智能化開關柜的基本組成與基本功能探討

方徐俊

摘 要：本文通過探討智能化開關柜基本組成與基本功能，以期配電設備智能化水平可以有所提高。

關鍵詞：智能化開關柜；基本組成；基本功能

中圖分類號：TM591 文獻標識碼：A

網絡通信技術、計算機技術、數據處理技術以及傳感技術是構成智能化開關柜的主要技術形式，伴隨信息技術的發展將得到不斷地完善，并在智能大廈、過程控制自動化、工廠自動化以及電網運行自動化中，作為組成基礎性元件繼續發揮重要作用。為了使當今供電自動化系統得到更好的發展，對智能開關柜的基本組成與基本功能進行探討顯得尤為重要。

一、智能化開關設備的發展

智能化控制單元功能發展主要有4點：一是智能化開關設備具有自診斷功能。智能化開關設備中若出現溫度超標、分斷次數較為頻繁的情況時，則會出發智能系統內自動報警功能，并在一定故障影響下停止運行，從而避免出現因系統故障而造成電廠安全事故。然而，當今智能化低壓開關設備普遍較貴，已超出一般電廠經營負荷范圍，因此大多數供電企業均使用功能模塊進行供電自動化系統建設，其中“監控負載”是應用較多的模塊功能。這種將智能化整體功能進行細分后生產加工程模塊功能的方式，有效縮減了應用成本，并符合系統針對性應用需求；二是智能化開關設備具有故障記憶功能。當系統內部出現故障后，如斷路器出現反復分斷故障，這時智能化開關設備將會記住斷路器分斷狀態，有利于技術人員對故障進行檢修；三是智能化開關設備具有控制負載功能。控制負載功能是指當出現整定值無法滿足系統內電流運行量時，則會激活智能化開關設備反時限屬性，從而避免系統出現安全隱患；四是智能化開關設備具有監測電網運行狀態的功能。由于智能化開關設備具有24小時、全天候運行的特點，因此無論何時，只要系統內部存在運行故障，智能系統就會靈敏捕捉并迅速做出警示。

二、智能化開關柜的特點

第一，智能化開關柜系統特點。智能化開關柜是運用現代傳感器、計算機技術等智能化手段，通過在常規開關柜上建設具有控制以及保護功能的智能單元，從而實現對系統內通信、顯示、計量、保護、測量、控制、記錄以及開關柜運行狀態等情況進行實時反饋，并通過數據等系統內客觀反應，進行在線監視以及故障診斷的智能化開關柜。由此可見，智能化開關柜不僅具有全面性、整體性、深入性等分析研究功能，而且可通過相關數據資料的分析進行自診，在提高企業經濟收益的同時，為系統運行撐開了一把“保護傘”。

第二，智能化開關柜的通信特點。將變電站綜合自耦動畫系統、智能配電系統以及變電站監控系統等系統形式，通過計算機與相關智能化開關柜保護、控制智能單元進行高效連接。通過對智能化開關柜在供電自動化系統內部的合理應用，可構成具有網絡化、分布式特點的智能配電系統。

第三，智能開關柜具有動態發展特點。隨著時間的推移，我國的科學技術將得到不斷地發展與完善，對于智能化開關柜亦是如此，一定會伴隨經濟的發展與信息技術水平的提升，突破當前發展中存在的困境，尤其是在“在線監測傳感器技術”領域，將得到更好的發展與完善，而已經代替常規二次設備的開關柜二次功能微機化，也會在現有應用水平基礎上朝著智能化發展方向不斷前行。

三、智能化開關柜的結構

利用以微處理器作為智能化核心的保護以及控制職能單元，也稱為分布式自動裝置的智能化開關柜，加之應用管理系統軟件開關設備，實現常規二次設備被計算機全面取代，從而代替傳統二次回路繼續應用于電廠自動化系統內，已成為當今社會智能化開關柜的主要結構形式。這種智能化開關柜結構形式具有容易維護、可靠性強、功能全等優勢，又因具有通信接口，可實現相關系統在無人監管情況下，落實24小時、全天候的綜合自動化運轉。當前智能化開關柜結構主要系統構成是以控制以及保護智能單元為計算機核心，并通過開關量輸出通道、開關量輸入通道、脈沖量輸入通道、模擬量輸入通道、液晶顯示屏幕、電源、操作間以及通信接口等內容構成，可見其結構復雜性、全面性、智能化等特點。

