智能變電站中壓開關(guān)柜智能化及改進(jìn)探討

彭文樹

摘要：低壓開關(guān)柜是配電網(wǎng)中的關(guān)鍵控制設(shè)備，其內(nèi)部集成了大量線路和電力電子元器件，一旦出現(xiàn)故障將造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，智能電網(wǎng)開始走進(jìn)人們的視野。在電力系統(tǒng)中，要加強(qiáng)開關(guān)柜智能化建設(shè)，保證中壓開關(guān)柜功能穩(wěn)定，這樣才能更好地開展智能電網(wǎng)建設(shè)。

關(guān)鍵詞：智能變電站;中壓開關(guān)柜;智能化

智能電網(wǎng)即電力網(wǎng)絡(luò)的智能化，是指在集成高速通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，運(yùn)用先進(jìn)的傳感、測量技術(shù)與設(shè)備以及控制方法和決策，實(shí)現(xiàn)多電網(wǎng)的智能化運(yùn)行。電力開關(guān)設(shè)備智能化以智能電網(wǎng)為依托，實(shí)現(xiàn)其堅(jiān)強(qiáng)、自愈、兼容、經(jīng)濟(jì)、集成等特征。堅(jiān)強(qiáng)性是指防范極端環(huán)境條件，抵御人為破壞，保障信息安全;自愈性是指連續(xù)的在線評估，預(yù)防控制，自動隔離和恢復(fù);兼容性是指分布式監(jiān)測，遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)和控制;集成性是指流程化、規(guī)范化、精細(xì)化和綜合監(jiān)測與控制，海量信息再處理和簡潔顯示;經(jīng)濟(jì)性是指降低運(yùn)行和維護(hù)總費(fèi)用，提高供電可靠性。

一、低壓開關(guān)柜概述

低壓開關(guān)柜是一種在柜式封裝空間內(nèi)集成電力電子元器件的復(fù)合式設(shè)備，它主要工作于配電系統(tǒng)中，可以完成數(shù)據(jù)的采集、傳輸和控制等功能，是電力配電的重要環(huán)節(jié)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日益發(fā)達(dá)的今天，智能型開關(guān)柜正在逐步取代傳統(tǒng)的非智能開關(guān)柜。智能化的開關(guān)柜充分利用了現(xiàn)場總線、數(shù)字傳輸、通信網(wǎng)絡(luò)、無線傳統(tǒng)等技術(shù)的優(yōu)勢，集遙測、遙調(diào)、遙控、遙信等功能于一身，只需在上位機(jī)進(jìn)行簡單操作即可掌握遠(yuǎn)程開關(guān)柜設(shè)備的實(shí)時工作狀態(tài)。一旦智能開關(guān)柜中有設(shè)備出現(xiàn)故障，控制器會快速控制斷路器將故障源斷開，同時將故障詳細(xì)信息發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，以便快速安排技術(shù)人員前往現(xiàn)場維修，不僅提高了維護(hù)效率，也降低了電力系統(tǒng)的安全風(fēng)險。

