高压配电柜故障监视和自动控制系统设计

由仁宽 郑文革 王晓利

（辽宁华隆电力科技股份有限公司，丹东 118303）

由于高压操作具有危险性，常常会造成人身伤害。因此，减小高压配电中的危险性和实时监控配电柜的故障十分必要。高压配电柜能够在出现故障时实时保护用电系统。本文主要以故障监视和自动控制系统为主要研究方向，合理利用执行中央处理器（Central Processing Unit，CPU）消除高压操作给工作人员带来的危害，从而提高施工中操作人员的安全。

1 传统化高压配电柜（10 kV）存在的问题

1.1 验电中存在的问题

传统配电网络系统使用的配电柜是全封闭式的。该模式中配电柜的闭锁装置在使用时缺乏灵活性，无法达到规定的安全规程，不能实现先验电、再接地的要求，且其安全系数需要进一步加强[1]。在现阶段的实际应用中，当需要将接地开关合起时，要先检查用电设施在这一状态下是否处于断电状态，以保证操作人员的安全。由于整个网络处于全封闭运行状态，无法采取常规的高压验电器进行验电操作，从而给验电器工作的使用带来了很大困难。此外，在系统维修和安装的过程中还存在强行打开柜门的情况，给用户的正常使用造成了很大影响。

1.2 高压配电柜（10 kV）开关的问题

设备的正常运行与高压配电柜之间具有紧密联系。若高压配电柜的开关出现问题，会使整个工作系统出现问题，且开关出现问题还会导致配电柜无法闭合，使故障范围逐渐扩大[2]。为了更好地解决开关问题，要先了解造成开关问题的原因。经过深入调查分析发现，开关问题产生的原因是断路器引起的，与配电柜本身并没有太大关系。配电设备工作系统出现短路，主要是以喷油短路现象为主，会对整个电路产生严重影响，并造成配电设备的损害或电柜的开断能力不足，从而严重影响人员的安全。

1.3 柜内空气的绝缘间隙较小

在配电柜中，只有各部件之间相互配合、协作，才能保证电力系统正常运行。在这一过程中，某一小部件使用不当，会对配电柜的正常运行产生影响[3]。传统配电网系统中使用的是10 kV高压配电柜，其相地和相相之间的绝缘间隙在10.0～12.5 cm。这一距离通常会造成接火等各种故障问题，最终使系统不能正常运转。在传统设备中，由于在设备安装中没有严格按照相关标准实施安装工作，常出现绝缘间隙过小的问题，从而导致设备运行异常。

2 对故障监听和自动控制系统的相关概述

2.1 对CPU软硬件设计的相关阐述

AT89S52微型控制器是一种常见的微型控制器，如图1所示。它具有高性能、低功耗等优势，还具有8 kB的存储器。该存储器的来源是Atmel公司，且能与80C51产品的指令和引脚兼容。片上Flash允许程序存储器在系统中编程，也允许在常规的编辑器上编程。从单芯片的层面来看，AT89S52具有8位CPU和能在系统中编程的Flash，使得AT89S52能为很多控制应用提供灵活、有效的故障解决方案。该系统中的执行CPU使用的是单片机，主要作用是与微机进行互动，以接收和监听微机的指令，并针对微机发出的指令做出相应的动作[4-5]。另外，该单片机还能与传感器相结合，以此检测高压配电柜内部件温度和电网电压值。

图1 AT89S52微型控制器

2.1.1 对执行CPU信号检测程序的设计

执行CPU主要负责检测配电柜的参数，其参数的检测涵盖多个方面。运行过程中，需要将检测的相关数据按照一定的协议发送至控制微机，以便工作人员实时监控。另外，执行CPU还具有很多功能，能够实时监控来自微机发出的各项指令。例如：在车间的正常运行中，需要对某一车间进行断电处理或出现故障时应当采取修复措施，均可通过对执行CPU输入相应命令来实现。

2.1.2 对执行CPU发送数据方面的设计

虽然执行CPU的用途非常广泛且能对各数据进行有效检测，但是若要在高压配电柜中采集自身数据，还需要电压互感器的帮助。执行CPU采集数据时，通过AT89S52串口发送数据，在对数据的发送中或在CPU的通信中可以采用定时发送方式。通信过程中，通信速率设为9 600 b/s。另外，在执行CPU发送数据前，需要按照不同的数据通道对数据进行编码操作。

2.2 对系统操作的相关阐述

在使用高压配电柜的过程中，借助自动控制系统中的操作界面，能实现对执行CPU的直接控制，从而减少人力的投入，为配电工作人员的工作过程提供更多方便。在操作界面，不同颜色的按钮对应不同的指令。操作人员可以通过颜色的区别来区分操作台上的各种指令，从而直观地了解操作台上的各种功能，为操作人员及时、准确地获取不同部件的工作状态提供了便利。例如：在操作界面的平台上可以借用不同的颜色表示接触器所处的状态。当接触器正常运行时，通常显示为绿色；当接触器发生故障时，则显示为红色。在接触器运行中，若有较大的电流通过时，会使设备的温度升高。此时，传统的检查方式是派遣人员直接检查接触器。在操作平台中，操作人员可直接在平台中读取温度的数值和观察温度的状态变化。可见，操作平台的应用减少了人力投入，保证了人员的安全性。

当温度的变化存在异常情况时，可以通过操作平台向执行CPU发送响应指令，使CPU执行相关动作，以达到保护接触器的目的。在使用操作系统时，需要为操作人员提供针对不同环节自动进行上电或断电的按钮。通过执行按钮中的命令，实现对系统故障的自动检测。针对出现的故障问题，选择合适的故障处理方案。另外，在处理故障的过程中，系统会合理规划各个环节的损失，保证将损失降至最低，以减少企业的经济成本。配电柜的故障检测及自动控制系统，在调试和使用过程中具有良好的效果，能够满足我国相关企业的生产需求，在现阶段具有很大的使用价值。

3 在现阶段实际情况的基础上合理配置10 kV高压配电柜

高压配电柜的发展需要结合当下的实际发展状况，依据实际的发展情况进行总结，并保证总结的理论符合实际的发展状况。电力系统工作中最关键的配电设备是10 kV的高压配电柜，对其进行分析的过程中更要结合当下的实际情况，以实际的案例作为研究的出发点，将有关内容进行有效整合。下面以我国南方某一地区为例，研究10 kV高压配电柜的合理配置方式。

通过对该地区的分析发现，该地区使用的是110 kV变电站，其配电过程中需要采用10 kV高压配电柜。采用10 kV高压配电柜有利于开展报警工作和温度测量工作。相关技术人员在工作过程中需要选用合适的光纤传感器，从而达到有效检测变电站实际工作情况的目的。在这一过程中，需要注意在安装光纤传感器时保证上、下接触头安装在光缆上，保证温度检测变化的有效性。若触点温度大于实际温度，则会出现报警现象，从而及时警示检测人员，减少事故发生的概率，保证电力运行中的安全性。

4 结语

高压配电柜与电网的运行有着密切联系，因此加强在高压配电柜方面的检查工作非常必要。虽然在当前的高压配电柜中还存在很多需要解决的问题，但从配电柜的发展趋势来看，在未来的发展中这些配电柜存在的问题都会得到解决。因为高压配电柜在电网设施中具有良好的运行效果，所以加强对高压配电柜的运行和推广具有十分重要的意义和价值。