摘要：配電網在現(xiàn)代生活中扮演著至關重要的角色，而其中的開關設備則是配電網運行的核心。隨著信息化技術的不斷發(fā)展，人們正在逐步推動智能化開關設備在配電網中的應用。旨在通過對配電網智能化開關設備的類型分析，研究現(xiàn)有設備應用中存在的問題，并結合時代技術發(fā)展的特點探討配電網智能化開關設備的應用方法，這對配電網的發(fā)展和智能化設備的應用具有重要意義和現(xiàn)實價值。

關鍵詞：智能電網電力開關設備智能化發(fā)展

ResearchontheIntelligentDevelopmentofPowerSwitchgearinSmartGrids

LILeiSUNNing

（QingdaoTGOODElectricCo.，Ltd.，Qingdao，ShandongProvince，266100China）

Abstract：Adistributionnetworkplaysacrucialroleinmodernlife，andswitchgearisthecoreofitsoperation.Withthecontinuousdevelopmentofinformationtechnology，peoplearegraduallypromotingtheapplicationofintelligentswitchgearindistributionnetworks.Thisarticleaimstoanalyzethetypesofintelligentswitchgearindistributionnetworks，studyproblemsexistingintheapplicationofexistingequipment，andexploretheapplicationmethodsofintelligentswitchgearindistributionnetworksincombinationwiththecharacteristicsoftechnologicaldevelopmentintheera，whichhasimportantsignificanceandpracticalvalueforthedevelopmentofdistributionnetworksandtheapplicationofintelligentequipment.

KeyWords：Smartgrid;Electricity;Switchgear;Intelligentdevelopment

現(xiàn)代工業(yè)生產和日常生活高度依賴電力的供應，因此，我國構建了一個遍及全國的電力供應基礎設施網絡，來滿足國內的電力需求。在這個供應體系中，配電網絡扮演了核心角色，至關重要，它負責將電力資源有效地分配給各個終端用戶。然而，為了保證配電網的正常運行，大量的開關設備被廣泛應用。開關設備能夠控制電流的運行和分配，為配電網絡提供保護和監(jiān)控功能。隨著信息化技術的發(fā)展和成熟，越來越多的行業(yè)都在進行自身的信息化改革，配電網也不例外。為了克服配電網管理的困難，人們正在推動智能化開關設備在配電網中的應用。智能化開關設備可以通過集成傳感器、通信模塊和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對電力設備的遠程監(jiān)控、故障檢測和自動控制，提高配電網絡的可靠性和安全性。本文旨在探討電力開關設備智能化在智能電網中的應用和發(fā)展[1]。

1案例

陽城煤礦煤田南區(qū)，資源儲量1.33億t，可采儲量4606.9萬t，平均煤厚7.5m，屬低磷低硫氣煤。陽城電廠主要以煤矸石、中煤、煤泥等劣質燃料和礦井水作為再生資源發(fā)電，該變電站建成后將為選煤廠、施工混合井和回風立井提供電力保障。

該變電站為10kV智能變電站，10kV開關柜采用KYN28型開關柜，開關柜內斷路器配置電動底盤車，接地開關配置電動操作機構，滿足現(xiàn)場操作和遠程控制的要求。開關柜配置溫度在線監(jiān)測功能，實現(xiàn)對斷路器動靜觸頭、柜體電纜部位測溫，實現(xiàn)分析故障及報警功能。高壓柜斷路器室及電纜室內配置有攝像頭，用于柜內設備運行狀況實時監(jiān)控。

以上智能化功能由高壓開關柜廠家成套構建完整的系統(tǒng)，其中，高壓開關柜手車和接地開關的電動操作信號及溫度在線監(jiān)測功能的信號上傳至站內綜合自動化后臺，站內綜合自動化后臺可對高壓開關柜手車和接地開關的電動操作，并監(jiān)控柜內溫度；攝像頭信號上傳至視頻監(jiān)控系統(tǒng)后臺。所有信號均須具備編碼功能，便于與智能化平臺的銜接。該智能化變電站為智慧化礦山建設奠定良好基礎。

2開關柜智能化設計

為便于封閉式金屬開關柜的日常運維工作，開關柜應就地按需配置智能組件設備，智能組件由人機交互裝置、智能操控與智能監(jiān)測裝置組成，分別安裝在儀表柜門上和儀表室內。

2.1本地智能配電分析單元設計

（1）本地智能配電分析單元提供不小于12＂TFT彩色液晶數(shù)據(jù)顯示觸摸屏，對開關柜組合而成的配電系統(tǒng)進行可視化展示及人機交互。

（2）人機交互界面功能包括系統(tǒng)監(jiān)控、平面布局、視頻監(jiān)控、通信狀態(tài)、事件記錄、報警記錄、數(shù)據(jù)記錄、報表統(tǒng)計以及參數(shù)設置等功能[2]。