二、傳統(tǒng)中壓開關(guān)柜存在的問題

在電力系統(tǒng)中，開關(guān)柜是重要的電氣設(shè)備之一。開關(guān)柜可以有效保證電力系統(tǒng)安全，通過切斷故障的方式對系統(tǒng)形成有效保護(hù)。開關(guān)柜的外部電線會進(jìn)入到內(nèi)部主控開關(guān)，經(jīng)由主控開關(guān)再傳送到其他開關(guān)。開關(guān)柜可以連接線路，也可以及時關(guān)閉存在故障的設(shè)備，及時隔離故障線路。傳統(tǒng)的中壓開關(guān)柜主要是由避雷裝置、二次設(shè)備、互感器、斷路器以及隔離刀閘組成。中壓開關(guān)柜利用這些設(shè)備可以保證數(shù)據(jù)得到有效的采集和處理，一旦電力系統(tǒng)有故障，就可以利用中壓開關(guān)柜的繼電保護(hù)裝置保證電力系統(tǒng)安全。通常要對電纜形成監(jiān)控，避免電纜遭到損傷，這就需要二次設(shè)備與斷路器的支持，這兩個部分分別要通過監(jiān)控、保護(hù)等方式確保信號得到有效傳輸，還要提高電纜的安全性。對信號進(jìn)行控制時，可通過相應(yīng)的保護(hù)裝置或者工作人員進(jìn)行操作，而且會有特定的指令，斷電器會根據(jù)指令分別完成相應(yīng)的操作。主體控制室會在一系列操作結(jié)束后收到相應(yīng)的信號，了解系統(tǒng)的狀態(tài)。要傳統(tǒng)定期檢查和維修中壓開關(guān)柜，確認(rèn)其工作狀態(tài)，一旦發(fā)生問題就要及時解決。對傳統(tǒng)中壓開關(guān)柜進(jìn)行檢修時，通常需要采取大范圍停電的方式，這樣雖然可以保證開關(guān)柜的問題得到解決，但卻影響用戶用電，因此，傳統(tǒng)開關(guān)柜造成的一系列問題不容忽視，迫切需要更加先進(jìn)的技術(shù)予以改進(jìn)。因電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，開關(guān)柜需不斷走向智能化，因此，加強(qiáng)中壓開關(guān)柜智能化建設(shè)，積極改進(jìn)現(xiàn)有問題，充分利用智能化技術(shù)保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

三、智能化電力開關(guān)設(shè)備作用

1.對設(shè)備資產(chǎn)管理全面支持。能夠維護(hù)和存儲自身各部件、元器件的詳細(xì)資產(chǎn)信息;保存設(shè)備內(nèi)部元件、結(jié)構(gòu)變更記錄;支持設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)的調(diào)用和編輯;支持本地資產(chǎn)（物料）信息的顯示。

2.對設(shè)備檔案管理系統(tǒng)支持。能夠完整保存設(shè)備從制造到報廢全過程的檔案信息（原理圖、接線圖、檢驗(yàn)測試報告、證書、憑證）;遠(yuǎn)程監(jiān)控終端實(shí)時查閱存儲在設(shè)備內(nèi)的各種設(shè)備檔案信息，并可編輯、打印，猶如在本地計(jì)算機(jī)磁盤一樣方便。

3.日志管理。日志管理更加全面和詳細(xì)，本地不間斷存儲;完整重現(xiàn)設(shè)備一生所經(jīng)歷的各種事件（如分閘、合閘、儲能、地刀分/合、系統(tǒng)上電/掉電等）。

4.通信技術(shù)。至少支持以IEC61850為核心的通信協(xié)議，完整傳輸設(shè)備信息。

5.檢修維護(hù)向?qū)?。能夠根?jù)設(shè)備自身狀況提出檢修、維護(hù)建議;為檢修、維護(hù)操作提供明確而具體的操作指導(dǎo)，即使操作人員對設(shè)備毫無經(jīng)驗(yàn)也可以立即開展工作。

四、中壓開關(guān)柜智能化的改進(jìn)

1.磁驅(qū)動控制器

在進(jìn)行中壓開關(guān)柜智能化建設(shè)的過程中，需要提高設(shè)備的通信功能，并實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控，及時對斷路器進(jìn)行檢測，了解其實(shí)時工作狀態(tài)。完成一系列通信功能的主要設(shè)備就是永磁驅(qū)動控制器，斷路器的各種狀態(tài)可以通過這一設(shè)備得到全面的檢測，同時還可以通過這一設(shè)備對電力系統(tǒng)中的電流流動情況進(jìn)行展示。與傳統(tǒng)的中壓開關(guān)柜相比，智能化開關(guān)柜可以及時對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，了解每一項(xiàng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，而且信息大多是以實(shí)時監(jiān)測的方式展示，具有很高的時效性。此外，斷路器的使用壽命也可以得到有效的預(yù)測。通過在線智能化檢測的方式，可以及時了解到中壓開關(guān)柜的耗電情況，對其基礎(chǔ)狀態(tài)進(jìn)行有效的檢測，并保證其通信功能正常。同時，智能化監(jiān)控設(shè)備還可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測，保證中壓開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)能夠及時被工作人員所了解。一旦發(fā)現(xiàn)故障，就可以在第一時間內(nèi)進(jìn)行解決，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行。

