智能變電站中壓開關(guān)柜智能化及改進(jìn)

歐陽安妮，曾小剛

（國網(wǎng)長沙縣供電公司，湖南 長沙 410000）

如今，智能化中壓開關(guān)柜技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，這類開關(guān)柜技術(shù)越來越成熟。通過將智能中壓開關(guān)柜運(yùn)用到變電站中，能夠?qū)Ω髟O(shè)備運(yùn)行狀態(tài)加以遠(yuǎn)程監(jiān)控，盡可能減少設(shè)備故障問題的發(fā)生。針對(duì)發(fā)生率較高的故障問題，可通過數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)、分析及處理，找出故障發(fā)生的原因，然后提前采用相應(yīng)的預(yù)防措施，這樣就能夠減少作業(yè)人員的工作量，降低設(shè)備維護(hù)與檢修的危險(xiǎn)性，從而促進(jìn)智能變電站的安全可靠運(yùn)行，推動(dòng)我國電力系統(tǒng)的智能化發(fā)展，顯著提高供電量的穩(wěn)定性，為電力企業(yè)帶來更多的綜合效益。然而當(dāng)前智能化中壓開關(guān)柜技術(shù)具體應(yīng)用中依然存在諸多問題，需要人們進(jìn)一步探究和分析，對(duì)其加以不斷完善和改進(jìn)。

1 智能變電站概述

智能化變電站主要是基于一體化業(yè)務(wù)平臺(tái)、智能設(shè)備，來對(duì)各設(shè)備運(yùn)行情況加以動(dòng)態(tài)感知、自主自治。其中關(guān)于智能化變壓器的應(yīng)用，主要是通過有機(jī)結(jié)合通信光纖和控制系統(tǒng)，對(duì)變壓器的狀態(tài)參數(shù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)獲取；如果設(shè)備發(fā)生故障問題，將會(huì)立即發(fā)出預(yù)警，相關(guān)人員可及時(shí)獲取相關(guān)參數(shù)，對(duì)故障問題進(jìn)行有效解決，從而減少操作失誤，盡量減少變壓器的隱患，確保變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 智能中壓開關(guān)柜概述

智能中壓開關(guān)柜，主要是基于常規(guī)中壓開關(guān)柜，對(duì)傳感技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)、智能控制技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸和分析技術(shù)等，憑借智能檢測(cè)設(shè)備、智能化斷路器、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接電力儀表等設(shè)備設(shè)施，以此來對(duì)電氣參數(shù)（功率、電壓、電流、頻率等）、各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)（斷路器的分合閘狀態(tài)、柜內(nèi)溫度和濕度等）進(jìn)行全過程監(jiān)視、控制、診斷及處理。智能中壓開關(guān)柜的構(gòu)成部分：工業(yè)級(jí)圖像傳感器、開關(guān)柜智能電子組件IED、真空度傳感器、無線溫度傳感器和環(huán)境溫濕度傳感器等，其中智能電子組件可借助智能斷電路、真空度傳感器和圖像傳感器等，來對(duì)智能化開關(guān)柜運(yùn)行中的運(yùn)行狀態(tài)全過程監(jiān)測(cè)[1]。主要體現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

（1）屏幕顯示?？蓪?duì)開關(guān)柜的模擬運(yùn)行方式進(jìn)行全過程顯示，包括：接地開關(guān)狀態(tài)、模擬母線圖、開關(guān)狀態(tài)、模擬量及開關(guān)數(shù)量等，還能夠借助工業(yè)開關(guān)來對(duì)數(shù)字多路工業(yè)圖像傳感器進(jìn)行連接，以此來嚴(yán)密監(jiān)測(cè)手動(dòng)開關(guān)進(jìn)出情況、接地開關(guān)通斷狀態(tài)等。同時(shí)，也能夠全面監(jiān)測(cè)斷路器手車進(jìn)出線位置情況、接地開關(guān)分合閘位狀態(tài)等重要活動(dòng)位置。

（2）斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)。智能型開關(guān)柜中應(yīng)用了大量的傳感器，其中內(nèi)置式控制單元可對(duì)傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行全過程監(jiān)測(cè)、評(píng)估，一旦發(fā)現(xiàn)異常狀況，可以馬上進(jìn)行有效處理。同時(shí)，這一控制器具備測(cè)量觸點(diǎn)開度與位移曲線的功能。通過將光電轉(zhuǎn)子安裝到開關(guān)分割器轉(zhuǎn)軸上，能夠?qū)﹂_關(guān)的機(jī)械磨損、疲勞進(jìn)行有效診斷，并能夠?qū)φ婵諟缁∈矣|頭的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，基于角度調(diào)整來對(duì)開關(guān)的位移曲線、接觸距離加以計(jì)算。另外，通過對(duì)分閘動(dòng)作過程中輔助開關(guān)的時(shí)間間隔加以測(cè)量，能夠明確合閘速度，然后在此基礎(chǔ)上，即可明確設(shè)備的疲勞程度、工作時(shí)間[2]。

