摘要：智能配电网能确保电网安全性和稳定性的提升，因此研究智能配电网十分之必要。目前我国在配电网的研究方面侧重于配网自动化，甚少涉及智能开关装置的研究，而该装置是将数字处理技术、计算机技术与常规开关装置相结合的一种前沿电器，对电网的创新发展有积极作用。本文针对智能配电网中智能中压开关柜关键技术设计展开分析。
关键词：智能配电网；智能中压开关柜；关键技术
随着智能电网的纵深发展，开关装置趋向于智能化、自动化、信息化的发展，智能开关柜在未来输配电系统中的应用将会愈加广泛。作为新兴的机电一体化产品，智能开关柜集通信、PLC、控制、RTU、测量、保护等功能于一体，其概念不断变化和发展，与通信技术和计算机技术等发展的联系愈加紧密，与电网的发展趋势相符。
一、智能配电网中智能中压开关柜的优势与总体设计
（一）优势
作为智能变电站中的主要改造设备，开关柜在实际使用环节要注重自身的精准性，以智能电网运行和评估结果为依据进行交互工作，以便优化调控智能电网，确保电网的正常运行。通常智能中压开关柜具有明显的优势：①实时检测电气回路参数，如触头、电压、各开关位置、电流等；②检测开关柜是否有局部放电的现象，并对其触头的绝缘性能进行检测，一旦超限则及时报警；③检测开关柜内部工作的环境，尤其是柜内的湿度与温度；④系统中自动设定相关的维护和检修功能，监测断路器的性能参数，尤其是预计电气特性参数；⑤检测设备本身，若出现故障，则自动报警。可以说，智能中压开关柜只有将自身的技术优势加以充分发挥，才能避免开关柜出现绝缘事故或机械故障等，及时排查潜在故障，自动报警，减少损失。
（二）总体设计
第一，开发目标和功能。智能配电网的发展强调智能开关柜具备多元化的内容及功能，但当前在这些方面缺乏相应的规范。对于智能开关柜来说，其必须要拥有常规开关柜的功能，也要具备自控和自检的功能，以满足电网综合智能化的标准，这就需要相关人员在智能开关柜的设计环节注重其通信功能、在线监测功能的开发[1]。值得注意的是，智能开关柜的数据通信涉及：数据管理功能、后台管理系统与CCU的信息交互、Transducer向CCU传递监测信号、自动控制功能、本地人际模块与CCU的信息交互，这些功能均需显示和录入具体的运行数据。例如：出现真空度骤降、过湿、过载等问题时，监控系统需要及时记忆故障的种类和时刻。
第二，整体结构。设计智能开关柜时，其监测系统主要包括底层（现场监测单元）和顶层（后台管理层），其中底层为现场监测单元，主要作用在于就地显示、故障报警、处理、存储、故障判断、采集开关柜状态的开关量与各类模拟信号，然后向后台管理机上传处理与采集的状态或数据。后台管理机主要是以下位机上传的数据为依据，对变电站的数据管理系统进行构建，对各开关柜的数据进行调用、查询，以便检测全站开关柜的状态。按照功能划分，智能开关柜的现场监测单位可分为通信模块、开关量输出模块、输入模块、人机交互模块、中央控制模块，其中通信模块是完成后台管理机与现场监测单元之间的信息交换，能实现网络化的目标；开关量输出模块是对中央控制模块输出的指令加以接收，在此基础上操控开关柜；输入模块能将被测现场参量进行转换，使其能与中央控制模块接口；人机交互模块具有报警和数据显示等功能；中央控制模块的功能在于分析与处理采集的信息、判断开关柜运行的故障及状态、存储数据、对上级管理中心传达的操作指令加以负责，属于监测单元的核心。由于智能开关柜的标准尚未统一，所以要选择保护装置与智能控制装置并列运行的方案，出台统一的标准后可合并两套装置。
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二、智能配电网中智能中压开关柜的关键技术设计
（一）温度检测和数据监测技术
