黃艦 蔡春榮 賴姝妍

摘 要：智能化電網(wǎng)的運(yùn)用，能夠有效提升電網(wǎng)的安全性以及穩(wěn)定性，由此可見，開展智能電網(wǎng)的研究工作勢(shì)在必行。目前，我國和配電網(wǎng)相關(guān)的研究多數(shù)都側(cè)重于配網(wǎng)自動(dòng)化領(lǐng)域，在智能電網(wǎng)開關(guān)裝置方面的研究比較少，智能開關(guān)裝置是常規(guī)開關(guān)裝置結(jié)合計(jì)算機(jī)及數(shù)字處理技術(shù)而發(fā)展起來的一種前沿開關(guān)電器。鑒于此，本文就智能配電網(wǎng)中智能中壓開關(guān)柜關(guān)鍵技術(shù)展開探討，以期為相關(guān)工作起到參考作用。

關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng)；智能中壓開關(guān)柜；開關(guān)電器

1.中壓開關(guān)柜智能化

第一，中壓開關(guān)柜中的智能監(jiān)控裝置采用LED顯示屏，它的主要功能是模擬開關(guān)的動(dòng)作狀態(tài)和接線圖，也可以顯示中壓開關(guān)柜中的各種數(shù)據(jù)信息，并且還能通過顏色來區(qū)分開關(guān)中接地狀態(tài)、帶電狀態(tài)和不帶電狀態(tài)。

第二，中壓開關(guān)柜中的智能監(jiān)控設(shè)備的通信過程依靠永磁驅(qū)動(dòng)控制器來完成，它能檢測(cè)斷路器的工作狀態(tài)，也能實(shí)時(shí)了解到斷路器的結(jié)構(gòu)。通過一定的曲線顯示出電力系統(tǒng)中電流流動(dòng)的辯護(hù)情況。通過峰值的變化來表示機(jī)構(gòu)的卡滯問題。智能化的中壓開關(guān)柜與傳統(tǒng)的中壓開關(guān)柜最大的不同是智能中壓開關(guān)柜能根據(jù)數(shù)據(jù)信息來顯示中壓開關(guān)柜中的各項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行情況。比如利用故障開斷頻次和正常開斷頻次的適量變化來預(yù)測(cè)斷路器的觸頭的使用壽命。以智能化、在線的方式檢測(cè)出中壓開關(guān)柜的耗電管理、基礎(chǔ)狀態(tài)檢測(cè)和通信等功能。智能化的監(jiān)控設(shè)備動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)地檢測(cè)出中壓開關(guān)柜的各項(xiàng)數(shù)據(jù)運(yùn)行情況，有助于工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，解決故障，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

第三，中壓開關(guān)柜中的智能監(jiān)控設(shè)備上連接了無線溫度和無線濕度傳感器，每個(gè)中壓開關(guān)柜的監(jiān)控單元中可以連接最多15個(gè)溫度傳感器。全方位地測(cè)試出不同柜的溫度，方便建立更加具體形象的溫度數(shù)值曲線。中壓開關(guān)柜使用者可以通過自行設(shè)置溫度傳感器的臨界值，使傳感器幫助用戶檢測(cè)中壓開關(guān)柜的溫度，當(dāng)溫度超過臨界值時(shí)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，能預(yù)防火災(zāi)等重大事故的發(fā)生。

2.智能中壓開關(guān)柜的總體設(shè)計(jì)