（3）觸頭溫度檢測(cè)。由低電壓側(cè)接收器、高電壓側(cè)發(fā)射器和上位機(jī)構(gòu)作為組成的無線半導(dǎo)體溫度傳感器，關(guān)于這一設(shè)備的應(yīng)用，主要是將高壓側(cè)的溫度數(shù)據(jù)采集電路安裝到機(jī)箱的初級(jí)靜態(tài)連接位置，借助單片機(jī)來對(duì)溫度傳感器進(jìn)行控制，當(dāng)單片機(jī)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量與轉(zhuǎn)換之后，可利用無線傳輸模塊將這些數(shù)據(jù)傳輸至低壓端。低電壓端通過有效結(jié)合RS-232總線和智能總線監(jiān)控系統(tǒng)來查詢Modbus通信協(xié)議，把獲取到的溫度數(shù)據(jù)傳輸至智能監(jiān)控系統(tǒng)，最后由總線按照智能指令來及時(shí)有效地處理監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

（4）溫濕度監(jiān)控報(bào)警與狀態(tài)監(jiān)測(cè)。無線傳感器中具備433 MHz射頻頻段，智能電子組件能夠?qū)Ω鞑蓸狱c(diǎn)的溫濕度情況、溫度曲線進(jìn)行全過程采集與顯示，并對(duì)各采樣點(diǎn)的溫濕度報(bào)警限值進(jìn)行設(shè)定，借助聚類分析與模糊判斷來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的預(yù)警，涉及到母線搭接、報(bào)警箱觸點(diǎn)和環(huán)境溫度。

3 智能化中壓開關(guān)柜優(yōu)勢(shì)

（1）TTF真彩色液晶屏在中壓開關(guān)智能監(jiān)控裝置中的應(yīng)用，能夠?qū)﹂_關(guān)的數(shù)量、數(shù)字的數(shù)量、模擬的數(shù)量等信息加以顯示，且能夠?qū)﹂_關(guān)狀態(tài)與一次接線圖進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)模擬。借助不同顏色的模擬顯示，來對(duì)在充電模式下或是接地模式下進(jìn)行區(qū)別模擬顯示，以便相關(guān)人員更好地明確不同電路的開關(guān)與機(jī)械位置[3]。

（2）有效融合智能監(jiān)控器與智能永磁驅(qū)動(dòng)控制器，這樣就能夠更好地監(jiān)控?cái)嗦菲鳈C(jī)械結(jié)構(gòu)，對(duì)斷路器狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。還能夠?qū)υO(shè)備是否出現(xiàn)堵塞情況進(jìn)行記錄，實(shí)時(shí)評(píng)估IGBT電流功率和電壓波形的電流幅值、峰值時(shí)間，再加以結(jié)算管理，全面分析故障發(fā)生的原因，并對(duì)故障的基本狀態(tài)進(jìn)行在線檢測(cè)，最后利用RS485在線傳輸分析結(jié)果。

（3）通過智能化監(jiān)控器，來促使433 M無線信號(hào)與WLAN的溫濕度傳感器相連，從而對(duì)各點(diǎn)的溫度變化曲線與溫度值進(jìn)行全過程顯示，并能夠采集到溫度報(bào)警信息、記錄數(shù)據(jù)，在極大程度上避免由于溫度過高而引發(fā)火災(zāi)事故。

（4）針對(duì)智能控制柜中壓系統(tǒng)而言，通過有機(jī)結(jié)合雙向無線溫濕度傳感器，能夠自動(dòng)控制開關(guān)柜中的溫度和濕度，還能夠?qū)崿F(xiàn)雙向自動(dòng)脫水控制。

（5）通過有機(jī)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)顯示、電源測(cè)試和人體紅外線感應(yīng)等功能，能夠促使中壓開關(guān)設(shè)備的功能集成，使之具備更高的智能化水平。

（6）智能控制柜基于IEC61580與先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，以便更加科學(xué)有效地對(duì)設(shè)備進(jìn)行評(píng)估，對(duì)故障進(jìn)行分析，明確故障發(fā)生的原因，并能夠?qū)Ω髟O(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)加以遠(yuǎn)程監(jiān)控，從而滿足智能變電站的運(yùn)行需求[4]。

