寧夏力成電氣集團有限公司 丁立科 馬立軍 申曉兵 曹建華

近年來隨著能源電力、“云大物移智”等技術(shù)的不斷進步與應(yīng)用，電力系統(tǒng)逐步向以橫向多能源互補、縱向源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)為主要特征的能源互聯(lián)網(wǎng)、綜合能源系統(tǒng)發(fā)展，同時電網(wǎng)公司提出向綜合能源服務(wù)商轉(zhuǎn)型的重大戰(zhàn)略部署，提出打造樞紐型、平臺型、共享型企業(yè)、建設(shè)運營好堅強智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。

各配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備制造企業(yè)在時代的發(fā)展方向下也積極推進產(chǎn)品升級換代和智能配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備的研制工作，大家都在積極地探索中不斷前進，不斷完善著各自的傳統(tǒng)產(chǎn)品，使其能夠智能化，應(yīng)用安全可靠性性提高，配合國家電網(wǎng)做好、做實電力系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的配網(wǎng)產(chǎn)品，也是在為堅強智能電網(wǎng)打定堅強基礎(chǔ)。

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，“萬物互聯(lián)”成為技術(shù)發(fā)展的趨勢，通過物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)手段將配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備的運行指標(biāo)進行實時監(jiān)測和預(yù)警，將傳統(tǒng)的開關(guān)設(shè)備智能化，可進一步地提高電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行。尤其是以數(shù)據(jù)分析為目的，以可測、可控、可視、協(xié)同自愈為方向的智能配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備，逐步成為行業(yè)內(nèi)部對智能配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備重要的考評依據(jù)。

10kV 配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備KYN28-12金屬封閉開關(guān)設(shè)備不僅廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的各類變電所以及發(fā)電廠、工礦企事業(yè)高壓配電當(dāng)中，占據(jù)著電力系統(tǒng)的半壁江山，而且其自身產(chǎn)品整體構(gòu)架特征、工作運行環(huán)境和電壓等級在配網(wǎng)開關(guān)行業(yè)極具代表性，這也就使其成為各開關(guān)設(shè)備制造企業(yè)實現(xiàn)智能開關(guān)設(shè)備的首選產(chǎn)品。

寧夏力成電氣集團有限公司研制的10kV 智能配網(wǎng)成套開關(guān)設(shè)備，采用雙通道物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（4G 和NB-Iot）[1]，在開關(guān)設(shè)備的相應(yīng)各項功能隔室內(nèi)配置在線導(dǎo)體溫度、弧光、噪音、灰塵傳感器，以及通過RS485方式將上述傳感器和網(wǎng)絡(luò)儀表、智能操控交互，自動采集設(shè)備運行工況（環(huán)境特征、機械特性、表象特征、電量特征）上傳到云平臺，利用平臺PHM（設(shè)備健康管理模型）對設(shè)備運行進行狀態(tài)監(jiān)測、健康評估、故障預(yù)測，從而使設(shè)備具備了運行全生命周期內(nèi)（≤20年）的可測、可視，進而使得產(chǎn)品智能化、管理科學(xué)化、運行可靠性程度顯著提高。

1 研制過程

1.1 工業(yè)設(shè)計

智能配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備設(shè)計之初，通過工業(yè)設(shè)計把傳統(tǒng)鈑金工藝與新材料、新技術(shù)融合應(yīng)用形成了智能配網(wǎng)成套開關(guān)設(shè)備。在原有成套開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計方面重點強化了五防閉鎖、電氣傳動路徑防護，并在全系列產(chǎn)品中統(tǒng)一工業(yè)設(shè)計元素風(fēng)格。

