高压开关柜的智能管理

高压开关柜的智能管理孔祥冲

卢连凤

迟永志

张成浩

青岛266510）（益和电气集团股份有限公司，

摘介绍了KYN28A-12型高压开关柜智能化改造的要：本文分析了智能电网建设对高压开关柜的要求，

可行性和实现方法，以显著提高设备和系统的可靠性和经济性。

关键词：KYN28A-12开关柜智能化

引言

在整个配电网络系统中，KYN28A-12型金属铠装移开式开关柜以其整体结构及一次元器件的标准化、运行稳定性高、易维护等特点，在配网子站层（变电站）应用广泛，占据重要地位。

在国家能源局发布的《配电网建设改造行动计划(2015~2020年）》中明确提出，我国将投资不低于2万亿元用于配电网建设和改造。因此，KYN28A-12型开关柜的市场需求量巨大。目前，国内成套开关生产企业超过2000家，年产能超过200万面，但由此也出现了很多供配电的事故，对供电安全、供电质量造成不可预估的损害，带来巨大的经济损失。

由于在传统配电网络系统中缺乏有效的监管手段，由传统开关柜组建的供配电网络存在以下几个突出问题：

（1）缺乏保护、测控、电能质量、在线监测一体化的智能终端设备。

（2）信息接口采取点对点方式，各设备相互孤立。（3）电流型故障过于依赖通信，存在瓶颈。（4）网络重构、优化运行实用性不足。

（5）缺乏不良数据辨识，数据冗余不足，缺乏数据挖掘手段。

因此，益和电气集团股份有限公司结合最新的传感技术、通讯技术、特性在线监测技术，遵循国家智能电网的发展规划，集成了高智能开关柜，不仅能满足电能分配的核心开关柜职能，还能满足智能电网建设的需要。1智能开关柜1.1应用

智能KYN28A-12型开关柜产品可提供智能可靠的测、控、计、监、保及可视化输出、开关故障定位诊断、状态评价等功能，实时监测开关柜的工作情况和健康状态，及时发现故障隐患并启动告警，显著提高设备和系统的可靠性和经济性，适用于电网、厂矿企业、新建变电站和变电站扩建改造。1.2结构及组成

智能开关柜由柜体、智能终端（人机交互装置DP、保护装置MAIN、智能测控装置IED）、智能断路器（弹操或永磁断路器、电动底盘车、在线机构特性监测装置、无线

节点测温装置）、电动接地开关、电磁或电子式CT、母线等组成，

如图1所示。图1智能开关柜结构及组成示意

1.3产品特点

（1）外形结构一致。保持常规开关柜外形尺寸不变，易实现客户端开关柜的新建、技改、扩展及改造，通用性好。

（2）核心元器件可互换。内配智能断路器、电动接地开关、底盘车、CT等均可与同规格的元器件实现互换。

（3）监控集成、功能模块化。运用现代传感技术、微机处理技术、状态监测技术、故障诊断及通讯技术，实现监控功能高度智能集成；功能监测采用模块化设计，可扩展、可选配，适应性强。

（4）全状态在线监控及记录。实现一次系统状态、各类转换开关的位置状态实时监测。

（5）参量监测精准丰富。对运行、操控的各类参量监测：电能参数、节点温升状态、环境温湿度、执行器（储能电机、底盘车与接地开关驱动电机）的电流参量。监测参量技术指标见表1。

