智能化开关柜的发展与应用

2020-01-05牛万宇姜鹏飞

通信电源技术 2020年10期

牛万宇，姜鹏飞

（许继集团有限公司，河南许昌 461000）

0 引言

配电自动化的快速发展，使得智能配电网成为我国配电网的主要发展趋势。在配电网中，一个主要的工作形态就是开关柜。一个开关柜集多种设施于一体，如断路器、负荷开关、熔断器、互感器、避雷器和电容器等。开关柜自身还具有多种功能，可以有效实现一些智能化操作。

1 智能化开关柜的发展

我国的开关柜从发展到现在经历了多个阶段，从最初的固定式结构发展到现阶段的落地手车式结构和中置结构。传统的开关柜设计制造时，起初仿造的是苏联的开关柜，即固定式结构，配合使用的是现阶段已经被淘汰的断路器。虽然我国早期的开关柜具有价格低廉的特点，但是这种开关柜逐渐落后，不仅形式上非常简陋，而且需要频繁检查和维修，维修难度高且防护性能差，无法确保电网安全顺利运行[1]。

我国的科技快速发展，开关柜的相关技术也取得了巨大发展。从技术方面看，开关柜中的断路器设备被有效改造。过去的开关柜运行时处于一种燃烧状态，现在的断路器已经成为一种真空状态。显然，开关柜的性能得到了有效提升。此外，开关柜的体积也发生了变化。以往开关柜的体积较大，所以在一些较小的空间中无法使用。因此，体积大的开关柜被逐渐淘汰，新型开关柜在慢慢发展。开关柜的制作水平得益于社会生产力的提高，并且还应用了一些新型技术，如拼装技术、数控钣金加工技术等，为开关柜的制作生产提供了重要保障。

调查研究发现，智能化开关柜的安装和应用简单、普遍，即在普通的开关柜上安装一个控制单元即可。安装时还可以使用计算机信息技术、网络通信技术和现代化传感技术，使得智能化开关柜实现了在线控制、安全防控等多种功能。

智能化电器的构成基本类似，智能化的开关柜也是如此，主要构成是智能化的控制单元和一次开关的本体。中置式结构的开关柜主要具有以下优势。第一，能够满足室内多设备和多功能的需求。现阶段，传统陈旧的电磁式互感器无法满足使用的种种需求，但是中置式开关柜能够满足要求。比如，一些比较复杂的电器保护装置，不仅能够反映出短路电流的大小，还会显示电流突变率。另外，智能化开关柜中的微机处理技术也具有十分突出的优点，有效促进了智能化开关柜的发展。例如，测量、计算、保护和遥控可以在这一项技术应用中得到实现，且应用于开关柜内部还可以缩小开关柜设备的体积。第二，结构模块化和标准化。智能化的开关柜相对于其他智能化电器来说，组合形态更加灵活。遵循以软带硬的原则，智能化开关柜的适应能力更强，有效提高了耐用性。智能化开关柜还可以根据控制对象的差异，保障硬件形式的不变，实现软件的互换，从而形成不同的测控单元，同时减少备件数量，降低检修难度。智能化开关柜相较于以往的开关柜，从设计方面上来说设计更加简单，维修也更加方便。在进行通信设施安装时，只需要少量的电缆就可以完成全部的安装环节，有效简化了检验的工作环节。第三，智能化开关柜有效提高了自身能力，如判断能力、感知能力以及控制能力，从而提高了其工作效率和安全性能[2]。

智能化的开关柜的发展不仅需要较高的科学技术，还需要一定的管理技术。电力系统的安全性和可靠性会受到智能化开关柜的影响，且其效率可以控制。所以，想要提高电力系统的运行效率，有效提高其经济效益，需要加强对智能化开关柜管理的研究。有关技术人员需要进一步提高对智能化开关柜的研究力度和管理水平，通过多种高效的改革措施，将电力系统和智能化开关柜连接起来，从而使得智能化开关柜的价值达到最大化。新材料是智能化电器使用中最具价值的一个方面，因此未来的智能化开关柜需要新材料给予支持。技术人员也应该积极主动进行创新，有效保障智能化开关柜紧跟时代步伐得到有效利用。另外，任何技术与设备均不可安于现状，要积极采用新材料研制性能更加稳定、工作环境更加安全的电气元件，并将其应用到智能化开关柜中，有效延长其使用时间，同时提高智能化开关柜的可靠性。