工業(yè)設(shè)計中力求產(chǎn)品外觀造型簡潔、大氣、莊重，在企業(yè)VI 設(shè)計基礎(chǔ)上提煉并融入了“斜45度”一致性語言元素，特別是在產(chǎn)品整體形象設(shè)計、門板與上下坎部件設(shè)計、門鎖與拉手設(shè)計、絲印與LOGO 設(shè)計、銘牌與標(biāo)識設(shè)計、涂層材質(zhì)與工藝設(shè)計等方面進行了統(tǒng)一設(shè)計，形成配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備工業(yè)產(chǎn)品穩(wěn)重、大方的效果，充分體現(xiàn)出高端產(chǎn)品的科技感和強烈的企業(yè)特色，為產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計、電氣設(shè)計、智能化設(shè)計等提供一個標(biāo)準(zhǔn)框架和基礎(chǔ)平臺架構(gòu)，為產(chǎn)品具備安全可靠、便捷維護、智能化的獨有技術(shù)特色起到重要的支撐作用，對產(chǎn)品的擴展開發(fā)、應(yīng)用開發(fā)奠定了良好的基礎(chǔ)。

1.2 安全設(shè)計

在產(chǎn)品整體設(shè)計過程中產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理設(shè)計尤為重要，產(chǎn)品整體結(jié)構(gòu)的布局會影響到產(chǎn)品運行性能。傳統(tǒng)的開關(guān)設(shè)備的功能單元檢修門相互獨立，各隔室門鎖相互獨立，若開關(guān)設(shè)備任意隔室內(nèi)出現(xiàn)短路、電器元件漏電、線路接觸不良等，此時作業(yè)維修人員檢修時因無聯(lián)鎖機構(gòu)導(dǎo)致誤入帶電間隔，輕者損壞電器設(shè)備、重者發(fā)生觸電事故乃至使作業(yè)維修人員死亡。

此類問題歸根到底是產(chǎn)品安全性問題，寧夏力成電氣集團有限公司研制的10kV 智能配網(wǎng)成套開關(guān)設(shè)備，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面安全性方面設(shè)計了后門聯(lián)鎖裝置U 型鎖扣和斜槽鎖扣實現(xiàn)反向閉鎖功能。提供了更為可靠的電纜室內(nèi)接地開關(guān)連鎖機構(gòu)，使得其與后門、操作孔操作具備先后順序，即必須先接地開關(guān)合閘、開后門和必須先關(guān)閉后門、再接地開關(guān)分閘的防誤閉鎖強制性手段，強化了成套開關(guān)設(shè)備的五防聯(lián)鎖，提高了產(chǎn)品安全性能。

圖1 智能配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備及連鎖機構(gòu)

10kV 智能配網(wǎng)成套開關(guān)設(shè)備通過機械電氣傳動方式提升設(shè)備安全可靠性。主要是在設(shè)備斷路器室門板本體的內(nèi)側(cè)面的邊緣周增設(shè)一圈氣流泄壓式U 形槽，經(jīng)過U 形槽的緩沖使得噴射出的氣流壓力明顯低于斷路器室內(nèi)氣壓，高壓高熱氣體經(jīng)由門板與柜體邊框縫隙時的噴射速度顯著降低，可有效避免爆炸產(chǎn)生的高壓高熱氣體直接經(jīng)由門板與柜體邊框的縫隙噴射而出時對人體造成危害，提高產(chǎn)品安全性。

1.3 智能化集成應(yīng)用

在產(chǎn)品電氣和智能化設(shè)計中，10kV 智能配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備以RAM 為主控核心的雙通道物聯(lián)網(wǎng)模塊，借助4G 和NB 通訊技術(shù)，集保護、操控、測量、通信、顯示等功能一體化的綜合集成裝置，有利于開關(guān)柜精簡結(jié)構(gòu)和接線、提升自組網(wǎng)、且兼容工業(yè)有線或無線網(wǎng)絡(luò)各類技術(shù)協(xié)議集成應(yīng)用，實現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能配電綜合自動化系統(tǒng)。

智能型成套開關(guān)設(shè)備與工業(yè)信息化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組合應(yīng)用，在為用戶開放本地集中監(jiān)測與控制系統(tǒng)外，更突出的特點是：通過本技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)，可形成對遠(yuǎn)方配電系統(tǒng)上的智能配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備，在制造廠內(nèi)部的云數(shù)據(jù)平臺上，進行遠(yuǎn)程實時監(jiān)控、協(xié)調(diào)和運維集成系統(tǒng)，可為缺少配電系統(tǒng)管理和運維技術(shù)資源的用戶提供遠(yuǎn)程技術(shù)托管服務(wù)。