（3）能實時監(jiān)測并顯示配電系統(tǒng)電參量數(shù)據(jù)、位置狀態(tài)信號、斷路器健康狀態(tài)、通信狀態(tài)、溫度、局放、事件記錄與報警記錄等信息，同時繪制并顯示溫升曲線、斷路器行程曲線、分合閘線圈電流曲線、儲能電機電流曲線、電動機構的電流曲線。

（4）能實現(xiàn)本地顯示開關柜斷路器室、電纜室熱成像與可見光視頻雙畫面，清晰地觀察斷路器、接地開關的運行狀況。

（5）能夠就地完成柜內設備的參數(shù)整定、歷史數(shù)據(jù)查詢與導出，且可以通過觸摸屏進行開關柜的分步控制與一鍵順序化控制。

2.2智能操控裝置設計

實時模擬圖像、溫度監(jiān)測、狀態(tài)指示燈、帶電顯示、溫濕度的檢測與調節(jié)、語音防止誤操作提示、遠程/現(xiàn)場操作切換、斷線警告、網絡通信、彩色屏幕顯示等。

2.3電力綜合儀表設計

監(jiān)測內容包含但不限于三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、有功電度、無功電度等參數(shù)，通過RS485/MODBUS通信接口上傳數(shù)據(jù)至人機交互裝置與集控后臺。

2.4一鍵順控技術要求設計

實現(xiàn)一鍵可視化多模式（運行、熱備用、冷備用、檢修狀態(tài)）倒閘操作，在一鍵順控操作過程中應實現(xiàn)軟件五防功能。對電機的控制實現(xiàn)軟起軟停功能，同時具有堵轉保護、超時保護，做到保護無死角、控制精確可靠。

2.5溫度傳感器設計

中壓開關柜在斷路器觸頭、電纜搭接頭節(jié)點處設置9點在線測溫傳感器，無電池的測溫傳感器利用被動式無線技術來傳遞信息，它通過CT供電方式獲取能量，便于日常的保養(yǎng)和替換。此外，該傳感器可以將溫度信息以無線的形式發(fā)送到智能控制設備，并在用戶界面及集中控制系統(tǒng)中展示[3]。

2.6智能監(jiān)測裝置設計

智能監(jiān)測裝置為高度集成的一體化監(jiān)測控制單元，滿足就地采集柜內各類傳感器（分合閘線圈電流、儲能電機電流、斷路器機械特性）數(shù)據(jù)。

2.7在線監(jiān)測要求

2.7.1機械特性監(jiān)測

采用磁感應式角位移傳感器采集數(shù)據(jù)，進行實時綜合分析，判斷出開關的機械特性（合/分閘時間、合/分閘速度、觸頭開距、超行程、分閘反彈幅值、合/分閘過沖）。

2.7.2電氣特性要求

應能通過由霍爾傳感器對儲能電機的儲能時間、儲能電機的儲能電流（平均值/波形）、合閘線圈的動作電流（平均值/波形）、分閘線圈的動作電流（平均值/波形）進行采集。

2.8電機驅動控制設計

2.8.1能提供斷路器電動底盤車可選擇的自動控制功能

可以進行本地/遠程切換操作；具備電機卡死防護和故障警示功能，當檢測到進出動作過程中的阻力時，系統(tǒng)將發(fā)出警告信號，并即時切斷電機供電，以避免對相關機械鎖定部件造成損害；設有控制電流調整功能，當控制電流超出預設值時，會觸發(fā)電機卡死保護和故障警報功能；具有電機剎車及自動脫離功能：在電動底盤電動執(zhí)行進出操作時若發(fā)生電機卡死，電動底盤應立刻停止移動，并通過電機反向旋轉使電動底盤返回到起始位置。

2.8.2能提供開關柜電動接地刀可選擇的自動控制功能

設備應配備電動機的堵轉保護和故障警示系統(tǒng)，這樣當接地開關的電動齒輪機構在運轉中遇到障礙時，能夠及時發(fā)出警報，并且可以切斷電動機的電源，避免電動操作裝置對其他機械零件造成進一步的損害。同時，該系統(tǒng)還應具備電動機的制動功能，確保接地開關在合閘或分閘到達終點后，電動機能夠準確停止而不會因為慣性繼續(xù)轉動導致卡住。能實現(xiàn)程序化的一鍵轉換多種模式功能，分別是運行、熱備用、冷備用、檢修。不論設備在何種狀態(tài)，如要轉到需要的狀態(tài)，只需要一鍵進行操作，4種狀態(tài)任意切換[4]。

2.9機械特性傳感器設計

為保障機械特性精度，應采用磁感應式角位移傳感器，更加準確地采集斷路器的機械特性數(shù)據(jù)，適應不同原理、品牌、型號的斷路器并將數(shù)據(jù)傳輸給智能監(jiān)測裝置。

