高低壓成套開關(guān)設(shè)備智能化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

魏益松 林婷艷

（中檢質(zhì)技檢驗(yàn)檢測(cè)科學(xué)研究院有限公司 浙江省杭州市 310022）

開關(guān)設(shè)備作為配電網(wǎng)核心構(gòu)成，其實(shí)際運(yùn)行質(zhì)量安全性影響配電網(wǎng)的運(yùn)行水平，一經(jīng)開關(guān)設(shè)備產(chǎn)生故障問題，增加火災(zāi)及斷電事故。高低壓成套開關(guān)設(shè)備智能化控制，作為時(shí)代發(fā)展需求，更是保證配電網(wǎng)運(yùn)行可靠強(qiáng)有力支撐。此種背景下，需積極開發(fā)設(shè)計(jì)高低壓成套開關(guān)設(shè)備智能化控制系統(tǒng)，通過該控制系統(tǒng)對(duì)開關(guān)設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)、狀態(tài)評(píng)估及綜合診斷，為集成監(jiān)測(cè)和開關(guān)設(shè)備統(tǒng)一管控做以支撐。

1 高低壓成套開關(guān)設(shè)備現(xiàn)狀

電力輸送網(wǎng)和配電網(wǎng)中，高低壓成套開關(guān)設(shè)備發(fā)揮關(guān)鍵性功能，將高低壓成套開關(guān)設(shè)備及其相聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備，可從本質(zhì)層面實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)有效控制，并通過開關(guān)設(shè)備和自身控制功能對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)做以保證。高低壓成套開關(guān)設(shè)備自身運(yùn)行質(zhì)量水平，直接關(guān)乎電力系統(tǒng)運(yùn)行成效，若高低壓設(shè)備產(chǎn)生質(zhì)量或性能指標(biāo)問題，不利于電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，所以保證高低壓成套開關(guān)應(yīng)用性能優(yōu)良，可促進(jìn)電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性及安全性。我國(guó)工業(yè)水平持續(xù)性提高，我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量不斷增長(zhǎng)，但相較于發(fā)達(dá)國(guó)家存在一定差距，需掌握生產(chǎn)生活對(duì)高低壓成套開關(guān)設(shè)備應(yīng)用需求，并采取有效措施不斷優(yōu)化智能化控制系統(tǒng)，促使其發(fā)揮自身能效，真正實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行智能化、高效化。

2 高低壓成套開關(guān)設(shè)備智能化控制系統(tǒng)組成及功能

2.1 高低壓成套開關(guān)設(shè)備智能化控制系統(tǒng)組成

高低壓成套開關(guān)設(shè)備智能化控制，主要是由三大模塊構(gòu)成，不同模塊承擔(dān)的任務(wù)目標(biāo)不盡相同，需積極掌握其基本構(gòu)成，為后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供保證。圖1 為高低壓成套開關(guān)設(shè)備智能化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。其實(shí)際模塊單元如下：

圖1：高低壓成套開關(guān)設(shè)備智能化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）高低壓成套開關(guān)柜布設(shè)傳感器，對(duì)各類參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要包含溫濕度裝置，對(duì)環(huán)境進(jìn)行綜合性監(jiān)控及采集；溫度掃描裝置主要對(duì)開關(guān)柜中設(shè)備工作狀況下溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)收集開關(guān)柜自身溫度及設(shè)備關(guān)鍵點(diǎn)溫度；開關(guān)柜中布設(shè)大量互感器，利用互感器和采集電氣參數(shù)信息。

（2）依托上述傳感器匯總采集各類數(shù)據(jù)后，需通過相應(yīng)的介質(zhì)完成傳輸工作，通常使用頻次較高的便為RS485 通信傳輸平臺(tái)，將信息傳輸至監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)，監(jiān)測(cè)裝置通過對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，并將其動(dòng)態(tài)化傳輸至分析軟件中。

（3）后臺(tái)分析軟件接收此類數(shù)據(jù)信息之后，可采取一系列處理方式將此類數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，并通過顯示設(shè)備生成相應(yīng)的報(bào)表，利用特定算法及故障報(bào)表數(shù)據(jù)處理，結(jié)合軟件功能實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)、狀態(tài)評(píng)估等更深層次功能。

