開關(guān)柜在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

宋海英 鄭雄飛

摘要：隨著社會(huì)科技化水平的快速發(fā)展和提高，加上全球資源匱乏和環(huán)境惡化等眾多問題的突現(xiàn)，人類智能技術(shù)在社會(huì)生活中的作用越來越重要。文章主要針對一些應(yīng)用于智能電網(wǎng)中的技術(shù)，特別是開關(guān)柜在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用做了相關(guān)探討。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；智能開關(guān)；開關(guān)柜；電器設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM591文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2012）15-0040-03

1智能電網(wǎng)概述

智能電網(wǎng)即電網(wǎng)的智能化，這一趨勢在當(dāng)今世界已成為必然趨勢。這一趨勢是伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展而興起的。在現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的帶領(lǐng)下，電力工業(yè)企業(yè)應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，集合高端專家與人才，在計(jì)算機(jī)普及的情況下，將先進(jìn)的通訊傳感技術(shù)、信息分析決策技術(shù)和先進(jìn)的能源電力技術(shù)相結(jié)合而形成的新型現(xiàn)代化電網(wǎng)。這種智能化主要是網(wǎng)絡(luò)，將或分散或集中的電力用戶聯(lián)系起來，以便能夠最大限度、最全面、最快捷地獲取所需電網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，有利于對電力應(yīng)用狀況的檢測與控制。

智能電網(wǎng)系統(tǒng)的具體主要優(yōu)勢表現(xiàn)在：（1）通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控電力狀況，能夠防患于未然，將電力故障的發(fā)生率降至最低；在處理故障時(shí)，也能夠集合網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，搜集各方意見，及時(shí)清除電力故障；（2）在電力故障出現(xiàn)時(shí)，能夠快速隔離故障，避免出現(xiàn)大面積的停電現(xiàn)象，減少由此造成的人力財(cái)力消耗，避免社會(huì)動(dòng)蕩；（3）能夠及時(shí)應(yīng)對自然災(zāi)害，一旦發(fā)現(xiàn)外力破壞，通過阻止其他計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的惡意攻擊，用以保證電力用戶的安全用電，電力設(shè)備和電網(wǎng)系統(tǒng)的的正常運(yùn)行；（4）優(yōu)化能源資源和人力資源的配置，根據(jù)當(dāng)?shù)仉娏Φ膶?shí)際情況，結(jié)合各個(gè)時(shí)間段用電需求的不同，合理調(diào)配電力資源；（5）能夠合理調(diào)配資源在不同地區(qū)的分配，根據(jù)各地的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r，使得電力供用達(dá)到最優(yōu)化配置，以平衡地區(qū)間的用電需求；（6）比較有力的支持了電力市場的競爭，避免電力資源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行；（7）最大限度的利用各種社會(huì)技術(shù)和社會(huì)資源，是的電力工業(yè)的發(fā)展和自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和諧發(fā)展的要求相協(xié)調(diào)；（8）能夠真正理解客戶所需，根據(jù)客戶的實(shí)際情況，提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，合理配置電力資源；（9）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)與電力市場之間的銜接，通過網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)分析優(yōu)勢，使得參與電力經(jīng)濟(jì)交易的企業(yè)更好地參與電網(wǎng)安全管理工作，開拓電力企業(yè)和事業(yè)的發(fā)展前景。

2傳統(tǒng)開關(guān)與智能開關(guān)的區(qū)別

由于傳統(tǒng)的配電方式是通過斷路器、熔斷器、主令電器、控制繼電器等各種電工儀表組合成的一種能夠在高低壓控制柜來實(shí)現(xiàn)開關(guān)配電及監(jiān)視保護(hù)等措施，這種開關(guān)控制柜，在必要的情況下需要配有多種模擬指針儀表，為了方便給生產(chǎn)及維修帶來方便，這種以人工直接進(jìn)行控制而不是通過計(jì)算機(jī)智能管理是很難完成復(fù)雜的開關(guān)控制。

智能化開關(guān)柜則主要是采用了計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控模塊技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的管理系統(tǒng)軟件的開關(guān)設(shè)備。之所以這種開關(guān)柜的應(yīng)用成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用趨勢，主要是其與現(xiàn)代技術(shù)的密切結(jié)合，其所展現(xiàn)的高端科學(xué)技術(shù)，再輔之以計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，它的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用也就無可厚非了。同時(shí)智由于智能監(jiān)控模塊的功能與開關(guān)柜的智能化程度密切相關(guān)，這種開關(guān)柜在簡化了傳統(tǒng)開關(guān)柜二次接線程序的同時(shí)，也提高了電力設(shè)備的安全性和可靠性；與此同時(shí)，智能開關(guān)柜在性能方面更加易于維護(hù)，控制功能更強(qiáng)，并且可以通過通信接口，最大程度的推動(dòng)實(shí)現(xiàn)電力站綜合自動(dòng)化無人值班。這些都是開關(guān)柜智能化技術(shù)的關(guān)鍵所在。

