智能化开关柜的基本组成与基本功能探讨

智能化开关柜的基本组成与基本功能探讨

巫小叶

（江苏南瑞帕威尔电气有限公司江苏南京210000）

摘要：现代科学技术的快速发展，为我国智能化开关柜的发展创造了条件，计算机技术、传感技术等等都是智能化开关柜的主要技术形式，在新时期，要使电力自动化技术向更高层次发展，就需要对智能开关的基本组成及功能进行深入研究和探讨。

关键词：智能化开关柜；基本组成；基本功能

1智能化开关柜的发展

按照开关柜的结构形式，我国的开关柜主要经历了固定式、落地手车式、中置的发展历程。传统的开关柜主要是仿照苏联的固定柜，配上当前已逐渐被淘汰的断路器加以使用，价格低廉，虽然形式较为简陋，但按照和检修的空间大。其缺点主要是防护性能差，无法确保电网的安全运行。随着科技的进步和改造，断路器从烧油转变成真空，开关柜性能得到了大幅度提升。然后因为开关柜体积过大，不适用于小空间而逐渐被淘汰。再后来开关柜生产水平的提升，加之数控钣金加工技术、拼装技术和复合绝缘理念的推动，促使开关柜内的断路器更加可靠，智能化开关柜由此出现。通过在常规开关柜上安装一个控制单元，辅以计算机信息技术、网络通信技术、现代传感技术，实现在线控制、性能测量、安全防控、现实记录、故障诊断等功能。与其他智能电器类似，智能化开关柜也是由智能化控制单元和一次开关的本体构成。结构为中置式，具有以下几个优点：一是以往的开关柜普遍使用电磁式互感器，这种传统的技术已经不再满足室内多设备、多功能的电器需求。如一些较为复杂的继电保护装置不仅需要反映出短路电流的大小，还要显示出电流突变率。二是微机处理技术的发展为智能化开关柜的发展提供了必要条件。它集测量、计算、控制、保护和遥控为一体，能安装在开关柜的内部，缩小设备体积。三是结构模块化、标准化。智能化开关柜的组合更加灵活，总体来说便是“以软带硬”，大大提高了开关柜对电器设备的适应能力。根据控制对象的不同，开关柜的硬件形式完全相同，并且可以在不同软件中相互转换，构成不同的测控单元，减少备件。与传统开关柜相比，智能化技术在设计上更加简单，且便于维护。在安装通信等设施时，只需要少量的电缆便可完成，简化了检验工作。最后，智能化开关柜的判断能力、感知能力、控制能力得到了有效提升，提高了工作效率和安全性。智能化开关柜的发展需要结合科技与管理。对于电力系统来说，智能化开关柜对其安全性、可靠性产生着重要的影响，并且能大大提升电力设备的运行效率，提高经济效益。因此，技术人员要提高管理与研发意识，借助各项有力的改革措施，将电力系统与智能化开关柜有机联立起来，最大程度地发挥智能化开关的价值。未来智能化开关柜的发展离不开新材料的支撑。技术人员要持有与时俱进的创新理念，不断应用新材料研制出性能更加稳定、工作环境更加安全的电气元件，并有效运用在智能化开关柜中，延长其使用寿命，提高可靠性。智能化开关柜的发展也离不开技术的支撑。在现今计算机技术的配合下，电力技术与智能化开关柜得到了高度融合和配置，未来智能化开关柜还要向着一体化、网络化、模块化的方向发展，从而降低开关柜的维护成本。

2智能化开关柜的结构

2.1模拟量输入通道

该种智能设备的模拟量输入通道连接主要是与电压互感器、一次电流互感器等直接连通，并使用TV及TA值小，且强电流范围为0A～5A的电压变换器，从而实现模拟量输入通道连接的目的。无论是采样保持器还是低通滤波器都能通过0A～5A，4mA～20mA电压、电流信号，而其中或许会通过的电压信号是由TA与TV转换来的，而送入与转换器中的有关信息，是通过上述两种设备进行的。要想让模拟量输入通道的作用充分发挥出来，其具体的模拟量应该通过电流出相角、频率等，计算出相关的功能因素数据。

