KYN28A－12铠装型移开式开关柜智能化改造方案探讨

章如海 王瑞元

（兴机电器有限公司）

0 引言

智能电网建设中智能开关柜及智能供配电管理系统是智能输变电设备的重要设备。智能开关柜的智能供配电管理系统，可以基于传统开关柜对其智能化改造，以实现设备监测监控管理、日常运维服务、专家诊断及健康管理等。

1 开关柜在线监测综合系统平台概述

在KYN28A－12铠装型移开式开关柜的智能化改造中，首先需要设计在线监测综合系统平台，利用该平台主要实现以下功能：

1）利用智能控制单元实现智能化控制。通过多种传感器感知被测物理量，数据采集单元完整汇集并保存机械操作的各项数据，为诊断分析奠定数据基础，在此基础上实现智能化控制。

2）对一次设备进行实时监控分析。通过大量的测试数据分析，建立故障失效模型。通过失效模式进行故障排除指导、失效模式数据校正，进行边缘计算分析实现自动预警，并修正改进相关产品等功能。同时对一次设备和综合平台，进行实时监控分析，产生一次设备现场使用环境数据流，实现实时模型数据校正。

3）对设备健康状况进行评估及故障预警，确定维修方式及计划。通过收集整理数据端的数据流，并传输到后台，按不同模型进行分析，得出综合数据评估报告，包括故障分析预警、维修方式及计划、故障分析报告、设备运行状况报告、健康评估报告等。用户层可通过终端层设备获取评估报告。

2 开关柜改造用智能化单元的主要目标

根据开关柜智能化改造中需要具体实施的内容，设计的智能化单元的原理示意图如图1所示，智能化单元的主要目标如下：

图1 开关柜改造用智能化单元的原理示意图

1）机械检测仿真模拟平台搭载全系监测传感器，实现模拟测试及在线监测数据收集；

2）采用先进的传感技术，对设备的电量或非电量及硬件状态信息进行动态监测；

3）控制模块单元及监测模块单元融合成智能管理主控单元的一体化设计；

4）智能管理主控单元及服务器后台数据分析平台，建立出综合分析数据模型系统；

5）数据分析模型系统与一次设备实现一二次融合的一体化设计；

6）数据模型分析系统与数据量匹配，进行自动学习整理校正实现边缘计算风险值评估；

7）设备测试运行、失效模式分析及智能诊断融合的机械测试及在线监测综合系统；

8）机械测试及在线监测综合系统可以支持多种通讯规约，可以与云平台进行数据交换及传输。

3 KYN28A－12铠装型移开式开关柜智能化改造

3.1 KYN28A－12铠装型移开式开关柜智能化改造方案

KYN28A－12铠装型移开式开关柜智能化改造的方案为配用12kV智能化断路器，在柜中不同部位布置各种传感器，在继电仪表室配装智能化单元。通过智能化单元实现可视化一键式顺序控制、开关柜状态检修、智能供配电管理系统、统一数据中心或云平台、知识库及故障库模型、智能专家在线监测及诊断系统、信息推送等。

根据KYN28A－12铠装型移开式开关柜智能化改造方案和图1原理图，以普通型KYN28A－12铠装型移开式开关柜为基础，配装改造用硬件、传感器以及安装有关的软件，完成智能化改造的框架搭建工作，如图2所示。

图2 KYN28A－12开关柜智能化改造方案的搭建

3.2 KYN28A－12铠装型移开式开关柜智能化改造后可实现的功能

开关柜智能化改造后实现的智能化功能主要包括：智能监测（含机械特性、温测局放、影像等）、电动底盘车和电动接地开关、人机交互，以及一键顺控、专家诊断系统及显示等。

（1）智能监测

智能监测装置是智能开关柜测控终端（含综合测试系统），可以查看柜视频、开关柜温度、电量等数据、位置双确认、远程分合、断路器机械特性等功能。为了实现以上功能需要配置综合测试系统、位置双确认传感器、智能监测摄像头、温湿度监测传感器、局放传感器、机械特性传感器（断路器机构内部选配）等。

