摘要：变电站10k V开关柜是站内的主要设备之一，具有数量众多、投运时间跨度大、生产厂家多等特点，同时也具有开关柜体积小、柜内空间狭窄、故障隐患难以人力观察发现等缺陷。现阶段我国智能电网落地项目越来越多，智能化开关柜也提上日程，但主要限于新建设试点站采购新开关柜的范畴，数量庞大的现存变电站10kV开关柜（以下简称开关柜）智能化改造研究基本处于空白。随着配电自动化的发展，传感技术、光纤、微电子技术、计算机技术及信息技术被广泛应用于配电网络底层的金属封闭开关柜，因此对开关柜的智能化提出了更高的要求—不仅具有检测、监控、保护、通信、远程网络监测等功能，而且能实现感知、记忆、自诊断、自修复等智能化操作。
关键词：变电站；10kV；开关柜；智能化；分析
1导言
随着全球经济的快速增长，以及人们生活物质生活水平的不断提高，用电需求量得到了大幅度的增大，当然对电力系统的安全性、稳定性提出了更高的要求。为了解决以上电力系统发展所面临的巨大挑战，一些发达国家提出了智能电网这一理念，可以说智能电网已成为将来电力系统发展的主流方向，目前我国也正在着力建设智能电网，以满足我国电力市场的快速发展需求。在智能电网建设过程中，智能变电站是最主要的组成部分，它是整个智能电网的“连接桥梁”，智能变电站与传统变电站相比，更安全、可靠、低碳、环保，能很好的解决传统变电站所暴露出的各种弊端，因此，对智能变电站建设相关技术的研究具有一定的经济和社会价值。
2对移开式开关柜活门进行主动驱动方式及主动安全闭锁的智能化改造
现阶段的开关柜静触头安全遮蔽活门，依靠配置在手车室内的一整套摇臂-杠杆运动机构，由手车本体在运动中驱动，手车摇进时通过配合机构分别驱动上、下两件活门向上和向下运动，此时活门打开，动触头进入静触头盒与静触头啮合接通；手车摇出到一定位置时，活门机构与手车本体脱离接触，活门依靠复位弹簧驱动反向运动，恢复到关闭位置。这种复杂的驱动方式，在运行中不断发生故障，有时甚至酿成事故。由于2009年相继发生了两起活门故障导致的开关柜燃弧事故，造成设备和人身伤害，广东电网公司为此于当年召开了专题研讨会并发布了专门的反措要求。现有的活门驱动方式和机构存在以下问题。一是被动操作。活门驱动是由手车进行的，不操作手车，则活门无法运动去配合手车移动到工作位置和检修位置，所以活门是间接被动操作。二是结构复杂，故障率高，活门位置不能自锁。零件多：整套机构包括滚轮、摇臂、推杆、导向杆、弹簧、定位件、活门等，有些还包括与手车的闭锁件；结构分散：这套机构分散布置在手车室内左右两侧，相距800mm-1000mm，左右两侧相互之间无直接联系；要作复杂的变向运动：要将手车的直线运动转化为垂直运动；不能自锁：活门在开启位置不能自锁，要靠驱动机构保持。上述原因容易导致活门故障，例如倾斜、开启不到位、上活门失控下坠，这样极易造成手车不能正常移动，并将损坏手车触头触臂和活门，导致送电或停电操作失败。由于开关柜结构的原因，当活门机构发生故障而又必须完成送电或停电操作时，由于活门无主动驱动的预设机构，操作者将不能在完全遵守安全操作规程的条件下实施人工干预，导致操作人员处于风险之中。例如活门下坠后卡住触头，手车还在工作位置，只能强行解锁手车室门，用绝缘杆推升活门并一直支撑到手车摇出，至少两位操作人员直接处于威胁之下。
3智能化开关柜简介
一是初级智能型—微机保护、个别在线监测功能及通信。二是）基本智能型—电子传感器（电量变化）的应用，控制、操作集成化（设备层），电动操作，在线监测，通信。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆三是智能型—全面在线监测、统一架构的系统平台及三层网络集成的通信模式，即变电站层与上级调度中心通信，网络层设备间的信息集成和点对点通信，间隔层设备内部各种LED的集成。为此，开关柜的智能化应从以下三个方面考虑。一是开关作为供用电设备（变压器、电机、馈电线等）的基本控制与保护电器，无论控制、保护对象处于何种工作状态均能可靠工作。二是加强对开关柜工作状态的监控（主要是非电量测试），以提高其工作可靠性。三是智能开关柜是电网运行自动化、工厂自动化CFA）、过程控制自动化（PA），智能大厦等自动化系统的组成基础（硬件平台），应保证这些系统的安全、可靠、经济运行。
4对移开式开关柜断路器手车（隔离手车）移动和接地刀操作的智能化改造
现阶段移开式开关柜冷热备用操作和地刀操作，都需要到现场开关柜柜旁进行，在变电站无人值班的大趋势下，经济性和及时性受到很大影响。对断路器手车移动的智能化改造内容，一是在手车的底盘车上进行电动驱动改造，只需简单的加上驱动丝杆的啮合器，现有的所有产品，空间都是足够的，改造后可实现冷热备用转换的遥控操作；二是要求实现原来人工摇进摇出的位置控制和感知智能，这个可以通过位置传感器实现，使手车的工作位置和试验位置受到精确的控制和监测，并且要求与地刀实现联锁与反联锁；三是采用故障导向安全的设计理念：断路器手车在安装和使用中，经常出现丝杆损坏的情况，究其原因，主要是现在是人工操作，到限位后再继续加力摇动，必然损坏，导致手车无法使用，进行智能化改造，不仅能在手车到位时由位置开关控制自动停止，而且要求电动驱动机构具有过力矩保护功能，防止位置开关失效造成断路器底盘车的损坏，推荐使用滚珠式扭矩限制器实现过力矩保护，价廉且可靠耐用。
5运动部件动作过程和操作结果的可视化
现阶段开关柜内部，包括隔离刀闸操作、地刀操作、手车插头移动、活门的运动情况，依靠人工柜旁观察，它们的实际位置，则依靠位置触点和人工现场观察确定，现场情况如何，只有现场的人才清楚，对调度人员和遥控操作人员来说，存在不小的风险。而由于移开式开关柜的结构原因，活门的位置在现场也是无法观察的，这就对操作者造成了风险。进行改造的基本要求，一是简单，只需简单地在开关柜内安装普通的摄像机，就可实现相关情况的可视化；二是适应柜内环境，采用具有红外功能的产品；三是图像能在现场显示和压缩上传到综合自动化系统，实现遥视。可视化改造后，可取代采用活门检查手车检查活门运动的方式，以实际实时状况取代模拟检查，同时实时图像上传可为调度及监督人员提供操作现场信息，有需要时重点监测部位采用高清可变焦技术观察细节。
6结论
变电站现有的10kV开关柜智能化改造，是智能化设备和技术的具体应用，符合智能化设备的技术发展方向，是提高电网设备智能化水平的有效途径。改造内容包括移开式开关柜活门主动驱动方式及主动安全闭锁方式改造取代被动方式，重点部位在线测温取代人工现场测温，运动部件动作过程和操作结果的可视化取代人工柜旁观察，远程进行断路器/隔离手车冷热备用电动操作和地刀电动操作取代人工柜旁操作，智能化改造后的信息处理及与原综合自动化系统的融合，可以根据实际情况进行全部或部分改造。
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论文作者:徐建征
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/14
标签：活门论文; 手车论文; 开关柜论文; 操作论文; 变电站论文; 位置论文; 智能论文; 《电力设备》2017年第29期论文;