2.1智能中壓開關(guān)柜的開發(fā)目標(biāo)及基本功能

現(xiàn)階段，SC智能化要求的功能與內(nèi)容具有多元化特性，目前還沒有相應(yīng)的規(guī)范。不過，對(duì)于Intelli-gence-SC而言，不僅要匹配于常規(guī)SC功能的基本要求，同時(shí)還要使其具備自檢與自控能力，進(jìn)而達(dá)到配電網(wǎng)綜合自動(dòng)化的要求。為了達(dá)到自檢與自控的目的，在對(duì)Intelligence-SC的設(shè)計(jì)過程中要主要側(cè)重于在線監(jiān)測(cè)功能和通信功能。Intelligence-SC的數(shù)據(jù)通信從下至上分為下述幾種：Transducer將檢測(cè)的信號(hào)傳輸至CCU；CCU與本地人機(jī)模塊信息交互；CCU與后臺(tái)管理系統(tǒng)的信息交互；自動(dòng)控制功能；數(shù)據(jù)管理功能。Intelligence-SC需要對(duì)相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)予以錄入及顯示。舉例說明：在過載、過濕以及真空度驟降等問題發(fā)生時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)要第一時(shí)間記憶故障時(shí)刻與種類。

2.2智能中壓開關(guān)柜的整體結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)的Intelligence-SC的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括兩層。底層也就是SC所裝配的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元，其對(duì)反映SC狀態(tài)的模擬信號(hào)及開關(guān)量予以搜集、處理與故障分析、故障報(bào)警顯示，同時(shí)能夠把所采集及處理后的參數(shù)傳輸至后臺(tái)管理設(shè)備。后臺(tái)管理設(shè)備為工控機(jī)，其通過下位機(jī)傳輸?shù)南嚓P(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建整個(gè)變電站的數(shù)據(jù)管理機(jī)制，經(jīng)查詢、調(diào)用各SC的參數(shù)，進(jìn)而達(dá)到對(duì)全站SC的監(jiān)測(cè)與管理。后臺(tái)管理機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)SC監(jiān)測(cè)模塊間經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)總線予以數(shù)據(jù)的采集及命令控制。Intelligence-SC各現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元按功能可分為輸入單元、中央控制單元、開關(guān)量輸出單元、人機(jī)交互單元以及通信模塊。輸入單元即為被測(cè)現(xiàn)場(chǎng)參量的入口路徑，是將被測(cè)現(xiàn)場(chǎng)參量轉(zhuǎn)換為cpumodule端的功能部件；cpumodule即為監(jiān)測(cè)模塊的基礎(chǔ)，需要進(jìn)行對(duì)搜集信號(hào)分析的任務(wù)，在此基礎(chǔ)上完成SC運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行故障的分析，同時(shí)負(fù)責(zé)上級(jí)管理中心給出的操作指令與對(duì)參數(shù)予以存儲(chǔ)的功能；開關(guān)量輸出單元接收中央控制模塊輸出的一切指令，在此基礎(chǔ)上完成對(duì)SC的操作控制；人機(jī)交互模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示以及報(bào)警；通信模塊即監(jiān)測(cè)模塊是否可以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)化的核心環(huán)節(jié)，用于完成現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)模塊和后臺(tái)管理機(jī)間相關(guān)信息的傳輸。因?yàn)楝F(xiàn)階段Intelligence-SC并沒有相對(duì)統(tǒng)一的指標(biāo)，所以要盡可能擇取智能控制設(shè)備和保護(hù)裝置并列運(yùn)行的設(shè)計(jì)方案。

3.智能中壓開關(guān)柜的關(guān)鍵技術(shù)

3.1傳感器技術(shù)互感器

在之前電力系統(tǒng)當(dāng)中起著測(cè)量和保護(hù)的作用，通常情況下都是電磁式的。但是一部分繼電保護(hù)裝置較為復(fù)雜，不但要能夠?qū)﹄娏鞯耐蛔兟蔬M(jìn)行很好的反應(yīng)，還要能夠?qū)⑾辔缓捅恍畏从吵鰜?，因此之前用到的電磁式互感器?duì)于現(xiàn)階段多功能的高壓開關(guān)設(shè)備已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。這就在傳感器技術(shù)方面有了更高的標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)階段光纖技術(shù)得到了一定的進(jìn)步，逐漸產(chǎn)生了基于法拉第旋光效應(yīng)的光電互感器和光電傳感器（OCT）。現(xiàn)階段投入應(yīng)用的光學(xué)電流互感器因?yàn)榫邆渲闺姶鸥蓴_能力強(qiáng)、較寬的測(cè)量范圍、簡單可靠的絕緣性能等優(yōu)勢(shì)，并且其本身質(zhì)量輕、體積小、便于運(yùn)輸，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了中壓開關(guān)設(shè)備中。

