摘要：在高压输配电系统当中，高压开关柜是最重要的组成部分，随着物联网技术的不断发展，高压开关柜的设计也越来越趋向于智能化和信息化。相对于传统的高压开关柜设计而言，智能化的高压开关柜设计更有效率，也更人性化。本文对基于物联网的智能高压开关柜设计进行了具体的分析和讨论。
关键词：高压开关柜；物联网；智能高压开关柜设计
高压开关柜的作用众所周知，它不仅可以开断和关合电力线路，同时还拥有监测数据的功能。而且随着物联网的不断发展，智能高压开关柜的应用也越来越广泛。但是在实际的使用过程当中，很多企业对高压开关柜没有足够的了解，缺乏对高压开关柜运行情况的精准监测，导致各种事故的发生。因此为了解决这一问题，在基于物联网的背景下，对高压开关柜的设计就必须要提出新的构思和想法，相关人员在对高压开关柜进行设计时要引进物联网技术，使高压开关柜更趋于智能化，信息化和技术化。如此才能满足高压输配电系统的众多需求，提供高压开关柜的使用效率，提高企业的经济效益。
1.高压开关柜的结构和原理
智能高压开关柜，一共包括四个重要组成部分，分别是智能监测单元，智能识别单元，智能开关柜LED，智能控制单元。
1.1智能监测单元
智能监测单元一共也包括三个监测子单元，分别是电量监测子单元，柜内局部放电监测子单元以及操作机构故障监测子单元。每一个监测子单元都有它特殊的功能和作用，比如电量监测单元，是一种可进行实时监测的电子软件，它可以通过物联网计算机，来实现对电压，电流，以及有功无功功率和其他元素进行监测和控制。
其次，柜内局部放电监测子单元是智能高压开关柜中最重要的一个部分，它的主要作用是监测柜体内绝缘特性是否符合输配电系统的要求和标准[1]。由于该监测单元有非常过硬的硬件设施，其中包括超高频大线传感器，无线传输模块等，且这些硬件设施的使用材料都是高科技材料，比如高频带线传感器，他的手机材料在监测范围上就有非常大的优势，监测范围相对于一般性的传统高压开关柜对检查范围来说更广。此外高频大型传感器还能接受大量的放电信息，可明显减小噪音对监测功能的干扰。
最后一个是操作机构故障监测。该监测单元的主要监测目的是为了检测开关的情况，另一方面也可以监测到设备的弹簧操作机构的具体情况。在进行监测时，可以通过三种不同的方法来进行具体的监测，比如将相同型号相同设备的参数进行检测，再比如利用压力传感器来进行电流压力的测量，一旦有异常情况出现，监测系统就会发出警报，以保证监测人员可以及时采取措施。
1.2智能识别单元
无线射频识别技术是智能识别单元的主要设计，该技术可以对断路器，柜体进行各方面的检测。与此同时，智能识别单元还能够将各种不同元素的信息进行收集和整理，然后预存在开关柜的设备中，通过电子标签的形式来对开关柜进行准确的监测和控制，这样能有效保证设备的安全运行，并且大大的降低设备的事故发生几率。可以说智能识别单元扮演者一个很好的看门护院角色，它能够为后续的工作提供保障。
1.3智能开关柜LED设计
随着科技的不断发展，在高压智能开关柜的设计上也使用了不少的科技产物，比如智能开关柜，LED设计就是其中一个。智能开关柜，LED设计的主要功能就是接收来自于开关柜监测单元采集的各种信息，无论是功率的数据信息还是电网频率数据信息，又或者是，电能的信息都能够通过监测单元进行采集，最后传输给智能开关LED设计。另外为了能够方便智能开关LED设计可以最大的其发挥作用，在该设计上进行远程监控软件的安装，如此，对于一些距离较远的监测目标，也能够进行实时监控和数据采集。同时为了能够使智能开关柜LED设计能与其他的内部监测系统的合作有序且有效的进行，工作模式分别采用有线和无线传输这两种。一方面是为了提高工作效率，另外一方面也可以大大降低外在因素，比如强电磁辐射对智能开关LED设计的影响。
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1.4智能控制单元
1.4.1柜体智能控制单元