（6）人机交互友好。人机交互系统位于仪表室门上，采用9.7寸触摸式液晶显示屏，各功能一目了然、便捷、可靠、便于操作。

智能后台交互系统（选装）可通过各种网络终端设备，实现对各回路远程运行参数的监测、报警和执行器的电动控制。

（7）自动操作智能、可视化。断路器、底盘车、接地开关不仅能实现独立的电动操作，还能按照配电系统检修

工艺与装备

97表1监测参量技术指标

序号相关设备

项目技术指标

1选首相控制功能时间分散性：±1ms

2分、合闸线圈电流幅值的测量不确定度不大于1.5%3智能行程-时间曲线

分、合闸时间的测量不确定度不大于2ms；

开关行程的测量不确定度不大于1%

4设备储能状态(电机电流）不确定度不大于1%

5开断电流

不确定度不大于0.5%

6机械寿命(操作次数）准确度100%

7电动底驱动电机峰值电流（有电流的测量不确定度不大于2.5%；

盘车/效值）、每次工作时间时间的测量不确定度不大于0.5s/次8电动接

地开关机械寿命(操作次数）准确度100%主回9

路导体断路器上触臂、下1℃

温度

触臂的温度

精度小于±规范实现自动一键断电、一键送电，并可调取断路器室、母线室图像信息，实现关键断点的操作可视化。

（8）联锁更可靠。智能开关柜满足国标要求的可靠机械连锁、电气联锁；同时在集成终端中通过更多平行节点的监控、判断，实现软件联锁。

（9）四遥功能。具备遥信、遥测、遥控、遥调功能。（10）开关柜状态在线监视与故障诊断（智能化）。实现温升（节点、环境）状态在线实时监测及报警；操动机构的机械特性在线检测与分析；故障前1min、后2min的录波记录；绝缘状态的在线监测及报警；电能质量监测。2开关柜智能化及关键技术2.1核心关键技术

开关柜在供配电网络中是过程层的设备，

保护装置是间隔层的核心设备。如图2所示。开关柜智能化的关键技术主要有以下几点：

（1）人机交互装置DP基于Android操作系统和Java编程技术，其人机界面友好、

操作方便。（2）保护装置MAIN和智能测控终端IED采用了实时多任务操作系统和C++编程技术，可在线编程和仿真。

（3）智能终端硬件采用板卡设计，通过功能板卡的增减、更换实现功能的自主选择、更换。

（4）节点温升检测：免注册2.4GHz无线传输技术。（5）机械特性在线监测：基于断口监测的机械特性在线监测技术，断路器采用“三相联动”式传动机构、搭配三相独立”的直线位移传感技术。

（6）人机界面与调试接口：除DP的交互系统外，还提供Web客户端调试系统，

可在PC或各种手持设备上实现对各回路的远程运行参数监测、状态报警和电动控制功能。

（7）保护独立：保护功能完备且完全独立，可根据需要进行保护功能的选配，其不依赖于网络通讯，即使网络瘫痪也不影响装置的保护正确运行。保护软件采用模块化处理，各模块相互独立。

（8）电动操控：采用过程自适应控制技术，实现对驱动电机的保护。

（9）通讯：支持IEC61850、IEC60870-5-104规约。

图2供配电网络中的过程层、

间隔层、站控层2.2在线测温技术

在线测温实现两种信息传输方式：

无线测温和光纤测温。无线测温的传感器有无源和有源两种方式，具备经济、安装方便、利于改建、扩展等特点。光纤测温，具备数据采集准确、波动小、

实时性更高等特点。图3在线测温两种信息传输方式示意

智能开关柜监控客户端可以实现在线温度的实时监测报警、周期的数据统计分析、报表数据的管理等功能，提供信息共享、追溯分析的功能。2.3操动机构的机械特性在线监测

集成位移、拉力、霍尔传感器等，能够实时获取操作机构的特性参数，生产特性曲线及相关报表，实现机械特性的在线监测及动作电流的过程监测。

图4机械特性在线监测集成的各种传感器示意

（下转第113页）

“工艺与装备

表2定转速路径下的平均摩擦系数对比表

试件

载荷/N84

对比项

螺距56

螺距64

螺距80

螺距96

螺距144

螺距160

光滑

113之前）。

仍有待（3）随着螺距的增大，摩擦系数呈下降趋势，研究，即利用表面织构技术来达到减小摩擦的作用与织构的分布有关，在该实验中仍有待验证。

参考文献

吴新跃.基于摩擦学的表面织构技术应用研究进展[1]王素华，

[D].武汉：海军工程大学，2011.

何宁，赵威.表面织构在刀具减磨技术中的应[2]戚宝运，李亮，

用[D].南京：南京航空航天大学，2010.[3]张嗣伟.基础摩擦学[M].东营：石油大学出版社，2000.

