高壓配電柜故障監視和自動控制系統設計

由仁寬 鄭文革 王曉利

（遼寧華隆電力科技股份有限公司，丹東 118303）

由于高壓操作具有危險性，常常會造成人身傷害。因此，減小高壓配電中的危險性和實時監控配電柜的故障十分必要。高壓配電柜能夠在出現故障時實時保護用電系統。本文主要以故障監視和自動控制系統為主要研究方向，合理利用執行中央處理器（Central Processing Unit，CPU）消除高壓操作給工作人員帶來的危害，從而提高施工中操作人員的安全。

1 傳統化高壓配電柜（10 kV）存在的問題

1.1 驗電中存在的問題

傳統配電網絡系統使用的配電柜是全封閉式的。該模式中配電柜的閉鎖裝置在使用時缺乏靈活性，無法達到規定的安全規程，不能實現先驗電、再接地的要求，且其安全系數需要進一步加強[1]。在現階段的實際應用中，當需要將接地開關合起時，要先檢查用電設施在這一狀態下是否處于斷電狀態，以保證操作人員的安全。由于整個網絡處于全封閉運行狀態，無法采取常規的高壓驗電器進行驗電操作，從而給驗電器工作的使用帶來了很大困難。此外，在系統維修和安裝的過程中還存在強行打開柜門的情況，給用戶的正常使用造成了很大影響。

1.2 高壓配電柜（10 kV）開關的問題

設備的正常運行與高壓配電柜之間具有緊密聯系。若高壓配電柜的開關出現問題，會使整個工作系統出現問題，且開關出現問題還會導致配電柜無法閉合，使故障范圍逐漸擴大[2]。為了更好地解決開關問題，要先了解造成開關問題的原因。經過深入調查分析發現，開關問題產生的原因是斷路器引起的，與配電柜本身并沒有太大關系。配電設備工作系統出現短路，主要是以噴油短路現象為主，會對整個電路產生嚴重影響，并造成配電設備的損害或電柜的開斷能力不足，從而嚴重影響人員的安全。

1.3 柜內空氣的絕緣間隙較小

在配電柜中，只有各部件之間相互配合、協作，才能保證電力系統正常運行。在這一過程中，某一小部件使用不當，會對配電柜的正常運行產生影響[3]。傳統配電網系統中使用的是10 kV高壓配電柜，其相地和相相之間的絕緣間隙在10.0～12.5 cm。這一距離通常會造成接火等各種故障問題，最終使系統不能正常運轉。在傳統設備中，由于在設備安裝中沒有嚴格按照相關標準實施安裝工作，常出現絕緣間隙過小的問題，從而導致設備運行異常。

2 對故障監聽和自動控制系統的相關概述

2.1 對CPU軟硬件設計的相關闡述

AT89S52微型控制器是一種常見的微型控制器，如圖1所示。它具有高性能、低功耗等優勢，還具有8 kB的存儲器。該存儲器的來源是Atmel公司，且能與80C51產品的指令和引腳兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統中編程，也允許在常規的編輯器上編程。從單芯片的層面來看，AT89S52具有8位CPU和能在系統中編程的Flash，使得AT89S52能為很多控制應用提供靈活、有效的故障解決方案。該系統中的執行CPU使用的是單片機，主要作用是與微機進行互動，以接收和監聽微機的指令，并針對微機發出的指令做出相應的動作[4-5]。另外，該單片機還能與傳感器相結合，以此檢測高壓配電柜內部件溫度和電網電壓值。

圖1 AT89S52微型控制器

2.1.1 對執行CPU信號檢測程序的設計

執行CPU主要負責檢測配電柜的參數，其參數的檢測涵蓋多個方面。運行過程中，需要將檢測的相關數據按照一定的協議發送至控制微機，以便工作人員實時監控。另外，執行CPU還具有很多功能，能夠實時監控來自微機發出的各項指令。例如：在車間的正常運行中，需要對某一車間進行斷電處理或出現故障時應當采取修復措施，均可通過對執行CPU輸入相應命令來實現。