在普通開關(guān)柜的基礎(chǔ)上，智能電力配電系統(tǒng)在配合新型的智能儀表（網(wǎng)絡(luò)電力儀表、智能配電監(jiān)控/保護(hù)模塊等、網(wǎng)絡(luò)I/O）的同時(shí)，通過電力網(wǎng)絡(luò)通信接口，能夠與中央控制室的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對供配電回路的電壓、電流等電參數(shù)的監(jiān)測，同時(shí)也能對斷路器的分合狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制，在各種完善的遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件的輔助下，實(shí)現(xiàn)遙調(diào)、遙信、遙測和遙控操作。

智能電網(wǎng)系統(tǒng)的信息測量主要由計(jì)算機(jī)智能現(xiàn)場數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊完成：通過現(xiàn)場總線接口，將系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_(tái)機(jī)，這樣便于全時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場狀況，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)集成式控制系統(tǒng)，滿足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的要求。智能化信息處理系統(tǒng)的主要功用在于：通過檢驗(yàn)開關(guān)柜及其溫度，及早發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)清除開關(guān)柜安全隱患；檢測母線、斷路器的性能及狀況，對其功能實(shí)行全時(shí)監(jiān)控；在線監(jiān)視電力系統(tǒng)的人員及任務(wù)分配實(shí)施情況；在電力設(shè)備中主要是警示預(yù)警，比如線路老化，積雪擠壓等狀況，提醒電力部門及早處理；檢測系統(tǒng)針對開關(guān)柜的各項(xiàng)命令的實(shí)施情況，檢測其正確與否；對開關(guān)柜的智能化應(yīng)用；記錄下電網(wǎng)的故障，為以后的處理方式提供經(jīng)驗(yàn)；通過專業(yè)的故障分析軟件，細(xì)致分析故障的前因后果，提出較好地解決辦法。

由于智能化開關(guān)柜技術(shù)初露端倪，發(fā)展尚不充分，有些技術(shù)難點(diǎn)尚有很大的爭議，比如其中所應(yīng)用的傳感技術(shù)，目前尚無較大進(jìn)展。當(dāng)前符合應(yīng)用水平的智能化裝置比較少，大部分是利用微機(jī)技術(shù)中的數(shù)字信息監(jiān)控技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二次設(shè)備。

3智能化開關(guān)柜設(shè)計(jì)原則

3.1一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

第一，由于智能化開關(guān)柜采用計(jì)算機(jī)智能監(jiān)測與控制，對一次系統(tǒng)接線并不會(huì)產(chǎn)生影響，一次系統(tǒng)接線方式及供電方案仍按相關(guān)要求與規(guī)定進(jìn)行。

第二，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)和各種人工智能，最大限度的利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的模擬功能。

第三，通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，檢測電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，可真正實(shí)現(xiàn)無人值班，減少不必要的開支，這既提高了效率，又節(jié)約了資源，是電腦系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

3.2二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

第一，開關(guān)柜內(nèi)、值班室與中央信號(hào)系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)設(shè)置與回路設(shè)計(jì)保持原狀，計(jì)算機(jī)監(jiān)測與控制系統(tǒng)中加入一套重復(fù)的計(jì)量、信號(hào)與控制回路

信息。

第二，開關(guān)柜內(nèi)的信息數(shù)據(jù)設(shè)置與回路設(shè)計(jì)保持原狀，值班室的中央信號(hào)系統(tǒng)取消，集中的保護(hù)屏應(yīng)保留，計(jì)算機(jī)監(jiān)測與控制系統(tǒng)中加入一套重復(fù)的計(jì)量、信號(hào)與控制回路信息。

第三，開關(guān)柜內(nèi)的信息數(shù)據(jù)設(shè)置與回路設(shè)計(jì)保持原狀，值班室的中央信號(hào)系統(tǒng)中出線開關(guān)柜不進(jìn)入中央信號(hào)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)監(jiān)測與控制系統(tǒng)中加入出線開關(guān)柜的信息與數(shù)據(jù)。同時(shí)，變配電站的中央信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)取消，要保留集中的保護(hù)屏，同時(shí)應(yīng)著重考慮第二方案。當(dāng)然，針對某些特殊地的特殊情況，則需要按實(shí)事求是的原則，具體選用最優(yōu)方案。但是一般情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮選用第三方案，因?yàn)榈谝环桨敢话悴灰诉x用，選用時(shí)應(yīng)慎重考慮，在綜合考察和計(jì)劃的基礎(chǔ)上，確保采用最優(yōu)方案，將消耗降到最低。

