智能配電網中智能中壓開關柜關鍵技術研究

黃艦 蔡春榮 賴姝妍

摘 要：智能化電網的運用，能夠有效提升電網的安全性以及穩定性，由此可見，開展智能電網的研究工作勢在必行。目前，我國和配電網相關的研究多數都側重于配網自動化領域，在智能電網開關裝置方面的研究比較少，智能開關裝置是常規開關裝置結合計算機及數字處理技術而發展起來的一種前沿開關電器。鑒于此，本文就智能配電網中智能中壓開關柜關鍵技術展開探討，以期為相關工作起到參考作用。

關鍵詞：智能配電網；智能中壓開關柜；開關電器

1.中壓開關柜智能化

第一，中壓開關柜中的智能監控裝置采用LED顯示屏，它的主要功能是模擬開關的動作狀態和接線圖，也可以顯示中壓開關柜中的各種數據信息，并且還能通過顏色來區分開關中接地狀態、帶電狀態和不帶電狀態。

第二，中壓開關柜中的智能監控設備的通信過程依靠永磁驅動控制器來完成，它能檢測斷路器的工作狀態，也能實時了解到斷路器的結構。通過一定的曲線顯示出電力系統中電流流動的辯護情況。通過峰值的變化來表示機構的卡滯問題。智能化的中壓開關柜與傳統的中壓開關柜最大的不同是智能中壓開關柜能根據數據信息來顯示中壓開關柜中的各項設備的運行情況。比如利用故障開斷頻次和正常開斷頻次的適量變化來預測斷路器的觸頭的使用壽命。以智能化、在線的方式檢測出中壓開關柜的耗電管理、基礎狀態檢測和通信等功能。智能化的監控設備動態、實時地檢測出中壓開關柜的各項數據運行情況，有助于工作人員及時發現故障，解決故障，保證電力系統的正常運行。

第三，中壓開關柜中的智能監控設備上連接了無線溫度和無線濕度傳感器，每個中壓開關柜的監控單元中可以連接最多15個溫度傳感器。全方位地測試出不同柜的溫度，方便建立更加具體形象的溫度數值曲線。中壓開關柜使用者可以通過自行設置溫度傳感器的臨界值，使傳感器幫助用戶檢測中壓開關柜的溫度，當溫度超過臨界值時自動發出警報，能預防火災等重大事故的發生。

2.智能中壓開關柜的總體設計

2.1智能中壓開關柜的開發目標及基本功能

現階段，SC智能化要求的功能與內容具有多元化特性，目前還沒有相應的規范。不過，對于Intelli-gence-SC而言，不僅要匹配于常規SC功能的基本要求，同時還要使其具備自檢與自控能力，進而達到配電網綜合自動化的要求。為了達到自檢與自控的目的，在對Intelligence-SC的設計過程中要主要側重于在線監測功能和通信功能。Intelligence-SC的數據通信從下至上分為下述幾種：Transducer將檢測的信號傳輸至CCU；CCU與本地人機模塊信息交互；CCU與后臺管理系統的信息交互；自動控制功能；數據管理功能。Intelligence-SC需要對相關運行數據予以錄入及顯示。舉例說明：在過載、過濕以及真空度驟降等問題發生時，監控系統要第一時間記憶故障時刻與種類。

