智能中压开关柜方案及技术运用

王瑞元 章如海 于海成 马宗雄

（兴机电器集团有限公司）

0 引言

目前人工倒闸操作步骤繁琐，工作效率低下，操作过程复杂，重复着发令、复诵、操作、现场检查等步骤，不仅费时费力而且无法实现危险预警，操作风险高。

国家智能电网推广“一键顺控”开关柜的智能化运用，对开关柜进行电动化升级，实现远程遥测遥控；对开关柜进行视频监测、局放检测、电流监测、机械特性监测，保证开关设备安全稳定运行；对开关柜智能分析及对比判断，帮助后台管理实现了直观问题判断。通过“一键顺控”将大量、繁琐的人工倒闸操作步骤固化到专用后台计算机上，就可以在后台自动地完成一系列的设备遥控操作。同时还能远程校验操作状况，确保操作正确。

“一键顺控”实现了变电站倒闸操作由“人工逐项操作”向“计算机远程自动操作”的转变，有利于全面提升操作效率，降低操作风险，增加高应急处置能力。还可以通过云平台，根据需要向专家系统传输运行数据，帮助开关柜设备进行运营风险边界评估及寿命预测。

1 智能化技术规范概述

据国网的《国网配网设备（12kV 开关柜）分级分类技术意见》、《国网标准-12kV 手车式开关柜标准化设计定制方案》以及南网《南网标准-10kV 智能化金属铠装移开式开关柜技术需求》、《10kV移开式开关柜技术规范书》等智能化要求，进行开关柜智能化相关技术运用。其中又包含中压开关柜单柜智能化技术（图1）：接地开关电动化、断路器电动化、控制模块一键顺控逻辑、双确认逻辑、视频监测系统、断路器特性在线监测装置、温测采集装置、局放监测装置及一体化之智能测控终端等。

图1 开关柜智能化专家诊断系统产品解决方案

2 开关柜手车及接地开关电动化配置

2.1 断路器电动操作

断路器手车、PT（含避雷器）手车底盘为电动底盘，电动底盘包括电动底盘本体和操作控制单元（操作控制单元安装于开关柜仪表室内）。电动底盘可分别进行电动和手动操作，电动和手动操作机构应有离合装置（电动和手动操作自动切换装置），使电动和手动操作相互独立，电动和手动操作自由切换，互为闭锁。在电动操作发生故障时，应能在不停母线情况下，保证用手动方式把小车摇出至试验位置。

电动底盘驱动的两种模式（图2）：

图2 开关柜电动手车及电动接地开关配置方案

图3 模块采集底盘车操作扭矩及电流曲线图

图4 机械特性图

图5 温度监测图

图6 局放图谱分析

图7 局放多维度分析图

图8 视频监测图示

1）电动底盘车结构

采用横置安装，不应安装在断路器机构箱内；底盘车电动部分自带离合器，可以进行电动操作和手动操作（可以实现后台驱动及电动手动优先）。

目前采用直流电机安装在底盘车内部的电动底盘车机构，属于市场主流方案，所有的新断路器，或者老断路器的改造，都可以采用该结构。

2）电动驱动机构+手动底盘车

开关柜面板增加电动驱动箱。电动传动机构的电动部分自带离合器；断路器底盘车采用手动结构，可以进行手动操作和电动操作。该结构多用于老型柜的智能化改造项目。

2.2 接地开关电动快速操作

电动快速接地开关包括接地开关本体、电动操作机构及操作控制单元，电动操作机构和接地开关本体不宜一体化安装，电动操作机构的安装位置应便于检修，操作控制单元设置在开关柜仪表室内。电动快速接地开关可分别进行手动和电动操作，手动操作和电动操作自由切换，互为闭锁。

电动快速接地开关应安装在开关柜中下部（南网要求），电动快速接地开关本体有位置状态指示，在仪表室面板上有电动快速接地开关分、合闸指示灯，电动快速接地开关操作过程的分、合闸指示灯状态必须和电动快速接地开关本体的转换状态一致，从观察窗应能检查接地开关三相触头状态，便于检修。