4 傳統(tǒng)中壓開關(guān)柜的不足

開關(guān)柜作為電力系統(tǒng)中必不可少的一種電氣設(shè)備，其主要作用在于：充分保證電力系統(tǒng)安全，以切斷故障的方式來有效保護(hù)系統(tǒng)；能夠連接線路，對(duì)發(fā)生故障的設(shè)備進(jìn)行及時(shí)關(guān)閉，馬上隔離故障線路。以往的中壓開關(guān)柜的構(gòu)成部分主要是二次設(shè)備、避雷裝置、互感器、斷路器、隔離刀閘，可通過這些設(shè)備來有效收集與處理各類數(shù)據(jù)信息，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題，能夠借助繼電保護(hù)裝置來保證電力系統(tǒng)處于安全運(yùn)行狀態(tài)?？衫枚卧O(shè)備與斷路器來對(duì)電纜進(jìn)行有效監(jiān)控，防止電纜被損壞，這2種設(shè)備主要是借助監(jiān)控與保護(hù)等方式來對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效傳輸，并進(jìn)一步提高電纜的安全性。

針對(duì)信號(hào)的控制，通常由專門的保護(hù)裝置或是專業(yè)人員進(jìn)行操作，并由斷電器按照特定的指令來完成相應(yīng)的操作。接下來，當(dāng)主體控制室接收到相應(yīng)的信號(hào)后，即可明確系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)[5]。在傳統(tǒng)中壓開關(guān)柜的應(yīng)用，要求定期對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格檢查與維修，明確其工作狀態(tài)，若存在問題必須盡快處理。然而在這一過程中，往往需要選擇大范圍停電的方式來對(duì)其檢查維修，不但會(huì)影響到用戶的用電，還會(huì)引發(fā)一系列不容忽視的問題，故而需要借助更加先進(jìn)的技術(shù)來對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，即結(jié)合現(xiàn)階段電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，加大中壓開關(guān)柜智能化的建設(shè)力度，對(duì)已有問題進(jìn)行有效改進(jìn)，有效利用各種智能化技術(shù)來提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性及穩(wěn)定性。

5 中壓開關(guān)柜智能化改進(jìn)

5.1 智能化監(jiān)控裝置

智能化監(jiān)控裝置作為中壓開關(guān)柜中非常關(guān)鍵的一個(gè)裝置，其主要運(yùn)用了LED顯示，能夠?qū)⒅袎洪_關(guān)柜中的各類信息數(shù)據(jù)及時(shí)展示在LED屏幕之上。同時(shí)，智能化監(jiān)控裝置可較好地模擬開關(guān)的動(dòng)作狀態(tài)，對(duì)接線圖的內(nèi)容進(jìn)行呈現(xiàn)，以不同的顏色來對(duì)不同開關(guān)的運(yùn)行狀況進(jìn)行區(qū)分。

5.2 永磁驅(qū)動(dòng)控制器

針對(duì)中壓開關(guān)柜智能化建設(shè)，應(yīng)注重提高設(shè)備的通信功能，對(duì)各設(shè)備的運(yùn)行狀況加以智能化監(jiān)控，并能夠及時(shí)檢測(cè)斷路器，掌握其實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，而要實(shí)現(xiàn)這些通信功能，就需要對(duì)永磁驅(qū)動(dòng)控制器進(jìn)行充分利用，來實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器各種狀態(tài)進(jìn)行全方位檢測(cè)，并能夠有效展示電力系統(tǒng)中的電流流動(dòng)狀況。相較于傳統(tǒng)的中壓開關(guān)柜，智能化開關(guān)柜能夠?qū)Ω黝悢?shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，掌握各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，且選擇實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方式來呈現(xiàn)信息，具備較高的時(shí)效性[6]。同時(shí)，永磁驅(qū)動(dòng)控制器能夠更加科學(xué)合理地預(yù)測(cè)斷路器的使用年限，借助在線智能化檢測(cè)手段來明確中壓開關(guān)柜的耗電狀況，科學(xué)檢測(cè)其基礎(chǔ)狀態(tài)，還能夠確保中壓開關(guān)柜的通信功能正常。

5.3 溫濕度傳感器

對(duì)于中壓開關(guān)柜而言，通過將各種傳感器連接到智能化監(jiān)控設(shè)備之上，能夠?qū)υO(shè)備運(yùn)行環(huán)境的溫濕度進(jìn)行有效檢測(cè)；通過將多個(gè)溫度傳感器設(shè)置到各個(gè)監(jiān)控單元，能夠有效描述溫度的變化情況，并通過曲線的方式對(duì)這一變化情況進(jìn)行展示，以便相關(guān)人員更加直觀形象地認(rèn)識(shí)到中壓開關(guān)柜的具體運(yùn)行環(huán)境。同時(shí)，相關(guān)人員可結(jié)合具體情況來合理設(shè)定溫度傳感器的臨界值，以此來確保中壓開關(guān)柜溫度的規(guī)范性與合理性，若溫度高于這一臨界值，系統(tǒng)會(huì)馬上進(jìn)行報(bào)警，防止發(fā)生嚴(yán)重的故障問題。

