智能化開關(guān)柜的應(yīng)用及質(zhì)量控制措施
——以某發(fā)電廠為例

肖忠杰

廈門ABB開關(guān)有限公司，福建 泉州 362000

0 引言

隨著我國信息化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)中的自動化技術(shù)逐漸在我國社會各領(lǐng)域普及，其中，電氣自動化的發(fā)展尤為突出。以高壓開關(guān)柜為例，智能化、信息化已經(jīng)成為高壓開關(guān)柜的發(fā)展趨勢，智能化開關(guān)柜得到了應(yīng)用與推廣。集現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)于一體的智能化開關(guān)柜是傳統(tǒng)高壓開關(guān)柜控制方式的優(yōu)化，其簡化了配電控制環(huán)節(jié)，在普通開關(guān)柜的基礎(chǔ)上與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、智能化監(jiān)控模塊相結(jié)合，可以有效監(jiān)測高壓開關(guān)柜的電流、電壓、一次回路和二次元件的器件等開關(guān)柜信息。在配電控制領(lǐng)域，智能化開關(guān)柜具有“一次投資，終身受益”的優(yōu)點(diǎn)。因此，為保證發(fā)電廠高壓開關(guān)柜的安全，應(yīng)強(qiáng)化智能化開關(guān)柜的應(yīng)用與設(shè)計。

1 智能化開關(guān)柜及其發(fā)展

1.1 智能化開關(guān)柜的定義

智能化開關(guān)柜是指高性能、高可靠性，具有一定自我診斷、自動控制性能和網(wǎng)絡(luò)通信能力的電力設(shè)備。在發(fā)電廠中應(yīng)用智能開關(guān)柜可以遙測相關(guān)電力系統(tǒng)和開關(guān)，遙控站號、開關(guān)號、合分閘等信號，以及各種智能模塊的運(yùn)行參數(shù)。智能開關(guān)柜是新時期發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)良好運(yùn)行狀態(tài)及創(chuàng)新發(fā)展的關(guān)鍵設(shè)備。

1.2 智能化開關(guān)柜的發(fā)展歷程

固定式結(jié)構(gòu)—落地手車式結(jié)構(gòu)—中置結(jié)構(gòu)是我國開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)演變順序，隨著結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展，開關(guān)柜的性能不斷優(yōu)化[1]。

我國最初缺乏開關(guān)柜設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)，相關(guān)設(shè)計主要汲取了蘇聯(lián)的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計出來的開關(guān)柜雖然可以優(yōu)化傳統(tǒng)的配電控制方式，但整體性能較差，經(jīng)常發(fā)生故障，不僅增加了維修成本，還嚴(yán)重影響供電效率。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國逐漸可以自主研發(fā)適合本國發(fā)展實(shí)際需求的開關(guān)柜，對斷路器的研究也取得了突出成效，實(shí)現(xiàn)了少油狀態(tài)性質(zhì)的斷路器向性能更優(yōu)的真空狀態(tài)斷路器的轉(zhuǎn)變?；谖覈F(xiàn)代智能化技術(shù)的不斷深入發(fā)展，智能化開關(guān)柜開始投入使用，其外觀小巧，在配電控制上實(shí)現(xiàn)了自動化、智能化，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程操控，結(jié)構(gòu)上也發(fā)展為比較先進(jìn)的中置結(jié)構(gòu)[2]。

2 智能化開關(guān)柜的特點(diǎn)與構(gòu)成

2.1 智能化開關(guān)柜的特點(diǎn)

（1）智能控制。智能化開關(guān)柜的最大特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了高壓開關(guān)柜控制方式的智能自動化。智能化開關(guān)柜借助計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，配電控制方式由傳統(tǒng)人工控制轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣踊刂疲┡潆姳O(jiān)測實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，數(shù)據(jù)信息與故障檢測也實(shí)現(xiàn)了集成化與實(shí)時化[3]。

（2）使用新型材料。隨著我國對智能化開關(guān)柜項(xiàng)目研發(fā)的不斷深入，對開關(guān)柜材料的重視程度開始提高。研究成果表明，使用新型材料制造開關(guān)柜可以在極大程度上減小開關(guān)柜的體積，采用智能化技術(shù)能在確保開關(guān)柜體積縮小的同時，增加供配電回路，從而保證智能化開關(guān)柜的整體功能效值[4]。