（一）模擬量輸入通道

智能化開關柜模擬量輸入通道連接，是通過與電壓互感器TV（0V～100V）、一次電流互感器TA（0A～5A）進行直接連通，并運用TV、TA值相對較小、且強電電流控制在5A以下的電流電壓變換器從而達到建立模擬量輸入通道目的。其中，采樣保持器、低通濾波器可高效通過0A～5A電壓信號、4mA～20mA電流信號，而這兩個可能會通過的電壓信號，是由小TA與TV經由0V～100V電壓轉化而來。而送入A/D轉換器的相關信息，則是通過低采樣保持器、通濾波器而進行的。為了使模擬量輸入通道可以發揮積極作用，系統內部經由交流采樣技術整理而來模擬量，應通過電流出相角、幅值及頻率以及電壓，計算出在模擬量輸入通道內，系統內部P、Q與派生算出的功率因數等數據。

（二）開關量輸入通道

合理應用抗干擾技術如光電隔離等技術形式，可有效對開關柜斷路器運行過程中信號狀態、操作封閉鎖信號、操作機構存儲能力以及開關柜各種位置信號等發面，實行實時監控，促使開關量輸入通道可發揮積極作用。

（三）脈沖量輸入通道

在電源失電信號、控制回路斷線操作等功能發生后，可利用合閘操作、光電隔離技術進行高效落實，從而控制電源失電信號發出。

（四）開關量輸出通道

四、智能化開關柜的基本功能

第一，具有測量基本功能。針對電網電壓、電流、有功功率、功率因素、電網頻率以及無功功率、有功電度以及無功電度等方面進行測量；

第二，具有一定的保護能力。對過電流、過電壓、低電壓、接地、不平衡電壓、線路保護速斷、重合閘、低頻以及不平衡電流實行保護。

五、智能化開關柜的設計方案

針對硬件系統的設計方案。利用8～16為單CPU進行運算，并利用外擴RAM 6264確保對大量數據的保護與計算，而對信息進行定制保護、信息控制等工作則應通過E2PROM 2817A進行存儲，促使硬件系統可通過網絡進行在線控制或遠程調整。此外，模擬量輸入通道可通過中間變換器來實現隔離變化、電壓之間聯系，從而實現強電系統與智能單元在隔離情況下，達到電壓互感器、電流互感器的轉換（詳情見表1）。

由于開關量輸入含有兩類：一是用以檢測設備工作狀態是開還是合的繼電器界第三狀態、斷路器等開關元件輔助觸點；二是存在于智能單元內的接點狀態，如裝置面板上的切換開關狀態、開關量輸出回路繼電器接點，因此要結合接點性質進行方案優化，促使信號出口與斷路器跳閘出口信號均得到優化。

由于當前通信接口電路過于繁雜，因此應通過在系統與智能電器間構建兩條形式最為簡單的信號線，將二者進行連接。其中，標準RS-232C接口上的4個引腳，即請求發送信號RTS、數據終端準備好DTR、串行輸出TXD以及串行輸入RXD，是構成系統機（PC機）唯一可用方式。RS-232/RS-485是出去單片機外構成系統與PC機連通的主要結構。其中，RS-485電平是基于單片輸出的1TL邏輯電平，在光電隔離基礎上且經由MAX485芯片轉化而來，并經光電隔離接口（RS-232/RS-485）轉化成RS-232電平而輸入。

結語

總之，隨著信息技術的不斷發展，我國智能化開關柜結構與功能將得到發展與完善，并在當前發展基礎上達到一體化布局配套水準，為包括供電自動化在內的企業智能化發展奠定堅實基礎。

參考文獻

[1]朱海成.智能化開關柜的構成與功能探究[J].城市建設理論研究（電子版），2015（4）：1548-1549.endprint