智能化开关柜的基本组成与基本功能探讨

方徐俊

摘 要：本文通过探讨智能化开关柜基本组成与基本功能，以期配电设备智能化水平可以有所提高。

关键词：智能化开关柜；基本组成；基本功能

中图分类号：TM591 文献标识码：A

网络通信技术、计算机技术、数据处理技术以及传感技术是构成智能化开关柜的主要技术形式，伴随信息技术的发展将得到不断地完善，并在智能大厦、过程控制自动化、工厂自动化以及电网运行自动化中，作为组成基础性元件继续发挥重要作用。为了使当今供电自动化系统得到更好的发展，对智能开关柜的基本组成与基本功能进行探讨显得尤为重要。

一、智能化开关设备的发展

智能化控制单元功能发展主要有4点：一是智能化开关设备具有自诊断功能。智能化开关设备中若出现温度超标、分断次数较为频繁的情况时，则会出发智能系统内自动报警功能，并在一定故障影响下停止运行，从而避免出现因系统故障而造成电厂安全事故。然而，当今智能化低压开关设备普遍较贵，已超出一般电厂经营负荷范围，因此大多数供电企业均使用功能模块进行供电自动化系统建设，其中“监控负载”是应用较多的模块功能。这种将智能化整体功能进行细分后生产加工程模块功能的方式，有效缩减了应用成本，并符合系统针对性应用需求；二是智能化开关设备具有故障记忆功能。当系统内部出现故障后，如断路器出现反复分断故障，这时智能化开关设备将会记住断路器分断状态，有利于技术人员对故障进行检修；三是智能化开关设备具有控制负载功能。控制负载功能是指当出现整定值无法满足系统内电流运行量时，则会激活智能化开关设备反时限属性，从而避免系统出现安全隐患；四是智能化开关设备具有监测电网运行状态的功能。由于智能化开关设备具有24小时、全天候运行的特点，因此无论何时，只要系统内部存在运行故障，智能系统就会灵敏捕捉并迅速做出警示。

二、智能化开关柜的特点

第一，智能化开关柜系统特点。智能化开关柜是运用现代传感器、计算机技术等智能化手段，通过在常规开关柜上建设具有控制以及保护功能的智能单元，从而实现对系统内通信、显示、计量、保护、测量、控制、记录以及开关柜运行状态等情况进行实时反馈，并通过数据等系统内客观反应，进行在线监视以及故障诊断的智能化开关柜。由此可见，智能化开关柜不仅具有全面性、整体性、深入性等分析研究功能，而且可通过相关数据资料的分析进行自诊，在提高企业经济收益的同时，为系统运行撑开了一把“保护伞”。

第二，智能化开关柜的通信特点。将变电站综合自耦动画系统、智能配电系统以及变电站监控系统等系统形式，通过计算机与相关智能化开关柜保护、控制智能单元进行高效连接。通过对智能化开关柜在供电自动化系统内部的合理应用，可构成具有网络化、分布式特点的智能配电系统。

第三，智能开关柜具有动态发展特点。随着时间的推移，我国的科学技术将得到不断地发展与完善，对于智能化开关柜亦是如此，一定会伴随经济的发展与信息技术水平的提升，突破当前发展中存在的困境，尤其是在“在线监测传感器技术”领域，将得到更好的发展与完善，而已经代替常规二次设备的开关柜二次功能微机化，也会在现有应用水平基础上朝着智能化发展方向不断前行。

三、智能化开关柜的结构

利用以微处理器作为智能化核心的保护以及控制职能单元，也称为分布式自动装置的智能化开关柜，加之应用管理系统软件开关设备，实现常规二次设备被计算机全面取代，从而代替传统二次回路继续应用于电厂自动化系统内，已成為当今社会智能化开关柜的主要结构形式。这种智能化开关柜结构形式具有容易维护、可靠性强、功能全等优势，又因具有通信接口，可实现相关系统在无人监管情况下，落实24小时、全天候的综合自动化运转。当前智能化开关柜结构主要系统构成是以控制以及保护智能单元为计算机核心，并通过开关量输出通道、开关量输入通道、脉冲量输入通道、模拟量输入通道、液晶显示屏幕、电源、操作间以及通信接口等内容构成，可见其结构复杂性、全面性、智能化等特点。

