技术前沿Technology Frontier 电力系统装备Electric Power System Equipment
168丨电力系统装备 2021.7
2021年第7期2021 No.71 概述智能高压开关柜的发展与计算机技术、数据处理技术、控制认识论、传感器技术、网络通信技术、电网电子化技术等先进科学技术的息息相关。随着科学技术的日新月异，智能高压开关柜产业在相关产业的推动下飞速前进。如何更好地发展智能高压开关柜对现阶段的开关柜电气设备设计及开展研究，是现阶段应当关注的重点技术难题之一。对比国外关于开关柜的设计来看，国内在此方面依旧极其不足。另外，我国现阶段针对高压开关柜还没有形成极其良好的、标准化的生产模式，在大批量生产及加工方面实际管理水平也普遍偏低，为成套开关柜的推广增添较多困难和技术障碍。 2 高压开关柜中智能化技术的发展方向与趋势2.1 智能检测保护与监测数字化技术的发展促使传感技术日渐成熟，在电力电缆的适当部件加装相应的传感可展开各种信号源的监控。在电力电缆的适当部位安装相应的传感可展开各种信号源的监控。如断路器机械设备特征在线监测，GIS 局部放电的监测，气体成分监测。断路器触头烧蚀状态在薄膜衔接的薄弱环节，加装环境温度在线监测器可实时监控该类部件的温升，避免过热引发的烧损。与此同时也可以监控断路器专门机构的储能电动机电压，脱扣继电器电压，电动机启动次数入间隔时间，位置信号源等。其中针对开关柜的在线监控是采纳电子式CT 罗氏继电器等，可以在工作电压范围内线性准确地观测电压，而且幅值响应快，为开关柜的事故剖析以及电寿命测试提供精确的数据。2.2 开关柜模块化技术在智能化开关柜当中，其面向对象发展趋向，不但能够使高低压开关柜的生产组织形式获得改良，也能够对于现代化的流水作业形式展开优化，进而使人工成本极大降低，推动企业管理效率的提高，使各种资源能够获得优化配置。而面向对象的设计，就是与实际的智能化开关柜应用与性能需求相结合，促成其功能模块的优化设计，使不同客户的需求也能够获得迎合。实际应用中，将所有监测功能模块，在线
监测数据采集功能模块，控制功能模块集成于智能芯片中。2.3 智能组件的网络控制
智能组件所属保护装置开关设备的网络化控制。控制应当迎合所属各个开关设备的逻辑闭锁及维护闭锁要求。合闸选相控制是指断路器智能抉择适宜的相位展开合闸操作。因而在应该降低合闸暂态电流及涌流等场所，宜抉择合闸选相传感器。
汽结构3 某高压开关柜的智能化系统设计实现
3.1 需求分析
在传统变电站的传统操作中，实际进行操作的工作人员在途中存在基础设施及自然灾害风险，在操作中也存在误入
设备间隔、误解锁、误操作等风险。因此通过采用自动控制、
状态自动识别及智能判别技术，将繁琐、重复、极易失误的传统操作流程转变为操作建设项目软件预制、操作具体任务面向对象、状态自动识别、防误智能校核，必然是电源发展方向。智能开关柜控制系统，从安全性、规范性、工作量等方面优化传统式的操作流程，以保障电网安全、智能、高效、稳定运行。
3.2 设计思路
（1）常规开关柜采用弹簧操动管理机构，机械设备元件多，结构复杂，是传统断路器发生系统故障的主要原因，可靠性较弱，并且弹簧操动管理机构的机械设备特性与真空开关开断特性配合不好，不能迎合智能电网的要求。
（2）高压开关柜内部空间狭小且传感环境极其恶劣，在
有强电磁干扰的环境下，电气工程二次设备等受较大的影响，
信号往往因为干扰而是失真，对信号的采集产生较大的负面影响。
依据上述技术难题（1），在开关柜一体化设计过程中，应该避免采用弹簧操动的真空断路器，而应该采用可靠性高的永磁真空断路器。依据上述技术难题（2），可以选择利用全密封的气箱技术，将一、二次设备隔绝开，尽量减少高压器件［摘 要］随着人们对电力系统稳定性和智能化的要求越来越高，智能开关柜产业正在稳步快速发展。文章重点阐述了高压开关柜中智能化技术的应用和发展趋势，同时就某高压开关柜的实际设计和应用展开讨论分析，对其绝缘设计部分，智能感知部分以及开关柜模块化设计部分进行了详细说明和论述，针对目前配电网常用传统开关柜所存在的问题，提供一种智能开关柜设计方法。
［关键词］高压开关柜；智能化；测控系统
［中图分类号］TM591 ［文献标志码］A ［文章编号］1001–523X （2021）07–0168–02
Intelligent Application of High Voltage Switch Cabinet
Wen Wei ，Lei Bo
［Abstract ］As people have higher and higher requirements for the stability and intelligence of the power system, the intelligent switchgear industry is developing steadily and rapidly. This article focuses on the application discovery and development trend of intelligent technology in high-voltage switchgear. At the same time, it discusses and analyzes the actual design and application of a high-voltage switchgear. Its insulation design part, intelligent perception part and switchgear modularization are discussed and analyzed. The design part is explained and discussed in detail, hoping to provide an intelligent switchgear design method in view of the problems existing in the traditional switchgear commonly used in the current distribution network.
