智能化开关柜范文（精选11篇）
智能化开关柜 第1篇
随着配电自动化的发展,传感技术、光纤、微电子技术、计算机技术及信息技术被广泛应用于配电网络底层的金属封闭开关柜,因此对开关柜的智能化提出了更高的要求——不仅具有检测、监控、保护、通信、远程网络监测等功能,而且能实现感知、记忆、自诊断、自修复等智能化操作。
1 智能化开关柜简介
智能化开关柜是在计算机技术、传感器技术、数据处理技术等基础上发展起来的新型电器产品。它的发展大致可以分为以下三个阶段。
(1)初级智能型——微机保护、个别在线监测功能及通信。
(2)基本智能型——电子传感器(电量变化)的应用,控制、操作集成化(设备层),电动操作,在线监测,通信。
(3)智能型——全面在线监测、统一架构的系统平台及三层网络集成的通信模式,即变电站层与上级调度中心通信,网络层设备间的信息集成和点对点通信,间隔层设备内部各种LED的集成。
为此,开关柜的智能化应从以下三个方面考虑。
(1)开关作为供用电设备(变压器、电机、馈电线等)的基本控制与保护电器,无论控制、保护对象处于何种工作状态均能可靠工作。
(2)应加强对开关柜工作状态的监控(主要是非电量测试),以提高其工作可靠性。
(3)智能开关柜是电网运行自动化、工厂自动化(FA)、过程控制自动化(PA)、智能大厦等自动化系统的组成基础(硬件平台),应保证这些系统的安全、可靠、经济运行。
2 智能化开关柜的特点
与传统开关柜相比,智能化开关柜具有以下特点。
(1)外形结构。
①体积小型化。功能的集成和大规模集成电路的采用使智能化产品小型化。
②结构模块化、标准化。通过“以软带硬”和灵活的模块组合方式可大大提高智能化开关柜的适应性。根据控制对象的不同,开关柜分成线路、变压器、电容器、母联、电机等单元,各单元监测、保护的对象不同,但硬件形式完全相同并可互换,再配以不同的软件即可构成不同功能的测控单元,从而减少了备品备件。
③设计简单、维护方便。一台具有计量、控制、保护、通信等功能的智能化单元安装于开关柜上时,仅需少量电缆即可完成布线工作,且各功能均可通过软件实现,简化了维护和校验工作。
(2)感知能力、思维能力(决策能力)和行为能力(执行能力)。
①灵敏、准确地感知并获取周围信息的能力。智能化开关柜利用传感器和微电子技术对开关柜运行中的电参量、开关量、非开关量、机械特性、气体压力、温升、开断电流及动作次数进行自动检测,不仅可提高监测速度与准确性,而且可以与上位机进行通信,实现远程控制。
②处理获取信息的能力及对处理结果的判断能力。要实现开关柜的智能化,就要将检测、采集到的各种信号与额定值进行比较,若超出允许误差则发警报或自动关闭,同时以人机界面方式显示正常运行状态时的各种参数与状态,并以通信方式与上位机进行数据交换,随时响应上位机下发的控制命令,驱动执行单元完成对开关柜的操作,实现开关柜的在线检测与远程的集中控制。
③对处理结果的再生信息的实施及有效操作能力。智能化开关柜多采用电动操作装置,与微机型综合保护测控装置配合能实现对开关设备的各种操作。该装置主要由手车电动进出车、电动解/联锁和电动操作接地开关开合3个单元组成。手车电动进出车和电动解/联锁单元主要由手车、步进电机及其驱动器、永磁直流电机、进出车及解/联锁机构、传感器等组成,其中永磁直流电机控制进出车机构实现电动进出手车,步进电机及其驱动器控制解/联锁机构实现电动解/联锁。
3 智能化开关柜在现阶段的应用
为了实现各种规模的供配电系统一体化综合监控、管理,用电管理的无人值守或少人值守,我国很多变、配电站都致力于开关柜的智能化应用。一方面,为了节约成本,通过更换元件和改造线路等使传统开关柜满足有限的智能化要求;另一方面,在新建项目中,将智能化开关柜作为一种标准配置进行推广。下面介绍一种在采油作业中普遍使用的抽油机智能开关柜。