平均摩

0.10050.08260.10940.09060.08170.08870.1194

擦系数

偏差-15.8%-30.8%-8.4%-24.1%-31.6%-25.7%

--

108

平均摩

0.08390.08420.08180.08350.08980.0787

擦系数偏差

-7.6%-7.3%

-10%0.08

-8%

-1.1%-13.3%0.0908

132

平均摩

0.07720.0803

擦系数

0.08040.08390.06870.0885

-

偏差-12.8%-9.3%-9.6%-9.1%-5.2%-22.4%

每种载荷下，利用表面织构开螺纹的试件摩擦系数均整体的摩擦小于光滑试件的摩擦系数；随着载荷的增大，摩擦系数几乎趋于下系数均趋于下降；随着螺距的增大，降；实验偏差能够论证表面织构技术能达到减小摩擦的作用。4结论

能达（1）利用表面织构技术对滑动轴承轴套开螺纹，到减小摩擦的作用。

摩擦系数一般随（2）当摩擦副组合为金属与金属时，着载荷的增大而减小（当载荷增大至摩擦系数趋于稳定

ApplicationofSurfaceTextureTechniqueinJournal

BearingofZincPot

LIUCong

(AnhuiUniversityofTechnology,Ma'anshan243002)

Abstract:Torealizetheeffectsofzincpotrollerbearingonthezincpotandtheimpactonthequalityofstripproducts,throughthepracticalapplicationaboutsurfacetexturetechnologyinproduction,openthethreadinthezincpotrollerbearingsleeve,throughtheexperimentstoverifythezincpotrollerslidingbearingonthesurfacetextureofthreadcanreducethefrictioneffect.

Keywords:plainbearing,surfacetexture,thread,friction

（上接第97页）

2.4智能分析专家系统

电动底应用智能分析专家系统对断路器的操作机构、

告知用户断路器盘车、电动接地刀等设备进行状态评估，等设备目前的运行状况，从而实现预警和报警功能，并能

在故障时给出自诊断建议。

通过在线测温系统的温度采集，实时监测关键点的温升情况，智能分析系统根据负载和温升情况综合分析判断，当温度过高时，提出科学合理的解决方案。速智能分析系统对通过传感器得到的合分闸时间、

直度、开距和超程等断路器各方面的数据进行分析判断，接反映出断路器的机械特性，通过电机的电流和动作时

提前发现拒动、误动等故障间来分析各操作机构的特性，

征兆及机械寿命判断，并及时发出报警，有效提高电力系

统的运行可靠性和继电保护的动作准确性。

例如故障分析：当齿轮组磨损一两个齿时，电机仍然可能导致整个齿轮能完成储能任务。当储能几十次以后，

会及时告警，提组彻底报废。系统根据储能分析的结果，

请用户维修，避免紧急情况的发生。电机电流的采集由完全非介入式的霍尔传感器完成。

为设备故障录波记录：发生故障时，录波自动启动，运行提供判定条件，尤其在故障或事故后的责任判定中

发生时间及故障量最大/最提供判据；可记录故障类型、小值，也可对故障波形和机械特性进行记录。

3结束语

仍然有很多工作要做。多开关柜要实现完全智能化，

绝缘判断、种传感器的植入，能够满足开关柜性能判断、将二次监测、控机械判断等多种需求。通讯标准的限定，

制的元件也如一次元件一样，可作为标准的独立单元来实现。一二次融合技术的发展，使一次、二次元件的界线逐渐模糊，成套组装智能组件也会如组装一次元件一样方便简单。

参考文献

[1]刘有为.高压设备智能化技术分析报告.北京：中国电力科学

研究院，2009.

姚晓飞等.智能化高压开关机械试验测试用[2]贾一凡，殷晓刚，

位移传感器的分析与研究.西安：高压电器，2013.

周京阳等.智能电网调度控制系统现状与技[3]辛耀中，石俊杰，

术展望.电力系统自动化，2015.

现在和未来.电器[4]章如海,王瑞元.开关柜电动底盘车的过去、

工业.2016.

[5]刘丽娟,孙晓娜.目前国内外高低压成套开关柜电气设计现

状分析及智能化发展方向.大科技，2016.

IntelligentManagementofHighVoltageSwitchgear

KONGXiangchong,LULianfeng,CHIYongzhi,ZHANGChenghao（YIHEElectricGroupCO.,LTD,Qingdao266510）Abstract：Thispaperanalyzestherequirementsofhighvoltageswitchgearforsmartgridconstruction.FeasibilityandimplementationmethodofKYN28A-12highvoltageswitchgearintelligenttransformationarepresented,improvingitsreliabilityandeconomicalefficiencyremarkably.

Keywords：KYN28A-12,switchgear,intelligent