章如海 王瑞元

（興機(jī)電器有限公司）

0 引言

智能電網(wǎng)建設(shè)中智能開關(guān)柜及智能供配電管理系統(tǒng)是智能輸變電設(shè)備的重要設(shè)備。智能開關(guān)柜的智能供配電管理系統(tǒng)，可以基于傳統(tǒng)開關(guān)柜對(duì)其智能化改造，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)測(cè)監(jiān)控管理、日常運(yùn)維服務(wù)、專家診斷及健康管理等。

1 開關(guān)柜在線監(jiān)測(cè)綜合系統(tǒng)平臺(tái)概述

在KYN28A－12鎧裝型移開式開關(guān)柜的智能化改造中，首先需要設(shè)計(jì)在線監(jiān)測(cè)綜合系統(tǒng)平臺(tái)，利用該平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）利用智能控制單元實(shí)現(xiàn)智能化控制。通過多種傳感器感知被測(cè)物理量，數(shù)據(jù)采集單元完整匯集并保存機(jī)械操作的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，為診斷分析奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能化控制。

2）對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控分析。通過大量的測(cè)試數(shù)據(jù)分析，建立故障失效模型。通過失效模式進(jìn)行故障排除指導(dǎo)、失效模式數(shù)據(jù)校正，進(jìn)行邊緣計(jì)算分析實(shí)現(xiàn)自動(dòng)預(yù)警，并修正改進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品等功能。同時(shí)對(duì)一次設(shè)備和綜合平臺(tái)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控分析，產(chǎn)生一次設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境數(shù)據(jù)流，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)模型數(shù)據(jù)校正。

3）對(duì)設(shè)備健康狀況進(jìn)行評(píng)估及故障預(yù)警，確定維修方式及計(jì)劃。通過收集整理數(shù)據(jù)端的數(shù)據(jù)流，并傳輸?shù)胶笈_(tái)，按不同模型進(jìn)行分析，得出綜合數(shù)據(jù)評(píng)估報(bào)告，包括故障分析預(yù)警、維修方式及計(jì)劃、故障分析報(bào)告、設(shè)備運(yùn)行狀況報(bào)告、健康評(píng)估報(bào)告等。用戶層可通過終端層設(shè)備獲取評(píng)估報(bào)告。

2 開關(guān)柜改造用智能化單元的主要目標(biāo)

根據(jù)開關(guān)柜智能化改造中需要具體實(shí)施的內(nèi)容，設(shè)計(jì)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(biāo)如下：

圖1 開關(guān)柜改造用智能化單元的原理示意圖

1）機(jī)械檢測(cè)仿真模擬平臺(tái)搭載全系監(jiān)測(cè)傳感器，實(shí)現(xiàn)模擬測(cè)試及在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收集；

2）采用先進(jìn)的傳感技術(shù)，對(duì)設(shè)備的電量或非電量及硬件狀態(tài)信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；

3）控制模塊單元及監(jiān)測(cè)模塊單元融合成智能管理主控單元的一體化設(shè)計(jì)；

4）智能管理主控單元及服務(wù)器后臺(tái)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，建立出綜合分析數(shù)據(jù)模型系統(tǒng)；

5）數(shù)據(jù)分析模型系統(tǒng)與一次設(shè)備實(shí)現(xiàn)一二次融合的一體化設(shè)計(jì)；

6）數(shù)據(jù)模型分析系統(tǒng)與數(shù)據(jù)量匹配，進(jìn)行自動(dòng)學(xué)習(xí)整理校正實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)值評(píng)估；

7）設(shè)備測(cè)試運(yùn)行、失效模式分析及智能診斷融合的機(jī)械測(cè)試及在線監(jiān)測(cè)綜合系統(tǒng)；

8）機(jī)械測(cè)試及在線監(jiān)測(cè)綜合系統(tǒng)可以支持多種通訊規(guī)約，可以與云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換及傳輸。

3 KYN28A－12鎧裝型移開式開關(guān)柜智能化改造

3.1 KYN28A－12鎧裝型移開式開關(guān)柜智能化改造方案

KYN28A－12鎧裝型移開式開關(guān)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(shí)現(xiàn)可視化一鍵式順序控制、開關(guān)柜狀態(tài)檢修、智能供配電管理系統(tǒng)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心或云平臺(tái)、知識(shí)庫及故障庫模型、智能專家在線監(jiān)測(cè)及診斷系統(tǒng)、信息推送等。

根據(jù)KYN28A－12鎧裝型移開式開關(guān)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(guān)柜為基礎(chǔ)，配裝改造用硬件、傳感器以及安裝有關(guān)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(guān)柜智能化改造方案的搭建

3.2 KYN28A－12鎧裝型移開式開關(guān)柜智能化改造后可實(shí)現(xiàn)的功能

開關(guān)柜智能化改造后實(shí)現(xiàn)的智能化功能主要包括：智能監(jiān)測(cè)（含機(jī)械特性、溫測(cè)局放、影像等）、電動(dòng)底盤車和電動(dòng)接地開關(guān)、人機(jī)交互，以及一鍵順控、專家診斷系統(tǒng)及顯示等。

（1）智能監(jiān)測(cè)

智能監(jiān)測(cè)裝置是智能開關(guān)柜測(cè)控終端（含綜合測(cè)試系統(tǒng)），可以查看柜視頻、開關(guān)柜溫度、電量等數(shù)據(jù)、位置雙確認(rèn)、遠(yuǎn)程分合、斷路器機(jī)械特性等功能。為了實(shí)現(xiàn)以上功能需要配置綜合測(cè)試系統(tǒng)、位置雙確認(rèn)傳感器、智能監(jiān)測(cè)攝像頭、溫濕度監(jiān)測(cè)傳感器、局放傳感器、機(jī)械特性傳感器（斷路器機(jī)構(gòu)內(nèi)部選配）等。

