（江苏大全凯帆电器股份有限公司 江苏南京 210000）
摘要：伴随日益提高的供电可靠性需求以及迅速发展的配电网自动化技术，电力系统有了越来越高的安全性要求，这种要求尤其体现在配电设备和输变电方面，其中开关柜因其控制和保护作用而首当其冲，越来越表现为智能化控制的趋势。开关柜在线监测技术的核心是嵌入式技术，具有便于安装和维护、成本低廉以及抗干扰性好等优点，但是随着不断增加的监测参数和监测对象，对智能化系统有了越来越高的要求。智能化的开关柜能带来明显的社会和经济效益，不仅能把设备目前的状态显示出来，而且能在线监测设备，对存在的故障进行识别，提供开关柜状态维修的依据，提高开关柜的利用率，减少不必要的维护费用。
关键词：开关柜；智能化；技术
1、智能开关柜的发展背景
传统的电气控制主要是通过断路器、接触器、热继电器、熔断器、控制继电器、互感器、各种电工仪表等组成低压控制开关柜，来实现配电、控制、保护、监视功能。这种开关柜操作复杂、维修不便、需要人工、没有预警等等都成为摆在眼球亟待解决的问题，随着计算机发展、数据处理技术、控制理论、传感器技术、网络通讯技术、电力电子技术等先进科学技术的高速发展推动智能开关的前进。客户更需要的是当出现故障时，开关柜能迅速动作，快速切断故障等紧急处理，并以无线通讯方式(如手机短信、终端反馈等)，将故障信息迅速反馈给维护企业。传统的设备已经无法满足现代化智能电网发展的需求，企业亟需一种集远程监控保护、计量分析、故障排除等一体的新型智能配电柜。
2、开关柜智能化系统总体设计
2.1智能化技术
可以从以下几个方面实现开关柜的智能化:作为对供电设备的控制和保护，开关柜要对保障其保护和控制的对象能可靠的工作在任何工作状态下；作为一种电、磁、机一体的装置，开关柜要加强控制和监测自身的工作状态，有效提高工作可靠性；作为电网的基本元件，智能开关柜是自动化系统的基础，能对系统安全可靠的运行保驾护航。开关柜的智能化需要各种先进技术的理论支持，通过学习、自适应、感知以及记忆等手段实现有效的控制和处理，确保系统各方面都能达到最优化。智能化技术主要包括现代传感器技术、微机处理技术、故障诊断技术以及状态监测技术。
2.2硬件设计方案
在设计系统的硬件时核心是微处理器，并以相应的管理电路和外围电路相辅助来采集和控制信号；对于配电自动化产品来说，放在首位的应该是系统运行的可靠性，否则因产品故障使开关柜故障率提高就背离了配电自动化的初衷，所以要着重加强设计开关柜的电磁兼容性。在硬件设计中采用的设计思想为模块化思想，具体模块包括:判断开关柜是否正常运行并实时反应在LED显示屏上的开关量及故障监控模块；输入操控系统相关参数设置的键盘操作及LCD显示模块；能对开关柜内部环境温湿度有效调节的温湿度测量及调节模块；便于操作人员与PC机通信的人机通信模块。
2.3软件设计方案
在开关柜智能化系统中，软件设计是其中的重要组成部分，设计的软件功能包括在线监测、数据通信、温湿度监控、报警以及人机交互等。本文选用的软件设计汇编语言为C语言，并在软件中引入了实时操作系统，实现了嵌入式操作系统。在软件实施架构的过程中，采取的设计思路为分模块、分系统，系统功能的实现分为以下三个步骤:首先是操作系统的移植，通过代码的修改保障操作系统的正常运行；其次是初始化任务，向各子任务系统通过消息队列以及共享内存等方式进行相关的参数设置；最后是功能模块设计，最终实现软件的设计功能。
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2.4硬件抗干扰