（3）運(yùn)維成本低。智能化開關(guān)柜可以在線監(jiān)測與評估設(shè)備實(shí)際狀況，延長設(shè)備的無故障運(yùn)行時間，提升故障響應(yīng)速度，降低設(shè)備的生命周期成本。同時，可以最大限度地保障運(yùn)行人員安全，這將為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[5]。

（4）安全性高。傳統(tǒng)配電控制方式由于控制邏輯復(fù)雜等特征，存在著大量的安全隱患，極易造成設(shè)備故障，導(dǎo)致高壓開關(guān)柜的工作出現(xiàn)問題。智能化開關(guān)柜可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)配電控制方式的不足，通過簡化配電控制模式及引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，提高供配電的安全性。

2.2 智能化開關(guān)柜的構(gòu)成

（1）遠(yuǎn)方終端。配電變壓器檢測終端、開閉所、開關(guān)監(jiān)控終端等均為遠(yuǎn)方終端，主要用于電力配電過程中的數(shù)據(jù)采集、收集、傳輸、系統(tǒng)維護(hù)與控制等。

（2）中心站。中心站的主要功能是處理下屬主站相關(guān)信息、管理與監(jiān)視電力傳輸安全。

（3）主站。主站主要負(fù)責(zé)故障處理，系統(tǒng)控制，數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸?shù)取?/p>

（4）中壓監(jiān)控單元。中壓監(jiān)控單元的主要功能是匯集信息、處理信息、監(jiān)視通信及處理故障。

也有部分電力單位的智能化開關(guān)柜的電力配電自動化系統(tǒng)由配電SCADA、故障管理、負(fù)荷管理、自動繪圖和設(shè)備管理及配電網(wǎng)高級應(yīng)用等模塊組成。

3 智能化開關(guān)柜的基本配置

（1）MT585智能監(jiān)控單元。MT585智能監(jiān)控單元的主要結(jié)構(gòu)包括溫度實(shí)時監(jiān)測、斷路器手車、接地開關(guān)控制、二次元件檢測、斷路器特性監(jiān)測等模塊。MT585智能監(jiān)控單元是智能化開關(guān)柜最關(guān)鍵的基本配置，可實(shí)現(xiàn)高壓開關(guān)柜的數(shù)據(jù)交換與控制。

（2）iVD4智能斷路器。在發(fā)電廠的實(shí)際應(yīng)用與設(shè)計中，iVD4智能斷路器的主要功能是實(shí)時監(jiān)測斷路器的運(yùn)行數(shù)據(jù)與運(yùn)行狀態(tài)。隨著智能化、自動化技術(shù)在iVD4智能斷路器中的應(yīng)用，iVD4智能斷路器在原配置的基礎(chǔ)上新增了智能壓力傳感器與霍爾傳感器等配置。

（3）專家系統(tǒng)。在智能化開關(guān)柜中，設(shè)計專家系統(tǒng)的目的主要是全方面掌控相關(guān)設(shè)備的監(jiān)測曲線，如MT585智能監(jiān)控單元等主要構(gòu)件的監(jiān)測曲線。

（4）在線監(jiān)視系統(tǒng)。在線監(jiān)視系統(tǒng)是智能化開關(guān)柜的主要配置之一，可以幫助相關(guān)工作人員在視況不好的情況下掌握開關(guān)狀態(tài)，確保發(fā)電廠開關(guān)柜的安全性能與使用性能。

4 應(yīng)用智能化開關(guān)柜的注意事項(xiàng)

（1）傳統(tǒng)開關(guān)柜在配電控制時需要現(xiàn)場控制，而智能化開關(guān)柜可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控功能。因此，在電氣二次設(shè)計時應(yīng)側(cè)重觀察與掌握MT585智能監(jiān)控單元內(nèi)的手車電機(jī)與接地電機(jī)的臨界值。

（2）智能化配電控制方式雖然極大限度地提升了發(fā)電廠開關(guān)柜的性能，但在實(shí)際運(yùn)作中存有一定的誤操概率。為有效避免誤操，應(yīng)新設(shè)斷路器常閉接點(diǎn)。

