智能變電站中壓開關柜智能化及改進

歐陽安妮，曾小剛

（國網長沙縣供電公司，湖南 長沙 410000）

如今，智能化中壓開關柜技術進一步發展，這類開關柜技術越來越成熟。通過將智能中壓開關柜運用到變電站中，能夠對各設備運行狀態加以遠程監控，盡可能減少設備故障問題的發生。針對發生率較高的故障問題，可通過數據、存儲、分析及處理，找出故障發生的原因，然后提前采用相應的預防措施，這樣就能夠減少作業人員的工作量，降低設備維護與檢修的危險性，從而促進智能變電站的安全可靠運行，推動我國電力系統的智能化發展，顯著提高供電量的穩定性，為電力企業帶來更多的綜合效益。然而當前智能化中壓開關柜技術具體應用中依然存在諸多問題，需要人們進一步探究和分析，對其加以不斷完善和改進。

1 智能變電站概述

智能化變電站主要是基于一體化業務平臺、智能設備，來對各設備運行情況加以動態感知、自主自治。其中關于智能化變壓器的應用，主要是通過有機結合通信光纖和控制系統，對變壓器的狀態參數與運行數據實時獲取；如果設備發生故障問題，將會立即發出預警，相關人員可及時獲取相關參數，對故障問題進行有效解決，從而減少操作失誤，盡量減少變壓器的隱患，確保變壓器的安全穩定運行。

2 智能中壓開關柜概述

智能中壓開關柜，主要是基于常規中壓開關柜，對傳感技術、監測技術、智能控制技術、數據傳輸和分析技術等，憑借智能檢測設備、智能化斷路器、網絡聯接電力儀表等設備設施，以此來對電氣參數（功率、電壓、電流、頻率等）、各設備運行狀態（斷路器的分合閘狀態、柜內溫度和濕度等）進行全過程監視、控制、診斷及處理。智能中壓開關柜的構成部分：工業級圖像傳感器、開關柜智能電子組件IED、真空度傳感器、無線溫度傳感器和環境溫濕度傳感器等，其中智能電子組件可借助智能斷電路、真空度傳感器和圖像傳感器等，來對智能化開關柜運行中的運行狀態全過程監測[1]。主要體現為以下幾點：

（1）屏幕顯示。可對開關柜的模擬運行方式進行全過程顯示，包括：接地開關狀態、模擬母線圖、開關狀態、模擬量及開關數量等，還能夠借助工業開關來對數字多路工業圖像傳感器進行連接，以此來嚴密監測手動開關進出情況、接地開關通斷狀態等。同時，也能夠全面監測斷路器手車進出線位置情況、接地開關分合閘位狀態等重要活動位置。

（2）斷路器狀態監測。智能型開關柜中應用了大量的傳感器，其中內置式控制單元可對傳感器獲取的數據進行全過程監測、評估，一旦發現異常狀況，可以馬上進行有效處理。同時，這一控制器具備測量觸點開度與位移曲線的功能。通過將光電轉子安裝到開關分割器轉軸上，能夠對開關的機械磨損、疲勞進行有效診斷，并能夠對真空滅弧室觸頭的位移數據進行測量，基于角度調整來對開關的位移曲線、接觸距離加以計算。另外，通過對分閘動作過程中輔助開關的時間間隔加以測量，能夠明確合閘速度，然后在此基礎上，即可明確設備的疲勞程度、工作時間[2]。

（3）觸頭溫度檢測。由低電壓側接收器、高電壓側發射器和上位機構作為組成的無線半導體溫度傳感器，關于這一設備的應用，主要是將高壓側的溫度數據采集電路安裝到機箱的初級靜態連接位置，借助單片機來對溫度傳感器進行控制，當單片機對相關數據進行測量與轉換之后，可利用無線傳輸模塊將這些數據傳輸至低壓端。低電壓端通過有效結合RS-232總線和智能總線監控系統來查詢Modbus通信協議，把獲取到的溫度數據傳輸至智能監控系統，最后由總線按照智能指令來及時有效地處理監控系統數據。

（4）溫濕度監控報警與狀態監測。無線傳感器中具備433 MHz射頻頻段，智能電子組件能夠對各采樣點的溫濕度情況、溫度曲線進行全過程采集與顯示，并對各采樣點的溫濕度報警限值進行設定，借助聚類分析與模糊判斷來實現相應的預警，涉及到母線搭接、報警箱觸點和環境溫度。