2.2智能中壓開關柜的整體結構

設計的Intelligence-SC的監測系統包括兩層。底層也就是SC所裝配的現場監測單元，其對反映SC狀態的模擬信號及開關量予以搜集、處理與故障分析、故障報警顯示，同時能夠把所采集及處理后的參數傳輸至后臺管理設備。后臺管理設備為工控機，其通過下位機傳輸的相關數據，構建整個變電站的數據管理機制，經查詢、調用各SC的參數，進而達到對全站SC的監測與管理。后臺管理機與現場SC監測模塊間經現場總線予以數據的采集及命令控制。Intelligence-SC各現場監測單元按功能可分為輸入單元、中央控制單元、開關量輸出單元、人機交互單元以及通信模塊。輸入單元即為被測現場參量的入口路徑，是將被測現場參量轉換為cpumodule端的功能部件；cpumodule即為監測模塊的基礎，需要進行對搜集信號分析的任務，在此基礎上完成SC運行狀態與運行故障的分析，同時負責上級管理中心給出的操作指令與對參數予以存儲的功能；開關量輸出單元接收中央控制模塊輸出的一切指令，在此基礎上完成對SC的操作控制；人機交互模塊進行數據的顯示以及報警；通信模塊即監測模塊是否可以達到網絡化的核心環節，用于完成現場監測模塊和后臺管理機間相關信息的傳輸。因為現階段Intelligence-SC并沒有相對統一的指標，所以要盡可能擇取智能控制設備和保護裝置并列運行的設計方案。

3.智能中壓開關柜的關鍵技術

3.1傳感器技術互感器

在之前電力系統當中起著測量和保護的作用，通常情況下都是電磁式的。但是一部分繼電保護裝置較為復雜，不但要能夠對電流的突變率進行很好的反應，還要能夠將相位和被形反映出來，因此之前用到的電磁式互感器對于現階段多功能的高壓開關設備已遠遠不夠。這就在傳感器技術方面有了更高的標準。現階段光纖技術得到了一定的進步，逐漸產生了基于法拉第旋光效應的光電互感器和光電傳感器（OCT）。現階段投入應用的光學電流互感器因為具備著抗電磁干擾能力強、較寬的測量范圍、簡單可靠的絕緣性能等優勢，并且其本身質量輕、體積小、便于運輸，已經廣泛地應用到了中壓開關設備中。

3.2中壓開關柜智能控制技術

傳統的開關柜在保護方面對一部分的電氣參數和狀態量進行處理，能夠很好地將電流和電壓結合在一起，并將分閘、合閘的指令準確地發布出去。以中壓開關柜為例，因為有大量的傳感器安裝在其內部，所以必須要將傳感器所采集到的數據進行處理，并根據處理結果對故障進行分析診斷。在本質上中壓開關柜屬于智能化微系統中較為常見的類型，主要由前置機，后臺機以及傳感器等構成。之前的前置機在處理單元以及數據收集方面往往比較單一，與之相比，中壓開關柜的前置機不但要承擔數據的存儲、處理以及長傳工作，還要對后臺所下達的指令嚴格執行，并協調不同設備之間的具體工作現象。再者，為了讓管理界面變得更加清晰，還能夠試著暗轉專業數據處理終端至斷路器上，通過RS-485通信網絡和前置機將其連接起來。另外，中壓開關柜還可以進行數據分析、對系統進行管理，并在對相應的故障做出診斷的同時下達相關的控制指令等。和傳統的保護裝置相比，中壓開關柜后臺機不但可以對本柜設備進行有效的管理，還可以實現柜與柜互相交換數據與通信的目標。

3.3狀態監測和故障診斷技術

配電網的智能化主要表現在對設備進行在線監測及故障診斷方面。就像在對功率和功率因數、電流還有電壓以及電網頻率和斷路器合/分工作狀態進行檢測；對短路、過電流、電機起動、不平衡運行、欠電壓、接地等進行保護；對遠方斷路器的操作進行控制等。通過利用相應的通信手段將其很好地結合在一起，完成微機對變電站的幾種控制。另外數據的采集和處理以及信號的變送和故障方面的分析診斷構成了中壓開關設備在線監測系統。其應用的較為廣泛的幾項檢測分別為絕緣性能監測、機械性能監測和電氣性能監測。

結語

智能開關柜在輸配電系統中逐步推廣起來，雖然目前智能化開關柜取得了可喜的發展，但是仍存在一些問題，比如一、二次元件屬于不同的生產廠家，其考慮問題的角度會有所不同，故在以后的配合中還需要相互磨合，不斷改進，使得國家電力系統的運行得以長期持續穩定。后期需要大量的資金和人力投入到研究工作中。

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（作者單位：國網四川省電力公司廣元供電公司）