10kV 智能配網(wǎng)成套開關(guān)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)電力儀表具備電量采集通訊，符合Modbus-RTU 協(xié)議要求，在柜內(nèi)應(yīng)用振動、弧光、噪音、污穢傳感器，電力儀表和傳感器最終通過RS485方式與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)連接，網(wǎng)關(guān)上行協(xié)議執(zhí)行MQTT。整體與基本的電力應(yīng)用、高電壓、電氣傳動等的融合，形成了一種強電與弱電相匹配的智能技術(shù)成果。

通過設(shè)計研制工作，最終形成了10kV 智能配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備標(biāo)志性產(chǎn)品KYN28-12智能高壓交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備。此產(chǎn)品通過工業(yè)設(shè)計把傳統(tǒng)鈑金工藝與新材料、新技術(shù)融合應(yīng)用形成的智能型配網(wǎng)成套開關(guān)設(shè)備，在產(chǎn)品電氣方面研制了配網(wǎng)設(shè)備用雙通道（4G/NB-iot）物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，各功能隔室內(nèi)配置的導(dǎo)體溫度、弧光、噪音、灰塵等多種傳感器，以及電力儀表、智能操控裝置在線數(shù)據(jù)通訊產(chǎn)品，形成了更為安全、美觀、新穎、智能的配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備產(chǎn)品。

10kV 智能配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備使原有KYN28A-12高壓交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備基本的電氣性能、機械性能得到提升的同時，更創(chuàng)新實現(xiàn)了配網(wǎng)設(shè)備廣泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)應(yīng)用，形成了一種弱電與強電相匹配的技術(shù)成果，達到高端化、智能化產(chǎn)品設(shè)計的目標(biāo)，為電力產(chǎn)品的智能遠(yuǎn)程運維服務(wù)提供了強有力的底層數(shù)據(jù)采集支撐，并且融合PHM 設(shè)備預(yù)測與健康管理技術(shù)，使產(chǎn)品具備了故障預(yù)測、預(yù)警等功能。

一是實現(xiàn)了配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備全壽命周期內(nèi)的可測、可預(yù)、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)的智能化技術(shù)；二是實現(xiàn)了配電設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測、分析與診斷，及配電設(shè)備全生命周期預(yù)測性管理、維修、保養(yǎng)。做到在設(shè)備故障發(fā)生前，依據(jù)當(dāng)前設(shè)備需要維修狀態(tài)進一步判斷是由于何種故障模式引起的設(shè)備健康水平的下降，從而對故障模塊或部件盡早進行檢測與識別。

平臺能夠依據(jù)獲取的狀態(tài)監(jiān)測信息，判斷當(dāng)前設(shè)備處于其性能退化過程中哪一種健康狀況，是正常態(tài)、性能下降態(tài)或某一功能失效態(tài)，估計當(dāng)前的狀態(tài)偏離正常態(tài)程度的大?。灰罁?jù)當(dāng)前裝備系統(tǒng)的健康狀況，監(jiān)測裝備系統(tǒng)運行狀態(tài)并故障預(yù)測，確定未來時間設(shè)備系統(tǒng)是否能正常完成其功能，并根據(jù)過去和現(xiàn)有的狀態(tài)預(yù)測出未來某時間的狀態(tài)，從而可做到故障的提前預(yù)警。

圖2 智能配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備采集、分析與預(yù)判研究

10kV 智能配網(wǎng)成套開關(guān)設(shè)備技術(shù)上的創(chuàng)新實現(xiàn)，提高配電網(wǎng)運行的可靠性和效率，是積極主動響應(yīng)“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)發(fā)展趨勢的重要措施。在傳統(tǒng)開關(guān)設(shè)備賦能該技術(shù)，可降低勞動強度和充分利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)勢，從而對用戶和電網(wǎng)均帶來有益效果。

