浅谈10kV开关柜的智能化设计

摘要：本文以当前高压开关柜的广泛应用及存在的不足为背景，以10kV开关柜为研究对象，提出了通过智能化设计方式提高其综合性能的方案，设计了一款10kV智能开关柜，可以为相关领域提供参考。

关键词：电力系统;高压开关柜;智能化

10kV开关柜是一种典型的高压成套开关设备，其作用在于线路的投切管理和电能的高效分配，对于电网的正常运行和故障检修具有重要作用。然而当前10kV开关柜在应用中仍存在不可靠、不准确、不及时等问题，对电网的供电可靠性和检修安全等方面带来了较大的隐患，为了提高其综合性能，本文对10kV开关柜的智能化设计技术进行了探讨。

1 高压开关柜概述

开关柜，在行业内又叫做成套配电装置，是一种由断路器等元器件构成的电气设备。10kV开关柜是一种典型的高压成套开关设备，在电力系统中的配电环节有着十分广泛的应用，是电网中最常见的电气设备之一。其作用是对电气主接线涉及的控制单元、保护单元、测试单元以及相应的母线等装配到一个专用的柜体中，使得接线的管理以及电能的分配更加方便快捷。当电力系统发生故障时，可以人为或自动将故障部分电路断开隔离，在电网检修时也可以根据需要对部分设备进行投切。可见，高压开关柜是电网中不可或缺的组成单元。考虑到当前10kV开关柜在应用中仍存在不可靠、不准确、不及时等问题，非常有必要对其进行智能化设计研究，这对于高压成套开关设备的发展具有重要的现实意义。

2 10kV智能开关柜总体设计

为了提高10kV开关柜在应用中存在的不可靠、不准确、不及时等问题，本文运用了当前较成熟的物联网技术，充分发挥了现场总线、数字传输、通信网络、无线传统等技术的优势，对其进行了集遥测、遥调、遥控、遥信等功能于一身的智能化设计，考虑到电网中的开关柜数量巨大，分布零散，因此在通信方式上采用无线通信机制，以性价比较高的CC2530单片机为主控核心，控制传感器对温度、电压、电流等参数进行实时采集和传输，一旦参数超过预设的阈值，立即启动风机等设备进行调节，实现远程监控。操作人员只需在上位机进行简单操作即可掌握远程开关柜设备的实时工作状态。

3 10kV智能开关柜功能设计

本文主要从10kV开关柜的状态参数采集、分析和处理等方面考虑设备的智能化设计，这也是当前电力系统自动化设计的有效思路。本系统将状态参数分为电量参数的监测和非电量参数的监测，其中电量参数的监测内容主要包括电压和电流，而非电量参数的监测内容则主要是柜内的温度以及一些开关量信息。通过对状态参数的自动分析，即可实现10kV开关柜的智能化。

3.1 主控模块及主要设备选型

考虑到数据处理和逻辑控制的需要，本系统的主控模块采用单片机作为控制核心，根据功能和性能的综合比较，采用了德州仪器研发的CC2530单片机产品，该款产品以8051处理器为内核，内部集成了ZSTACK协议栈，比较适用于无线信号传输单元的适配。温度采集单元采用了MF521033950型热敏电阻，该器件在常温下的电阻值约为10kΩ，或以满足-20℃—120℃的快速温度响应，测量精度也比较高，同时具有非常紧凑的结构设计，不占用过多空间。

3.2 温度监控模块设计

温度参数是高压开关柜的重要状态参数，高压设备在长期运行中会产生大量的热量，如果是夏季高温天气更容易引发火灾或电路故障。本系统的温度监控模块主要由通信接口、电源模块、信号采集单元以及开关量输出等部分组成。智能开关柜直接由主母线引出电源线，首先由变压器对高压信号进行降压，再对输出电压进行稳压调节，最后为单片机提供最佳的工作电压和电流。这种设计无须引入外部电源，避免了重复更换和维护蓄电池的麻烦。

热敏电阻将温度变化转化为阻值的變化，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。单片机与传感器之间采用RS232串行通信，单片机根据传感器地址来识别传感器，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，使开关柜始终工作在最佳条件下。

在发生故障或定期停电维修期间，需要对开关柜进行远程分合闸，采用继电器可以实现该功能。将继电器与IP控制设备相连，实现远程的分合闸控制。

3.3 电量监控模块设计

本文的10kV智能型开关柜可以实现对电压、电流和设备在线状态的实时测量和传输。由于开关柜中电气设备的工作电压较高，单片机无法对其进行直接的测量，因此采用电压变换的思路，通过电压互感器将高压电进行降压。电压互感器经过大电阻与一次侧相连，实现毫安级的电流输出，再通过电阻器转换为电压信号，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，非常适用于开关柜的电流监测。

为了实现对设备状态的监测，本系统采用了光电耦合器、发光二极管和发光三极管的组合电路对设备工作状态进行识别，可以准确反映设备触点的开合状态，实现了对断路器、接触器等关键设备的分合闸状态监测。

4 结语

随着技术的快速发展，许多电力设备制造企业开始投入大量的资金对新型智能开关柜进行研发，不断采用新技术新工艺，这为智能化低压开关柜的发展提供了广阔的市场空间。

参考文献：

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作者简介：宗岩（1990—），男，汉族，江苏宿迁人，大专，助理工程师，目前从事电气成套设备设计方面的工作。