抽油机智能开关柜的智能控制系统主要由内部多功能智能表、智能控制器、电机综合保护器、GPRS远程控制模块和外部传感器、油田局域网和客户端等组成。柜体采用严格的防水设计和宽温电路设计,能经受各种恶劣自然条件考验;其内部硬件采用高集成度的核心模块,集数据采集、存储、传输于一体,既提升了硬件工作流程的稳定性,也最大程度减小了柜体体积。其中多功能智能表测控的数据涵盖完备的冲程、冲次、回压、温度等生产数据和电流、电压、功率、功率因数等电能数据,根据实时测量的抽油机数据,可以完全掌握油井工作的真实状况,最大限度提升产量。智能控制器根据现场传感器采集的数据自动控制抽油机的工作机制和调整功率因数,还可针对油井异常状态,提供丰富、精细的专业诊断和分析。例如,对油井工作中常见的停电、停机、曲柄销脱离、回压异常、缺相及电流异常、油井抽空、抽油杆断脱、三相电流不平衡、皮带断落等均能进行诊断,并及时提供专业的报警信息,最大限度帮助油井维护人员分析油井出现的异常情况。电机综合保护器能避免抽油机电机发生短路、堵转、过载、欠载、缺相/不平衡、接地/漏电、过/欠压及外部故障,并具有测量、操作控制、诊断保护、报警输出、模拟量输出及通信等功能。GPRS远程控制模块配置接人油田局域网功能的GPRS SIM卡,并通过客户端所配置的工具软件为模块设置好服务器所在油田局域网的IP地址后,安装在客户端上的软件将自动完成开关柜内硬件设备的数据采集和调度任务,大大降低了劳动强度,避免了频繁的人工巡井和经常性的停井测试,此外还具有专业报表输出、打印功能。图1为抽油机智能开关柜示意图。
4 结束语
智能开关的软件开发论文 第2篇
[摘 要]自从发明了智能开关，给人类的生活带来了很多便捷，智能开关用导电玻璃做触摸端，通过导线和电容、电阻连接到控制输入端。一种智能开关包括电源、继电器驱动电路和继电器等，现在有很多人家里面都安装上了智能开关，智能开关的发展多样式，让人类感受到了社会发展的快速。
[关键词]智能开关
智能开关是利用控制板和电子元器件组合和编程，实现电路智能开关控制的单元，它又称之为BANG-BANG控制，它不仅功能多、保护性强，并且信息传输性好，速度快，可远程控制，这一项发明可谓对世人的生活品质提高了不少，智能开关可分为很多种类，每种都有每种的不同功能。
一、智能开关和传统开关的区别
1.传统智能开关与家用智能开关的面板上面有很大的差异，传统的开关一般是指机械式的固定在墙上的开关，但是智能开关是运用控制板和电子元器件的组合和编程来实现控制的单元，其次，传统开关无法进行远程遥控必须人走到面前手动开关才得以运行，智能开关却可以在远程进行操作，对于懒人来说可以是一项不错的发明。
2.在功能方面智能开关突破了传统开关的开和关的简单作用，它可以自动设计回路和调节光度，并且人们还可以在里面设计程序和遥控，它的本身就是一个发射源，除去功能多这一特点之外，智能开关还具有样式美观、装饰点缀的特点，目前已被广泛的应用于家居智能化改造、办公室智能化改造等诸多个领域，不仅是提高了生成效率又大大降低了运营成本。
3.智能开关的种类样式多，它的功能有人体感应开关、电子调光开关等诸多功能，假如从技术角度来讲，又主要分为总线控制开关、单相线遥控开关等等，这些功能是传统开关无法相提并论的。
二、智能开关的功能和使用
智能开关有两个主要功能，人们在购买开关时会根据开关的性能进行挑选，智能开关是一款有“记忆”的开关，假如智能遥控器没电了，等恢复有电之后，遥控器里的所有程序都会还存在里面，也无需重新输入。第二个功能就是之前讲到的远程遥控，这种操作相当于是保留了传统开关的操作模式，也可以用遥控器进行灯光控制，甚至可以与手机相连，当你不在家时可以在手机里看到家里的灯是否关闭。
智能开关的使用，用安卓手机举个例子，可以在手机中下载并安装一个“智能家居终端控制”的应用软件，然后点击进入页面，选择“功能”界面，找到需要编辑的开关，这时会弹出一个对话框，点击“设置按键”按钮，之后进入界面后就可以对自己想要更改的场景开关进行修改了，使用起来既是方便又是安心。