（3）設(shè)計DCS IO時，應(yīng)考慮智能化開關(guān)柜與傳統(tǒng)開關(guān)柜的不同，立足智能化開關(guān)柜的實(shí)際需求，適當(dāng)?shù)卦黾覦I與DO。

5 智能化開關(guān)柜的具體應(yīng)用

5.1 在線監(jiān)測

（1）關(guān)鍵點(diǎn)溫度監(jiān)測。監(jiān)測六相斷路器梅花觸頭、三相母線分支銅牌、三相相電纜、低壓室的溫度。

（2）一次電流監(jiān)測。監(jiān)測三相負(fù)載電流與三相開斷電流。

（3）二次元件狀態(tài)監(jiān)測。監(jiān)測儲能電機(jī)的電壓、電流波形、儲能時間，合分閘線圈的電壓、電流波形，以及輔助開關(guān)的狀態(tài)。

（4）機(jī)械特性監(jiān)測。監(jiān)測合分閘時間、合分閘速度、超行程、彈跳等。

5.2 智能化調(diào)控

智能化開關(guān)柜與僅具備一個數(shù)據(jù)采集處理單元的傳統(tǒng)開關(guān)柜不同，其具有MT585智能監(jiān)控單元，同時還能夠基于前置機(jī)、傳感器和后臺機(jī)，實(shí)時監(jiān)測、采集與上傳數(shù)據(jù)，從而通過數(shù)據(jù)自動化輸出控制命令，進(jìn)而完成供配電系統(tǒng)的智能化調(diào)控。

6 智能化開關(guān)柜的質(zhì)量控制措施

以某發(fā)電廠主要應(yīng)用的智能化開關(guān)柜產(chǎn)品為例，開關(guān)柜的構(gòu)建名件與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如下。壓氣式負(fù)荷開關(guān)（GB/T 3804—2017、IEC 60265—1）；壓氣式組合電器（GB 16926—2009、IEC 62271—105）；真空負(fù)荷開關(guān)（GB/T 3804—2017、IEC 60265—1）；真空斷路器（GB 1984—2014、IEC 62271—100、JB/T 3855—2008）；低壓配電柜（GB 7251.1—2013、IEC 60439）；低壓無功率補(bǔ)償裝置（GB/T 15576—2020）；環(huán)網(wǎng)柜（GB/T 3906—2020、IEC 62271—200、DL/T 537—2018）；中置柜（GB/T 3906—2020、IEC 62271—200、DL/T 404—2018）；手車柜（GB/T 3906—2020、IEC 62271—200、DL/T 537—2018）；固 定 柜（GB/T 3906—2020、IEC 62271—200、DL/T 537—2018）。

6.1 外殼質(zhì)控

智能化開關(guān)柜的外殼是保護(hù)內(nèi)部零件的核心，開展外殼質(zhì)控是實(shí)現(xiàn)智能化開關(guān)柜質(zhì)量控制的基礎(chǔ)。外殼質(zhì)控的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)分為IP2X、IP3X、IP4X、IP5X四個級別，分別對應(yīng)防止固體異物進(jìn)入與防止危險接近的標(biāo)準(zhǔn)如下：＞12.5 mm的物體，防止手指接近（直徑為12 mm、長為80 mm的食指）；＞12.5 mm的物體，防止工具接近（直徑為2.5 mm、長為100 mm的試棒）；＞1.0 mm的物體，防止導(dǎo)線接近（直徑為1.0 mm、長為100 mm的試驗(yàn)導(dǎo)線）；塵埃（不完全，但不影響設(shè)備運(yùn)行或危及設(shè)備安全的塵埃），防止導(dǎo)線接近（直徑為1.0 mm、長為100 mm的試驗(yàn)導(dǎo)線）。

發(fā)電廠在開展智能化開關(guān)柜外殼質(zhì)控時，需要結(jié)合外殼質(zhì)控數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，選取冷軋板作為低壓電氣成套產(chǎn)品的外殼材料，選取2 mm的鍍鋅板作為智能化開關(guān)柜的外殼材料。與此同時，發(fā)電廠需要在采購鍍鋅板與冷軋板時開展詳細(xì)的市場調(diào)研活動，調(diào)研內(nèi)容包括原料商資質(zhì)、產(chǎn)品銷售情況、行內(nèi)評價、價格、產(chǎn)品質(zhì)量等，然后依據(jù)調(diào)研結(jié)果選擇鍍鋅板與冷軋板商家。調(diào)研活動的有效開展能夠在根源上確保產(chǎn)品外殼的質(zhì)量，從而為外殼質(zhì)控提供保障。