2.2 高低壓成套開關(guān)設(shè)備智能化控制系統(tǒng)功能

2.2.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

依托傳感器、互感器等多個(gè)模塊單元完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，并在采集基礎(chǔ)上完成此類數(shù)據(jù)匯總和統(tǒng)一管理。相關(guān)人員及運(yùn)維人員可動(dòng)態(tài)化查詢此類有效數(shù)據(jù)及其參數(shù)，現(xiàn)下多選用直接成像參數(shù)方式呈現(xiàn)參數(shù)，選用實(shí)時(shí)表格等形式，為人員后續(xù)系統(tǒng)維護(hù)工作提供便捷。

2.2.2 故障檢測(cè)

傳感器內(nèi)動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，可將其與系統(tǒng)初期設(shè)定數(shù)據(jù)以及正常數(shù)據(jù)比對(duì)，現(xiàn)下多選用改進(jìn)拉普斯分值法對(duì)此類參數(shù)故障特征進(jìn)行有效提取，對(duì)其進(jìn)行逐步辨識(shí)和分類，實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜故障綜合性診斷。

2.2.3 故障警告

故障警告方式多元化，如聲音提示等，隨著信息技術(shù)引入，積極引入可視化界面技術(shù)，將警告相關(guān)信息完整、直觀呈現(xiàn)，其中主要涉及故障問題、報(bào)警時(shí)間等，對(duì)其信息進(jìn)行存儲(chǔ)，為后續(xù)追溯查詢奠定基礎(chǔ)。

2.2.4 狀態(tài)評(píng)估

針對(duì)采集匯總數(shù)據(jù)而言，主要包含電能質(zhì)量指標(biāo)、環(huán)境裝填指標(biāo)，高低壓成套開關(guān)設(shè)備智能化控制中引入各類算法，以此為核心基礎(chǔ)對(duì)各類指標(biāo)進(jìn)行綜合性分析及評(píng)估，按照最終客觀評(píng)估結(jié)果以雷達(dá)圖方式顯示[1]。

3 高低壓成套開關(guān)設(shè)備智能化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 電路設(shè)計(jì)方案

高低壓成套開關(guān)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行成效，與整個(gè)配電網(wǎng)運(yùn)行可靠性密切相關(guān)，其智能化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，需綜合考量用電設(shè)備時(shí)間周期，盡可能吻合設(shè)備正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)需求，保證用電設(shè)施有序開展。設(shè)計(jì)人員需考量接地、短路電流是否對(duì)設(shè)備造成一定影響，其中部分用戶使用設(shè)備功率較大，產(chǎn)生較強(qiáng)過載量，需基于設(shè)備和用戶實(shí)際需求層面進(jìn)行合理化配置。同時(shí)，電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中需依附于外部環(huán)境，但因環(huán)境具備不確定性、多元化特征，直接關(guān)乎最終電力設(shè)備實(shí)際運(yùn)行質(zhì)量。所以高低壓成套開關(guān)設(shè)備智能化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需高度重視環(huán)境因素，保證高低壓成套開關(guān)設(shè)備運(yùn)行處于正常狀態(tài)。

3.2 智能化控制系統(tǒng)互感器和母線設(shè)計(jì)

高低壓成套開關(guān)設(shè)備智能化控制系統(tǒng)中，互感器主要具備電流相互感應(yīng)的作用，作為一個(gè)關(guān)鍵性的元件，互感器自身種類較多，實(shí)際設(shè)計(jì)過程中建議選取與之吻合的優(yōu)質(zhì)互感器。正式設(shè)計(jì)過程中，因其中部分專業(yè)人員自身經(jīng)驗(yàn)不足，忽視互感器設(shè)計(jì)，促使控制系統(tǒng)功率大幅度降低，設(shè)備正式運(yùn)行過程中電流回路突發(fā)性增大，促使控制系統(tǒng)運(yùn)行中電流失衡操作不穩(wěn)現(xiàn)象。設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)母線過程中，需充分考量合理控制電壓與電流，正式裝配之前需對(duì)其綜合性測(cè)試，確保電流和電壓數(shù)值處于合理范圍內(nèi)，以免對(duì)母線產(chǎn)生損傷。設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)高低壓開關(guān)設(shè)備開關(guān)元件時(shí)，為保證安全可增設(shè)開關(guān)斷路器，其核心作用在于工作人員處于現(xiàn)場(chǎng)操作之后，若發(fā)現(xiàn)電流過大或控制系統(tǒng)失穩(wěn)異常狀況，可第一時(shí)間中斷電流，以免對(duì)設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷[2]。