（一）模拟量输入通道

智能化开关柜模拟量输入通道连接，是通过与电压互感器TV（0V～100V）、一次电流互感器TA（0A～5A）进行直接连通，并运用TV、TA值相对较小、且强电电流控制在5A以下的电流电压变换器从而达到建立模拟量输入通道目的。其中，采样保持器、低通滤波器可高效通过0A～5A电压信号、4mA～20mA电流信号，而这两个可能会通过的电压信号，是由小TA与TV经由0V～100V电压转化而来。而送入A/D转换器的相关信息，则是通过低采样保持器、通滤波器而进行的。为了使模拟量输入通道可以发挥积极作用，系统内部经由交流采样技术整理而来模拟量，应通过电流出相角、幅值及频率以及电压，计算出在模拟量输入通道内，系统内部P、Q与派生算出的功率因数等数据。

（二）开关量输入通道

合理应用抗干扰技术如光电隔离等技术形式，可有效对开关柜断路器运行过程中信号状态、操作封闭锁信号、操作机构存储能力以及开关柜各种位置信号等发面，实行实时监控，促使开关量输入通道可发挥积极作用。

（三）脉冲量输入通道

在电源失电信号、控制回路断线操作等功能发生后，可利用合闸操作、光电隔离技术进行高效落实，从而控制电源失电信号发出。

（四）开关量输出通道

四、智能化开关柜的基本功能

第一，具有测量基本功能。针对电网电压、电流、有功功率、功率因素、电网频率以及无功功率、有功电度以及无功电度等方面进行测量；

第二，具有一定的保护能力。对过电流、过电压、低电压、接地、不平衡电压、线路保护速断、重合闸、低频以及不平衡电流实行保护。

五、智能化开关柜的设计方案

针对硬件系统的设计方案。利用8～16为单CPU进行运算，并利用外扩RAM 6264确保对大量数据的保护与计算，而对信息进行定制保护、信息控制等工作则应通过E2PROM 2817A进行存储，促使硬件系统可通过网络进行在线控制或远程调整。此外，模拟量输入通道可通过中间变换器来实现隔离变化、电压之间联系，从而实现强电系统与智能单元在隔离情况下，达到电压互感器、电流互感器的转换（详情见表1）。

由于开关量输入含有两类：一是用以检测设备工作状态是开还是合的继电器界第三状态、断路器等开关元件辅助触点；二是存在于智能单元内的接点状态，如装置面板上的切换开关状态、开关量输出回路继电器接点，因此要结合接点性质进行方案优化，促使信号出口与断路器跳闸出口信号均得到优化。

由于当前通信接口电路过于繁杂，因此应通过在系统与智能电器间构建两条形式最为简单的信号线，将二者进行连接。其中，标准RS-232C接口上的4个引脚，即请求发送信号RTS、数据终端准备好DTR、串行输出TXD以及串行输入RXD，是构成系统机（PC机）唯一可用方式。RS-232/RS-485是出去单片机外构成系统与PC机连通的主要结构。其中，RS-485电平是基于单片输出的1TL逻辑电平，在光电隔离基础上且经由MAX485芯片转化而来，并经光电隔离接口（RS-232/RS-485）转化成RS-232电平而输入。

结语

总之，随着信息技术的不断发展，我国智能化开关柜结构与功能将得到发展与完善，并在当前发展基础上达到一体化布局配套水准，为包括供电自动化在内的企业智能化发展奠定坚实基础。

参考文献

[1]朱海成.智能化开关柜的构成与功能探究[J].城市建设理论研究（电子版），2015（4）：1548-1549.endprint