智能电网中电力开关设备智能化发展研究

摘要：配电网在现代生活中扮演着至关重要的角色，而其中的开关设备则是配电网运行的核心。随着信息化技术的不断发展，人们正在逐步推动智能化开关设备在配电网中的应用。旨在通过对配电网智能化开关设备的类型分析，研究现有设备应用中存在的问题，并结合时代技术发展的特点探讨配电网智能化开关设备的应用方法，这对配电网的发展和智能化设备的应用具有重要意义和现实价值。

关键词：智能电网电力开关设备智能化发展

ResearchontheIntelligentDevelopmentofPowerSwitchgearinSmartGrids

LILeiSUNNing

（QingdaoTGOODElectricCo.，Ltd.，Qingdao，ShandongProvince，266100China）

Abstract：Adistributionnetworkplaysacrucialroleinmodernlife，andswitchgearisthecoreofitsoperation.Withthecontinuousdevelopmentofinformationtechnology，peoplearegraduallypromotingtheapplicationofintelligentswitchgearindistributionnetworks.Thisarticleaimstoanalyzethetypesofintelligentswitchgearindistributionnetworks，studyproblemsexistingintheapplicationofexistingequipment，andexploretheapplicationmethodsofintelligentswitchgearindistributionnetworksincombinationwiththecharacteristicsoftechnologicaldevelopmentintheera，whichhasimportantsignificanceandpracticalvalueforthedevelopmentofdistributionnetworksandtheapplicationofintelligentequipment.

KeyWords：Smartgrid;Electricity;Switchgear;Intelligentdevelopment

现代工业生产和日常生活高度依赖电力的供应，因此，我国构建了一个遍及全国的电力供应基础设施网络，来满足国内的电力需求。在这个供应体系中，配电网络扮演了核心角色，至关重要，它负责将电力资源有效地分配给各个终端用户。然而，为了保证配电网的正常运行，大量的开关设备被广泛应用。开关设备能够控制电流的运行和分配，为配电网络提供保护和监控功能。随着信息化技术的发展和成熟，越来越多的行业都在进行自身的信息化改革，配电网也不例外。为了克服配电网管理的困难，人们正在推动智能化开关设备在配电网中的应用。智能化开关设备可以通过集成传感器、通信模块和控制系统，实现对电力设备的远程监控、故障检测和自动控制，提高配电网络的可靠性和安全性。本文旨在探讨电力开关设备智能化在智能电网中的应用和发展[1]。

1案例

阳城煤矿煤田南区，资源储量1.33亿t，可采储量4606.9万t，平均煤厚7.5m，属低磷低硫气煤。阳城电厂主要以煤矸石、中煤、煤泥等劣质燃料和矿井水作为再生资源发电，该变电站建成后将为选煤厂、施工混合井和回风立井提供电力保障。

该变电站为10kV智能变电站，10kV开关柜采用KYN28型开关柜，开关柜内断路器配置电动底盘车，接地开关配置电动操作机构，满足现场操作和远程控制的要求。开关柜配置温度在线监测功能，实现对断路器动静触头、柜体电缆部位测温，实现分析故障及报警功能。高压柜断路器室及电缆室内配置有摄像头，用于柜内设备运行状况实时监控。

以上智能化功能由高压开关柜厂家成套构建完整的系统，其中，高压开关柜手车和接地开关的电动操作信号及温度在线监测功能的信号上传至站内综合自动化后台，站内综合自动化后台可对高压开关柜手车和接地开关的电动操作，并监控柜内温度；摄像头信号上传至视频监控系统后台。所有信号均须具备编码功能，便于与智能化平台的衔接。该智能化变电站为智慧化矿山建设奠定良好基础。

2开关柜智能化设计

为便于封闭式金属开关柜的日常运维工作，开关柜应就地按需配置智能组件设备，智能组件由人机交互装置、智能操控与智能监测装置组成，分别安装在仪表柜门上和仪表室内。

2.1本地智能配电分析单元设计

（1）本地智能配电分析单元提供不小于12＂TFT彩色液晶数据显示触摸屏，对开关柜组合而成的配电系统进行可视化展示及人机交互。

（2）人机交互界面功能包括系统监控、平面布局、视频监控、通信状态、事件记录、报警记录、数据记录、报表统计以及参数设置等功能[2]。

（3）能实时监测并显示配电系统电参量数据、位置状态信号、断路器健康状态、通信状态、温度、局放、事件记录与报警记录等信息，同时绘制并显示温升曲线、断路器行程曲线、分合闸线圈电流曲线、储能电机电流曲线、电动机构的电流曲线。

