KYN28型手車式開關(guān)柜智能化的探究與分析

李耀杰，張 輝

1 引言

我國(guó)已進(jìn)入全面建設(shè)小康社會(huì)的決勝階段，社會(huì)主義經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，電力資源得高效合理利用對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮著及其重要的作用，其中高中壓開關(guān)在輸配電領(lǐng)域及整個(gè)電力行業(yè)中十分重要。國(guó)內(nèi)外許多有實(shí)力的高中壓開關(guān)柜廠家都開發(fā)了自己特有的、具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，高中壓開關(guān)柜制造水平及技術(shù)含量在逐年提高，產(chǎn)品質(zhì)量和工藝要求都得到了空前的發(fā)展；高中壓開關(guān)柜正向著智能化、自動(dòng)化、高可靠性、高穩(wěn)定性、自動(dòng)診斷和維護(hù)簡(jiǎn)易的方向發(fā)展，本文主要從KYN28型智能化開關(guān)柜的智能單元、機(jī)械結(jié)構(gòu)組件、電動(dòng)控制進(jìn)出車及接地開關(guān)、五防聯(lián)鎖等方面進(jìn)行探究與分析。

1.1 智能化開關(guān)柜應(yīng)用前景

智能化開關(guān)柜在一些條件惡劣、偏遠(yuǎn)、無(wú)人值守的地方發(fā)揮了它的獨(dú)特性與優(yōu)越性，諸如煤礦、工礦等復(fù)雜用電場(chǎng)所的安全及合理運(yùn)行上起著至關(guān)重要的作用。智能化開關(guān)柜通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊接口與中央調(diào)度中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，利用微機(jī)處理器的人工智能和超級(jí)運(yùn)算能力，提升測(cè)量的準(zhǔn)確度和綜合控制性能，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守和遠(yuǎn)程監(jiān)控。智能化開關(guān)柜著重將數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、在線監(jiān)測(cè)技術(shù)、通訊技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)和總線技術(shù)等集于一身，使其運(yùn)行智能化，操作簡(jiǎn)便化，從而節(jié)省了人力、物力，大大減少了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，是一項(xiàng)性價(jià)比高、技術(shù)全，涉及諸多學(xué)科領(lǐng)域的綜合技術(shù)。

目前，KYN28型智能化開關(guān)柜主要體現(xiàn)在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)電流電壓參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)以及時(shí)間常數(shù)等數(shù)據(jù)的集中處理，這主要通過(guò)開關(guān)柜上的智能單元實(shí)現(xiàn)。智能單元可以對(duì)開關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、診斷分析和故障處理，并對(duì)故障進(jìn)行預(yù)警、定位、記錄事件等功能。

2 智能單元的原理及運(yùn)行

智能單元實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)柜可操控元件的邏輯控制功能，完成對(duì)開關(guān)柜可操控元件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及部分在線監(jiān)測(cè)，變定期檢修為狀態(tài)檢修，從而提高開關(guān)柜的智能化水平。

智能單元按照五防操作流程，完成開關(guān)柜主要元器件的操作，并具有機(jī)構(gòu)操作超時(shí)保護(hù)、電機(jī)啟動(dòng)保護(hù)和電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能；根據(jù)斷路器的運(yùn)行狀態(tài)接入開入量進(jìn)行邏輯判斷，如手車既不在工作位也不在試驗(yàn)位時(shí)，裝置發(fā)出報(bào)警，同時(shí)閉鎖除手車出車命令外的所有操作指令，工作人員可根據(jù)報(bào)警輸出情況對(duì)相應(yīng)元器件進(jìn)行檢查或檢修處理。

在進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)際操作的過(guò)程中，如果不符合五防操作條件，智能單元將顯示某一環(huán)節(jié)的錯(cuò)誤提示信息和告警信息，并進(jìn)行語(yǔ)音提示，要求操作人員對(duì)錯(cuò)誤環(huán)節(jié)進(jìn)行處理，如果報(bào)警信息沒(méi)有消除，程序?qū)⒉辉倮^續(xù)運(yùn)行。其智能單元自動(dòng)控制手車進(jìn)車流程如圖1所示。