一般而言，开关柜智能化系统都具有较多的端口数目，出现的电磁干扰项也较多，为了使硬件抗干扰能力得到有效提高，确保终端设备的正常运行，有必要采取相应的硬件抗干扰措施:使用COMS芯片或贴片器件来防止静电干扰；选用金属膜电阻，采用稳定频率和稳定性较好的电容器件；对输入输出信号采用滤波器等进行隔离；通过滤波器对高噪声信号和输入信号进行进一步的抗干扰；加大导线与元器件之间的距离；尽量把带有强电的元器件放在人体接触不到的地方。
3、智能开关柜的运行
3.1开关柜的运行原理
智能型开关柜是指高性能、高可靠性，具有一定自诊断和自动控制性能，并具有网络通信能力，以智能断路器为核心器件，实现对各供配电回路的电参数进行监测以及对断路器的分合状态、故障信息进行监视，对断路器的分合状态进行控制，配合各种完善的远程监控软件，实现对配电回路的遥控、遥测、遥信、遥调以及遥视。遥测(Tele-Msasuring，TM)是指远程测量，通过对电压、电流、有功功率、无功功率等数据的采集、分析、处理、记录、自动生成报表等。遥信(Tele-Signaling，TS)是指远程状态信号，对开关的运行状态、保护动作等开关量进行监视，计算机实时显示和自动报警，并对各柜内开关的状态、事故跳闸、过流等动作进行实时记录、打印。遥控(Tele-Controlling，TC)是指远程控制，通过计算机屏幕选择相应开关号和合/分闸等动作指令，将要选择的开关的状态反馈回来，确认后执行，实时记录操作的时间、类型和开关号等。遥调(Tele-Adjusting，TA)是指用于设定各种智能模块的运行参数，即根据计算机屏幕指令或系统分析判断结果，对智能模块的设定值和故障保护值进行远程整定。遥视(Tele-Viewing，TV)是指可以在监控计算机上通过网络与现场摄像头有选择性的察看现场的实时情况。
3.2开关柜运行状态监测
可通过在开关柜关键位置安装各类传感器，监测电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素、电能等数据，在中压开关柜上检测绝缘件的漏电电流，该系统的信号提取采用接触式引流环结构(作用:在绝缘子上收集泄漏电流)，安装于距绝缘件接地点3~5mm的位置，引流环后端设置小电流互感器隔离电位，微弱的绝缘泄漏电流(微安级)，采用精密采样、两级放大及两级隔直滤波电路后进入处理器的A/D[4]。各类传感器通过RS232/RS485等方式连入信息汇集器，实时采集到开关柜的的各个运行参数的状态值，经过信息汇集器(基于单片机)对各路异构采集信息进行数据融合，并发送给数据采集服务器进行统一管理，集中监测开关柜运行状态、故障诊断报警。一旦出现过载、短路、欠电压等现象时，能进行越限或跳闸报警。开关柜与数据采集服务器间采用无线通信方式。另外通过互联网还可实现远程在线监测。并将数据传输至客户及设备维保公司，避免设备出现重大事故，给企业造成重大损失。
4、结论
目前国内开关柜智能化发展日趋成熟，单一性能的多，综合多功能的少，而市场上出现的智能化断路器、接触器、智能化保护装置以及智能化控制仪表正在取代传统的电气元件，为推动我国低压成套设备智能化提供强有力的基础。
参考文献
[1]朱敏华，陈振生.中压开关柜的智能化技术[J].华通技术，2005，04:20-25.
[2]罗运虎.智能化高压开关柜监控与故障诊断技术的研究[D].山东科技大学，2003.
[3]卓会丹，朱广帅.中压开关柜智能化技术的研究[J].黑龙江科技信息，2014，26:112.
[4]陈坚.中压开关柜智能化技术[J].自动化应用，2012，12:9-10.
[5]顾倩，范晓清.基于智能化的中压开关柜技术探析[J].山东工业技术，2015，09:179.
论文作者:张海龙
论文发表刊物:《电力设备》2016年第23期
论文发表时间:2017/1/19
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