智能控制单元也有两个不同的子单元，分别是柜体智能控制和智能化五防闭锁控制。其中高压开关柜的智能控制子单元一般由三个部分组成，包括开关柜内的开关量监测，开关柜电动操作控制，以及开关柜内温度和湿度的信号控制。除了可以采集信息，对信号进行处理以外还能对电路进行有效控制，并且通过液晶显示了解数据的具体情况，甚至可以通过语音模块来对数据信息进行处理[2]。
比如智能控制单元中的信号处理模块采用的结构是ARM+DSP的结构，该结构在对数据进行处理时，不仅效率高，而且速度快，同时强大的监控能力也是该结构的最大优势。在智能控制单元当中的信号处理模块可以进行数据的处理，回传，存储和显示，还能对收集的数据进行计算和分析。其次，智能能控制单原中的显示模块在该系统中也发挥着重要作用，通过显示模块能够有效的对监测情况进行判断。显示模块可以通过高清显示屏的指示灯对开关柜的状态，断路器，高压带电或者接地开关的具体情况一目了然，然后采取进一步的措施。
1.4.2智能化五防闭锁控制单元
智能化五防闭锁控制单元的主要目的是为了水电气设备能够更好的运行，防止出现意外情况而导致事故的发生。同时在进行维修和操作时，也能够最大程度的保证操作人员的人身安全。由于智能化五防闭锁控制单元有规定的程序和操作步骤，因此无论是在进行操作时还是在维修时，都必须要按照正确的操作来进行，一旦操作错误系统就会发出警示的提示音，而操作正确就会相应的发出正确的提示音。当然该控制单元的最主要的作用还是五防，①防止断路器意外的断开或闭合。②防止在设备处于负荷状态下断开或闭合隔离开关。③防止在接地线的过程中出现带电挂接地线的情况。④防止带接地线合隔离开关。⑤防止误入带电间隔。
2.硬件结构设计
2.1控制部分的结构设计
智能高压开关柜的控制部分设计都是由不同的芯片组合而成，同时利用CPU控制技术来实现具体的工作目标。为了能够适应当下社会的发展和需求，降低外界因素对设备的干扰，智能高压开关柜的控制部分还在接口外围扩展了多个不同的接口和模块，使设备能更高效的运行。
2.2通信部分的结构设计
智能监测单元如果想要将监测到的数据和信息传达到下一层，或者要对开关柜的信息进行识别和处理都要经过通信结构。因为通讯部分的结构设计是由多种不同的技术接口组成，而这些技术接口可以帮助智能监测单元，传达信息或对信息进行识别和处理。
2.3系统电源的结构设计
系统电源设计的目的主要是为了实现电流量的转换通过电源模块将高压交流电压转换成低压直流电压，在此过程中，高压电流可以转换成不同大小的低压直流电流，同时也是作为其他的设备系统的供电源，比如信号显示，通信功能等，最终达到实现多功能的使用目的。在电气设备中是必不可少的结构之一。
3.智能开关柜的软件使用
在智能化越来越普及的今天，开关柜的软件设计也更加智能化，如今的智能开关柜软件在使用上都有可以循环往复进行数据收集，信息处理，数据传送，以及监测和控制的效果。当运行的设备出现异常情况，就会将问题传送给MCU进行处理，最终通过MCU实现有效控制多种信号的目的。与此同时，为了能够保障设备的正常使用和安全，通常还要利用DOG计算器来检测参数，并且通过SPI来保证ARM和DSP这两个处理器之间的连接质量，使设备能够更加稳定，工作效率更高[3]。
结束语：
智能开关柜，无论是在工作效率上还是在使用功能上都要比传统的开关柜有更大的优势，对于输配电系统而言，是最好的使用设备。当然若想要满足今后输配电系统的发展和需求，对智能开关柜的设计还要更先进才行。
参考文献：
[1]黄新波，方寿贤，王霄宽，et al.基于物联网的智能高压开关柜设计[J].电力自动化设备，2013，33（2）：147-151.
[2]黄新波，赵阳，廖志军，et al.基于物联网的高压开关柜综合在线监测装置设计[J].高压电器，2015（5）：1-7.
[3]许洲昌，滕前友.基于物联网的高低压开关柜监控系统：，2017.
论文作者:陆袁1，2，3
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：开关柜论文; 高压论文; 单元论文; 智能论文; 设备论文; 信息论文; 数据论文; 《电力设备》2018年第34期论文;