浅谈高压开关柜的智能化应用

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科润智能控制股份有限公司 浙江 衢州 324100 2.

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摘要：新时期背景下，人们对电力系统提出了更高的要求，而高压开关柜是电力系统中的重要电力设备之一，实现高压开关柜的智能化将有利于促进电网供电可靠性以及供电质量的进一步完善。本文主要围绕高压开关柜的智能化应用进行了探讨、分析，以供参考。

关键词:高压开关柜；智能化；应用

在电力科技，特别是供电技术不断发展的今天，高压开关柜产业也在随之发展，但就我国目前电力系统实际来说，高压开关柜智能化技术还有待进一步完善，高压开关柜的运行基本数据“孤岛化”现象非常突出，造成了运维管理水平的较下，不利于电力系统的安全运行，供电质量普遍不高。而基于智能高压开关柜的前提下来说，它是现代基于互联网技术条件下出现的一种新型电器产品，通过计算机、感知传感器、通信技术以及微电子等技术的引入具备自检、自控功能，这与配电网的综合自动化要求相符，可为供电可靠性等提供技术保障。

1、智能高压开关柜特点分析

基于智能高压开关柜特点的前提下来说，主要包含了三个方面，即开关状态在线采集、系统网络通信以及状态的可视化。传统开关柜二次元件主要使用的是电磁式机械机构，由于保护、控制等功能较为分散，这就在一定程度上影响了测量及控制的准确性，不能满足配电自动化需要。而数字化智能电器具备多种功能，不会受到环境温度等外界因素的干扰，可进一步为采集数据的可靠性、精确性提供保障。系统网络化通信技术的实现，在减少成本等方面发挥着积极的意义，已

由最初集中式DCC控制、功能分布式演变成了面向对象分布式，有效提高了系统的可靠性1]。针对面向对象总线分布式系统而言，其使用的是现场总线技术，特点主要体现于兼容性高、网络协议开放等方面，应用于智能开关设备中，能够达到广域监测变电站实时诊断的目的；而状态的可视化更能直观地展示开关运行的实时状况，为运维人员提供精准的数据支撑，有利于提高电网系统的供电质量（如图一、二）。

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图一、气体绝缘智能高压开关柜（带有弧光、局放和温度监测及其远程通信

功能）

图二、高压开关柜运维管理平台的状态数据的可视化

2、高压开关柜智能化技术发展方向分析 （1）智能检测保护与监测

在数字化技术不断发展的背景下，感知传感技术也呈日渐成熟，将相应的传感加装于断路器、电力电缆、触头等关键部件，能够有效监控各信号源，包括在

线监测断路器机械特征、气体成分和一次主触头的温度等。例如，针对触头处于烧蚀状态下的断路器，通过环境温度以及无线温度传感器等在线监测器的加装，可达到对该部件温升的实时精准监控，有效规避了因过热而导致的烧损。另外，还可实现对储能电动机电压、位置信号源等的监控，如开关柜在线监控可使用电子式CT（罗氏继电器）等，进而确保工作电压范围内实现对电压的准确监测，幅值响应迅速，有利于剖析开关柜事故的顺利展开，且对于开关柜寿命的测试也可提供准确的数据2]。

（2）开关柜模块化技术

智能开关柜的应用，有利于促进高低压开关柜生产组织形式的改进，优化了现代化流水作业形式，这就在一定程度上减少了人工成本，有效提高了管理系统的工作效率，为各资源的优化配置奠定了扎实的基础。基于面向对象设计的前提下来说，主要是指智能开关柜应用和性能需求的结合，从而达到优化功能模块的目的，可满足客户提出的多样化需求。在实际的应用过程中，能够监测所有功能模块，且在线监测数据、控制功能等均集成在智能芯片中。

（3）一体化智能操控装置

高压开关柜在操控方面仍存在一些安全隐患问题，如一次线路指示牌、开关分合按钮等控制及指示器件呈较为分散状态，加之安装空间受限的影响，就极易导致局部不合理。因此，研发一体化操控装置就显得尤为重要，将高压带电闭锁、隔离开关及触头状态、超温报警指示、操作机构储能、环境温湿度状态以及语音提示报警等功能集中在装置中，布局有利于对面部局部进行优化，且还能促进高压开关柜操控装置集成度的提高，进一步拓宽了应用前景。