（2）电动底盘车和电动接地开关

电动底盘车用断路器和电动接地开关加上控制单元，可以通过485数据接口，进行就地和远程控制，可以进行传输数据，进行实时电流和电压等数据抓取等。

（3）人机交互

人机交互平台包含人机交互模块（含系统），可以进行视频传感器图像对比GPU及算法、视频红外温测传感器信息接收及处理、NFC芯片储存传感器信息、USB数据接收器、一键顺控顺序控制、数据集成和数据传输等。

单柜的智能改造完成后，可以通过通讯装置，传输到后台服务器。后台服务器可以搭建数据库模型，搭建专家诊断系统，搭建运营系统等，进行现场实时诊断分析及远程实时预警维保，最后推送到用户端。

（4）一键顺控

一键顺控：一种操作项目软件预测、操作任务模块式搭建、设备状态自动判别、防误联锁智能校核、操作步骤一键启动、操作过程自动顺序执行的操作模式。完成一键顺控需要具备以下的前提条件。

1）状态监测：操作后自动获取相关信号（分合闸电流波形、储能电机电流、电动机构电流、分合闸时间反弹超程机械特性等）；

2）柜内视频监视：在断路器室加装视频摄像头，可对柜内断路器进行实时视频监控，实现远程可视化；

3）为保证安全性可靠性，每台高压开关柜逐一配备独立的监测装置，且该监测装置具备采集监测的基础上，还应满足具有独立的模拟电气专业值守、操作人员的分析判断等功能；

4）开关柜智能化改造应使用电动手车和电动接地刀，在断路器室、电缆室应安装有摄像头，无人值守远程操作实现可视化一键多模式（运行、热备、冷备、检修）控制，并支持视频双确认功能，以确保远程操作的绝对安全；

5）电动手车和接地刀具备电机电流的检测、堵转保护、超时保护、软启动和软停止功能；

6）智能化改造的开关柜内配有测量温度、湿度、分合闸速度等在线监测所需的各类传感器。在线监测的参量包括断路器分合闸线圈电流波形、行程－时间曲线、储能状态、运行状态、机械特性、各触头温度和各室温湿度等；

7）智能化改造的开关柜内应配有测量、控制、监测、显示等功能一体化集成的智能监测装置，信号就地分析和处理，兼具电流电压采集与显示、继电保护和故障信息显示、在线监测与显示、程序化控制、实时视频查看、历史数据查询和显示、自诊断等多功能于一体；

8）智能化改造的开关柜应具有触摸人机交互装置，实现就地的显示及操作；

9）为保障通讯兼容性，监测装置应支持IEC61850规约；

10）测温传感器需采用无源无线传输且传感器无内置电池，采用CT取电模式，同时能够将温度数据以无线的方式传输至智能监测装置并在人机交互装置与后台系统中显示。

（5）专家诊断系统及显示

智能化改造后的开关柜专家诊断系统构成示意图，如图3所示。专家诊断系统的状态评估及边缘计算功能如下：

图3 智能化改造后开关柜专家系统构成示意图

1）能够根据温度数据对设备的接触电阻及温升趋势进行分析；

2）能够根据机械特性数据对操作结构各环节的状态进行分析；

3）能够根据电气特性数据对电动机构的驱动元件和执行元件进行分析；

4）能够根据综合信息对开关设备的整体状态进行评估。

4 结束语

KYN28A－12铠装型移开式开关柜的智能化改造是基于各专业领域的深度融合，包括传感器技术、机械电器技术、电子及互联网技术等。

开关柜智能化是物联网技术在电力系统中的深度使用。开关柜通过各种信息传感器技术实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、位置等各种需要的信息，通过多种可能的网络接入，实现电和人的泛在连接，实现对电力系统管理过程的智能化感知、识别和管理。