3 智能化中壓開關柜優勢

（1）TTF真彩色液晶屏在中壓開關智能監控裝置中的應用，能夠對開關的數量、數字的數量、模擬的數量等信息加以顯示，且能夠對開關狀態與一次接線圖進行動態實時模擬。借助不同顏色的模擬顯示，來對在充電模式下或是接地模式下進行區別模擬顯示，以便相關人員更好地明確不同電路的開關與機械位置[3]。

（2）有效融合智能監控器與智能永磁驅動控制器，這樣就能夠更好地監控斷路器機械結構，對斷路器狀態進行檢測。還能夠對設備是否出現堵塞情況進行記錄，實時評估IGBT電流功率和電壓波形的電流幅值、峰值時間，再加以結算管理，全面分析故障發生的原因，并對故障的基本狀態進行在線檢測，最后利用RS485在線傳輸分析結果。

（3）通過智能化監控器，來促使433 M無線信號與WLAN的溫濕度傳感器相連，從而對各點的溫度變化曲線與溫度值進行全過程顯示，并能夠采集到溫度報警信息、記錄數據，在極大程度上避免由于溫度過高而引發火災事故。

（4）針對智能控制柜中壓系統而言，通過有機結合雙向無線溫濕度傳感器，能夠自動控制開關柜中的溫度和濕度，還能夠實現雙向自動脫水控制。

（5）通過有機結合現場顯示、電源測試和人體紅外線感應等功能，能夠促使中壓開關設備的功能集成，使之具備更高的智能化水平。

（6）智能控制柜基于IEC61580與先進的通信網絡，對數據進行存儲和分析，以便更加科學有效地對設備進行評估，對故障進行分析，明確故障發生的原因，并能夠對各設備的運行狀態加以遠程監控，從而滿足智能變電站的運行需求[4]。

4 傳統中壓開關柜的不足

開關柜作為電力系統中必不可少的一種電氣設備，其主要作用在于：充分保證電力系統安全，以切斷故障的方式來有效保護系統；能夠連接線路，對發生故障的設備進行及時關閉，馬上隔離故障線路。以往的中壓開關柜的構成部分主要是二次設備、避雷裝置、互感器、斷路器、隔離刀閘，可通過這些設備來有效收集與處理各類數據信息，當電力系統出現故障問題，能夠借助繼電保護裝置來保證電力系統處于安全運行狀態?？衫枚卧O備與斷路器來對電纜進行有效監控，防止電纜被損壞，這2種設備主要是借助監控與保護等方式來對信號進行有效傳輸，并進一步提高電纜的安全性。

針對信號的控制，通常由專門的保護裝置或是專業人員進行操作，并由斷電器按照特定的指令來完成相應的操作。接下來，當主體控制室接收到相應的信號后，即可明確系統的運行狀態[5]。在傳統中壓開關柜的應用，要求定期對其進行嚴格檢查與維修，明確其工作狀態，若存在問題必須盡快處理。然而在這一過程中，往往需要選擇大范圍停電的方式來對其檢查維修，不但會影響到用戶的用電，還會引發一系列不容忽視的問題，故而需要借助更加先進的技術來對其進行改進，即結合現階段電力系統的發展趨勢，加大中壓開關柜智能化的建設力度，對已有問題進行有效改進，有效利用各種智能化技術來提高電網運行的安全性、可靠性及穩定性。

5 中壓開關柜智能化改進

5.1 智能化監控裝置

智能化監控裝置作為中壓開關柜中非常關鍵的一個裝置，其主要運用了LED顯示，能夠將中壓開關柜中的各類信息數據及時展示在LED屏幕之上。同時，智能化監控裝置可較好地模擬開關的動作狀態，對接線圖的內容進行呈現，以不同的顏色來對不同開關的運行狀況進行區分。

