隨著(zhù)社會(huì )和經(jīng)濟的不斷發(fā)展, 各領(lǐng)域對配電網(wǎng)自動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)程和供電穩定性提出了更高要求, 因此不僅帶動(dòng)了開(kāi)關(guān)柜的發(fā)展, 而且對開(kāi)關(guān)裝置運行過(guò)程中的監控提出了全新要求。開(kāi)關(guān)柜是以開(kāi)關(guān)為基礎的成套設備, 也是中低壓開(kāi)關(guān)裝置的基本工作形態(tài)。近年來(lái), 智能開(kāi)關(guān)柜的概念逐漸得到了更多智能電網(wǎng)研究人員的重視。智能開(kāi)關(guān)柜作為開(kāi)關(guān)柜、計算機技術(shù)及數字處理技術(shù)相融合的產(chǎn)物, 不僅包含了測量和可編程邏輯控制, 還包含了通信等功能。

智能變電站中, 開(kāi)關(guān)柜是主要改造的設備, 不僅要求開(kāi)關(guān)柜在使用過(guò)程中能夠精準運行, 還需要按照實(shí)際評估結果與智能電網(wǎng)的實(shí)際運行進(jìn)行交互, 以保證智能電網(wǎng)的穩定安全運行。智能開(kāi)關(guān)柜能夠對電網(wǎng)的調控進(jìn)行有效優(yōu)化。智能開(kāi)關(guān)柜在智能配電網(wǎng)中的主要優(yōu)勢體現在能夠實(shí)時(shí)對電氣回路中的電壓、電流、觸頭以及每個(gè)開(kāi)關(guān)位置等參數進(jìn)行嚴格監控。智能開(kāi)關(guān)柜還能夠對開(kāi)關(guān)柜的內部工作環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測, 檢測的主要內容有開(kāi)關(guān)柜內部的溫度和濕度。當開(kāi)關(guān)柜內部的溫度和濕度出現異常時(shí), 就會(huì )針對異常情況發(fā)出警報。此外, 智能開(kāi)關(guān)柜不僅能夠對內部是否存在局部放電的情況進(jìn)行檢測, 而且能夠對觸頭的絕緣水平進(jìn)行檢測, 當觸頭絕緣水平超過(guò)限度時(shí), 會(huì )及時(shí)發(fā)出警報。智能開(kāi)關(guān)柜在系統中自動(dòng)設定檢修和維護功能, 以實(shí)現對斷路器預計電氣特性參數的實(shí)時(shí)監測。

智能電網(wǎng)的建設過(guò)程中, 只有充分發(fā)揮智能開(kāi)關(guān)柜的技術(shù)優(yōu)勢, 才能夠有效防止原有開(kāi)關(guān)柜出現的機械問(wèn)題和絕緣事故等。

當前的智能電網(wǎng)建設中, 智能開(kāi)關(guān)柜設備的技術(shù)前提是在線(xiàn)監測與診斷。因此, 為實(shí)現全面監測開(kāi)關(guān)設備, 就需要提取開(kāi)關(guān)設備運行中表現出的各種不同狀態(tài)。為提取開(kāi)關(guān)設備運行中的表現狀態(tài), 就不能缺少傳感器?，F階段, 使用較為廣泛的方法主要是SF₆氣體組分在線(xiàn)監測、局部放電監測及觸頭電氣壽命評估等。隨著(zhù)傳感技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研究, 逐漸興起了幾種新型光纖傳感技術(shù), 如光電測量、光線(xiàn)溫度以及在線(xiàn)測量等。當前的監測研究過(guò)程中, 大部分研究者仍采用傳統的單一參量手段。檢測絕緣狀態(tài)的過(guò)程中, 幾乎不會(huì )使用多參量綜合檢測手段。但是有相關(guān)人員在監測絕緣狀態(tài)的過(guò)程中, 使用了一些數字信號分析技術(shù), 并得到了明顯的效果, 再加上當前彈簧操動(dòng)機構以及國內配裝液壓機構的高壓斷路器也在一定程度上滿(mǎn)足了相關(guān)規定, 所以彈簧操動(dòng)機構以及國內配裝液壓機構的高壓斷路器得到了長(cháng)足的發(fā)展。