3.3 智能化控制系統(tǒng)面板和控制回路設(shè)計(jì)

面板作為智能化控制系統(tǒng)“心臟”，其自身重要性不言而喻，面板可保證電子元件處于設(shè)備正常工作中進(jìn)行自檢，合理配置各元件作用，充分發(fā)揮單一元件功能。設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)內(nèi)面板時(shí)，需不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，明晰面板元件所在具體位置，若面板安裝過程中與控制柜實(shí)際安設(shè)部位缺少匹配度，便會(huì)促使面板產(chǎn)生摩擦現(xiàn)象，隨著時(shí)間推移促使元件損傷。控制回路通常處于智能化控制系統(tǒng)中多以自動(dòng)合閘、手動(dòng)合閘方式呈現(xiàn)，自動(dòng)化和手動(dòng)操作可實(shí)現(xiàn)靈活性銜接，設(shè)備處于自動(dòng)狀態(tài)下可達(dá)成遠(yuǎn)程啟動(dòng)合閘，自動(dòng)合閘之前控制系統(tǒng)可系統(tǒng)性對(duì)電流、電壓等狀況進(jìn)行自檢，保證無故障條件下方可啟動(dòng)合閘操作，進(jìn)一步規(guī)避設(shè)備元件損傷。

3.4 高低壓成套設(shè)備開關(guān)柜整體設(shè)計(jì)

開關(guān)柜實(shí)際發(fā)展過程中，其實(shí)際應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大，智能化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)升級(jí)優(yōu)化之后，工作整體效率會(huì)大幅度提升，開關(guān)柜需滿足設(shè)備在各領(lǐng)域中實(shí)際應(yīng)用。設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)開關(guān)柜過程中，需強(qiáng)調(diào)各細(xì)節(jié)化設(shè)計(jì)，綜合性考量現(xiàn)代化電子信息技術(shù)，與開關(guān)柜自身控制系統(tǒng)是否相吻合，電子系統(tǒng)內(nèi)部元件是否與開關(guān)柜規(guī)劃發(fā)展相匹配。開關(guān)柜安裝操作規(guī)程，需嚴(yán)格依照我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，保證其布設(shè)合理性。設(shè)計(jì)人員需從智能化層面設(shè)計(jì)分析，智能化控制系統(tǒng)吻合現(xiàn)下現(xiàn)代化工業(yè)實(shí)際需求，積極應(yīng)用各類新型材料原件，合理保證電器元件處于開關(guān)柜內(nèi)布設(shè)成效，以此保證其正常運(yùn)行。

4 高低壓成套開關(guān)設(shè)備智能化控制系統(tǒng)模塊應(yīng)用

4.1 電氣運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊

電氣運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊，其核心基本原理為處于高低壓成套開關(guān)設(shè)備智能化控制監(jiān)測(cè)模塊中引入主控芯片，實(shí)現(xiàn)各基礎(chǔ)電參數(shù)動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，處于該系統(tǒng)中采樣周期保持在20ms，進(jìn)一步動(dòng)態(tài)化完成信息和參數(shù)實(shí)時(shí)掃描與采集，確保數(shù)據(jù)信息采集完整及精準(zhǔn)性。該模塊中融入數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)及顯示功能，將初期采集匯總數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)相聯(lián)動(dòng)，實(shí)時(shí)傳遞至后臺(tái)系統(tǒng)中。監(jiān)控電流信號(hào)等實(shí)時(shí)信號(hào)參數(shù)，可精準(zhǔn)性掌握開關(guān)設(shè)備基礎(chǔ)參數(shù)越限、短路故障等狀況，以此完成開關(guān)設(shè)備短周期內(nèi)故障監(jiān)測(cè)及精準(zhǔn)性分類，以此結(jié)合故障發(fā)生核心成因，采取針對(duì)性解決措施[3]。

