智能变电站智能化中压开关柜应用研究与分析

智能变电站智能化中压开关柜应用研究与分析

吕学增 1 李淼 1 鲁伟 1 孙涵 2 王丽萍 1 高岭 1 刘瑜 1

1 国网安徽省电力有限公司 安徽 合肥 230000

2 国网合肥供电公司 安徽 合肥 230000

摘要：对智能化中压开关柜技术应用及难点进行了分析，提出了智能化中压开关柜关键技术及解决方法。

关键词：智能化开关柜；智能控制；在线监测；智能断路器

引言

近年来，随着我国经济生产高速发展，电力系统作为日常能源的重要组成部分，也趋向于规模化、系统化、复杂化，对供电连续性、可靠性、安全性的要求也不断提高。中压开关柜是电力系统中的重要环节，在工业应用中，中压开关柜的故障会对连续性生产产生影响，最严重的电弧故障还可能给就地操作的人员安全带来隐患。持续的电弧故障甚至会蔓延，导致变电站内相连的开关柜烧损。发生电弧故障的开关柜由于受到高温、高强度内部作用力的破坏，往往无法继续使用。修复或重新采购全新设备需要一定的生产、安装、调试周期，对用户产生直接、间接经济损失以及可能的人员安全等综合性影响。

1智能化中压开关柜的优势

中压开关柜是一种在柜式封装空间内集成电力电子元器件的复合式设备，它主要工作于配电系统中，可以完成数据的采集、传输和控制等功能，是电力配电的重要环节。在物联网技术日益发达的今天，智能化开关柜正在逐步取代传统的开关柜。智能化的开关柜充分利用了现场总线、数字传输、通信网络等技术的优势，集遥测、遥调、遥控、遥信等功能于一身，是智能电网设备的典型代表。一旦智能化开关柜中有设备出现故障，控制器会快速控制断路器将故障源断开，同时将故障详细信息发送到远程监控中心，以便快速安排技术人员前往现场维修，不仅提高了维护效率，也降低了电力系统的安全风险^[1]。

2常规开关柜存在的主要问题

（1）绝缘故障：机柜放电，CT重叠和相间，车辆机柜协调不良，绝缘间隙不足，通过绝缘壁吸收水分，爬电距离不足，旧断路器的不必要转换等。（2）电流：插头接触不良，电缆过热等。（3）机械故障：车厢协调不良会导致接触臂变形或损坏，接地开关的打开和关闭不正确，打开和关闭线圈烧坏以及锁具失效。普通的中压开关柜可以直接监视外部运行状态。如果发现开关在运行过程中变质或出现故障，可以将其关闭以更换出现故障的部件并恢复其原始功能。在操作过程中很难诊断开关设备的内部状态（例如绝缘状态，导电和电弧成分的烧蚀状态等）并消除缺陷。此类问题的出现和发展往往会产生一定程度的混淆。

3、智能化中压开关柜的主要技术

3.1温度监控技术

温度监控是基于各种高性能温度传感器来实现的，目前市场上的温度传感器也多种多样，性能不一，适应场合各不相同。智能中压开关柜一般是根据温度传感器的测温范围来选择的，中压开关柜的温度监测需满足20℃～120℃的快速温度响应，对测温的精度反而不是重点。另外还需要考虑传感器的体积，避免大量占用柜内的宝贵空间，因此要采用紧凑型结构的温度传感器。在监测过程中，热敏电阻将温度变化转化为阻值的变化，最后通过电流变换到电压信号，再由高精度A/D转换器进行数字化，完成温度的采集。温度数字信号由无线传输单元传输到主控单元中进行处理，主控模块根据传感器地址或编码来识别传感器，并对温度信号进行实时处理，当温度超过阈值时，启动风扇进行散热；当温度低于阈值时，启动加热器进行升温，使中压开关柜的温度维持在合理的范围内^[2]。

3.2电量监控技术

中压开关柜中的电量监控主要是针对电压和电流。由于开关柜中电气设备的工作电压高，一般的主控芯片都无法对其进行直接的测量，因此采用电压互感器将高压电进行降压。电压互感器一次侧经过大电阻与高压电相连，实现毫安级的电流输出，再通过电阻器转换为电压信号。由于输出电流极小，电压互感器几乎运行在空载状态，具有很好的线性关系，达到了很高的测量精度。电流的测量则多采用分流器的方案完成电流的采集。分流器具有无磁饱和、价格低、精度高等特点，可以满足大交流电流的测量，非常适用于中压开关柜的电流监测。