在各種設備都得到發(fā)展的情況下, 研制推出了全固體絕緣的開(kāi)關(guān)柜。這種開(kāi)關(guān)柜能夠有效減少SF₆氣體對當前環(huán)境造成的負面影響。目前, 我國智能配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢對智能開(kāi)關(guān)柜的發(fā)展起到了決定性作用。智能開(kāi)關(guān)柜的設計方面主要是利用免維護和模塊化方式, 并且智能化開(kāi)關(guān)的設備還需要具有自動(dòng)識別的效果。

智能電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中, 要求智能開(kāi)關(guān)柜擁有多元化的功能和內容, 但目前對智能開(kāi)關(guān)柜的功能和內容還并沒(méi)有相應的規范。但是智能開(kāi)關(guān)柜必須配備常規開(kāi)關(guān)柜的功能, 還需要具有自檢和自控功能, 以匹配當前智能電網(wǎng)中綜合自動(dòng)化的要求準則。為了使智能開(kāi)關(guān)柜達到自檢和自控的功能, 需要在智能開(kāi)關(guān)柜的設計過(guò)程中, 著(zhù)重注意智能開(kāi)關(guān)柜的在線(xiàn)監測功能和通信功能。

智能開(kāi)關(guān)柜的數據通信主要包含以下5種。 (1) Transducer將監測信號傳輸到CCU。 (2) CCU與本地人機模塊進(jìn)行信息交互。 (3) CCU與后臺管理系統進(jìn)行信息交互。 (4) 自動(dòng)控制功能。 (5) 數據管理功能。5種功能均需要智能開(kāi)關(guān)柜對具體的運行數據進(jìn)行錄入和顯示。

智能開(kāi)關(guān)柜的設計中, 智能開(kāi)關(guān)柜的監測系統主要包含兩層。其中, 底層是開(kāi)關(guān)柜配備的現場(chǎng)檢測單元, 如圖1所示。這個(gè)現場(chǎng)監測單元能夠有效地對反映開(kāi)關(guān)柜狀態(tài)的模擬信號和開(kāi)關(guān)量進(jìn)行搜集和處理, 并對搜集到的數據進(jìn)行故障分析和故障報警顯示, 隨后將采集到的數據和處理后的數據傳輸到后臺管理設備。后臺管理設備是工控機, 能夠通過(guò)接收到的下位機傳輸而來(lái)的相關(guān)數據為主變電站構建出一個(gè)完整的數據管理機制, 并通過(guò)完整的數據管理機制來(lái)查詢(xún)調用各個(gè)開(kāi)關(guān)柜的實(shí)際參數, 從而做到對全站開(kāi)關(guān)柜的檢測和管理。此外, 后臺管理機能夠通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)來(lái)完成對現場(chǎng)開(kāi)關(guān)柜檢測模塊的數據采集和命令控制。

智能開(kāi)關(guān)柜的各現場(chǎng)檢測單元可以根據其功能分為輸入單元、中央控制單元、開(kāi)關(guān)量輸出單元、人機交互單元及通信模塊。

智能開(kāi)關(guān)現場(chǎng)檢測單元的輸入單元就是被測現場(chǎng)參量的入口路徑, 是將被測現場(chǎng)參量轉換為cpu module端的重要功能部件。cpu module是監測模塊的核心基礎, 主要負責分析搜集到的信號, 并從分析結果中分析開(kāi)關(guān)柜的運行狀態(tài)和潛藏的運行故障。輸入單元還需要負責儲存上級管理中心給出的操作指令和參數。開(kāi)關(guān)量輸出單元主要負責接受中央控制模塊輸出的指令, 隨后按照所接收的指令來(lái)對開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行操作控制。人機交互模塊主要負責顯示數據和發(fā)出警報。通信模塊則是關(guān)乎監測模塊能否網(wǎng)絡(luò )化的核心部分, 主要功能是負責完成現場(chǎng)檢測模塊與后臺管理機的信息傳輸。由于現階段智能開(kāi)關(guān)柜在線(xiàn)監測存在統一的指標, 所以要盡量選擇智能控制設備和保護裝置共同運行的新型設計方案。

隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 目前開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出的電子式互感裝置能夠在電力測量和保護方面有著(zhù)更好的表現。因此, 選擇電子式互感裝置, 以突出開(kāi)關(guān)柜的智能性。通常各類(lèi)型開(kāi)關(guān)柜均可以選擇電子式互感裝置, 但需要結合實(shí)際情況進(jìn)行選擇。例如, 10 kV的智能開(kāi)關(guān)柜需要選擇小信號模擬量輸出的電流電壓一體化電子式互感裝置。測量電流是否泄漏的過(guò)程中, 由于絕緣特性的參量具有多元化的特點(diǎn), 所以出于經(jīng)濟性的考慮, 需要選擇檢測絕緣件的泄漏電流。

當前智能開(kāi)關(guān)柜的溫度檢測方式主要包括熱紅外測溫、色片測溫、光纖光柵測溫及無(wú)線(xiàn)測溫。依據目前的科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢, 后三種方法更符合開(kāi)關(guān)柜的設計應用。經(jīng)研究表明, 高壓無(wú)線(xiàn)測溫方式與智能開(kāi)關(guān)柜的系統設計更加契合, 所以智能開(kāi)關(guān)柜的設計方案選擇了無(wú)線(xiàn)測溫。

智能開(kāi)關(guān)柜中, 要對CB真空度進(jìn)行定時(shí)、定期地檢查, 以防發(fā)生事故。當前技術(shù)背景下, 真空度的檢測手段主要為離線(xiàn)監測和在線(xiàn)監測。使用這兩種手段對CB真空度進(jìn)行監測時(shí), 在線(xiàn)監測比離線(xiàn)監測更具實(shí)時(shí)性, 但檢測裝置的運行一定不能影響CB的正常運行。真空度在線(xiàn)監測又包含電光變換法等形式, 可以根據實(shí)際狀況進(jìn)行選擇。

配電網(wǎng)的智能化主要體現在能夠對配電網(wǎng)中的設備進(jìn)行在線(xiàn)監測, 并及時(shí)對出現的故障進(jìn)行診斷。經(jīng)長(cháng)期實(shí)踐和研究, 中壓開(kāi)關(guān)設備已經(jīng)獲得了顯著(zhù)成就, 目前已經(jīng)可以利用合適的通信手段對變電站進(jìn)行控制。數據采集和處理、信號傳輸及故障分析處理等融合構成了中壓開(kāi)關(guān)設備在線(xiàn)監測系統, 主要運用于絕緣性能的監測、機械性能的監測以及電氣性能的監測。

隨著(zhù)電子式互感裝置的研發(fā), 電力測量和保護得到了重大突破。選擇電子式互感裝置能夠優(yōu)化智能開(kāi)關(guān)柜的智能性。但應用電子式互感裝置時(shí), 需要結合實(shí)際情況, 選擇最為合適的電子式互感裝置。智能電網(wǎng)的不斷建設和發(fā)展使開(kāi)關(guān)裝置變得更加信息化和自動(dòng)化。雖然目前國內外研究人員已經(jīng)在此領(lǐng)域做出了大量的工作, 但還未得到統一的標準。為開(kāi)發(fā)出更加智能的開(kāi)關(guān)柜, 需要投入更多的資源。本文針對智能開(kāi)關(guān)柜的優(yōu)勢和現狀進(jìn)行分析, 并給出相關(guān)技術(shù)設計, 以期為相關(guān)研究人員提供幫助。