3.2中壓開關(guān)柜智能控制技術(shù)

傳統(tǒng)的開關(guān)柜在保護(hù)方面對(duì)一部分的電氣參數(shù)和狀態(tài)量進(jìn)行處理，能夠很好地將電流和電壓結(jié)合在一起，并將分閘、合閘的指令準(zhǔn)確地發(fā)布出去。以中壓開關(guān)柜為例，因?yàn)橛写罅康膫鞲衅靼惭b在其內(nèi)部，所以必須要將傳感器所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)處理結(jié)果對(duì)故障進(jìn)行分析診斷。在本質(zhì)上中壓開關(guān)柜屬于智能化微系統(tǒng)中較為常見的類型，主要由前置機(jī)，后臺(tái)機(jī)以及傳感器等構(gòu)成。之前的前置機(jī)在處理單元以及數(shù)據(jù)收集方面往往比較單一，與之相比，中壓開關(guān)柜的前置機(jī)不但要承擔(dān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理以及長傳工作，還要對(duì)后臺(tái)所下達(dá)的指令嚴(yán)格執(zhí)行，并協(xié)調(diào)不同設(shè)備之間的具體工作現(xiàn)象。再者，為了讓管理界面變得更加清晰，還能夠試著暗轉(zhuǎn)專業(yè)數(shù)據(jù)處理終端至斷路器上，通過RS-485通信網(wǎng)絡(luò)和前置機(jī)將其連接起來。另外，中壓開關(guān)柜還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理，并在對(duì)相應(yīng)的故障做出診斷的同時(shí)下達(dá)相關(guān)的控制指令等。和傳統(tǒng)的保護(hù)裝置相比，中壓開關(guān)柜后臺(tái)機(jī)不但可以對(duì)本柜設(shè)備進(jìn)行有效的管理，還可以實(shí)現(xiàn)柜與柜互相交換數(shù)據(jù)與通信的目標(biāo)。

3.3狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)

配電網(wǎng)的智能化主要表現(xiàn)在對(duì)設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)及故障診斷方面。就像在對(duì)功率和功率因數(shù)、電流還有電壓以及電網(wǎng)頻率和斷路器合/分工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)；對(duì)短路、過電流、電機(jī)起動(dòng)、不平衡運(yùn)行、欠電壓、接地等進(jìn)行保護(hù)；對(duì)遠(yuǎn)方斷路器的操作進(jìn)行控制等。通過利用相應(yīng)的通信手段將其很好地結(jié)合在一起，完成微機(jī)對(duì)變電站的幾種控制。另外數(shù)據(jù)的采集和處理以及信號(hào)的變送和故障方面的分析診斷構(gòu)成了中壓開關(guān)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其應(yīng)用的較為廣泛的幾項(xiàng)檢測(cè)分別為絕緣性能監(jiān)測(cè)、機(jī)械性能監(jiān)測(cè)和電氣性能監(jiān)測(cè)。

結(jié)語

智能開關(guān)柜在輸配電系統(tǒng)中逐步推廣起來，雖然目前智能化開關(guān)柜取得了可喜的發(fā)展，但是仍存在一些問題，比如一、二次元件屬于不同的生產(chǎn)廠家，其考慮問題的角度會(huì)有所不同，故在以后的配合中還需要相互磨合，不斷改進(jìn)，使得國家電力系統(tǒng)的運(yùn)行得以長期持續(xù)穩(wěn)定。后期需要大量的資金和人力投入到研究工作中。

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（作者單位：國網(wǎng)四川省電力公司廣元供電公司）