2 產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

10kV 智能配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備產(chǎn)品是企業(yè)根據(jù)市場需求，圍繞智能化、數(shù)字化、信息化、高端化、品牌化配網(wǎng)成套開關(guān)設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化戰(zhàn)略方向而設(shè)計的新產(chǎn)品，較原有產(chǎn)品從外觀上更具有現(xiàn)代性、科技感、時尚性，在性能上更為可靠、安全、智能。工藝上更符合高端電力裝備要求，更能為智能電力配網(wǎng)產(chǎn)業(yè)提供基礎(chǔ)支撐。目前該產(chǎn)品已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但產(chǎn)品后期的持續(xù)改進和產(chǎn)品智能化程度的提高將還是我們制造企業(yè)持續(xù)關(guān)注的問題。

同時企業(yè)智能配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備的實現(xiàn)大大推動了電力配電站遠(yuǎn)程運維服務(wù)新業(yè)態(tài)的進步和發(fā)展，實現(xiàn)了終端設(shè)備的異常預(yù)測、及時維保，提升了設(shè)備供電可靠性、使用壽命和產(chǎn)品在市場上核心競爭力，也為制造企業(yè)向“制造+服務(wù)”型轉(zhuǎn)變奠定了堅實的基礎(chǔ)。

制造業(yè)智能化、互聯(lián)網(wǎng)化是新一輪技術(shù)與產(chǎn)業(yè)革命的大趨勢，配電產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)工藝及加工手段體現(xiàn)出工業(yè)4.0的兩大特點：一是智能化；二是多批次小批量，定制生產(chǎn)滿足個性化需求。因此設(shè)計適合機器人流水化生產(chǎn)的組件式配網(wǎng)設(shè)備生產(chǎn)單元，并重新規(guī)劃產(chǎn)業(yè)鏈，將是配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備行業(yè)發(fā)展的趨勢。通過加工制造高度的可視化、自動化來實現(xiàn)產(chǎn)出產(chǎn)品的高效率、低成本目的。

3 結(jié)語

基于新一代信息技術(shù)（人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、傳感、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈）的迭代發(fā)展和國家電網(wǎng)建設(shè)的要求[2]，配網(wǎng)成套設(shè)備行業(yè)開展智能化和提升產(chǎn)品智能化技術(shù)的研究，提高產(chǎn)品的技術(shù)含量是在市場中獨占鰲頭的必由之路，所以還有以下幾個方面需要企業(yè)去取長補短。

配網(wǎng)開關(guān)產(chǎn)品實現(xiàn)智能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)科技的發(fā)展，越來越多的領(lǐng)域在智能方面的探索有了新的認(rèn)識和應(yīng)用。配網(wǎng)開關(guān)行業(yè)在變電所、樓宇及民用住宅等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)了利用電腦、手機、電視等電子設(shè)備對配電站點實現(xiàn)全天候現(xiàn)場實時監(jiān)控，從而降低配網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)投資成本。

產(chǎn)品組件模塊化、結(jié)構(gòu)組合化。研發(fā)適于配網(wǎng)開關(guān)系統(tǒng)應(yīng)用的模塊化配電成套產(chǎn)品組件，模塊化設(shè)計將使成套產(chǎn)品的制造過程大大簡便，通過不同模塊積木式的組合，使各功能單元獲得不同的附加功能，從而形成有機結(jié)合的整體。組合化的成套產(chǎn)品使得不同功能的單元組合在一起，有利于外形結(jié)構(gòu)更緊湊，提高空間利用率，減少線路中所需的元件品種，并使“強電”和“弱電”保護特性及應(yīng)用功能得到良好的配合。

零部件通用化。不同產(chǎn)品單元或不同功能組件實現(xiàn)零部件通用化，提高標(biāo)準(zhǔn)化程度，對制造企業(yè)來說將大大減小產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)成本并減少零部件的庫存量，對用戶來說也便于維修和互換。

配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備遠(yuǎn)程運維。通過配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備遠(yuǎn)程運維可實現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)終端用戶用電維護難、專業(yè)人員不足、故障排除不及時等問題，充分發(fā)揮配網(wǎng)開關(guān)設(shè)備設(shè)備智能化應(yīng)用與電力大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的用電體驗，符合人們對高可靠、安全、綠色、經(jīng)濟電力能源的需求。