4電氣設(shè)計(jì)原則

4.1一次系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)原則

第一，應(yīng)該根據(jù)電氣的系統(tǒng)級(jí)別來確定設(shè)計(jì)原則，因此，在一次系統(tǒng)中，電氣的主接線方式要保持不變，同時(shí)應(yīng)該加入設(shè)計(jì)型號(hào)的說明，在說明中要詳細(xì)記錄所需的數(shù)據(jù)信息，以便于查詢，同時(shí)也可以根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障記錄，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，同時(shí)也有利于網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控。

第二，在選擇開關(guān)時(shí)，一定要根據(jù)實(shí)際情況選擇。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)人工智能的發(fā)展，使其在電力部門廣泛應(yīng)用。也因此在選擇開關(guān)時(shí)，要選則與計(jì)算機(jī)技術(shù)相適應(yīng)的自動(dòng)開關(guān)。

第三，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對開關(guān)的監(jiān)測，要通過自動(dòng)開關(guān)的常開觸點(diǎn)，這樣才能經(jīng)由獨(dú)立的出點(diǎn)聯(lián)通計(jì)算機(jī)與開關(guān)，才能進(jìn)行遙控制導(dǎo)。這一要求在低壓自動(dòng)開關(guān)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮，最好是設(shè)計(jì)好有效的防范

設(shè)置。

4.2二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

4.2.1繼電保護(hù)原則

這需要根據(jù)供電情況和供電需求加以考慮。如果供電需求在35kV及以上的話，供電系統(tǒng)可以考慮選用微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，并且由于變配電站的優(yōu)點(diǎn)，這種情況下應(yīng)該優(yōu)先考慮采用變配電站自動(dòng)化單元。如果供電需求在10kV以上那么，根據(jù)開關(guān)柜的設(shè)計(jì)原則，供配電系統(tǒng)保護(hù)方式的選擇范圍則比較多一些，可以選用微機(jī)保護(hù)，也可以選用繼電保護(hù)。只是如果選用繼電保護(hù)，實(shí)際操作中可以再設(shè)計(jì)一套有監(jiān)控功能的變配電站自動(dòng)化單元。

4.2.2信號(hào)回路原則

對于開關(guān)柜的開關(guān)狀態(tài)來說，所有的開關(guān)都需要監(jiān)視，也即每一個(gè)開關(guān)，都要有一對常開觸點(diǎn)，這樣比較容易建立計(jì)算機(jī)與開關(guān)系統(tǒng)之間的信息聯(lián)系。即使是這些開關(guān)的觸點(diǎn)可以共用一個(gè)地線，但是各自性能不同，并不是所有的觸點(diǎn)都可以連接與交流系統(tǒng)地線。所以，要在每一個(gè)繼電器上設(shè)計(jì)單獨(dú)的常開觸點(diǎn)。如果是中央信號(hào)系統(tǒng)，就應(yīng)在此基礎(chǔ)上再加上一對常開觸點(diǎn)，以便將信息引入中央信號(hào)系統(tǒng)。這兩種觸點(diǎn)要分開地線，這主要是根是兩者所需電壓的不同來設(shè)置的。

4.2.3控制回路原則

如果要進(jìn)行遠(yuǎn)方合分閘操作，就應(yīng)該在計(jì)算機(jī)監(jiān)測與控制系統(tǒng)上加上閘的常開觸點(diǎn)，這樣將其并連接到開關(guān)柜的合分閘開關(guān)或按鈕上就可以了。同時(shí)應(yīng)該考慮到實(shí)際的操作情況，根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)計(jì)或是手動(dòng)的或是自動(dòng)轉(zhuǎn)換的。由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用，最好是設(shè)計(jì)兩者兼有的，即手動(dòng)與遠(yuǎn)方遙控二者合為一式，酌情選用合適的方式。比如，若計(jì)算機(jī)監(jiān)控出現(xiàn)漏洞，還可以手動(dòng)執(zhí)行命令。對于供電需求在10kV及以上的，在計(jì)算機(jī)操作遠(yuǎn)方遙控時(shí)，對于遙控開關(guān)則要取消不對應(yīng)的

接線。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：宋海英（1974-），女，浙江杭州人，杭州欣美電器制造有限公司助理工程師，研究方向：高低壓配電柜研發(fā)設(shè)計(jì)；鄭雄飛（1975-），男，浙江杭州人，杭州市蕭山供電局技師，研究方向：高壓電器設(shè)備運(yùn)行維護(hù)。

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