高低压成套开关设备的智能化控制系统的设计和发展趋势分析

历 博

1.天津天传电控设备检测有限公司，天津 300180

2.天津电气科学研究院有限公司，天津 300399

0 引言

开关设备是配电网的关键组成部分，与配电网的运行水平和运行的安全性及质量有着密切关系[1]。如果开关设备存在问题和故障，很有可能衍生出断电和火灾事故。

新时代的发展强调高低压成套开关设备的智能化控制，这样才能使各领域行业的生产运行的安全性得到保障[2]。因此，需要开发相应的智能化控制系统，包括在线检测、诊断和评估控制系统，为更有效的开关设备管控提供保障。

1 高低压成套开关设备的发展现状

高低压成套开关设备在配电网和电力输送中的重要作用不容忽视，开关设备可以通过控制整个配电网络和系统，为电力输送提供保障[3]。建立的网络电力系统能否良性运行也和这一设备的运行质量密切相关，如果高低压成套开关设备存在性能指标不达标或者生产质量问题，势必会影响电力系统的运行[4]。因此，应保障其具备优良的应用性能，这样才能全面提升电力系统的安全性和可靠性。

虽然近年来我国的科技水平有所提升，发电装机容量有了一定程度的增长。但是和发达国家相比，差距仍然显著。对此，研究人员应深入了解高低压成套开关设备的生产、应用要求，并进一步弥补其智能化控制系统存在的不足，切实发挥其功效，实现电力系统的高效化、智能化运行[5]。

2 高低压成套开关设备智能化控制系统的组成

2.1 智能化控制系统的主要组成模块

高低压成套开关设备智能化控制系统的各个模块的任务目标存在一定的差异，研究人员应了解其基本构成，以此支撑之后的优化设计[6]。

2.1.1 参数监测模块

在高低压成套开关设备中引入主控芯片，能够动态化地监测各项基础电参数，以此达到智能化监测的目的。参数监测模块的采样周期为20 ms，能够动态化地采集和扫描各种参数和信息，形成更精准、完整的信息数据。同时，这一模块也有显示和储存数据的功能。模块的数据汇总采集可以与计算机联动，能够快速地将监测信号反馈给后台系统，精准地掌握短路等故障情况，从而有效地监测采样周期内开关设备的故障，并进行合理分类，能够及时查找出故障的成因，形成更具针对性的措施。

2.1.2 环境监测调控模块

环境监测调控模块采用了环境调控技术和监测环境技术，能够动态化地采集设备的湿度和温度等环境信息。这一调控模块还带有控制、执行机构调节等功能，能够比对、判定和调节环境参数。如果相关参数在限定数值以上，调控模块能够自主地动态化调整加热器和风扇，保持系统内部的温度和湿度合理，进而保障设备的良性运行。

2.1.3 温度监测模块

温度监测模块运用了互联网技术和传感器技术，可以多层次、多视角地动态化采集开关设备的温度，并以此为前提，快速查找设备运行时产生故障的位置，形成细致的记录，为维修人员的核心部位监测提供依据。在这一模块引入了全方位控制系统，可以动态监测、扫描开关设备中不同元件设备的运行状况。

2.2 智能化控制系统的主要组成设备

2.2.1 传感器和互感器

有很多传感器和互感器布设于开关设备中，可以采集电器的参数信息[7]。例如，温湿度传感器能够采集和监控环境参数，其中的温度传感器能够收集开关设备在运行时各类设备的关键温度和其自身温度参数。

2.2.2 RS485传输平台

传感器采集汇总数据之后，需要通过RS485传输平台传输数据，信息可以传输至相应的监测装置中。RS485传输平台的传输频次较高，可以汇总整理各方面数据，并通过分析软件实现动态化传输。

2.2.3 显示设备

通过相应的加工方式处理数据后，在显示设备中会生成报表。运用软件的功能故障报表功能和特定算法，能够完成状态评估、故障检测等工作。

3 高低压成套开关设备智能化控制系统的功能

3.1 实时数据采集和管理

智能化控制系统可以通过传感器和互感器全面采集各个单元模块的数据，并在此前提下汇总和管理这些数据，有关人员能够查询数据和相关的参数。在参数呈现方面，可以选用直接成像参数模式，以便有关人员对系统进行维护管理。

3.2 故障检测

传感器能够动态化地监测各种数据，能够对比正常数据和系统初期设定的数据。在提取参数的故障特征时，可以应用改进的拉普斯分值法。该方法能够逐步地分核识别故障，以此合理地诊断开关设备的故障。

3.3 故障警告

当前已有多元化的故障警报方式，如声音提示等。随着信息技术的快速发展，智能化控制系统的故障警报可以应用可视化技术，能够更加直观、完整地呈现相关信息，包括报警时间、故障问题等。智能化控制系统可以储存故障警报信息，以便在之后对这些信息进行查询。

3.4 状态评估

智能化控制系统采集汇总的数据包括装填环境指标和电能质量指标。开关设备智能化控制系统中引入了个人算法，能够以此为前提对不同指标进行系统化的评估和分析，并基于分析结果显示结果雷达图。