圖1 手車進(jìn)車流程圖

（1）當(dāng)裝置上電時(shí)，如果手車既不在試驗(yàn)位也不在工作位，則強(qiáng)制手車至試驗(yàn)位。

（2）當(dāng)手車進(jìn)車時(shí)，到達(dá)工作位置，若動(dòng)靜觸頭搭接不可靠，裝置發(fā)出報(bào)警，并要求退出至試驗(yàn)位。該位置的檢測(cè)主要靠預(yù)先設(shè)定的手車行程值、時(shí)間設(shè)定值和工作位置信號(hào)來(lái)判斷，如有可視探頭將會(huì)更加直觀顯示出動(dòng)靜觸頭的插入深度。

（3）當(dāng)手車進(jìn)出車超時(shí)，則取消電動(dòng)操作指令，并發(fā)出進(jìn)出車信號(hào)報(bào)警。手車進(jìn)出車超時(shí)報(bào)警有可能是手車被卡滯的原因，故工作人員要求及時(shí)處理。

圖2 智能單元自動(dòng)控制出車流程圖

斷路器手車進(jìn)出車控制邏輯輸入，信號(hào)同步判斷，只有在滿足地刀分閘、手車聯(lián)鎖，且處于非手動(dòng)狀態(tài)，智能裝置無(wú)故障時(shí)，才允許操作。

接地開關(guān)分合閘邏輯控制，開關(guān)柜單元檢修時(shí)，主回路必須接地，但接地操作必須符合五防操作要求，即只有斷路器分閘、手車推出至試驗(yàn)位、接地側(cè)不帶電的情況下才可合接地刀閘。邏輯流程圖如圖3所示。

圖3 接地開關(guān)合閘流程圖

對(duì)手車、接地開關(guān)電機(jī)具有啟動(dòng)保護(hù)和堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能。

開關(guān)柜內(nèi)部及周圍環(huán)境狀況的監(jiān)測(cè)，具備加熱和除濕功能，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)輸出裝置。

根據(jù)開關(guān)設(shè)備正常的運(yùn)行狀況，對(duì)彈簧的儲(chǔ)能時(shí)間、手車進(jìn)出車時(shí)間、斷路器合分閘時(shí)間、接地開關(guān)合分閘時(shí)間、工作位間隔時(shí)間、電動(dòng)啟動(dòng)保護(hù)、電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)等參數(shù)進(jìn)行采集，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行校正設(shè)為定值。當(dāng)開關(guān)柜實(shí)際投入運(yùn)行時(shí)，所采集到的實(shí)際運(yùn)行時(shí)間參數(shù)不在正常整定范圍之內(nèi)時(shí)，裝置異常告警，其時(shí)間參數(shù)反饋邏輯圖如圖4所示。

圖4 時(shí)間參數(shù)反饋邏輯圖

3 機(jī)械結(jié)構(gòu)主要技術(shù)要求

可靠的自動(dòng)化操作是KYN28型智能化開關(guān)柜的機(jī)械聯(lián)動(dòng)不可或缺的一部分，主要體現(xiàn)在斷路器手車、負(fù)荷開關(guān)、接地開關(guān)的電動(dòng)操作，不僅能電動(dòng)合分閘，電動(dòng)進(jìn)出車，而且能有效地實(shí)行五防聯(lián)鎖，由中央控制中心發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)指定的操作步驟，自動(dòng)完成操作順序，高效地完成供配電過(guò)程，提高供電質(zhì)量。當(dāng)前智能化開關(guān)柜實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化操作的關(guān)鍵技術(shù)主要在于：①傳感器技術(shù)對(duì)高壓開關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及反應(yīng)。傳感器應(yīng)具有高靈敏性及高可靠性，以及抗干擾能力強(qiáng)、體積小、容易與保護(hù)裝置匹配和接口的特點(diǎn)。②電動(dòng)操作過(guò)程的自動(dòng)適應(yīng)，通過(guò)電機(jī)電流大小來(lái)反映手車進(jìn)出車和接地開關(guān)分合閘過(guò)程中的機(jī)械受力情況，自動(dòng)調(diào)整電機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)動(dòng)速率，防止電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)，當(dāng)發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)能自動(dòng)退回原位。③躲過(guò)電機(jī)的最大啟動(dòng)電流，避免電機(jī)受到啟動(dòng)沖擊電流的損壞，消除對(duì)電動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械慣性影響。保護(hù)設(shè)備的使用壽命和提高機(jī)械操作的可靠性。④有效的機(jī)械閉鎖，防止電動(dòng)地刀誤動(dòng)。⑤手車及接地開關(guān)合分閘到位后停止可靠，并能反轉(zhuǎn)適宜的時(shí)間（一般可反轉(zhuǎn)0.5s），防止電機(jī)堵轉(zhuǎn)及機(jī)械裝置卡滯，以提高機(jī)械機(jī)構(gòu)的使用壽命和滿足操作的頻繁性。