3、高压开关柜的智能化系统设计思路及应用实现 （1）系统设计思路

既往传统变电站的实际操作中，往往存在基础设施、自然灾害风险，受人为因素的影响，也会引发相关问题的出现，如误入设备间隔、误操作等。而智能化系统设计则能基于自动控制、智能判别等技术的前提下转变传统操作流程，经建

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设项目软件预制、状态自动识别等前提下，促进电源的进一步发展。智能开关柜控制系统对传统式操作流程的安全性、规范性等进行了优化，可为电网的安全、高效运行提供保障。基于设计思路的前提下来说，常规开关柜应用的是弹簧操作机构，机械设备元件较多，具有结构复杂的特点，这也是导致断路器故障的常见原因。值得注意的是，高压开关内部具有空间狭小、传感环境恶劣的特点，受强电磁环境的影响，电气工程二次设备等往往会受到一定的干扰，甚至造成信号失真，从而严重影响信号的采集。因此，在对开关柜一体化进行设计时，需使用永磁真空断路器，应用全密封气箱技术，隔绝一次、二次设备，旨在最大化避免一次高压磁场对二次设备造成的负面干扰。一体化智能开关柜有效满足了智能电网的要求，如小型化、模块化、智能化等，该系统主要由人机界面、高压带电指示器等组成，能够一键控制投运、冷备用等，监控电压、电流等，可进一步促进供电的可靠性及稳定性3]。

（2）实现智能系统的应用 ①系统绝缘

针对智能高压开关柜而言，其绝缘设计主要应用的是气体绝缘见长的复合绝缘，主要是指将SF6绝缘气体充到全密封的充气柜内，SF6气体具有较强的绝缘性，能够在一定程度上降低相间绝缘距离，缩小开关柜外形尺寸。同时，也不会受到外界环境因素的干扰。其优点主要体现于操作安全、绝缘性能强，可靠性高等方面。值得注意的是，全密封气箱能够为开关柜的长久稳定安全运行提供保障，基于独特电缆结构、充气技术及永磁真空断路器所设计的电缆回路的前提下，有效规避了传统开关柜的不足。

②智能感知系统设计

基于开关柜智能感知系统的前提下来说，采用了嵌入式微处理器，基于ModBus通信协议技术的前提下，可与变/配电站其他电器设备组成监控系统，通过联网能够实时监测开关的电压、电流、电量等参数，具备遥控、遥信等功能。针对智能感知终端而言，其主要包含了电源模块、电流传感器、无线传送、网络接口等，能够对线路电流进行采集，实现远程管理等，动态掌握电网运行状态，

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不受时间、空间的限制。在电力系统中，高压开关柜的状态的好坏与电力系统的可靠运行呈正相关，智能化的应用基于传统、微电子等技术的前提下，可有效解决高压隔离等问题，达到智能诊断的目的，且网络通信技术还能为系统设备间的通信协作提供保障，有效促进了智能化开关柜可靠性的提高。值得注意的是，在应用智能化电气产品时，电磁兼容（EMC）是一项重要指标，既往各类电气产品未对EMC提出较高的要求，而随着标准的完善，则新增了相关要求，故为确保智能化电气设备运行可靠性不受干扰，就需重视对智能化电气产品适应性的强化，以避免运行时受到复杂电磁环境的影响。通过对各先进技术的综合利用，强电与弱电，或是传统与高新技术的有效结合，可进一步推动高压开关柜智能化发展。

4、结语

综上，针对智能化开关柜技术的发展而言，旨在推动我国电力系统行业装备可持续发展，同时对降低电力系统设备的运行故障、减少运维成本、提高电力系统可靠性等方面都将起着积极的推动作用。

在智能高压开关柜技术设计的过程中，要基于各行业实际需求的前提下进行，避免设计与实际不相符等情况的发生，这也是确保高压成套开关柜长远发展的关键。同时，考虑到目前智能开关柜技术的发展，正朝着开关结构模块化、通信网络化、状态的数字网络化等方面的发展，实现高压开关柜运行状态数字的“可视化”，开关状态信息的“共享化”和运维管理决策的“智能化”，为智能高压开关柜应用前景有效拓展奠定了强大基础。

参考文献

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[2]杨增汪，王宜怀，戴新宇·基于ZigBee和GPRS的高压开关柜无线监测系统设计·电力系统保护与控制，2019（23）：79.

[3]王少龙，胡云芳·35kV高压开关柜绝缘隐患引发的主变跳闸事故分析·电工技术，2018（9）：490-491.

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[4]叶小松·关于高压开关柜直流控制电源与继电保护的改进方案分析·电子世界，2019（2）：541.