2.10霍爾傳感器設計

為保障測量電氣特性的精度及穩(wěn)定性，要求霍爾傳感器接入智能監(jiān)測裝置，實時監(jiān)測開關柜內電氣特性（分合閘線圈電流及時間、儲能電機電流及時間），確保提前發(fā)現(xiàn)異常情況。

2.11局放監(jiān)測設計

開關柜具備局放監(jiān)測功能，采用TEV及超聲波傳感器，實時、準確地進行空間局放監(jiān)測，及時預警絕緣故障。局放在線監(jiān)測裝置通過對TEV和超聲波的信號強度的增量變化分析，判定局放狀態(tài)是否存在風險。增量算法可以消除開關柜運行的內外環(huán)境對采集信號的干擾，抗干擾能力強，能有效保證局放風險狀態(tài)判定的準確性。

2.12攝像頭設計

為保障遠程可視化操作，在斷路器室、電纜室安裝全金屬機殼的紅外視頻攝像頭，在獲取高清視頻信號的同時，也能采集紅外畫面，且能夠同時顯示出兩種畫面。紅外畫面溫度監(jiān)測區(qū)域不少于10個，并能實時顯示區(qū)域溫度和生成相應的趨勢圖，熱成像分辨率不低于256×192，熱像圖像素不低于768×576。根據(jù)操作命令，聯(lián)動傳送相應位置的動作畫面，操作時能夠在現(xiàn)場人機交互裝置及集控后臺將畫面實時顯示出來，實現(xiàn)操作的可視化[5]。

2.13電動底盤車設計

斷路器手車配備電機驅動功能，實現(xiàn)遠方或就地集中控制，同時手動操作和電動操作必須能夠自由切換，且斷路器手車電機驅動功能依據(jù)NB/T42044《3.6kV～40.5kV智能交流金屬封閉開關設備和控制設備》進行試驗驗證。

2.13.1設有防誤閉鎖功能

當斷路器手車停在非工作和試驗的中間位置時，電動底盤必須通過機械聯(lián)鎖來阻止斷路器進行開關操作。如果斷路器處于通電狀態(tài)，那么斷路器和底盤需要有機械鎖裝置，以防止手車被移動。當手車位于工作位置或中間位置時，電動底盤應該有一個機械鎖，以避免電動快速接地開關被激活。只有當手車在試驗位置或檢修位置時，才可以允許電動快速接地開關進行合閘操作。如果電動快速接地開關已經合上，那么電動底盤應該有一個機械鎖來防止手車被移動。當斷路器手車被推進開關柜后，電動底盤應當有一個機械聯(lián)鎖裝置來確保手車不會從柜體上脫離。當手車位于中間位置或工作位置時，電動底盤應該有一個機械鎖來防止手車被意外移出開關柜。

2.13.2斷路器室關門操作閉鎖功能

只有在斷路器室門完全關閉時，開關才能執(zhí)行插入或移除的操作。

2.13.3斷路器室門閉鎖功能

僅當斷路器手車處于試驗位置時，斷路器室門才可以被打開；斷路器手車進、出操作過程中或斷路器手車處于工作位置時，柜門不能被打開。

2.14電動接地開關設計

接地開關需要具備電動驅動功能，可實現(xiàn)遠方或就地集中控制，同時手動操作和電動操作必須能夠自由切換，且需要滿足《高壓交流隔離開關和接地開關》（GB14aS6dfFOwynkxtUUPYNCdxsLg56CMftura3b8l3zNKo=985-2004）的要求。

電動接地標記應安置于開關柜中部偏下位置，該電動接地標記本身帶有狀態(tài)指示功能，同時在控制室的面板上需設有表示電動接地標記開啟或閉合狀態(tài)的信號燈。電動接地標記的操作過程，包括開啟和閉合的狀態(tài)變化，都必須通過相應的信號燈來反映其真實情況，以便于維護人員通過觀察窗檢視接地開關3個相位的接觸情況，從而方便進行設備檢修。

3結語

智能化開關設備融合數(shù)字化技術和物聯(lián)網技術，實時監(jiān)測、全面感知設備運行狀態(tài)，提高運行效率，保障設備安全。能夠對現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)實時采集并全面分析預處理，上傳能源平臺，提前告警，實現(xiàn)能耗異常分析統(tǒng)計。能夠對設備系統(tǒng)運行的過程數(shù)據(jù)全面診斷分析，診斷設備故障，評估設備健康度，能源可視、智能運維、無人值守，延長資產使用周期。

參考文獻

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[3]陳錦榮，廖峰，王帥兵，等.基于智能電網發(fā)展的城市配電網改造研究[J].工程抗震與加固改造，2023，45（2）：1.

[4]楊勁松.智能電網中變電一次設備工程設計與管理要點[J].工業(yè)建筑，2022，52（12）：24.

[5]史玉良，張坤，榮以平，等.智能電網系統(tǒng)中費控服務的優(yōu)化調度研究[J].計算機學報，2020，43（2）：272-285.