高低壓成套開關設備的智能化控制系統的設計和發展趨勢分析

歷 博

1.天津天傳電控設備檢測有限公司，天津 300180

2.天津電氣科學研究院有限公司，天津 300399

0 引言

開關設備是配電網的關鍵組成部分，與配電網的運行水平和運行的安全性及質量有著密切關系[1]。如果開關設備存在問題和故障，很有可能衍生出斷電和火災事故。

新時代的發展強調高低壓成套開關設備的智能化控制，這樣才能使各領域行業的生產運行的安全性得到保障[2]。因此，需要開發相應的智能化控制系統，包括在線檢測、診斷和評估控制系統，為更有效的開關設備管控提供保障。

1 高低壓成套開關設備的發展現狀

高低壓成套開關設備在配電網和電力輸送中的重要作用不容忽視，開關設備可以通過控制整個配電網絡和系統，為電力輸送提供保障[3]。建立的網絡電力系統能否良性運行也和這一設備的運行質量密切相關，如果高低壓成套開關設備存在性能指標不達標或者生產質量問題，勢必會影響電力系統的運行[4]。因此，應保障其具備優良的應用性能，這樣才能全面提升電力系統的安全性和可靠性。

雖然近年來我國的科技水平有所提升，發電裝機容量有了一定程度的增長。但是和發達國家相比，差距仍然顯著。對此，研究人員應深入了解高低壓成套開關設備的生產、應用要求，并進一步彌補其智能化控制系統存在的不足，切實發揮其功效，實現電力系統的高效化、智能化運行[5]。

2 高低壓成套開關設備智能化控制系統的組成

2.1 智能化控制系統的主要組成模塊

高低壓成套開關設備智能化控制系統的各個模塊的任務目標存在一定的差異，研究人員應了解其基本構成，以此支撐之后的優化設計[6]。

2.1.1 參數監測模塊

在高低壓成套開關設備中引入主控芯片，能夠動態化地監測各項基礎電參數，以此達到智能化監測的目的。參數監測模塊的采樣周期為20 ms，能夠動態化地采集和掃描各種參數和信息，形成更精準、完整的信息數據。同時，這一模塊也有顯示和儲存數據的功能。模塊的數據匯總采集可以與計算機聯動，能夠快速地將監測信號反饋給后臺系統，精準地掌握短路等故障情況，從而有效地監測采樣周期內開關設備的故障，并進行合理分類，能夠及時查找出故障的成因，形成更具針對性的措施。

2.1.2 環境監測調控模塊

環境監測調控模塊采用了環境調控技術和監測環境技術，能夠動態化地采集設備的濕度和溫度等環境信息。這一調控模塊還帶有控制、執行機構調節等功能，能夠比對、判定和調節環境參數。如果相關參數在限定數值以上，調控模塊能夠自主地動態化調整加熱器和風扇，保持系統內部的溫度和濕度合理，進而保障設備的良性運行。

2.1.3 溫度監測模塊

溫度監測模塊運用了互聯網技術和傳感器技術，可以多層次、多視角地動態化采集開關設備的溫度，并以此為前提，快速查找設備運行時產生故障的位置，形成細致的記錄，為維修人員的核心部位監測提供依據。在這一模塊引入了全方位控制系統，可以動態監測、掃描開關設備中不同元件設備的運行狀況。

2.2 智能化控制系統的主要組成設備

2.2.1 傳感器和互感器

有很多傳感器和互感器布設于開關設備中，可以采集電器的參數信息[7]。例如，溫濕度傳感器能夠采集和監控環境參數，其中的溫度傳感器能夠收集開關設備在運行時各類設備的關鍵溫度和其自身溫度參數。

2.2.2 RS485傳輸平臺

傳感器采集匯總數據之后，需要通過RS485傳輸平臺傳輸數據，信息可以傳輸至相應的監測裝置中。RS485傳輸平臺的傳輸頻次較高，可以匯總整理各方面數據，并通過分析軟件實現動態化傳輸。

2.2.3 顯示設備

通過相應的加工方式處理數據后，在顯示設備中會生成報表。運用軟件的功能故障報表功能和特定算法，能夠完成狀態評估、故障檢測等工作。

3 高低壓成套開關設備智能化控制系統的功能

3.1 實時數據采集和管理

智能化控制系統可以通過傳感器和互感器全面采集各個單元模塊的數據，并在此前提下匯總和管理這些數據，有關人員能夠查詢數據和相關的參數。在參數呈現方面，可以選用直接成像參數模式，以便有關人員對系統進行維護管理。

3.2 故障檢測

傳感器能夠動態化地監測各種數據，能夠對比正常數據和系統初期設定的數據。在提取參數的故障特征時，可以應用改進的拉普斯分值法。該方法能夠逐步地分核識別故障，以此合理地診斷開關設備的故障。

3.3 故障警告

當前已有多元化的故障警報方式，如聲音提示等。隨著信息技術的快速發展，智能化控制系統的故障警報可以應用可視化技術，能夠更加直觀、完整地呈現相關信息，包括報警時間、故障問題等。智能化控制系統可以儲存故障警報信息，以便在之后對這些信息進行查詢。