2.2开关量输入通道

利用光电隔离等技术，对开关柜内各位置信号及断路器状态等进行监视，一旦出现问题就能够立刻做出反应，从而将开关量输入通道的作用全面发挥出来。

2.3脉冲量输入通道

当电源失电信号及控制回路断线等各项功能运行时，可以借助光电隔离、合闸操作等技术，阻断电源信号的发出。

3智能化开关柜的基本功能

1）测量功能。智能化开关柜的测量功能涵盖很多的方面，应用的范围比较广，能够对电网电压、电流、无功功率等各因素进行测量。2）保护功能。能够对电流电压、不平衡电压、电流等进行保护。3）故障录波功能。故障发生的前后2s内，各相电压及零序电流波形，具备故障读出功能。4）遥控功能。利用通信网络，实现遥测、遥控等功能。

4智能开关柜的设计方案

4.1硬件系统总体结构

实际上，智能开关柜也就是在常规开关柜上设置一个控制保护单元，主要是由单片机、模拟量数据采集系统等模块构成。其中，单片机系统是智能控制保护单元的核心。在设计智能开关柜时，可以使用8位或者是16位的中央处理器结构，目前，16位结构使用比较普遍。因为所需测量及保护的数据计算量非常大，同时，还要将故障发生前后的波形变化情况记录下来，因此，外扩一片PAM6264，用来保存相关数据信息。

4.2模拟量输入通道

从智能开关柜智能控制保护单元的角度看，其所收集到的信息有交流模拟量与开关量两种。模拟信号主要是从电流、电压互感器中产生的，但是，不管是哪种形式的互感器都无法满足模数变换器输出的要求，因此，必须要进行变换。与此同时，智能单元及强调系统必须要分离开。关于隔离变换及电压的转换都是通过中间变换器完成的。但由于常规变换器体积大，不易移动，而智能单元往往要采用很多变换器，要采用这类体积大的变换器显然无法获得理想效果。因此，可以使用微型互感器来实现。相比于常规变换器，该种互感器体积小，使用方便，可以直接将其焊接于电路板中，且隔离度非常高。当然，这种进行保护的微型互感器与进行测量的互感器具体要求不同，用于保护的微型互感器输入的是电网故障电流，数值大，能偶将电流输出信号直接转换成电压信号。而对于模拟量输入电路来说，无论是采样保持还是模数转换过程都只需要使用一块电子芯片，转换速度快。

4.3开关量输入、输出设备

开关量输入包含断路器等原件触电及继电器接点状态，对相关设备的工作状态进行检测；智能开关自身的接点状态，比如开关量输出回路继电器节点及装置面板上开关切换状态两种类型。所以，在设计方案时，必须要根据各接点的性质来优化方案，从而使信号出口信号得到相应的优化。

4.4通信接口电路

对于智能开关柜的控制保护单元来说，必须要具备通信接口，可以使用ＲS-485。其为半双工通信，通信最大距离可达1200m，这时数据传输速率为100kbit/s。为了使复杂繁琐的通信机制简单化，智能电器与系统间通信应该使用两条信号线连接的方式。系统机一方利用标准ＲS-232C接口处的引脚，另外，系统接口电路的通信系统主要有单片机、接口转换等几部分组成。

5结语

随着科技的快速发展，各类先进技术的出现，智能开关柜的功能将会在已有基础上得到不断地升级，并发展成一体化布局配套水准，为企业智能化发展创造条件。

参考文献：

［1］朱海成，张淑萍，周立伟．关于智能化开关柜的基本构成与功能探究［J］．城市建设理论研究（电子版），2015（4）：154-159．

［2］黄锐，胡毅亭，陈网桦．开关柜内部电弧故障产生力和热的计算模型［J］．爆炸与冲击，2015（12）：238-242．