4.2 電氣設(shè)備運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)調(diào)控模塊

電氣設(shè)備實(shí)際運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)調(diào)控模塊，其內(nèi)部主要引入環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境調(diào)控技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)設(shè)備開關(guān)柜內(nèi)溫濕度信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)化采集。同時(shí)，電氣設(shè)備運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)條調(diào)控模塊中，具備參數(shù)調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等，以此調(diào)節(jié)判定環(huán)境參數(shù)和閾值進(jìn)行比對(duì)，其超過實(shí)際限定數(shù)值條件下，可自行直接調(diào)節(jié)風(fēng)扇或加熱器進(jìn)行動(dòng)態(tài)化調(diào)整，以此保證控制體系內(nèi)部溫濕度始終處于正常范圍內(nèi)，以此開關(guān)故障設(shè)備發(fā)生。

4.3 電氣設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測(cè)模塊

電氣設(shè)備運(yùn)行溫度監(jiān)測(cè)模塊，該模塊中引入物聯(lián)網(wǎng)、傳感技等，選用多視角、多層次方式對(duì)開關(guān)柜內(nèi)各開關(guān)設(shè)備溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)化采集，以此為基礎(chǔ)可精準(zhǔn)性定位故障易發(fā)生部位，并將其全方位進(jìn)行記錄采集，為后續(xù)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)提供參考。該模塊中哈引入全方位控制系統(tǒng)，對(duì)其開關(guān)柜內(nèi)各設(shè)備元件工作狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)化掃描監(jiān)測(cè)。

5 開關(guān)柜智能化未來發(fā)展趨勢(shì)

5.1 智能化

針對(duì)高低壓成套開關(guān)柜設(shè)備而言，智能化發(fā)展作為未來發(fā)展主趨之一，從其興起開始多個(gè)工作活動(dòng)均以智能化為核心，核心目的在于提升其智能化水平，尤其為現(xiàn)下各類新材料不斷涌現(xiàn)，以及新技術(shù)良好發(fā)展，促使高低壓開關(guān)電子設(shè)備智能化特征更具明晰化，促進(jìn)高低壓開關(guān)柜電器元件發(fā)展更為迅速，促使其在我國(guó)配電系統(tǒng)中發(fā)揮更佳成效。

5.2 模塊化發(fā)展

智能化開關(guān)柜中實(shí)現(xiàn)模塊化，不僅可促使高低壓開關(guān)柜生產(chǎn)模式予以改善優(yōu)化，而且促使成本得以降低。模塊化主要是與實(shí)際智能化開關(guān)實(shí)際應(yīng)用需求融合，從而實(shí)現(xiàn)模塊優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此吻合多元化實(shí)際需求，該趨勢(shì)的發(fā)展對(duì)智能化開關(guān)柜生產(chǎn)具有促進(jìn)作用。

5.3 專業(yè)化發(fā)展

智能化開關(guān)柜專業(yè)化也作為其未來發(fā)展主趨，專業(yè)化方向也是行業(yè)化方向核心內(nèi)容。隨著社會(huì)分工逐步實(shí)現(xiàn)精細(xì)化，不同領(lǐng)域相互融合過程中，便發(fā)現(xiàn)各領(lǐng)域中對(duì)開關(guān)柜自身需求存在一定差異性，其實(shí)際需求均不一，所以需處于性能結(jié)構(gòu)層面對(duì)其進(jìn)行分配優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而滿足不同行業(yè)對(duì)開關(guān)柜實(shí)際需求，成為智能化開關(guān)柜專業(yè)化發(fā)展方向[4]。

6 結(jié)束語(yǔ)

高低壓成套開關(guān)設(shè)備作為配電網(wǎng)核心構(gòu)成，其實(shí)際運(yùn)行成效與電網(wǎng)運(yùn)行可靠性密切相關(guān)，隨著網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)高速發(fā)展，其設(shè)備智能化控制系統(tǒng)性能更強(qiáng)大，不僅具備便捷的操作流程，而且為設(shè)備良好運(yùn)行提供強(qiáng)有力支撐。需積極結(jié)合智能化控制系統(tǒng)特征，系統(tǒng)性做好設(shè)計(jì)優(yōu)化，為未來高低壓設(shè)備性能提升十分關(guān)鍵。