智能变电站中压开关柜智能化及改进

欧阳安妮，曾小刚

（国网长沙县供电公司，湖南 长沙 410000）

如今，智能化中压开关柜技术进一步发展，这类开关柜技术越来越成熟。通过将智能中压开关柜运用到变电站中，能够对各设备运行状态加以远程监控，尽可能减少设备故障问题的发生。针对发生率较高的故障问题，可通过数据、存储、分析及处理，找出故障发生的原因，然后提前采用相应的预防措施，这样就能够减少作业人员的工作量，降低设备维护与检修的危险性，从而促进智能变电站的安全可靠运行，推动我国电力系统的智能化发展，显著提高供电量的稳定性，为电力企业带来更多的综合效益。然而当前智能化中压开关柜技术具体应用中依然存在诸多问题，需要人们进一步探究和分析，对其加以不断完善和改进。

1 智能变电站概述

智能化变电站主要是基于一体化业务平台、智能设备，来对各设备运行情况加以动态感知、自主自治。其中关于智能化变压器的应用，主要是通过有机结合通信光纤和控制系统，对变压器的状态参数与运行数据实时获取；如果设备发生故障问题，将会立即发出预警，相关人员可及时获取相关参数，对故障问题进行有效解决，从而减少操作失误，尽量减少变压器的隐患，确保变压器的安全稳定运行。

2 智能中压开关柜概述

智能中压开关柜，主要是基于常规中压开关柜，对传感技术、监测技术、智能控制技术、数据传输和分析技术等，凭借智能检测设备、智能化断路器、网络联接电力仪表等设备设施，以此来对电气参数（功率、电压、电流、频率等）、各设备运行状态（断路器的分合闸状态、柜内温度和湿度等）进行全过程监视、控制、诊断及处理。智能中压开关柜的构成部分：工业级图像传感器、开关柜智能电子组件IED、真空度传感器、无线温度传感器和环境温湿度传感器等，其中智能电子组件可借助智能断电路、真空度传感器和图像传感器等，来对智能化开关柜运行中的运行状态全过程监测[1]。主要体现为以下几点：

（1）屏幕显示。可对开关柜的模拟运行方式进行全过程显示，包括：接地开关状态、模拟母线图、开关状态、模拟量及开关数量等，还能够借助工业开关来对数字多路工业图像传感器进行连接，以此来严密监测手动开关进出情况、接地开关通断状态等。同时，也能够全面监测断路器手车进出线位置情况、接地开关分合闸位状态等重要活动位置。

（2）断路器状态监测。智能型开关柜中应用了大量的传感器，其中内置式控制单元可对传感器获取的数据进行全过程监测、评估，一旦发现异常状况，可以马上进行有效处理。同时，这一控制器具备测量触点开度与位移曲线的功能。通过将光电转子安装到开关分割器转轴上，能够对开关的机械磨损、疲劳进行有效诊断，并能够对真空灭弧室触头的位移数据进行测量，基于角度调整来对开关的位移曲线、接触距离加以计算。另外，通过对分闸动作过程中辅助开关的时间间隔加以测量，能够明确合闸速度，然后在此基础上，即可明确设备的疲劳程度、工作时间[2]。

（3）触头温度检测。由低电压侧接收器、高电压侧发射器和上位机构作为组成的无线半导体温度传感器，关于这一设备的应用，主要是将高压侧的温度数据采集电路安装到机箱的初级静态连接位置，借助单片机来对温度传感器进行控制，当单片机对相关数据进行测量与转换之后，可利用无线传输模块将这些数据传输至低压端。低电压端通过有效结合RS-232总线和智能总线监控系统来查询Modbus通信协议，把获取到的温度数据传输至智能监控系统，最后由总线按照智能指令来及时有效地处理监控系统数据。

（4）温湿度监控报警与状态监测。无线传感器中具备433 MHz射频频段，智能电子组件能够对各采样点的温湿度情况、温度曲线进行全过程采集与显示，并对各采样点的温湿度报警限值进行设定，借助聚类分析与模糊判断来实现相应的预警，涉及到母线搭接、报警箱触点和环境温度。

