智能电网中智能中压开关柜设计应用探讨

智能电网中智能中压开关柜设计应用探讨

林佳

广东中兴电器开关股份有限公司

摘要：本文简述了智能中压开关柜的结构及功能，并对智能电网中智能中压开关柜设计应用进行探讨，以供同仁参考。

关键词：智能电网；智能中压开关柜；设计应用

一、前言

随着经济和科技水平的快速发展，在智能电网中发展智能开关柜，可促进我国智能电力系统的发展。智能开关柜的应用，可远程对变电站设备运行状态进行监控，降低设备故障发生频率，对频率较高的故障，可进行数据储存与分析，通过数据处理，分析故障发生原因，并对故障进行预防，智能开关柜的运用可减少作业人员数量，还可降低设备维护、检修过程中的危险性，对我国智能电网起至关重要的作用，将我国电力系统推向智能化的发展，有利于提升我国供电量的稳定性及可靠性，增长我国电力收入，并使我国在电力系统的安全性大大提升。

二、智能中压开关柜的结构及功能
  智能开关柜的设计中，智能开关柜的监测系统主要包含两层。其中，底层是开关柜配备的现场检测单元。这个现场监测单元能够有效地对反映开关柜状态的模拟信号和开关量进行搜集和处理，并对搜集到的数据进行故障分析和故障报警显示，随后将采集到的数据和处理后的数据传输到后台管理设备。后台管理设备是工控机，能够通过接收到的下位机传输而来的相关数据，为主变电站构建出一个完整的数据管理机制，并通过完整的制。数据管理机制来查询调用各个开关柜的实际参数，从而做到对全站开关柜的检测和管理。此外，后台管理机能够通过现场总线来完成对现场开关柜检测模块的数据采集和命令控制。智能开关柜的各现场检测单元可以根据其功能分为输入单元、中央控制单元、开关量输出单元、人机交互单元及通信模块。
  智能开关现场检测单元的输入单元就是被测现场参量的入口路径，是将被测现场参量转换为cpu module端的重要功能部件。Cpu module是监测模块的核心基础，主要负责分析搜集到的信号，并从分析结果中分析开关柜的运行状态和潜藏的运行故障；此外，输入单元还需要负责储存上级管理中心给出的操作指令和参数。开关量输出单元主要负责接受中央控制模块输出的指令，随后按照所接收的指令来对开关柜进行操作控制。人机交互模块主要负责显示数据和发出警报。通信模块则是关乎监测模块能否网络化的核心部分，主要功能是负责完成现场检测模块与后台管理机的信息传输。由于现阶段智能开关柜在线监测存在统一的指标，所以要尽量选择智能控制设备和保护装置共同运行的新型设计方案。

三、智能电网中智能中压开关柜设计应用

（1）状态监测和故障诊断技术。电网的智能化主要表现在对设备进行在线监测并进行故障诊断方面。历经长时间的实践与研究，现在的中压开关设备在监测方面的作用已取得了很大的进展。就如对功率和功率因数、电流、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；还可以远方操作及控制断路器等。我们通过利用相应的通信手段将其很好的结合在一起，完成微机对变电站的几种控制。结合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三部分。具体包括：1）触头的电寿命主要受其磨损量的影响，可以对燃弧时间以及开断电流的检测来实现。2）断路器是否出现故障主要是通过对有关部件的机械振动、合/分闸线圈电流和电压的波形变化、控制回路通断状态，以及操动机构储能完成状况等信号来进行判断的。3）最近新兴的UHF电磁波对绝缘情况作出相应的监测，而对于接触部位以及载流导体的温度检测能够通过感温元件或红外线技术来完成。通过运用这些诊断与监测技术能够完成智能中压开关设备的智能化控制以及状态检修。

（2）数据监测设计。当今时代，现代科技发展水平不断提高，电力测量与保护工作中，电子式互感器装置发挥着重要的作用。所以，选用电子式互感装置时，在开关柜智能性的突出是十分重要的。一般情况下，各类型开关柜都可选用电子式互感装置，但必须要根据实际情况合理选用。比如，10KV智能开关柜要选用信号模拟输出量小的电流电压一体化电子互感装置；智能配电网运行中，检测电流是否出现泄漏时，因绝缘特性参量是多元化的，因而从经济性层面来看，选择绝缘件泄漏电流检测是最为适宜的。
（3）真空度监测设计。智能配电网系统运行中，对于所使用的真空断路器，定期检查其真空度，以防发生安全事故。现阶段，真空度检测过程中，离线与在线监测是两种主要检测方法。在线监测过程中，真空断路器真空度实时性更强，其要求检测设备、运行与采集不会对断路器设备正常运行造成影响。目前，真空度在线监测方式比较多，比如耦合电容法、电光变换等等检测方法。
（4）温度检测设计。现阶段，智能配电网系统中，智能开关柜温度检测媒介主要包含热红线、色片、光纤光栅与无线测温等方法。根据科学技术实际发展趋势，色片、光纤光栅与无线测温方法符合开关柜技术设计要求。大量实践表明，高压无线测温技术更加契合于智能开关柜系统设计要求，因而选用无线测温技术进行智能开关柜方案设计。

四、智能电网中智能中压开关柜的实际应用
  智能中压开关柜在某变电站设计中应用，主要分为现地层及监控层。现地层主要由智能开关柜、变压器等组成；监控层主要由变电站、机组监控屏、直流及综合保护屏、监控后台等组成。开关柜内配置断路器（可选配电动底盘车）、避雷器、互感器、接地开关（可选配电动操作机构）等一次设备，对于智能开关柜的二次元器件主要由综合保护装置、智能仪表、智能操控装置、无线测温装置、消弧消谐装置、弧光保护主机及传感器、微型摄像头等组成。综合保护装置及智能仪表实现保护、测控、电能质量检测功能，如过流保护、速断保护等保护及测量电流、电压、功率因数、有功电度、无功电度、谐波等参数，并上传至后台系统；智能操控装置可实现真空断路器及接地开关的自动化操作、状态监测及动态模拟图显示，配备加热器及风扇装置可实现柜内环境的在线检测及实时环境显示及报警，同时与无线测温装置配合，作为无线测温的接收及显示装置完成柜内关键部位触点温度的监测及显示；消弧消谐装置装于一段母线的 PT 柜中，实时监控系统状态，对出现异常运行状态(接地故障、PT断线和电网谐振)准确判断，并做出及时报警及跳闸动作；弧光保护装置由电弧光主机及弧光传感器组成，在各开关的母线室及电缆触头等连接处内设置弧光传感器，可实时监测开关柜内弧光放电现象，同时基于弧光传感器的快速检测及响应性，可作为快速母线保护，增加保护系统可靠性；在各开关柜设置三个微型红外摄像头，可实现对开关柜内部实时监控。

五、结语

综上所述，随着我国微电子技术以及传感器技术的发展水平在不断提升，新的电力设备以及电力技术层出不穷，对于智能化开关的研究也已经进入到了一个新的阶段，我们通过对智能电网中智能中压开关柜关键技术的研究不难发现，智能化将是电力系统未来的发展趋势，为了更好的进行技术的研发和革新，我们可以从智能传感、用户侧管理以及设备的监测进行技术性突破，提高电网的利用率，也希望本文能为相关工作者提供指导作用。

参考文献
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[2]开关柜主回路电阻及温升解决方法[J].朱晓明.中国新技术新产品.2018（01）

[3]杨伟炳，徐怡恺，杨银赞.智能配电网中智能中压开关柜关键技术研究[J/OL].农村电气化，2019，（3）：66-68.