高低壓成套開關設備智能化控制系統的設計與運用分析

陳秋佳

摘 要：傳統紅外測溫、無線測溫技術難以滿足當前高低壓成套開設備智能化控制系統的基本性能和設計要求，光纖測溫技術是近年來出現的一種新興測溫技術，是目前較為適合高低壓成套開關設備智能化控制系統設計的新的測溫方法。但在核心設計上仍面臨著許多亟待解決的問題，同國外先進產品相比，國內產品仍存在一定差距。本研究基于10kV高壓環境，采用光纖測溫技術替代傳統的測溫方法，對開關柜的智能化控制系統設計及其主要運用中的一些問題進行了具體分析，旨在探討高低壓成套開設備智能化控制系統在監測方面的設計與運用，為該產品的優化設計提供思路。

關鍵詞：高低壓成套開關 設備 智能化 控制系統

中圖分類號：TK0 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（a）-0067-02

高低壓成套開關設備是一種以開關設備為主體，將各種電器元件按一定主接線要求組裝成一體而構成的成套電氣設備，在發電站、變電站的配電系統中，有著不可替代的作用，設備系統技術水平的高低及各項性能指標質量的好壞，直接影響到整個電力系統的安全運行及工作質量[1]。目前，高低壓成套開關設備主要有高低壓開關柜、箱變等。隨著我國電力工業的發展，網絡技術、計算機技術以及信息技術在相關產品中的應用，很大程度上提高了產品的品質以及工作質量，亦在一定程度優化提升了對輸配電系統的控制、保護、測量、信號傳輸以及數據轉換等功能[2]。對控制系統的智能化要求，已成為行業的整體發展趨勢。但國內對于高低壓成套開關設備智能化控制系統的設計，在測溫裝置等核心技術上仍面臨著許多亟待解決的問題，多數生產廠家仍然沿用的傳統非接觸式紅外測溫技術以及無線測溫技術，已難以滿足智能化控制系統基本的性能和設計要求，同國外先進產品相比，存在一定差距[3]。光纖測溫技術是近年來出現的一種新興測溫技術，本研究具體分析了10kV高壓開關柜光纖測溫智能化控制系統的相關設計及其運用，旨在探討系統設計過程中所面臨的一些技術應用問題，為該類產品的優化設計提供思路。

1 高低壓成套開關設備智能化控制系統的測溫特點及設計要求

1.1 主要特點

測溫裝置是其控制系統中的核心裝置，開關柜作為電力輸配電系統中的重要設備，常面臨著惡劣的工作環境，溫升在很大程度上影響著各種電氣元件的運行狀態以及工作性能，對于各種電氣元件溫度指標變化的實時監測是其核心功能之一。目前，在我國絕大多數生產廠家由于引入的是非自主性技術，在10kV高壓開關柜在線測溫及控制系統中目前采用較多的是非接觸式測溫技術，已難以滿足實現智能化、自動化控制的要求，影響智能控制系統在故障預警、設備定檢數據集成接口以及在線監測等各方面的性能指標。目前國內輸配電領域，常用的開關柜主要為XGN型、KYN及SF6型開關柜，其內部一般都包含著斷路器、CT、電纜頭以及隔離開關等一系列必備的重要的電氣元部件。而這些電氣元部件是整個系統正常安全運行的基礎，如其內部相關設備有積污或受潮等因素影響，可引發污閃事故，或有外界雜質誤入其中，則可造成電線短路等情況，因此，對于XGN型開關柜內部當中的導電部位，均要進行絕緣熱縮包封[4]。但是，目前所使用的經外測溫技術為非直接接觸式測溫，難以有效實現各種信號、數據的實時傳輸，在全封閉式的金屬開關柜內無法發揮出應有的作用。

1.2 測溫裝置的設計要求

對于測溫裝置的設計必須滿足以下要求：

（1）必須滿足高壓絕緣的要求。在10kV高壓環境下以及開關柜內部，對所裝設的測溫裝置設備必須進行高壓絕緣，對在線測溫裝置及控制操作系統，均要有高效的工作性能，這是當前仍需要重點解決的問題。