（2）電動(dòng)底盤車和電動(dòng)接地開關(guān)

電動(dòng)底盤車用斷路器和電動(dòng)接地開關(guān)加上控制單元，可以通過485數(shù)據(jù)接口，進(jìn)行就地和遠(yuǎn)程控制，可以進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)電流和電壓等數(shù)據(jù)抓取等。

（3）人機(jī)交互

人機(jī)交互平臺(tái)包含人機(jī)交互模塊（含系統(tǒng)），可以進(jìn)行視頻傳感器圖像對(duì)比GPU及算法、視頻紅外溫測(cè)傳感器信息接收及處理、NFC芯片儲(chǔ)存?zhèn)鞲衅餍畔ⅰSB數(shù)據(jù)接收器、一鍵順控順序控制、數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>

單柜的智能改造完成后，可以通過通訊裝置，傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器。后臺(tái)服務(wù)器可以搭建數(shù)據(jù)庫模型，搭建專家診斷系統(tǒng)，搭建運(yùn)營系統(tǒng)等，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)診斷分析及遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)預(yù)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(xiàng)目軟件預(yù)測(cè)、操作任務(wù)模塊式搭建、設(shè)備狀態(tài)自動(dòng)判別、防誤聯(lián)鎖智能校核、操作步驟一鍵啟動(dòng)、操作過程自動(dòng)順序執(zhí)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(tài)監(jiān)測(cè)：操作后自動(dòng)獲取相關(guān)信號(hào)（分合閘電流波形、儲(chǔ)能電機(jī)電流、電動(dòng)機(jī)構(gòu)電流、分合閘時(shí)間反彈超程機(jī)械特性等）；

2）柜內(nèi)視頻監(jiān)視：在斷路器室加裝視頻攝像頭，可對(duì)柜內(nèi)斷路器進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可視化；

3）為保證安全性可靠性，每臺(tái)高壓開關(guān)柜逐一配備獨(dú)立的監(jiān)測(cè)裝置，且該監(jiān)測(cè)裝置具備采集監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)滿足具有獨(dú)立的模擬電氣專業(yè)值守、操作人員的分析判斷等功能；

4）開關(guān)柜智能化改造應(yīng)使用電動(dòng)手車和電動(dòng)接地刀，在斷路器室、電纜室應(yīng)安裝有攝像頭，無人值守遠(yuǎn)程操作實(shí)現(xiàn)可視化一鍵多模式（運(yùn)行、熱備、冷備、檢修）控制，并支持視頻雙確認(rèn)功能，以確保遠(yuǎn)程操作的絕對(duì)安全；

5）電動(dòng)手車和接地刀具備電機(jī)電流的檢測(cè)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、超時(shí)保護(hù)、軟啟動(dòng)和軟停止功能；

6）智能化改造的開關(guān)柜內(nèi)配有測(cè)量溫度、濕度、分合閘速度等在線監(jiān)測(cè)所需的各類傳感器。在線監(jiān)測(cè)的參量包括斷路器分合閘線圈電流波形、行程－時(shí)間曲線、儲(chǔ)能狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、機(jī)械特性、各觸頭溫度和各室溫濕度等；

7）智能化改造的開關(guān)柜內(nèi)應(yīng)配有測(cè)量、控制、監(jiān)測(cè)、顯示等功能一體化集成的智能監(jiān)測(cè)裝置，信號(hào)就地分析和處理，兼具電流電壓采集與顯示、繼電保護(hù)和故障信息顯示、在線監(jiān)測(cè)與顯示、程序化控制、實(shí)時(shí)視頻查看、歷史數(shù)據(jù)查詢和顯示、自診斷等多功能于一體；

8）智能化改造的開關(guān)柜應(yīng)具有觸摸人機(jī)交互裝置，實(shí)現(xiàn)就地的顯示及操作；

9）為保障通訊兼容性，監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)支持IEC61850規(guī)約；

10）測(cè)溫傳感器需采用無源無線傳輸且傳感器無內(nèi)置電池，采用CT取電模式，同時(shí)能夠?qū)囟葦?shù)據(jù)以無線的方式傳輸至智能監(jiān)測(cè)裝置并在人機(jī)交互裝置與后臺(tái)系統(tǒng)中顯示。

（5）專家診斷系統(tǒng)及顯示

智能化改造后的開關(guān)柜專家診斷系統(tǒng)構(gòu)成示意圖，如圖3所示。專家診斷系統(tǒng)的狀態(tài)評(píng)估及邊緣計(jì)算功能如下：

圖3 智能化改造后開關(guān)柜專家系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

1）能夠根據(jù)溫度數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備的接觸電阻及溫升趨勢(shì)進(jìn)行分析；

2）能夠根據(jù)機(jī)械特性數(shù)據(jù)對(duì)操作結(jié)構(gòu)各環(huán)節(jié)的狀態(tài)進(jìn)行分析；

3）能夠根據(jù)電氣特性數(shù)據(jù)對(duì)電動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)元件和執(zhí)行元件進(jìn)行分析；

4）能夠根據(jù)綜合信息對(duì)開關(guān)設(shè)備的整體狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

4 結(jié)束語

KYN28A－12鎧裝型移開式開關(guān)柜的智能化改造是基于各專業(yè)領(lǐng)域的深度融合，包括傳感器技術(shù)、機(jī)械電器技術(shù)、電子及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等。

開關(guān)柜智能化是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的深度使用。開關(guān)柜通過各種信息傳感器技術(shù)實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、位置等各種需要的信息，通過多種可能的網(wǎng)絡(luò)接入，實(shí)現(xiàn)電和人的泛在連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)管理過程的智能化感知、識(shí)別和管理。