智能变电站智能化中压开关柜应用研究与分析

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智能变电站智能化中压开关柜应用研究与分析

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（员援天水长城开关厂集团有限公司，甘肃天水苑源员园园园；圆援甘肃长城电工电器工程研究院有限公司，甘肃天水苑源员园园园）

摘要：本文在天水长城开关厂集团有限公司研发的智能化中压开关柜的基础上，对智能化中压开关柜技术应用及难点进行了研究分析,提出了一系列智能化中压开关柜关键技术及解决方法。关键词：智能化开关柜；智能控制；在线监测；智能断路器中图分类号：TM591

文献标识码：粤

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1引言

智能化中压开关柜通过运用各类监测技术、传感技术、数据传输与分析、智能控制和状态评估等先进技术，确保了智能电网能够在安全、可靠、稳定和经济的条件下正常运行。

中的开关柜内部状态（例如绝缘状态、导电及灭弧元件的烧蚀状态等）的诊断和缺陷的消除通常十分困难。这类问题的产生和发展往往具有一定的隐蔽性。

3智能中压开关柜

智能中压开关柜是在常规中压开关柜基础上，广泛应用监测技术、传感技术、数据传输与分析、智能控制和状态评估等先进技术，通过网络联系电力仪表、智能检测设备、新型智能化断路器、微机智能保护等设备，实现对功率、功率因数、电压、电流、频率、电能计量等电气参数以及断路器的分合闸状态、接地开关的分合状态、手车位置状态、柜内温度和湿度数据、温升、局放等运行状态进行实时监视、控制、诊断、处理、反馈的电力设备。3.1智能化开关柜的基本结构

本文介绍的智能化中压开关柜主要由开关柜

2常规开关柜存在的主要问题

常规变电站常见故障主要有:1、绝缘事故。例如：柜内放电、CT闪络和相间闪络、车柜配合较差、绝缘净距不够、绝缘隔板吸潮、爬距不够、老旧开关改造不合理等。2、载流故障。例如：插头接触不良、引线过热等。3、机械故障。车柜配合不良导致触臂变形或损坏、接地开关分合闸不到位、分合闸线圈烧毁、联锁卡滞失灵等。常规中压开关柜可直接观测外部运行状态，运行中发现开关状态恶化和缺陷时，可停机更换失效的零部件，恢复其原有功能。而对于正在运行

圆园员怨年第源期白明，张悦智能变电站智能化中压开关柜应用研究与分析·39·

智能电子组件IED、工业级图像传感器、真空度传感器、无线温度传感器、环境温湿度传感器、带电指示器和加热除湿装置等几个部分组成。3.2.13.2智屏幕显示

能电子组件（IED）

采用彩色显示屏，可实时显示开关柜的模拟运

行状态，例如：模拟母线图、断路器动作状态、手车位置状态、接地开关动作位置状态、各种模拟量、开关量和数字量等。通过工业交换机可连接多路工业级图像传感器，用于断路器手车进出车位置状态、接地开关分合闸位置状态等关键可动部位的实时监控。3.2.2智断能路断器路状态监器安装有测

多种传感器，通过内置控制

单元对传感器采集的数据进行实时监测、分析，如发现异常可及时处理。控制单元主要作用：淤触头开距和位移曲线的测量通过安装在断路器机构转轴上的光电式旋转编码器，测量操作机构动作过程中的角位移量进而间接得到真空灭弧室触头的位移数据。根据角位移量推算出位移曲线和触头开距等数据即可诊断断路器机械磨损、疲劳的状况。于分(合)闸时间测量通过测量分(合)闸动作过程中辅助开关触点切换的时间差计算出平均分(合)闸速度，平均分(合)闸速度可以判断储能弹簧是否疲劳和蠕变。盂触头温度检测使用无线半导体测温传感器。此系统由高压侧发射端、低压侧接收端及上位机监控系统三部分组成。高压侧发射端电路安装在柜内一次静触头处进行温度数据的采集，由单片机控制的温度传感器对获取的温度数据测量及转换后，利用无线传输模块将数据发送至低压侧接收端；低压侧接收端通过RS-232总线与智能监测系统相连，由MODBUS通信协议的问答机制，根据智能监测系统的指令将相应的温度数据通过总线实时发送给智能监测系统进行进一步的操作。3.2.3通温过湿433MHz度监控报警无线频及状态监段与无线测

温度、湿度传感

器相连接。根据需求设置多个传感器取样点，IED可实时获取并显示各取样点的温度值、温度曲线、

湿度状态。IED可自行配置各取样点的温湿度报警阀值，还可通过聚类分析、模糊判断，预警柜内触头处、母线搭接处、环境温度报警信息。3.2.4基通于信IEC61850及数据传递

通信标准，定义了统一、标准化

信息和信息交换模型，可实现IED之间的互操作性和智能变电站站内信息的共享，使得智能化开关柜具有良好的扩展性，满足未来智能变电站自动化系统发展的需要。3.2.5使环境用2监路测温与湿控制