（2）滿足對原有電氣元件工作性能無影響的要求。在10kV高壓開關柜在線測溫裝置安裝設計中，測溫裝置設備對電壓開關柜原有其他電氣元件的基本工作性能不能有影響。

（3）滿足對工作環境的適應性要求。高壓開關柜在線測溫技術設備的安裝及設置，對開關柜內部惡劣的工作環境要有較強適應能力。

2 主要測溫方法在智能化控制系統設計中的應用情況

目前應用于10kV高壓環境下，主要測溫技術有紅外測溫、無線混同測溫技術以及光纖測溫技術。但并非均可滿足智能化控制系統的基本性能及設計要求。

2.1 紅外測溫技術

紅外測溫技術為現階段應用最為廣泛和典型的一種非直接接觸測量方法，雖然目前在國內應用相對較為廣泛，但僅限于廣為使用的全封閉式金屬開關柜，已難以適應新時期智能化控制系統的基本性能及設計要求。

2.2 無線測溫技術

無線測溫設備主要由分散式測溫裝置、溫度信息接收裝置以及數據處理系統三部分構成。較紅外測溫技術，其分散式測溫裝置，可以于每個測溫點部位直接裝設，電壓開關柜設備雖距溫度信息接收裝置有一定距離，但通過無線傳播技術，能將高壓環境所產生的隔離與絕緣作用最大限度避免。但也有其不足之處，難以解決分散式測溫裝置工作的穩定性問題。在實際應用中，如有斷電、缺電或者是供電不足等緊急情況，常造成非常惡劣的影響。

2.3 光纖測溫技術

與上述方法相比，新興的光纖測溫技術，可對包括母排監測、電纜接頭控制在內的高壓開關柜內部各種電氣元件實施全方位零距離的溫度監測。另外，在抗電磁干擾、防腐蝕等性能上亦具有較明顯的優勢，尤其在超強電壓以及強輻射的惡劣環境下，仍可進行性能優異的連續測溫。目前，光纖測溫技術也是當前最為適合高壓開關設備溫度測量的一種智能化控制技術。

3 基于光纖測溫技術的高壓開關柜智能監測控制系統的設計

高壓開關柜光纖溫度智能監測控制系統設計必須滿足其實時監測、故障診斷、安全可靠等在性能上的要求，系統主要由感知層、傳輸層、數據層、應用層等4個部分組成。應用層主要由開關柜運行狀態監測、開關柜故障診斷預警、開關柜定檢管理、遠程在線監測、系統集成接口等部分組成，以滿足整個智能監測控制系統在運行狀態環境下，對開關柜提供監測應用服務；數據層則主要由現場狀態數據據、開關柜內部元件生命周期信息數據庫以及故障知識庫等組成，作用是采集數據融合、知識庫管理；傳輸層主要用以傳輸各類數據，分為服務器端口和開關柜端口，分別包含數據采集服務器、有線傳感網絡和無線傳感網絡；感知層則利用電磁技術，用來實現開關柜運行狀態信息的感知與收集。

高壓開關柜為發電廠、變電站最為重要的電氣設備之一。對各測溫點平面圖的實時刷新、實時曲線顯示、系統故障診斷及實時報警顯示、實時工作列表信息顯示等智能化系統統監控功能實現，還有賴于程序的設計和完善。

4 結語

高低壓成套開關設備智能化控制系統的生產在我國還尚屬起步階段，由于受開關柜內部各種電氣元件自身性能及控制系統自身的技術因素影響，產品與國外發達國家相比，尚還存在一定差距。隨著真空斷路器等新型絕緣技術、新興測溫技術的應用以及智能化控制技術的日益成熟，相關產品將更為完美。隨著我國工業產業領域的迅猛發展，國內每年新增發電裝機容量在以8%的幅度增長，高低壓成套開關設備智能化控制系統也因之擁有廣闊的市場前景。因其具有傳統產品所不具備的智能化、自動化控制等優勢，也必將在工業領域得以廣泛推廣和應用。

參考文獻

[1] 湯毅，程樂峰，李正佳，等.基于智能臺區的配電網經濟運行及優化高級分析系統設計[J].電力系統保護與控制， 2016，44（15）：150-158.

[2] 黎鵬，黃道春，阮江軍，等.10kV開關柜開斷對二次智能設備的電磁干擾[J].電網技術，2015，39（1）：110-117.

[3] 梁保家.開關智能化檢測系統的設計與研究[J].自動化與儀器儀表，2016（9）：105-107.

[4] 牟聿強，王姜驊，盧林，等.GB 7251.12中成套電力開關和控制設備試驗分析[J].電氣傳動，2015，45（1）：69-72.