4 KYN28智能化開關(guān)柜電動(dòng)底盤車技術(shù)要求

4.1 電動(dòng)底盤車結(jié)構(gòu)

電動(dòng)底盤車的工作行程、安裝尺寸、外形尺寸、接地排和連鎖板應(yīng)與同規(guī)格通用底盤車保持一致，如圖5所示。

圖5 電動(dòng)底盤車結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 機(jī)械聯(lián)鎖

（1）僅當(dāng)斷路器手車位于工作位或試驗(yàn)位時(shí)，斷路器能進(jìn)行合閘操作。

（2）當(dāng)斷路器處于合閘位置時(shí)，手車不能進(jìn)車、出車操作

（3）僅當(dāng)斷路器手車位于試驗(yàn)位時(shí)，與接地開關(guān)聯(lián)鎖的連鎖板才能解鎖。

4.3 機(jī)械強(qiáng)度和機(jī)械動(dòng)作

電動(dòng)底盤車的安裝框架應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，前框應(yīng)有足夠的抗彎強(qiáng)度；電動(dòng)底盤車與斷路器形成斷路器小車后，柜內(nèi)進(jìn)出車操作，手動(dòng)操作力矩不大于30N.m，電動(dòng)操作應(yīng)能可靠到位。

5 KYN28智能開關(guān)柜電動(dòng)進(jìn)出車二次原理

圖6 電機(jī)回路示意圖

如圖6所示，將斷路器內(nèi)部的常閉接點(diǎn)和試驗(yàn)位置接點(diǎn)引入，保證了只有斷路器在分閘的情況下才可進(jìn)出車，手車在試驗(yàn)位時(shí)才能合接地刀，形成一定的閉鎖關(guān)聯(lián)，有效的提高了供電的可靠性及安全性。

6 可視化技術(shù)的應(yīng)用

數(shù)字式遠(yuǎn)方視頻遙控監(jiān)視系統(tǒng)和攝像技術(shù)的引用將是智能化開關(guān)柜的發(fā)展的主要前景，在一些關(guān)鍵部位，手車室、母線室、電纜室、電動(dòng)操作部位、動(dòng)靜觸頭咬合處等采用360°全方位視頻監(jiān)控系統(tǒng)和紅外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)焦距擴(kuò)大視覺(jué)范圍；高清視圖，使遠(yuǎn)方控制人員能直觀清析的觀察到斷路器、負(fù)荷開關(guān)、接地開關(guān)等機(jī)械部件自動(dòng)操作的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程及故障發(fā)生的方位；紅外監(jiān)測(cè)視頻同時(shí)能監(jiān)察到開關(guān)柜內(nèi)相關(guān)設(shè)備的溫度變化，及時(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀況，以便控制人員提前預(yù)警并及時(shí)解除故障，從而提高供電的可靠性。

7 結(jié)束語(yǔ)

KYN28型智能化開關(guān)柜只是整個(gè)供配電系統(tǒng)中的一個(gè)單元，要完成真正意義上的智能化，還需要優(yōu)化供配電領(lǐng)域的各個(gè)環(huán)節(jié)，綜合運(yùn)用各項(xiàng)新興技術(shù)，利用發(fā)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)的自動(dòng)化是我們的發(fā)展目標(biāo)。

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