3.3开关量监控技术

开关柜的核心功能就是对电网线路进行接通与断开，而这种状态是通过继电器、断路器、接触器等设备的机械动作来实现的，因而对这些设备的开合状态进行监测，是掌握当前开关柜工作状态的有效途径，也是分析电网故障有重要依据之一。在发生故障或定期停电维修期间，需要对远程开关柜进行远程分合闸，采用继电器可以实现该功能。当前用于开关量监测与控制的继电器主要采用光电耦合器，因为这种器件具有光电隔离的好处。一般的传感器通常采用低压供电，并对低压信号和小电流进行采集，而开关设备是高压设备，并且在动作过程中容易产生巨大的感应电流或电压，使普通传感器面临被击穿或烧坏的风险。而通过光电耦合，可以将电压信号转换为光信号，再由光转化为弱电信号，即可实现开关量的采用。由将继电器与IP控制设备相连，实现远程的分合闸控制

^[3]。

3.4无线传输技术

状态数据采集完成后，必须向远程监控中心传输并得到相应的分析，才能实现对中压开关柜的智能化管理，因此通信系统是实现智能化的重要一步。通信技术发展到现在，大体上可分为有线及无线两种，其中前者又有电缆和光纤等不同物理载体。有线通信中无论是采用什么通信载体，都避免不了布线的麻烦，因此中压开关柜的智能应用中以无线通信为主。从技术发展来看，现代已经在不同领域形成了以GPRS、蓝牙、ZigBee、Wi-Fi等为主的无线传输技术，其中ZigBee由于其自组网而成为主流技术之一。在智能化中压开关柜的应用中，ZigBee可完成采集端、路由器与协调器之间的数据交互，使通信节点布置更加灵活，可以实现对大规模分散安装开关柜的集中监控与控制。

4智能变电站智能化中压开关柜应用

4.1检查断路器机械性能的特征

间接测量法测量接触距离，首先直接接收切换机构旋转轴的角位移的变化，然后通过计算间接接收接触位移数据。该方法适用于装配精确，可靠性高和稳定性高的机构。如果机构的组件变形，则可能会发生较大的偏差。由于断路器的开关速度对灭弧性能的影响更大，因此速度曲线比平均速度更准确，并且可以更精确地描述断路器的机械性能。为了获得完整而有效的速度曲线，需要更精确地测量打开（闭合）位移。然而，目前要从广泛使用的传感器和单芯片系统中获得准确，准确的打开（闭合）速度数据并不容易^[4]。

4.2图像数据处理

在主要监视位置安装图像传感器，以在操作期间实时监视开关状态和手推车在控制柜中的位置。控制柜中的空间狭窄，母线组件缠绕在一起，照明区域中有盲点。难以识别由图像传感器拾取的观察图像。可以添加标准识别点（例如关闭位置和位置）以比较关键点和图像传感器的相对位置。图像增强技术还可以用于确定锁定和位置是否到位，以使柜子中的显示器清晰可见^[5]。

结束语

近年来，随着中压智能开关设备技术的发展，这种类型的开关设备技术已经变得越来越成熟。但是，存在以下问题：不同制造商的技术标准不一致，不同系统相对分散，并且不同系统之间的兼容性差。智能变电站的组件增加了一些复杂性。该系统解决方案将分散式系统集成到了一个反映高智能水平的系统中，并且可以为智能变电站提供稳定可靠的中压开关设备。

参考文献：

[1]蔡亚楠,周迅,石惠承,周刚,王森.变电站户内开关柜顶部红外安全防护装置的研制[J].电气开关,2020,58(03):81-83+86.

[2]罗思敏,田妍,郑服利,钟少泉,杨森,林艺.开关柜局部放电检测技术应用[J].高压电器,2020,56(04):204-208.

[3]金琳峥,虞圣灵,潘光辉.一种移动式开关柜的智能摇柄装置[J].集成电路应用,2020,37(04):57-59.

[4]李顺道,韩浩江,胡海涛,罗巍浩.变电站开关室温度分布模型及数值仿真[J].电气时代,2020(04):62-64.

[5]白明,张悦.智能变电站智能化中压开关柜应用研究与分析[J].电工技术,2020(07):84-85.