3 智能化中压开关柜优势

（1）TTF真彩色液晶屏在中压开关智能监控装置中的应用，能够对开关的数量、数字的数量、模拟的数量等信息加以显示，且能够对开关状态与一次接线图进行动态实时模拟。借助不同颜色的模拟显示，来对在充电模式下或是接地模式下进行区别模拟显示，以便相关人员更好地明确不同电路的开关与机械位置[3]。

（2）有效融合智能监控器与智能永磁驱动控制器，这样就能够更好地监控断路器机械结构，对断路器状态进行检测。还能够对设备是否出现堵塞情况进行记录，实时评估IGBT电流功率和电压波形的电流幅值、峰值时间，再加以结算管理，全面分析故障发生的原因，并对故障的基本状态进行在线检测，最后利用RS485在线传输分析结果。

（3）通过智能化监控器，来促使433 M无线信号与WLAN的温湿度传感器相连，从而对各点的温度变化曲线与温度值进行全过程显示，并能够采集到温度报警信息、记录数据，在极大程度上避免由于温度过高而引发火灾事故。

（4）针对智能控制柜中压系统而言，通过有机结合双向无线温湿度传感器，能够自动控制开关柜中的温度和湿度，还能够实现双向自动脱水控制。

（5）通过有机结合现场显示、电源测试和人体红外线感应等功能，能够促使中压开关设备的功能集成，使之具备更高的智能化水平。

（6）智能控制柜基于IEC61580与先进的通信网络，对数据进行存储和分析，以便更加科学有效地对设备进行评估，对故障进行分析，明确故障发生的原因，并能够对各设备的运行状态加以远程监控，从而满足智能变电站的运行需求[4]。

4 传统中压开关柜的不足

开关柜作为电力系统中必不可少的一种电气设备，其主要作用在于：充分保证电力系统安全，以切断故障的方式来有效保护系统；能够连接线路，对发生故障的设备进行及时关闭，马上隔离故障线路。以往的中压开关柜的构成部分主要是二次设备、避雷装置、互感器、断路器、隔离刀闸，可通过这些设备来有效收集与处理各类数据信息，当电力系统出现故障问题，能够借助继电保护装置来保证电力系统处于安全运行状态。可利用二次设备与断路器来对电缆进行有效监控，防止电缆被损坏，这2种设备主要是借助监控与保护等方式来对信号进行有效传输，并进一步提高电缆的安全性。

针对信号的控制，通常由专门的保护装置或是专业人员进行操作，并由断电器按照特定的指令来完成相应的操作。接下来，当主体控制室接收到相应的信号后，即可明确系统的运行状态[5]。在传统中压开关柜的应用，要求定期对其进行严格检查与维修，明确其工作状态，若存在问题必须尽快处理。然而在这一过程中，往往需要选择大范围停电的方式来对其检查维修，不但会影响到用户的用电，还会引发一系列不容忽视的问题，故而需要借助更加先进的技术来对其进行改进，即结合现阶段电力系统的发展趋势，加大中压开关柜智能化的建设力度，对已有问题进行有效改进，有效利用各种智能化技术来提高电网运行的安全性、可靠性及稳定性。

5 中压开关柜智能化改进

5.1 智能化监控装置

智能化监控装置作为中压开关柜中非常关键的一个装置，其主要运用了LED显示，能够将中压开关柜中的各类信息数据及时展示在LED屏幕之上。同时，智能化监控装置可较好地模拟开关的动作状态，对接线图的内容进行呈现，以不同的颜色来对不同开关的运行状况进行区分。

