KYN28A－12鎧裝型移開式開關柜智能化改造方案探討

章如海 王瑞元

（興機電器有限公司）

0 引言

智能電網建設中智能開關柜及智能供配電管理系統是智能輸變電設備的重要設備。智能開關柜的智能供配電管理系統，可以基于傳統開關柜對其智能化改造，以實現設備監測監控管理、日常運維服務、專家診斷及健康管理等。

1 開關柜在線監測綜合系統平臺概述

在KYN28A－12鎧裝型移開式開關柜的智能化改造中，首先需要設計在線監測綜合系統平臺，利用該平臺主要實現以下功能：

1）利用智能控制單元實現智能化控制。通過多種傳感器感知被測物理量，數據采集單元完整匯集并保存機械操作的各項數據，為診斷分析奠定數據基礎，在此基礎上實現智能化控制。

2）對一次設備進行實時監控分析。通過大量的測試數據分析，建立故障失效模型。通過失效模式進行故障排除指導、失效模式數據校正，進行邊緣計算分析實現自動預警，并修正改進相關產品等功能。同時對一次設備和綜合平臺，進行實時監控分析，產生一次設備現場使用環境數據流，實現實時模型數據校正。

3）對設備健康狀況進行評估及故障預警，確定維修方式及計劃。通過收集整理數據端的數據流，并傳輸到后臺，按不同模型進行分析，得出綜合數據評估報告，包括故障分析預警、維修方式及計劃、故障分析報告、設備運行狀況報告、健康評估報告等。用戶層可通過終端層設備獲取評估報告。

2 開關柜改造用智能化單元的主要目標

根據開關柜智能化改造中需要具體實施的內容，設計的智能化單元的原理示意圖如圖1所示，智能化單元的主要目標如下：

圖1 開關柜改造用智能化單元的原理示意圖

1）機械檢測仿真模擬平臺搭載全系監測傳感器，實現模擬測試及在線監測數據收集；

2）采用先進的傳感技術，對設備的電量或非電量及硬件狀態信息進行動態監測；

3）控制模塊單元及監測模塊單元融合成智能管理主控單元的一體化設計；

4）智能管理主控單元及服務器后臺數據分析平臺，建立出綜合分析數據模型系統；

5）數據分析模型系統與一次設備實現一二次融合的一體化設計；

6）數據模型分析系統與數據量匹配，進行自動學習整理校正實現邊緣計算風險值評估；

7）設備測試運行、失效模式分析及智能診斷融合的機械測試及在線監測綜合系統；

8）機械測試及在線監測綜合系統可以支持多種通訊規約，可以與云平臺進行數據交換及傳輸。

3 KYN28A－12鎧裝型移開式開關柜智能化改造

3.1 KYN28A－12鎧裝型移開式開關柜智能化改造方案

KYN28A－12鎧裝型移開式開關柜智能化改造的方案為配用12kV智能化斷路器，在柜中不同部位布置各種傳感器，在繼電儀表室配裝智能化單元。通過智能化單元實現可視化一鍵式順序控制、開關柜狀態檢修、智能供配電管理系統、統一數據中心或云平臺、知識庫及故障庫模型、智能專家在線監測及診斷系統、信息推送等。

根據KYN28A－12鎧裝型移開式開關柜智能化改造方案和圖1原理圖，以普通型KYN28A－12鎧裝型移開式開關柜為基礎，配裝改造用硬件、傳感器以及安裝有關的軟件，完成智能化改造的框架搭建工作，如圖2所示。

圖2 KYN28A－12開關柜智能化改造方案的搭建

3.2 KYN28A－12鎧裝型移開式開關柜智能化改造后可實現的功能

開關柜智能化改造后實現的智能化功能主要包括：智能監測（含機械特性、溫測局放、影像等）、電動底盤車和電動接地開關、人機交互，以及一鍵順控、專家診斷系統及顯示等。

（1）智能監測

智能監測裝置是智能開關柜測控終端（含綜合測試系統），可以查看柜視頻、開關柜溫度、電量等數據、位置雙確認、遠程分合、斷路器機械特性等功能。為了實現以上功能需要配置綜合測試系統、位置雙確認傳感器、智能監測攝像頭、溫濕度監測傳感器、局放傳感器、機械特性傳感器（斷路器機構內部選配）等。

