀態(tài)任意切換[4]。

2.9機(jī)械特性傳感器設(shè)計(jì)

為保障機(jī)械特性精度，應(yīng)采用磁感應(yīng)式角位移傳感器，更加準(zhǔn)確地采集斷路器的機(jī)械特性數(shù)據(jù)，適應(yīng)不同原理、品牌、型號(hào)的斷路器并將數(shù)據(jù)傳輸給智能監(jiān)測(cè)裝置。

2.10霍爾傳感器設(shè)計(jì)

為保障測(cè)量電氣特性的精度及穩(wěn)定性，要求霍爾傳感器接入智能監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)開關(guān)柜內(nèi)電氣特性（分合閘線圈電流及時(shí)間、儲(chǔ)能電機(jī)電流及時(shí)間），確保提前發(fā)現(xiàn)異常情況。

2.11局放監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

開關(guān)柜具備局放監(jiān)測(cè)功能，采用TEV及超聲波傳感器，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行空間局放監(jiān)測(cè)，及時(shí)預(yù)警絕緣故障。局放在線監(jiān)測(cè)裝置通過對(duì)TEV和超聲波的信號(hào)強(qiáng)度的增量變化分析，判定局放狀態(tài)是否存在風(fēng)險(xiǎn)。增量算法可以消除開關(guān)柜運(yùn)行的內(nèi)外環(huán)境對(duì)采集信號(hào)的干擾，抗干擾能力強(qiáng)，能有效保證局放風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)判定的準(zhǔn)確性。

2.12攝像頭設(shè)計(jì)

為保障遠(yuǎn)程可視化操作，在斷路器室、電纜室安裝全金屬機(jī)殼的紅外視頻攝像頭，在獲取高清視頻信號(hào)的同時(shí)，也能采集紅外畫面，且能夠同時(shí)顯示出兩種畫面。紅外畫面溫度監(jiān)測(cè)區(qū)域不少于10個(gè)，并能實(shí)時(shí)顯示區(qū)域溫度和生成相應(yīng)的趨勢(shì)圖，熱成像分辨率不低于256×192，熱像圖像素不低于768×576。根據(jù)操作命令，聯(lián)動(dòng)傳送相應(yīng)位置的動(dòng)作畫面，操作時(shí)能夠在現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)交互裝置及集控后臺(tái)將畫面實(shí)時(shí)顯示出來，實(shí)現(xiàn)操作的可視化[5]。

2.13電動(dòng)底盤車設(shè)計(jì)

斷路器手車配備電機(jī)驅(qū)動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方或就地集中控制，同時(shí)手動(dòng)操作和電動(dòng)操作必須能夠自由切換，且斷路器手車電機(jī)驅(qū)動(dòng)功能依據(jù)NB/T42044《3.6kV～40.5kV智能交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

2.13.1設(shè)有防誤閉鎖功能

當(dāng)斷路器手車停在非工作和試驗(yàn)的中間位置時(shí)，電動(dòng)底盤必須通過機(jī)械聯(lián)鎖來阻止斷路器進(jìn)行開關(guān)操作。如果斷路器處于通電狀態(tài)，那么斷路器和底盤需要有機(jī)械鎖裝置，以防止手車被移動(dòng)。當(dāng)手車位于工作位置或中間位置時(shí)，電動(dòng)底盤應(yīng)該有一個(gè)機(jī)械鎖，以避免電動(dòng)快速接地開關(guān)被激活。只有當(dāng)手車在試驗(yàn)位置或檢修位置時(shí)，才可以允許電動(dòng)快速接地開關(guān)進(jìn)行合閘操作。如果電動(dòng)快速接地開關(guān)已經(jīng)合上，那么電動(dòng)底盤應(yīng)該有一個(gè)機(jī)械鎖來防止手車被移動(dòng)。當(dāng)斷路器手車被推進(jìn)開關(guān)柜后，電動(dòng)底盤應(yīng)當(dāng)有一個(gè)機(jī)械聯(lián)鎖裝置來確保手車不會(huì)從柜體上脫離。當(dāng)手車位于中間位置或工作位置時(shí)，電動(dòng)底盤應(yīng)該有一個(gè)機(jī)械鎖來防止手車被意外移出開關(guān)柜。

2.13.2斷路器室關(guān)門操作閉鎖功能

只有在斷路器室門完全關(guān)閉時(shí)，開關(guān)才能執(zhí)行插入或移除的操作。

2.13.3斷路器室門閉鎖功能

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

2.14電動(dòng)接地開關(guān)設(shè)計(jì)

接地開關(guān)需要具備電動(dòng)驅(qū)動(dòng)功能，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方或就地集中控制，同時(shí)手動(dòng)操作和電動(dòng)操作必須能夠自由切換，且需要滿足《高壓交流隔離開關(guān)和接地開關(guān)》（GB14aS6dfFOwynkxtUUPYNCdxsLg56CMftura3b8l3zNKo=985-2004）的要求。

電動(dòng)接地標(biāo)記應(yīng)安置于開關(guān)柜中部偏下位置，該電動(dòng)接地標(biāo)記本身帶有狀態(tài)指示功能，同時(shí)在控制室的面板上需設(shè)有表示電動(dòng)接地標(biāo)記開啟或閉合狀態(tài)的信號(hào)燈。電動(dòng)接地標(biāo)記的操作過程，包括開啟和閉合的狀態(tài)變化，都必須通過相應(yīng)的信號(hào)燈來反映其真實(shí)情況，以便于維護(hù)人員通過觀察窗檢視接地開關(guān)3個(gè)相位的接觸情況，從而方便進(jìn)行設(shè)備檢修。

3結(jié)語

智能化開關(guān)設(shè)備融合數(shù)字化技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、全面感知設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，提高運(yùn)行效率，保障設(shè)備安全。能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集并全面分析預(yù)處理，上傳能源平臺(tái)，提前告警，實(shí)現(xiàn)能耗異常分析統(tǒng)計(jì)。能夠?qū)υO(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行的過程數(shù)據(jù)全面診斷分析，診斷設(shè)備故障，評(píng)估設(shè)備健康度，能源可視、智能運(yùn)維、無人值守，延長(zhǎng)資產(chǎn)使用周期。

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