2.1.2 對執行CPU發送數據方面的設計

雖然執行CPU的用途非常廣泛且能對各數據進行有效檢測，但是若要在高壓配電柜中采集自身數據，還需要電壓互感器的幫助。執行CPU采集數據時，通過AT89S52串口發送數據，在對數據的發送中或在CPU的通信中可以采用定時發送方式。通信過程中，通信速率設為9 600 b/s。另外，在執行CPU發送數據前，需要按照不同的數據通道對數據進行編碼操作。

2.2 對系統操作的相關闡述

在使用高壓配電柜的過程中，借助自動控制系統中的操作界面，能實現對執行CPU的直接控制，從而減少人力的投入，為配電工作人員的工作過程提供更多方便。在操作界面，不同顏色的按鈕對應不同的指令。操作人員可以通過顏色的區別來區分操作臺上的各種指令，從而直觀地了解操作臺上的各種功能，為操作人員及時、準確地獲取不同部件的工作狀態提供了便利。例如：在操作界面的平臺上可以借用不同的顏色表示接觸器所處的狀態。當接觸器正常運行時，通常顯示為綠色；當接觸器發生故障時，則顯示為紅色。在接觸器運行中，若有較大的電流通過時，會使設備的溫度升高。此時，傳統的檢查方式是派遣人員直接檢查接觸器。在操作平臺中，操作人員可直接在平臺中讀取溫度的數值和觀察溫度的狀態變化。可見，操作平臺的應用減少了人力投入，保證了人員的安全性。

當溫度的變化存在異常情況時，可以通過操作平臺向執行CPU發送響應指令，使CPU執行相關動作，以達到保護接觸器的目的。在使用操作系統時，需要為操作人員提供針對不同環節自動進行上電或斷電的按鈕。通過執行按鈕中的命令，實現對系統故障的自動檢測。針對出現的故障問題，選擇合適的故障處理方案。另外，在處理故障的過程中，系統會合理規劃各個環節的損失，保證將損失降至最低，以減少企業的經濟成本。配電柜的故障檢測及自動控制系統，在調試和使用過程中具有良好的效果，能夠滿足我國相關企業的生產需求，在現階段具有很大的使用價值。

3 在現階段實際情況的基礎上合理配置10 kV高壓配電柜

高壓配電柜的發展需要結合當下的實際發展狀況，依據實際的發展情況進行總結，并保證總結的理論符合實際的發展狀況。電力系統工作中最關鍵的配電設備是10 kV的高壓配電柜，對其進行分析的過程中更要結合當下的實際情況，以實際的案例作為研究的出發點，將有關內容進行有效整合。下面以我國南方某一地區為例，研究10 kV高壓配電柜的合理配置方式。

通過對該地區的分析發現，該地區使用的是110 kV變電站，其配電過程中需要采用10 kV高壓配電柜。采用10 kV高壓配電柜有利于開展報警工作和溫度測量工作。相關技術人員在工作過程中需要選用合適的光纖傳感器，從而達到有效檢測變電站實際工作情況的目的。在這一過程中，需要注意在安裝光纖傳感器時保證上、下接觸頭安裝在光纜上，保證溫度檢測變化的有效性。若觸點溫度大于實際溫度，則會出現報警現象，從而及時警示檢測人員，減少事故發生的概率，保證電力運行中的安全性。

4 結語

高壓配電柜與電網的運行有著密切聯系，因此加強在高壓配電柜方面的檢查工作非常必要。雖然在當前的高壓配電柜中還存在很多需要解決的問題，但從配電柜的發展趨勢來看，在未來的發展中這些配電柜存在的問題都會得到解決。因為高壓配電柜在電網設施中具有良好的運行效果，所以加強對高壓配電柜的運行和推廣具有十分重要的意義和價值。