2.圖像數(shù)據(jù)處理

在關(guān)鍵監(jiān)測位置安裝圖像傳感器，可實(shí)時監(jiān)控開關(guān)柜運(yùn)行時柜內(nèi)的開關(guān)狀態(tài)、手車位置等信息。開關(guān)柜內(nèi)空間狹小，母線元件等交錯干擾，照明燈覆蓋存在死角，圖像傳感器得到觀測圖像不易識別，可增加關(guān)合及位置等標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識點(diǎn)，以便通過比對特征點(diǎn)與圖像傳感器的相對位置來判斷關(guān)合及位置是否到位，也可使用圖像增強(qiáng)技術(shù)，使柜內(nèi)成像清晰可辨。

3.溫度監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)

溫度監(jiān)控模塊主要由通信接口、電源模塊、信號采集單元以及開關(guān)量輸出等部分組成。智能開關(guān)柜直接由主母線引出220V交流電源線，首先由變壓器對高壓信號進(jìn)行降壓，再采用LM3173芯片對輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓調(diào)節(jié)，最后為單片機(jī)提供最佳的工作電壓和電流。這種設(shè)計(jì)無需引入外部電源，避免了重復(fù)更換和維護(hù)蓄電池的麻煩。溫度采集單元采用了MF521033950型熱敏電阻，該器件在常溫下的電阻值約為10k，或以滿足-20-120℃的快速溫度響應(yīng)，測量精度也比較高，同時具有非常緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不占用過多空間。熱敏電阻將溫度變化轉(zhuǎn)化為阻值的變化，最后通過電流變換到電壓信號，再由高精度A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字化，完成溫度的采集。單片機(jī)與傳感器之間采用RS232串行通訊，單片機(jī)根據(jù)傳感器地址來識別傳感器，并對溫度信號進(jìn)行實(shí)時處理，當(dāng)溫度超過閾值時，啟動風(fēng)扇進(jìn)行散熱;當(dāng)溫度低于閾值時，啟動加熱器進(jìn)行升溫，使低壓開關(guān)柜始終工作在最佳條件下。在發(fā)生故障或定期停電維修期間，需要對遠(yuǎn)程開關(guān)柜進(jìn)行遠(yuǎn)程分合閘，采用繼電器可以實(shí)現(xiàn)該功能。本系統(tǒng)采用TLP521型繼電器，該器件是一種光電耦合器，具有光電隔離的好處。將繼電器與IP控制設(shè)備相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的分合閘控制。

小結(jié)

隨著現(xiàn)場總線、數(shù)字傳輸、通信網(wǎng)絡(luò)、無線傳統(tǒng)等技術(shù)的快速發(fā)展，許多電力設(shè)備制造企業(yè)開始投入大量的資金對新型智能開關(guān)柜進(jìn)行研發(fā)，不斷采用新技術(shù)新工藝，低壓開關(guān)柜變得越來越智能化，為智能電網(wǎng)和其它電氣系統(tǒng)的建設(shè)注入了新的活力。所以，需要采取有效的方式進(jìn)行改進(jìn)，采取動態(tài)監(jiān)測的方式得出實(shí)時數(shù)據(jù)，有效反映出開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)，保證我國電力系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定安全，造福更多人民。

參考文獻(xiàn)

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