6.2 絕緣材料質(zhì)控

絕緣子、穿墻套管、絕緣板、絕緣支撐等均為絕緣材料質(zhì)控的內(nèi)容，開展絕緣材料質(zhì)控一方面能夠保障智能化開關(guān)柜的整體性能安全，另一方面能夠確保智能化開關(guān)柜的使用安全。該發(fā)電廠采用了耐壓實(shí)驗(yàn)與阻燃性實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)智能化開關(guān)柜的絕緣材料質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，智能化開關(guān)柜的絕緣材料符合標(biāo)準(zhǔn)要求。要想進(jìn)一步加強(qiáng)絕緣材料質(zhì)控，可以在絕緣材料外表層涂抹絕緣漆。

6.3 銅母線質(zhì)控

要想充分發(fā)揮智能化開關(guān)柜的價值，需要使用銅母線，銅母線是保證智能化開關(guān)柜有效輸送電流及連接電氣設(shè)備的核心。一旦在智能化開關(guān)柜的運(yùn)行中銅母線出現(xiàn)質(zhì)量問題，將直接導(dǎo)致產(chǎn)品無法繼續(xù)運(yùn)行，甚至影響其他電氣設(shè)備的正常運(yùn)行?；诖?，在智能化開關(guān)柜質(zhì)量控制中，需要加強(qiáng)銅母線質(zhì)控，具體要求如下。

（1）確定母線相序排列與顏色。母線的相別分別為A、B、C、中性線、接地線；顏色分別為黃、綠、紅、淡藍(lán)、黃綠相間；垂直位置分別為上、中、下；水平位置分別為遠(yuǎn)、中、近；引下線分別為左、中、右。

（2）優(yōu)化母線搭接面處理。整平母線搭接面；進(jìn)行壓花處理（＞40 mm母線搭接面）；進(jìn)行搪錫、搪銀處理。

（3）母線搭配。連接母線與螺栓時必須從下至上，緊固后露出3扣；連接母線與螺母時必須在母線上設(shè)置平墊圈；連接完畢的螺母位置應(yīng)在維護(hù)側(cè)；平墊圈一定不能形成閉合磁回路，間距需保持在3 mm以上。

（4）抽檢。一方面，統(tǒng)計記錄智能化開關(guān)柜的所有相關(guān)參數(shù)，將各參數(shù)值與國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)依次對比，以此判斷智能化開關(guān)柜的質(zhì)量是否合格。另一方面，采取隨機(jī)抽樣方法，在同一批次的智能化開關(guān)柜中抽取規(guī)定數(shù)量的產(chǎn)品，進(jìn)行全方位的質(zhì)量檢查，并根據(jù)抽樣質(zhì)檢結(jié)果判斷該批次所有產(chǎn)品是否達(dá)標(biāo)。目前，該發(fā)電廠在質(zhì)檢過程中依據(jù)的是ISO 9000族標(biāo)準(zhǔn)，核心標(biāo)準(zhǔn)為《質(zhì)量管理體系 基礎(chǔ)和術(shù)語》（GB/T 19000—2016）、《質(zhì)量管理體系 要求》（GB/T 19001—2016）、《管理體系審核指南》（GB/T 19011—2021）,其他標(biāo)準(zhǔn)包括《測量管理體系標(biāo)準(zhǔn)》（ISO10012），技術(shù)報告包括ISO/TR1006、ISO/TR1007、ISO/TR10014、ISO/TR10015，手冊為《質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)選用與使用指南》。

7 結(jié)束語

綜上所述，隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的不斷發(fā)展，自動化、信息化、數(shù)字化技術(shù)在燃機(jī)電廠中的應(yīng)用愈發(fā)突出，效果也尤為顯著。其應(yīng)用不僅可以確保供配電系統(tǒng)的安全性，減少故障發(fā)生概率，還能夠通過智能化調(diào)控技術(shù)根據(jù)所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)自動輸出命令，從而極大限度地提高相關(guān)設(shè)備的工作效率。