5.2 永磁驅動控制器

針對中壓開關柜智能化建設，應注重提高設備的通信功能，對各設備的運行狀況加以智能化監控，并能夠及時檢測斷路器，掌握其實時運行狀態，而要實現這些通信功能，就需要對永磁驅動控制器進行充分利用，來實現對斷路器各種狀態進行全方位檢測，并能夠有效展示電力系統中的電流流動狀況。相較于傳統的中壓開關柜，智能化開關柜能夠對各類數據信息進行實時分析，掌握各設備的運行狀態，且選擇實時監測的方式來呈現信息，具備較高的時效性[6]。同時，永磁驅動控制器能夠更加科學合理地預測斷路器的使用年限，借助在線智能化檢測手段來明確中壓開關柜的耗電狀況，科學檢測其基礎狀態，還能夠確保中壓開關柜的通信功能正常。

5.3 溫濕度傳感器

對于中壓開關柜而言，通過將各種傳感器連接到智能化監控設備之上，能夠對設備運行環境的溫濕度進行有效檢測；通過將多個溫度傳感器設置到各個監控單元，能夠有效描述溫度的變化情況，并通過曲線的方式對這一變化情況進行展示，以便相關人員更加直觀形象地認識到中壓開關柜的具體運行環境。同時，相關人員可結合具體情況來合理設定溫度傳感器的臨界值，以此來確保中壓開關柜溫度的規范性與合理性，若溫度高于這一臨界值，系統會馬上進行報警，防止發生嚴重的故障問題。

5.4 真空斷路器

針對中壓開關柜的檢查和維修工作，可借助真空傳感器來對斷路器的所有數值加以有效檢測，也可利用智能監控設備所具備的攝像頭來檢測隔離刀閘斷口的狀態，然后基于這些檢測數據來采用科學有效的措施。借助完善的智能化監控設施和傳感器，能夠更好地改善中壓開關柜存在的不足之處，對該設備的所有數據加以實時監測和統計分析，以便相關人員更加充分、及時地掌握開關柜的運行情況，從而有效提高故障的排查效率，在極大程度上提高檢查與維修質量，降低檢修難度，最終促進電力系統始終處于安全可靠的運行狀態[7]。可以說，上述方式能夠實現量化評估，更加科學合理地預測設備的使用年限，也能夠預測故障，以便相關人員提前采取切實可行的防范措施；還可結合檢測數據來制定相應的解決方案。這種方式可以量化評估，對設備的使用壽命進行科學的預測，甚至還可以預測故障，從而有效提高開關柜的使用年限。

5.5 分布式光纖測溫技術

在中壓開關柜建設中應用分布式光纖測溫技術，能夠實現對空間溫度場分布全過程監測的目的。該技術的應用原理：通過對光時域反射技術、光纖拉曼光譜技術、微弱信號處理技術和光波分復技術等加以有效應用，來對較長距離內光纖上各位置的溫度加以科學全面監測，并能夠借助激光來對空間信息與溫度分布信息等進行有效傳播，通過設定相應的寬度、能量的激光脈沖，通過其在光纖傳遞過程中向后散射的光波，隨著溫度的變化其狀態就會改變，可對散射回來的光波加以檢測與復用，再通過系統的處理，就能夠獲取到各位置的溫度信息[8]。該技術的應用特點：能夠對電氣配電裝置動力電纜、母線接頭位置進行零距離監測，電磁不會對其作用的發揮產生影響，能夠適用于高輻射、強腐蝕強電磁干擾等惡劣環境，且能夠實現連續空間測溫。

5.6 新型快速滅弧器

UFES快速滅弧器屬于以一次性元件為主的滅弧器，通過對ABB限流技術、ABB真空包技術的有效應用，可在極大程度上提高這一滅弧器的動作速度，大大降低故障發生的可能性。同時，這一新型快速滅弧器中的檢測控制裝備具備很強的邏輯判斷能力，可借助探頭式光纖來更加精準地開展檢測工作，從而使之能夠更加有效地捕捉電流。

6 結束語

綜上所述，隨著社會經濟的發展，人們對供電需求不斷提高，為能夠保證用電的持續性與穩定性，電網企業必須加強智能變電站建設。中壓開關柜作為變電站中最為關鍵的一個元件，只有確保其具備良好的運行狀態，才能夠確保變電站的安全可靠運行，故而電網企業需要緊跟時代發展的趨勢，對各種先進智能化技術進行有效應用，不斷改進中壓開關柜，從而實現中壓開關柜的智能化。