电动快速接地开关的两种模式：

1）电动接地开关

接地开关自带电机。可以进行电动操作和手动操作（可以实现后台驱动及电动手动优先）。

电动地刀本体自带电机，不适宜老柜的智能化升级项目。后期升级时，需要更换接地开关、拆母排、更换接地开关联锁、导轨联锁等，造成诸多不便。

2）电动驱动机构+手动接地开关

手动接地开关上增加电动传动机构。电动传动机构的电动部分自带离合器，可以进行手动操作和电动操作（图2）。该结构可通配新老型柜的智能化项目。

3 开关柜综合智能化配置

3.1 功能配置表及功能特点

表1 智能化功能配置表

表2 功能特点表

3.2 电流数据抓取（控制模块）

电动底盘车及接地开关操作控制单元，可就地/远方控制底盘车进、出操作，进、出操作过程中手车应缓慢和平稳行进，并应有电机堵转保护和故障报警功能，当进、出操作过程中出现阻滞时发出报警信号，及时切断电机电源，防止相关机械闭锁元件的损坏。并可以通过485进行后台数据传输。

手车或者地刀，运动过程中电机所受阻力变化和设备工况有直接的关系，电机电流与电机所受阻力又成正比关系，因此可通过驱动电机的电流曲线评估手车的机械特性。

3.3 机械特性在线监测系统

机械特性在线监测系统产品特点：

1）全面监测各个线圈和储能马达。

2）状态在线监测，包括合、分闸线圈电流、开关位置状态、断路器动作次数。

3）机械特性在线监测，包括合、分闸时间，合、分闸速度，开距，超程。

4）非介入式电流传感器，安装方便，不改动原有线路。

5）非接触式数字化传感器，与主轴无接触，零磨损，寿命更长。

6）智能化信息与断路器的操作与控制、保护无关，不干涉断路器的正常使用。

3.4 温度实时在线监测系统

温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程都与温度有关，许多设备的故障是由异常温升而造成。在用电紧张、负荷增长迅速的情况下，10kV~35kV 开关柜往往由于制造或使用上的原因，造成触头的温度异常上升。如果不及时发现，不及时维护，有时会造成严重的设备事故。

3.5 智能局放在线监测系统

局放在线监测系统产品特点：

1）一体化产品设计，包含地电波传感器、超声波传感器、温湿度传感器。

2）在线监测，多维监测与对比分析。

3）内置强力磁铁，实现重症监护及设备快速复用。

4）采集周期灵活可调。

5）数据自动上传至运维平台，不去现场，也能完成标准化带电检测工作。

6）当设备发生异常时，运维平台会立刻发送告警信息，让操作人员不在现场也能随时随地了解设备异常状态。

7）运维平台可以智能诊断，准确判断异常信号类型。

表3 局放功能表

3.6 视频监测系统

开关柜可视化监视系统采用高清摄像头，可视化管理断路器手车、接地开关的运行状态和工作位置，摆脱只能通过辅助开关间接确认开关位置的困扰。该系统可手动查阅与自动触发，无论就地或远程操作，均可准确查看接地开关是否可靠合闸、断路器手车是否完全到位等类似情形。

产品特点：

1）断路器位置、活门状态、异物闯入监视；

2）接地开关触头监视；

3）实现一键顺控双确认；

4）支持移动监测功能；

5）支持第三方系统远程调用视频图像。

可视化保障人员安全、提升运行安全性，同时增强“一键顺控”实现双位确认（辅助开关状态和可视化状态双确认），提高工作效率，节省了人员配置，实现真正的无人值守。

3.7 逻辑原理及智能监测平台

智能监测平台，就地显示控制屏应能实现对开关柜的控制（图9、图10）：

图9 逻辑原理图

图10 开关设备智能监测平台图

1）实现断路器合闸和分闸状态的切换

2）实现断路器遥进和遥出的位置转换

3）实现接地开关合闸和分闸的操作

4）实现一键顺控的功能，即检修状态一键到运行状态，运行状态一键到检修状态。

5）就地显示控制屏应具备“在线监测和告警”功能

6）具备后台管理功能，事件记录功能

4 结束语

随着变电站一键顺控技术的应用及建设需求，变电站及集控站需进行，一键顺控功能架构：主要由开关柜单柜电动化、一键顺控主机、智能防误主机、开关设备双确认装置、数据通信网关机组成及后台运算操作平台。通过构建变电站“一键顺控”，实现了从传统人工操作到自动化、智能化转变，减少人工操作项目、降低操作时间，最终实现智能供电综合管理系统。