［Keywords ］high-voltage switchgear; intelligence; measurement and control system
高压开关柜的智能化应用
文 伟1，雷 波2
（1.湖南长高成套电器有限公司，湖南长沙 410000； 2.湖南长高思瑞自动化有限公司，湖南长沙 410000
）
技术前沿Technology Frontier 电力系统装备Electric Power System Equipment 2021.7 电力系统装备丨169
2021年第7期2021 No.7对二次设备的影响。本文提出了将永磁真空开关与隔绝开关、接地开关开展一体化设计，而放在全封闭充气柜内的一体化智能开关柜设计思路。此类一体化智能开关柜能迎合智能电网对开关柜的智能化、小型化、模块化、安全稳定性高等要求。开关柜智能控制系统应当应由人机界面、智能感知终端、电动汽车控制终端、高压带电指示器、电缆在线监测终端等组成，如图１所示。人机界面实时显示开关柜内状态，投运、热备用、冷备用、检修一键控制；智能感知终端对电压、电流开展监控，对柜室光照开展测控，对铜排接点温度开展监测；电动控制终端控制电动底盘车、电动接地刀运行；高压带电指示器实时监测柜室高压带电状态；电动底盘车辆及电动接地刀改进传动管理机构，以保证电动控制的可靠性。触摸屏人机界面智能测控终端电动控制器终端高压带电指示器终端避雷器监测终端避雷器
高
压传感器电动接地刀电
动底盘车电流互感器电压互感器断路器铜排温度柜室测试图1 系统结构图3.3 某高压开关柜智能化的应用设计实现
3.3.1 系统绝缘设计
本开关柜的绝缘设计采用以气体绝缘见长的复合绝缘，
其原理是在全密封的充气柜内部充以SF 6气体当做绝缘体，由
于SF 6气体的绝缘性能高，大约是水的3倍。采用SF 6气体当
做绝缘体的充气柜，其相间绝缘距离与水绝缘结构相比会有
大幅度降低，使开关柜柜体钢筋大幅缩小。而且其还具有不
太受外界环境影响、可靠性高、操作人员安全性容易等优点。
如图2所示，在采用了气体绝缘见长的复合绝缘之后，能有效地缩小气箱体积。另外，气箱的全密封还是保证开关柜能长远稳定安全运行的基本要求。
环氧树脂制品
隔离开关
断路器图2 开关柜的绝缘设计采用了独特的电缆结构及充气技术，采纳了性能优异的永磁真空断路器所设计的电缆回线，断路器的智能开关柜绘制如下，其外形尺寸仅为1 000×1 020×1 280mm ，相比传统涂锡焊带
开关柜，其体积上有了明显的改进。
3.3.2 智能感知系统设计
音调控制电路开关柜智能感知系统采用嵌入式STM32位微处理器，此类系统利用ModBus 通信协议技术，能与变/配电站其他电气设备组成联网的微机防误监控系统，从而对于各供配电开关的电压、电流、功率、电流、频率、电量等电参数的监测，促成遥测、遥信、遥控、遥调功能。
智能感知终端主要有以下功能模块：电源模块，提供装置工作开关柜；4路电流传感器接口，采集线路电流；4路电压测验接口，采集线路电压；2路光照传感器接口，采集环境湿度；无线传送模块，采集多路接点温度（无线测温）；８路开关量输入，采集断路器开关状态等；4路无源开关量输出，控
制断路器分合闸或冷却空气流通等；网络接口或RS–485接口，控制箱远程管理系统采纳TCP/IP 或ModBus 通信协议，通过
接口实时采集电压、电流、断路器室内空间湿度、断路器触
头环境温度、分合闸状态、断路器机械设备特征、开关柜内局部放电等信息及传送命令；编解码器HMI ，用以配置参数、
查询状态等。
脱硫塔内衬防腐3.3.3 开关柜模块化设计
本设计中，几种典型的开关柜接线方式如图3，图4
所示。
图3 1回电缆进线，1
单相计数器
回断路器出线
图4 1回断路器进线，多回断路器出线
4 结束语
高压成套开关柜电气设计及智能化发展对我国电力行业
的可持续进步具有重要意义。因此，在实际设计期间，应该
及时根据各行业对该种开关柜的需求状况，合理开展各项设
计工作，为高压成套开关柜更为长远的发展奠定良好基础。
参考文献
[1] 张东阳.矿用隔爆电气开关安全控制系统设计[D].合肥：合肥工业大学，
交互式拼接屏
2020.
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