4 高低压成套开关设备智能化控制系统的设计

配电网的整体运行是否可靠与开关设备的实际运行效果直接相关。在设计智能化控制系统时，相关操作人员应全面考虑用电设备的运行时间，保障设备的良性运转，有序地开展用电设施管理。用电设备会受到短路电流、接地电流等的影响。例如，一些用户会使用功率较大的设备，这时会产生较强的电流，对此，应根据用户的实际需求合理配置设备。

外部环境也是电力系统运行的关键影响因素，其存在多元化、不确定的特点，这也会对电力设备的运行质量产生影响。在设计智能化控制系统时，应重视环境因素，这样才能保证设备的良性运行。

4.1 互感器和母线的设计

4.1.1 互感器的设计

互电流感应是智能化控制系统互感器的核心功能。如果设计人员缺乏经验，且缺乏对于互感器设计的重视，会影响控制系统的整体效率，进而使得设备运行时突然出现电路回路故障及电流突然增大等问题，导致电路电流波动幅度大、失衡等现象。互感器的类型较多，在设计过程中，应关注互感器的性能，并使其与控制系统相匹配。

4.1.2 母线的设计

设计人员在设计母线时，应在装配电流和电压的控制装置前实施相应的测试，这样可以确保电流和电压的稳定控制，延长设备的寿命。为了提升安全性，可以增设开关断路器。这样一来，在工作人员操作时，如果控制系统异常或电流过大，开关断路器就能够快速地将电流中断，从而避免严重损伤设备。

4.2 面板和控制回路的设计

4.2.1 面板的设计

面板是智能化控制系统的核心部分。面板的主要功能是实现设备运行时的自主性检验和配置，并确保其合理性，可以使各元件充分发挥其效能。如果面板安装和控制存在不匹配之处，就会产生相应的摩擦现象，长此以往，元件的寿命会缩短。设计人员在设计系统面板时，为了完善设计方案，需要优化面板所处的位置，并与其功能相匹配。

4.2.2 控制回路的设计

通常情况下，控制回路采用手动合闸方式。在智能化控制系统中可以采用自动合闸的方式，智能化控制系统能够灵活地切换手动和自动操作。如果设备以自动状态运行，能够以远程控制的方式启动合闸；控制系统在自动合闸之前可以自检电压、电流，从而规避设备和软件的损伤。

4.3 开关设备的设计

近几年，开关设备的各方面性能得到了极大的优化，有了更广阔的应用范围。为了进一步提升整体的工作效率，在优化升级智能化控制系统时，应保障开关设备的应用效果良好。设计人员在设计开关设备时，需要调整、完善各个细节部分，全面考量，应用比较前沿的电子信息技术，使开关设备与控制系统相匹配，也要关注开关设备的发展规划，使其与电子系统内部软件相匹配。

在操作规程方面，应严格遵循我国颁布的各项标准，这样才能形成合理的设计。智能化控制系统中的开关设备应和现代工业的实际需求相吻合，并积极地应用市场中的各类最新原材料，这样才能凸显开关设备智能化控制系统的效果，保障开关设备的良性运行。

5 高低压成套开关设备的发展趋势

5.1 智能化

智能化发展是高低压成套开关设备的主要发展趋势，智能化一直是高低压成套开关设备在市场中得以广泛应用的最主要原因。特别是在最近几年，市场中出现了各类新材料，新技术也得以深度运用，使智能化高低压开关设备有了更为突出的成效，推动了电器元件和设备的应用和发展，在配电系统中取得的成效不容忽视。

5.2 模块化

高低压成套开关设备的模块化一方面能够进一步优化高低压开关设备的生产模式，另一方面能够大幅降低其生产成本。模块化发展需要与智能化开关的运用需求相匹配，以此实现模块优化设计，满足多元化的需求。

5.3 专业化

专业化是高低压成套开关设备的主要发展趋势，也是行业领域发展的核心内容。当前，随着社会分工的发展，实现了精细化发展目标，各领域行业的隔阂被不断打破，趋向于融合。不同领域行业的需求有所不同，在具体的设计优化和分配过程中，应全面考虑开关设备的性能和结构，这样才能满足各领域行业对开关设备的需求，促进开关设备的专业化发展。

6 结束语

文章主要分析了高低压成套开关设备的现状，在探讨当前配电网的发展的基础上，分析了高低压成套开关设备智能化控制系统的功能和组成，并对控制系统的设计进行了多方面考虑，以此保障能够形成规范化、合理化的设计。高低压成套开关设备是配电网中的重要组成部分，其与电网的可靠性运行具有密切关联。当前，我国科学技术取得了飞速发展，使得智能化控制系统有了更强大的功能和性能，在操作方面更加便捷，同时能够为设备的良性运行提供支撑。在高低压成套开关设备和智能化控制系统的设计优化过程中，应全面考虑智能化控制系统的特点，增强高低压开关设备的性能。