3.4 狀態評估

智能化控制系統采集匯總的數據包括裝填環境指標和電能質量指標。開關設備智能化控制系統中引入了個人算法，能夠以此為前提對不同指標進行系統化的評估和分析，并基于分析結果顯示結果雷達圖。

4 高低壓成套開關設備智能化控制系統的設計

配電網的整體運行是否可靠與開關設備的實際運行效果直接相關。在設計智能化控制系統時，相關操作人員應全面考慮用電設備的運行時間，保障設備的良性運轉，有序地開展用電設施管理。用電設備會受到短路電流、接地電流等的影響。例如，一些用戶會使用功率較大的設備，這時會產生較強的電流，對此，應根據用戶的實際需求合理配置設備。

外部環境也是電力系統運行的關鍵影響因素，其存在多元化、不確定的特點，這也會對電力設備的運行質量產生影響。在設計智能化控制系統時，應重視環境因素，這樣才能保證設備的良性運行。

4.1 互感器和母線的設計

4.1.1 互感器的設計

互電流感應是智能化控制系統互感器的核心功能。如果設計人員缺乏經驗，且缺乏對于互感器設計的重視，會影響控制系統的整體效率，進而使得設備運行時突然出現電路回路故障及電流突然增大等問題，導致電路電流波動幅度大、失衡等現象。互感器的類型較多，在設計過程中，應關注互感器的性能，并使其與控制系統相匹配。

4.1.2 母線的設計

設計人員在設計母線時，應在裝配電流和電壓的控制裝置前實施相應的測試，這樣可以確保電流和電壓的穩定控制，延長設備的壽命。為了提升安全性，可以增設開關斷路器。這樣一來，在工作人員操作時，如果控制系統異常或電流過大，開關斷路器就能夠快速地將電流中斷，從而避免嚴重損傷設備。

4.2 面板和控制回路的設計

4.2.1 面板的設計

面板是智能化控制系統的核心部分。面板的主要功能是實現設備運行時的自主性檢驗和配置，并確保其合理性，可以使各元件充分發揮其效能。如果面板安裝和控制存在不匹配之處，就會產生相應的摩擦現象，長此以往，元件的壽命會縮短。設計人員在設計系統面板時，為了完善設計方案，需要優化面板所處的位置，并與其功能相匹配。

4.2.2 控制回路的設計

通常情況下，控制回路采用手動合閘方式。在智能化控制系統中可以采用自動合閘的方式，智能化控制系統能夠靈活地切換手動和自動操作。如果設備以自動狀態運行，能夠以遠程控制的方式啟動合閘；控制系統在自動合閘之前可以自檢電壓、電流，從而規避設備和軟件的損傷。

4.3 開關設備的設計

近幾年，開關設備的各方面性能得到了極大的優化，有了更廣闊的應用范圍。為了進一步提升整體的工作效率，在優化升級智能化控制系統時，應保障開關設備的應用效果良好。設計人員在設計開關設備時，需要調整、完善各個細節部分，全面考量，應用比較前沿的電子信息技術，使開關設備與控制系統相匹配，也要關注開關設備的發展規劃，使其與電子系統內部軟件相匹配。

在操作規程方面，應嚴格遵循我國頒布的各項標準，這樣才能形成合理的設計。智能化控制系統中的開關設備應和現代工業的實際需求相吻合，并積極地應用市場中的各類最新原材料，這樣才能凸顯開關設備智能化控制系統的效果，保障開關設備的良性運行。

5 高低壓成套開關設備的發展趨勢

5.1 智能化

智能化發展是高低壓成套開關設備的主要發展趨勢，智能化一直是高低壓成套開關設備在市場中得以廣泛應用的最主要原因。特別是在最近幾年，市場中出現了各類新材料，新技術也得以深度運用，使智能化高低壓開關設備有了更為突出的成效，推動了電器元件和設備的應用和發展，在配電系統中取得的成效不容忽視。

5.2 模塊化

高低壓成套開關設備的模塊化一方面能夠進一步優化高低壓開關設備的生產模式，另一方面能夠大幅降低其生產成本。模塊化發展需要與智能化開關的運用需求相匹配，以此實現模塊優化設計，滿足多元化的需求。

5.3 專業化

專業化是高低壓成套開關設備的主要發展趨勢，也是行業領域發展的核心內容。當前，隨著社會分工的發展，實現了精細化發展目標，各領域行業的隔閡被不斷打破，趨向于融合。不同領域行業的需求有所不同，在具體的設計優化和分配過程中，應全面考慮開關設備的性能和結構，這樣才能滿足各領域行業對開關設備的需求，促進開關設備的專業化發展。

6 結束語

文章主要分析了高低壓成套開關設備的現狀，在探討當前配電網的發展的基礎上，分析了高低壓成套開關設備智能化控制系統的功能和組成，并對控制系統的設計進行了多方面考慮，以此保障能夠形成規范化、合理化的設計。高低壓成套開關設備是配電網中的重要組成部分，其與電網的可靠性運行具有密切關聯。當前，我國科學技術取得了飛速發展，使得智能化控制系統有了更強大的功能和性能，在操作方面更加便捷，同時能夠為設備的良性運行提供支撐。在高低壓成套開關設備和智能化控制系統的設計優化過程中，應全面考慮智能化控制系統的特點，增強高低壓開關設備的性能。