（2）電動底盤車和電動接地開關

電動底盤車用斷路器和電動接地開關加上控制單元，可以通過485數據接口，進行就地和遠程控制，可以進行傳輸數據，進行實時電流和電壓等數據抓取等。

（3）人機交互

人機交互平臺包含人機交互模塊（含系統），可以進行視頻傳感器圖像對比GPU及算法、視頻紅外溫測傳感器信息接收及處理、NFC芯片儲存傳感器信息、USB數據接收器、一鍵順控順序控制、數據集成和數據傳輸等。

單柜的智能改造完成后，可以通過通訊裝置，傳輸到后臺服務器。后臺服務器可以搭建數據庫模型，搭建專家診斷系統，搭建運營系統等，進行現場實時診斷分析及遠程實時預警維保，最后推送到用戶端。

（4）一鍵順控

一鍵順控：一種操作項目軟件預測、操作任務模塊式搭建、設備狀態自動判別、防誤聯鎖智能校核、操作步驟一鍵啟動、操作過程自動順序執行的操作模式。完成一鍵順控需要具備以下的前提條件。

1）狀態監測：操作后自動獲取相關信號（分合閘電流波形、儲能電機電流、電動機構電流、分合閘時間反彈超程機械特性等）；

2）柜內視頻監視：在斷路器室加裝視頻攝像頭，可對柜內斷路器進行實時視頻監控，實現遠程可視化；

3）為保證安全性可靠性，每臺高壓開關柜逐一配備獨立的監測裝置，且該監測裝置具備采集監測的基礎上，還應滿足具有獨立的模擬電氣專業值守、操作人員的分析判斷等功能；

4）開關柜智能化改造應使用電動手車和電動接地刀，在斷路器室、電纜室應安裝有攝像頭，無人值守遠程操作實現可視化一鍵多模式（運行、熱備、冷備、檢修）控制，并支持視頻雙確認功能，以確保遠程操作的絕對安全；

5）電動手車和接地刀具備電機電流的檢測、堵轉保護、超時保護、軟啟動和軟停止功能；

6）智能化改造的開關柜內配有測量溫度、濕度、分合閘速度等在線監測所需的各類傳感器。在線監測的參量包括斷路器分合閘線圈電流波形、行程－時間曲線、儲能狀態、運行狀態、機械特性、各觸頭溫度和各室溫濕度等；

7）智能化改造的開關柜內應配有測量、控制、監測、顯示等功能一體化集成的智能監測裝置，信號就地分析和處理，兼具電流電壓采集與顯示、繼電保護和故障信息顯示、在線監測與顯示、程序化控制、實時視頻查看、歷史數據查詢和顯示、自診斷等多功能于一體；

8）智能化改造的開關柜應具有觸摸人機交互裝置，實現就地的顯示及操作；

9）為保障通訊兼容性，監測裝置應支持IEC61850規約；

10）測溫傳感器需采用無源無線傳輸且傳感器無內置電池，采用CT取電模式，同時能夠將溫度數據以無線的方式傳輸至智能監測裝置并在人機交互裝置與后臺系統中顯示。

（5）專家診斷系統及顯示

智能化改造后的開關柜專家診斷系統構成示意圖，如圖3所示。專家診斷系統的狀態評估及邊緣計算功能如下：

圖3 智能化改造后開關柜專家系統構成示意圖

1）能夠根據溫度數據對設備的接觸電阻及溫升趨勢進行分析；

2）能夠根據機械特性數據對操作結構各環節的狀態進行分析；

3）能夠根據電氣特性數據對電動機構的驅動元件和執行元件進行分析；

4）能夠根據綜合信息對開關設備的整體狀態進行評估。

4 結束語

KYN28A－12鎧裝型移開式開關柜的智能化改造是基于各專業領域的深度融合，包括傳感器技術、機械電器技術、電子及互聯網技術等。

開關柜智能化是物聯網技術在電力系統中的深度使用。開關柜通過各種信息傳感器技術實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、位置等各種需要的信息，通過多種可能的網絡接入，實現電和人的泛在連接，實現對電力系統管理過程的智能化感知、識別和管理。