（4）能实现本地显示开关柜断路器室、电缆室热成像与可见光视频双画面，清晰地观察断路器、接地开关的运行状况。

（5）能够就地完成柜内设备的参数整定、历史数据查询与导出，且可以通过触摸屏进行开关柜的分步控制与一键顺序化控制。

2.2智能操控装置设计

实时模拟图像、温度监测、状态指示灯、带电显示、温湿度的检测与调节、语音防止误操作提示、远程/现场操作切换、断线警告、网络通信、彩色屏幕显示等。

2.3电力综合仪表设计

监测内容包含但不限于三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度等参数，通过RS485/MODBUS通信接口上传数据至人机交互装置与集控后台。

2.4一键顺控技术要求设计

实现一键可视化多模式（运行、热备用、冷备用、检修状态）倒闸操作，在一键顺控操作过程中应实现软件五防功能。对电机的控制实现软起软停功能，同时具有堵转保护、超时保护，做到保护无死角、控制精确可靠。

2.5温度传感器设计

中压开关柜在断路器触头、电缆搭接头节点处设置9点在线测温传感器，无电池的测温传感器利用被动式无线技术来传递信息，它通过CT供电方式获取能量，便于日常的保养和替换。此外，该传感器可以将温度信息以无线的形式发送到智能控制设备，并在用户界面及集中控制系统中展示[3]。

2.6智能监测装置设计

智能监测装置为高度集成的一体化监测控制单元，满足就地采集柜内各类传感器（分合闸线圈电流、储能电机电流、断路器机械特性）数据。

2.7在线监测要求

2.7.1机械特性监测

采用磁感应式角位移传感器采集数据，进行实时综合分析，判断出开关的机械特性（合/分闸时间、合/分闸速度、触头开距、超行程、分闸反弹幅值、合/分闸过冲）。

2.7.2电气特性要求

应能通过由霍尔传感器对储能电机的储能时间、储能电机的储能电流（平均值/波形）、合闸线圈的动作电流（平均值/波形）、分闸线圈的动作电流（平均值/波形）进行采集。

2.8电机驱动控制设计

2.8.1能提供断路器电动底盘车可选择的自动控制功能

可以进行本地/远程切换操作；具备电机卡死防护和故障警示功能，当检测到进出动作过程中的阻力时，系统将发出警告信号，并即时切断电机供电，以避免对相关机械锁定部件造成损害；设有控制电流调整功能，当控制电流超出预设值时，会触发电机卡死保护和故障警报功能；具有电机刹车及自动脱离功能：在电动底盘电动执行进出操作时若发生电机卡死，电动底盘应立刻停止移动，并通过电机反向旋转使电动底盘返回到起始位置。

2.8.2能提供开关柜电动接地刀可选择的自动控制功能

设备应配备电动机的堵转保护和故障警示系统，这样当接地开关的电动齿轮机构在运转中遇到障碍时，能够及时发出警报，并且可以切断电动机的电源，避免电动操作装置对其他机械零件造成进一步的损害。同时，该系统还应具备电动机的制动功能，确保接地开关在合闸或分闸到达终点后，电动机能够准确停止而不会因为惯性继续转动导致卡住。能实现程序化的一键转换多种模式功能，分别是运行、热备用、冷备用、检修。不论设备在何种状态，如要转到需要的状态，只需要一键进行操作，4种状态任意切换[4]。

2.9机械特性传感器设计

为保障机械特性精度，应采用磁感应式角位移传感器，更加准确地采集断路器的机械特性数据，适应不同原理、品牌、型号的断路器并将数据传输给智能监测装置。

2.10霍尔传感器设计

为保障测量电气特性的精度及稳定性，要求霍尔传感器接入智能监测装置，实时监测开关柜内电气特性（分合闸线圈电流及时间、储能电机电流及时间），确保提前发现异常情况。

2.11局放监测设计

开关柜具备局放监测功能，采用TEV及超声波传感器，实时、准确地进行空间局放监测，及时预警绝缘故障。局放在线监测装置通过对TEV和超声波的信号强度的增量变化分析，判定局放状态是否存在风险。增量算法可以消除开关柜运行的内外环境对采集信号的干扰，抗干扰能力强，能有效保证局放风险状态判定的准确性。