智能化开关柜的研发离不开技术的进步。因此，在技术不断发展进步的背景下，智能化开关柜的相关研究技术要随之发展。所以，在计算机技术的配合下，电力技术和智能化开关柜两者逐渐实现了融合配置。在这种情况下，未来的智能化开关柜将向着一体化、网络化和模块化方向发展进步，以有效降低智能化开关柜的运营成本和维修成本。

2 智能开关柜的优势

智能开关柜的主要构成材料是一些新型材料，整个设备使用的技术也是一些新颖的技术，其中还运用了一些智能化技术，有助于缩小智能开关柜的体积，使其在有限的空间内容纳更多的线回路，促进智能开关柜的发展和进步。此外，智能调控也是智能开关柜的一个重大优势。在智能开关柜中应用的是计算机技术或者是网络技术，所以随着计算机技术和网络技术的进步发展，智能开关柜也在进步和发展，功能逐渐集成化和数字化。安全优势也是智能开关柜的一个重要优势。智能开关柜相较于以往的传统开关来说，安全性能大幅提高。运行时，开关柜的数字监测技术将会详细分析数据，还存在一定的预警功能，会成为对设备不定期检查和检修维护计划的一个重要参考数据，有效避免由于定期维护造成的资源方面的浪费，避免在试验时损坏设备，还可以有效降低设备运行和维护费用，尽早发现存在的安全隐患，并且及时提出解决措施，避免进一步扩大为事故。

3 智能化开关柜的运行和监测

智能化开关柜自身具有一定的监控和诊断能力，主要是自我诊断和自动控制功能，还具有一定的网络通信能力。它的核心构件是智能断路器，这一核心器件可以详细监测和分析供配电回路的电参数，同时实时监测断路器的运行状态、设备中出现的故障问题，并对其进行有效控制，多方面共同配合，进一步完善远程监控软件，有效实现配电回路遥测、遥信、遥控、遥调的功能。

开关柜的关键位置一般都安装有传感器，详细检测电压电流、功率因数、电能等数据，同时实时采集智能开关柜的运行状态，将所有监控数据信息汇总后统一进行传送，在数据服务器中进行详细分析和处理。对于开关柜的运行状态，还需要进行集中监测，对于其中出现的故障，也要及时进行诊断报警。一旦出现过载或者短路现象，自动化开关柜需要能够自行进行越限或者是跳闸报警的行为措施。开关柜和数据采集服务器之间主要通过无线通信方式联系，还可以通过互联网实现联系，进一步实现远程在线监测，将所有数据传输到客户、设备维护保护公司，避免出现重大事故而给企业造成损失。

4 智能化开关柜的应用

电器设备中智能化开关柜的应用比较广泛。很多电器设备应用智能化开关柜的目的在于实现电力系统的自动化和统一化，实时监控电器的使用状态。同时，需要使用计算机技术有效判定智能化模式，目的在于确认电力系统的运行环境是否处于一个正常状态，尽量减少空载运行和过负运行的情况，从而减少资源浪费，有效提高设备产生的经济效益。

很多电器设备应用智能化开关柜设计的主要目的在于构建一个智能化控制系统，以有效促进电器功能的顺利实现。

在电器设备的运行工作中，电力系统内部主要的运行设备是中央控制器。中央控制器主要通过母线实现信号的接收和传递，因此如果母线发生故障，信号处理器的工作效率将会受到影响，从而影响整个电力系统的正常工作。所以，想要减少对电力系统工作效率的不良影响，需要有效监测母线的发热温度，确保其始终能够处于一个合理的温度范围内。这就需要一个持续、高效以及准确的监测系统。监测系统是设备和外部环境连接的一个桥梁。智能化开关柜有效保证了在控制系统中母线运行的温度正常。但是，在进行母线和开关柜监测线连接时，应该考虑母线的绝缘性。测温探头也需要在一个较为合理科学的位置，以有效减少外界环境对监测系统的不利影响。

需要注意的是，和电力系统连接的设备如果出现电流泄露故障，会威胁设备的安全，从而对电力设备的正常使用造成一定影响。因此，从经济化、安全化和可靠化角度来说，通过在电力系统中进行智能化开关柜的安装，可以有效监测设备中电流的输送情况，其中信号提取和二级上报都是向外界传输监测结果的有效途径。在电气设备引入智能化开关柜还要做好一系列维修工作，主要是日常检修工作和维护工作。一般情况下，智能化开关柜可以自己进行故障检测和维修，还可以检测设备之间的运行状态和联系状态，针对设备运行中出现的问题及时进行智能化开关柜的检修和保护控制等，从而有效清除故障，保障电力系统智能化开关柜的正常运行。