度测量回路，一路控制风机的启

停解决温升过高问题，另一路控制加热器启停解决湿度过高问题。同时引入电流与环温反馈联合控制的方式，可以更准确的反映开关柜的工作状态，达到精确控制的目的。

4智能化中压开关柜构成原理

智能化中压开关柜由开关柜本体、智能电子组件IED、综保装置、各类传感器、执行机构和通信网络等组成，具体组成如图1所示。智能电子组（IED）采集包括智能断路器、图像传感器、温湿度传感器、真空度传感器、无线测温传感器等多种反馈信号，实现智能化开关柜运行中的在线状态监测过程。

图1智能化中压开关柜构成原理图

55.1方断案的不足与思间路接器测机量械法特性特考

测量触征头量的开距监。先测

直接获取断路器

机构转轴的角位移变化值，之后经计算间接得到的触头位移数据。此法适用于装配精密，可靠稳定性

·40·电气传动自动化圆园员怨年第源期较高的机构上，若机构构件发生变形，此法将出现较大偏差。因为断路器刚分速度对灭弧性能影响较大，故速度曲线较平均速度而言更能准确描述断路器的机械特性。而想获得完整有效的速度曲线，就必须得到更为精确的分(合)闸位移测量数据，而目前普遍使用的传感器和单片机系统暂时还不易实现直接获取精确分(合)闸速度的数据。5.2无线测温方案

开关柜内部的高电压、大电流会产生强烈的电

展，此类开关柜的技术也日趋成熟，但是存在各厂家的技术标准不统一，各类系统较为分散，且不同系统间兼容性差，这对智能变电站组件增加了一定困难。本系统解决方案将分散系统集成于一体，体现出较高的智能水平，可以为智能化变电站提供一种稳定可靠的中压开关柜产品。

参考文献：

［员］支艳华，王金全，唐友怀，等援中低压配电柜数字化技术

［允］援电力自动化设备，圆园员猿（猿）援［圆］周

华，孟

晨，马曾锐，等援智能化高压开关设备技术

发展［悦］援输变电年会论文集援南京：中国电机工程学会，［猿］刘振亚援智能电网知识读本［酝］援北京：中国电力出版社，［源］孙健秧，等援中压智能开关柜技术综述及解决方案的探

讨［允］援华东电力，圆园员圆（源）援

［缘］朱汉东，刘旭宁援中压开关柜温升在线监测系统设计［允］援

电子测试，圆园员猿（圆）援［远］杨丽徙，曾新梅，刘

（怨）：怨怨原员园猿援

［苑］蔡月明，李惠宇，何胜利援智能开关控制装置关键技术研

究［允］援电力系统保护与控制，圆园员员（员员）援作者简历：白张

明（1985原），男，本科，中级工程师，主要从事智能化中悦（1987原），女，本科，中级经济师，主要从事智能化中压开关设备的研发。

压开关设备的研发与科技管理。

收稿日期：2019-07-03

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题的研究综第员卷第员期智能电网员员述［允］援高压电器：圆园员圆，源愿圆园员园援圆园员园：源苑原源怨援

磁干扰，本方案采取对高压侧发射端（采样传感器）进行被动抗干扰措施。具体方法是用铜制作成环形屏蔽罩罩在采样传感器外部，使采样传感器与铜屏蔽罩等电位，保护采样传感器不被高压击穿。缺点是无法将采样传感器做的更加小巧。成本较高也是制约其使用的较大因素。5.3图像数据处理

在关键监测位置安装图像传感器，可实时监控

开关柜运行时柜内的开关状态、手车位置等信息。开关柜内空间狭小，母线元件等交错干扰，照明灯覆盖存在死角，图像传感器得到观测图像不易识别，可增加关合及位置等标准标识点，以便通过比对特征点与图像传感器的相对位置来判断关合及位置是否到位，也可使用图像增强技术，使柜内成像清晰可辨。

6结束语

近年来随着智能化中压开关柜技术的长足发

（上接第源猿页）

面直观、节约土地使用面积、测试结果理想。模型在消防安全方面并没有添加与描写，在实际应用中需要添加与改进，以适应市场的发展与需要。

参考文献：［员］汪

岚援基于孕蕴悦和酝悦郧杂的升降横移式立体车库监控系

［源］周留赐，任尚坤，马

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赵援基于粤栽皂藻早葬员远的冲床自动进

料系统设计［允］援南昌航空大学学报（自然科学版）援圆园员缘［缘］翁晓东援升降横移式立体停车库控制系统设计改进［允］援

科技经济导刊援圆园员远（员员）远猿原远源援作者简介：

尚亚锐（1981-），女，陕西武功人，硕士学位，高级实验师，主要从事自动化方向的教学和研究。

统设计［允］援通化师范学院学报援圆园员愿（圆）援员原源援

［圆］毕大鹏援基于立体停车设备和主从分布式监控系统的小

区停车问题解决方案［阅］援山东大学援圆园园愿援园缘援

［猿］罗及红援基于孕蕴悦两层三列升降横移立体车库控制系统

设计［允］援长沙大学学报援圆园员源（缘）援源缘原源愿援

收稿日期：2019-06-19