2.12摄像头设计

为保障远程可视化操作，在断路器室、电缆室安装全金属机壳的红外视频摄像头，在获取高清视频信号的同时，也能采集红外画面，且能够同时显示出两种画面。红外画面温度监测区域不少于10个，并能实时显示区域温度和生成相应的趋势图，热成像分辨率不低于256×192，热像图像素不低于768×576。根据操作命令，联动传送相应位置的动作画面，操作时能够在现场人机交互装置及集控后台将画面实时显示出来，实现操作的可视化[5]。

2.13电动底盘车设计

断路器手车配备电机驱动功能，实现远方或就地集中控制，同时手动操作和电动操作必须能够自由切换，且断路器手车电机驱动功能依据NB/T42044《3.6kV～40.5kV智能交流金属封闭开关设备和控制设备》进行试验验证。

2.13.1设有防误闭锁功能

当断路器手车停在非工作和试验的中间位置时，电动底盘必须通过机械联锁来阻止断路器进行开关操作。如果断路器处于通电状态，那么断路器和底盘需要有机械锁装置，以防止手车被移动。当手车位于工作位置或中间位置时，电动底盘应该有一个机械锁，以避免电动快速接地开关被激活。只有当手车在试验位置或检修位置时，才可以允许电动快速接地开关进行合闸操作。如果电动快速接地开关已经合上，那么电动底盘应该有一个机械锁来防止手车被移动。当断路器手车被推进开关柜后，电动底盘应当有一个机械联锁装置来确保手车不会从柜体上脱离。当手车位于中间位置或工作位置时，电动底盘应该有一个机械锁来防止手车被意外移出开关柜。

2.13.2断路器室关门操作闭锁功能

只有在断路器室门完全关闭时，开关才能执行插入或移除的操作。

2.13.3断路器室门闭锁功能

仅当断路器手车处于试验位置时，断路器室门才可以被打开；断路器手车进、出操作过程中或断路器手车处于工作位置时，柜门不能被打开。

2.14电动接地开关设计

接地开关需要具备电动驱动功能，可实现远方或就地集中控制，同时手动操作和电动操作必须能够自由切换，且需要满足《高压交流隔离开关和接地开关》（GB14aS6dfFOwynkxtUUPYNCdxsLg56CMftura3b8l3zNKo=985-2004）的要求。

电动接地标记应安置于开关柜中部偏下位置，该电动接地标记本身带有状态指示功能，同时在控制室的面板上需设有表示电动接地标记开启或闭合状态的信号灯。电动接地标记的操作过程，包括开启和闭合的状态变化，都必须通过相应的信号灯来反映其真实情况，以便于维护人员通过观察窗检视接地开关3个相位的接触情况，从而方便进行设备检修。

3结语

智能化开关设备融合数字化技术和物联网技术，实时监测、全面感知设备运行状态，提高运行效率，保障设备安全。能够对现场设备数据实时采集并全面分析预处理，上传能源平台，提前告警，实现能耗异常分析统计。能够对设备系统运行的过程数据全面诊断分析，诊断设备故障，评估设备健康度，能源可视、智能运维、无人值守，延长资产使用周期。

参考文献

[1]彭在兴，王颂，陈曦.新电改背景下电力设备智能化研究[J].高压电器，2020，56（6）：1-6，12.

[2]杨挺，赵黎媛，王成山.人工智能在电力系统及综合能源系统中的应用综述[J].电力系统自动化，2019，43（1）：2-14.

[3]陈锦荣，廖峰，王帅兵，等.基于智能电网发展的城市配电网改造研究[J].工程抗震与加固改造，2023，45（2）：1.

[4]杨劲松.智能电网中变电一次设备工程设计与管理要点[J].工业建筑，2022，52（12）：24.

[5]史玉良，张坤，荣以平，等.智能电网系统中费控服务的优化调度研究[J].计算机学报，2020，43（2）：272-285.