对于智能开关柜而言，其温度检测的方式包括光纤光栅测温、热红外测温、无线测温、色片测温，其中高压无线测温的方式更加契合智能开关柜系统设计。另外，在科学技术日新月异的背景下，当前开发与研制的电子式互感装置在电力的保护与测量方面有明显优势，所以可以选择该装置来体现出开关柜的智能性[2]。当然该装置的选择要立足实际情况，如：针对10kV智能开关柜的设计，可选取小信号模拟量输出的装置；从经济层面考虑，对泄漏电流进行测量时，由于表征绝缘特性参量的多元性，可选取检测绝缘件的泄漏电流。
（二）机械特性监测技术
首先，分合闸线圈电流的测量。就分合闸线圈电流而言，其不正常能将开关分合闸是否到位、机械卡涩等情况进行反映，即根据线圈电流的数据和波形来了解异常情况。线圈电流信号的测量对实时性有较高的要求，因此其电流信号的在线监测器件可选择磁平衡式霍尔电流传感器。其次，触头关合/刚分时刻的测量。触头行程的计算、分合闸的时间与速度取决于触头关合/刚分时刻的确定，负载时的时刻不能直接测量获得，这是因为触头处于高电位；获得离线时的时刻时，可以将辅助回路加在断口上。在断路器接地部位安装传感器，不会影响断路器的运行，加上振动传感器的重量轻且体积小，安装相对简单。当然振动信号中涉及的状态信息极其丰富，能通过不同的分析方法来提取信号。最后，行程—时间曲线的测量。断路器机械特性的关键参数就是其行程—时间曲线，可以对参数的变化进行分析来达到监测参数的目的，并对机械故障隐患加以发现，预测故障部件。测试方法包括直线法、转鼓仪法、电磁振荡法等，其中应用最为广泛的方式就是微电脑式开关特性测试仪配合直线法。
（三）真空度监测技术
真空度监测的形式包括在线监测与离线监测，其中在线监测涵盖电光变换法、耦合电容法等形式，具有较强的实时性，而当前使用的主要在线监测方式就是将屏蔽罩定位的改变当作真空度指标。为了有效防止事故的出现，需要按照阶段性来定期、定时检测使用中的CB真空度[3]。很多研究人员青睐于放电时的光电及电磁效应的研究，其在未来会获得良好的应用。另外，真空度在线监测的发展是以多门学科为基础，尚处于试验的阶段，具有广阔的发展前景。
（四）故障诊断与状态检测技术
智能配电网的最大作用就是在线监测设备、诊断故障。现阶段，中压开关设备的监测作用愈加凸显，如：操控远方断路器；保护接地、不平衡运行、过电流、欠电压、电机起动、短路等；检测电网频率、电流、功率及功率因数、断路器合/分工作状态、电压等。借助科学有效的通信方式将其进行结合，能实现微机对变电站的有效控制；同时故障的分析诊断、信号的变送、数据的处理和采集等，构成了中压开关设备的在线监测系统，其应用相对较广的检测包括电气性能检测、机械性能监测、绝缘性能检测等。
结束语
随着电子式互感装置的深入研发，电力保护和测量获得了明显突破，该装置的选择和应用能使智能开关柜的智能性更加优化，但在应用过程中需立足实际，选择最为合适的装置。在智能电网持续发展的背景下，开关装置趋向于自动化与信息化，虽然相关研究者在此方面进行了诸多探索和探究，但尚未形成统一标准，还需投入更多资源才能开发出更智能、更完善的开关柜。
参考文献：
[1]陈涛.试论智能配电网中智能中压开关柜关键技术设计[J].电工技术，2019（06）：28-30.
[2]杨伟炳，徐怡恺，杨银赞.智能配电网中智能中压开关柜关键技术研究[J].农村电气化，2019（03）：66-68.
[3]何应晖.智能配电网中智能中压开关柜关键技术设计研究[J].通信电源技术，2019，36（06）：82-83+85.
论文作者:何永昌
论文发表刊物:《电力设备》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/6
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