5.2 永磁驱动控制器

针对中压开关柜智能化建设，应注重提高设备的通信功能，对各设备的运行状况加以智能化监控，并能够及时检测断路器，掌握其实时运行状态，而要实现这些通信功能，就需要对永磁驱动控制器进行充分利用，来实现对断路器各种状态进行全方位检测，并能够有效展示电力系统中的电流流动状况。相较于传统的中压开关柜，智能化开关柜能够对各类数据信息进行实时分析，掌握各设备的运行状态，且选择实时监测的方式来呈现信息，具备较高的时效性[6]。同时，永磁驱动控制器能够更加科学合理地预测断路器的使用年限，借助在线智能化检测手段来明确中压开关柜的耗电状况，科学检测其基础状态，还能够确保中压开关柜的通信功能正常。

5.3 温湿度传感器

对于中压开关柜而言，通过将各种传感器连接到智能化监控设备之上，能够对设备运行环境的温湿度进行有效检测；通过将多个温度传感器设置到各个监控单元，能够有效描述温度的变化情况，并通过曲线的方式对这一变化情况进行展示，以便相关人员更加直观形象地认识到中压开关柜的具体运行环境。同时，相关人员可结合具体情况来合理设定温度传感器的临界值，以此来确保中压开关柜温度的规范性与合理性，若温度高于这一临界值，系统会马上进行报警，防止发生严重的故障问题。

5.4 真空断路器

针对中压开关柜的检查和维修工作，可借助真空传感器来对断路器的所有数值加以有效检测，也可利用智能监控设备所具备的摄像头来检测隔离刀闸断口的状态，然后基于这些检测数据来采用科学有效的措施。借助完善的智能化监控设施和传感器，能够更好地改善中压开关柜存在的不足之处，对该设备的所有数据加以实时监测和统计分析，以便相关人员更加充分、及时地掌握开关柜的运行情况，从而有效提高故障的排查效率，在极大程度上提高检查与维修质量，降低检修难度，最终促进电力系统始终处于安全可靠的运行状态[7]。可以说，上述方式能够实现量化评估，更加科学合理地预测设备的使用年限，也能够预测故障，以便相关人员提前采取切实可行的防范措施；还可结合检测数据来制定相应的解决方案。这种方式可以量化评估，对设备的使用寿命进行科学的预测，甚至还可以预测故障，从而有效提高开关柜的使用年限。

5.5 分布式光纤测温技术

在中压开关柜建设中应用分布式光纤测温技术，能够实现对空间温度场分布全过程监测的目的。该技术的应用原理：通过对光时域反射技术、光纤拉曼光谱技术、微弱信号处理技术和光波分复技术等加以有效应用，来对较长距离内光纤上各位置的温度加以科学全面监测，并能够借助激光来对空间信息与温度分布信息等进行有效传播，通过设定相应的宽度、能量的激光脉冲，通过其在光纤传递过程中向后散射的光波，随着温度的变化其状态就会改变，可对散射回来的光波加以检测与复用，再通过系统的处理，就能够获取到各位置的温度信息[8]。该技术的应用特点：能够对电气配电装置动力电缆、母线接头位置进行零距离监测，电磁不会对其作用的发挥产生影响，能够适用于高辐射、强腐蚀强电磁干扰等恶劣环境，且能够实现连续空间测温。

5.6 新型快速灭弧器

UFES快速灭弧器属于以一次性元件为主的灭弧器，通过对ABB限流技术、ABB真空包技术的有效应用，可在极大程度上提高这一灭弧器的动作速度，大大降低故障发生的可能性。同时，这一新型快速灭弧器中的检测控制装备具备很强的逻辑判断能力，可借助探头式光纤来更加精准地开展检测工作，从而使之能够更加有效地捕捉电流。

6 结束语

综上所述，随着社会经济的发展，人们对供电需求不断提高，为能够保证用电的持续性与稳定性，电网企业必须加强智能变电站建设。中压开关柜作为变电站中最为关键的一个元件，只有确保其具备良好的运行状态，才能够确保变电站的安全可靠运行，故而电网企业需要紧跟时代发展的趋势，对各种先进智能化技术进行有效应用，不断改进中压开关柜，从而实现中压开关柜的智能化。