5.4 真空斷路器

針對(duì)中壓開關(guān)柜的檢查和維修工作，可借助真空傳感器來對(duì)斷路器的所有數(shù)值加以有效檢測(cè)，也可利用智能監(jiān)控設(shè)備所具備的攝像頭來檢測(cè)隔離刀閘斷口的狀態(tài)，然后基于這些檢測(cè)數(shù)據(jù)來采用科學(xué)有效的措施。借助完善的智能化監(jiān)控設(shè)施和傳感器，能夠更好地改善中壓開關(guān)柜存在的不足之處，對(duì)該設(shè)備的所有數(shù)據(jù)加以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析，以便相關(guān)人員更加充分、及時(shí)地掌握開關(guān)柜的運(yùn)行情況，從而有效提高故障的排查效率，在極大程度上提高檢查與維修質(zhì)量，降低檢修難度，最終促進(jìn)電力系統(tǒng)始終處于安全可靠的運(yùn)行狀態(tài)[7]。可以說，上述方式能夠?qū)崿F(xiàn)量化評(píng)估，更加科學(xué)合理地預(yù)測(cè)設(shè)備的使用年限，也能夠預(yù)測(cè)故障，以便相關(guān)人員提前采取切實(shí)可行的防范措施；還可結(jié)合檢測(cè)數(shù)據(jù)來制定相應(yīng)的解決方案。這種方式可以量化評(píng)估，對(duì)設(shè)備的使用壽命進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測(cè)，甚至還可以預(yù)測(cè)故障，從而有效提高開關(guān)柜的使用年限。

5.5 分布式光纖測(cè)溫技術(shù)

在中壓開關(guān)柜建設(shè)中應(yīng)用分布式光纖測(cè)溫技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)空間溫度場(chǎng)分布全過程監(jiān)測(cè)的目的。該技術(shù)的應(yīng)用原理：通過對(duì)光時(shí)域反射技術(shù)、光纖拉曼光譜技術(shù)、微弱信號(hào)處理技術(shù)和光波分復(fù)技術(shù)等加以有效應(yīng)用，來對(duì)較長距離內(nèi)光纖上各位置的溫度加以科學(xué)全面監(jiān)測(cè)，并能夠借助激光來對(duì)空間信息與溫度分布信息等進(jìn)行有效傳播，通過設(shè)定相應(yīng)的寬度、能量的激光脈沖，通過其在光纖傳遞過程中向后散射的光波，隨著溫度的變化其狀態(tài)就會(huì)改變，可對(duì)散射回來的光波加以檢測(cè)與復(fù)用，再通過系統(tǒng)的處理，就能夠獲取到各位置的溫度信息[8]。該技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)：能夠?qū)﹄姎馀潆娧b置動(dòng)力電纜、母線接頭位置進(jìn)行零距離監(jiān)測(cè)，電磁不會(huì)對(duì)其作用的發(fā)揮產(chǎn)生影響，能夠適用于高輻射、強(qiáng)腐蝕強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境，且能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)空間測(cè)溫。

5.6 新型快速滅弧器

UFES快速滅弧器屬于以一次性元件為主的滅弧器，通過對(duì)ABB限流技術(shù)、ABB真空包技術(shù)的有效應(yīng)用，可在極大程度上提高這一滅弧器的動(dòng)作速度，大大降低故障發(fā)生的可能性。同時(shí)，這一新型快速滅弧器中的檢測(cè)控制裝備具備很強(qiáng)的邏輯判斷能力，可借助探頭式光纖來更加精準(zhǔn)地開展檢測(cè)工作，從而使之能夠更加有效地捕捉電流。

6 結(jié)束語

綜上所述，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)供電需求不斷提高，為能夠保證用電的持續(xù)性與穩(wěn)定性，電網(wǎng)企業(yè)必須加強(qiáng)智能變電站建設(shè)。中壓開關(guān)柜作為變電站中最為關(guān)鍵的一個(gè)元件，只有確保其具備良好的運(yùn)行狀態(tài)，才能夠確保變電站的安全可靠運(yùn)行，故而電網(wǎng)企業(yè)需要緊跟時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)，對(duì)各種先進(jìn)智能化技術(shù)進(jìn)行有效應(yīng)用，不斷改進(jìn)中壓開關(guān)柜，從而實(shí)現(xiàn)中壓開關(guān)柜的智能化。