三、智能开关的发展
智能开关的出现让不同环境下的存储管理也变得成为可能，减少了不少的费用，但是，智能开关虽然已很完美，仍然处于进化的阶段。智能开关英文全称：intelligentswitch，已经有了十年历史，在线社会来讲是离得比较近的一个产品，20世纪80年代是最早的智能开关出现的时代，那时智能开关还只是用于自动电话选路，之后不久，相类似的也逐渐出现在人们的视野中，甚至到后来20世纪90年代进化中的因特网。智能开关的种类越来越繁多，到现在为止大概有上百种，但是目前还在不断增加中，在近二十年来居家生活已经发生了很大的变化，在以前中国家庭中很少有人买得起电器家具等，但现在的中国家庭中，许多电器家具已经进入了家庭，给人类的生活带来诸多方便。
四、智能开关的优势
智能开关进入市场之后颇受欢迎，之所以会有这么多人喜爱它，就在于它的优势，单火线传输，根本无需再添加一根零线，不管是使用还是维修都是很方便的。还有就是可以多控、遥控、温控等功能，当负荷未超过动作电流时，它能保持一个长时间的供电，这也是智能开关的基本功能，有了智能开关可谓能够省不少心和力。智能开关的重点就是稳定性好，传输速度快，使用寿命长，有了这些功能自然会很受人们的欢迎。
五、智能开关的价格
智能化的产品能够给客户带来方便，价格也要能让客户接受，在目前市场价来看套三的房子基本上就是1000-元左右，这个价格相对于现在很多家庭来讲也不算是很高，还在大众能够接受的水平。购买智能开关之后会有一个很好的售后服务，购买智能开关时一定要选择有好口碑的厂家，这样下来售后服务才能得到最大的.保障。
智能开关能够控制在一定的区域里的灯，一般情况下，一个开关可以控制27个灯，还能对某一区域的灯进行锁定，确保能够长时间的开启，也可以一次性的关闭房间里所有的灯，也可以一次性打开全部和个别。随着智能开关的普及，人们安装上了智能开关，然而人们真的了解智能开关吗?
六、智能开关的布线
智能开关采用强电布线进行安装，跟普通开关是一样的道理，同时也要比传统开关简单一点点，至于具体是怎样布线的还得看由电工来安排，全部的布线也是有一些差别的，一般传统开关的布线可以让有让有的灯进行双控，甚至是多控，布线相比较为麻烦，但是智能开关的布线，根本就无需考虑这些问题，只要把对应的灯光线和对应的开关底盒连接到一起就完成了，可以说是完全按单项控制来进行布线的。
目前的智能开关主要还体现在开关与开关之间的互相控制上，就像是两个开关之间有感应组合成一个整体网络布线，通过网络发出的信号进行互相传递，意思就是通过里面的信号线把实施命令传递到开关上。而想要达到这个目的，就需要用信号线把所有的开关连接起来，但是由于信号线属于弱电线，人们需要遵循弱电布线原则。布信号线时大家可以以家中的信息箱为起点，用网线或者单根双绞线，这样就可以把所有的开关连接起来了。
智能开关采用普通开关的基础上，多了一条两芯的信号线，普通的电工就可以完成安装，智能开关的每一个开关可以说是一个单独的集中控制器，在安装的时候不需要加任何其他设备措施，安装起来方便便捷，比起传统开关人们更容易接受和享受。智能开关虽然比传统开关价格高一些，但是用起来真的比传统开关方便不少，它的性价比是完全成正比的。
七、智能开关的缺点
智能开关的优势很多，但不可否认的是它也存在一定的缺点，智能开关处于进化阶段，安装智能开关就必须得安装智能灯泡，智能灯泡的安装相较于比较复杂，如果想移动切换到另一个设备的话，就需要重复这个过程，这对于普通的电工来说也是一项很大挑战呢!但是这种自主研发的产品电力损耗也比较小，使用的寿命也比普通传统开关长很多。
总结：智能开关的广泛使用离不开人类发展的脚步，同样的人们有了它也应该懂得如何珍惜使用，不管是什么家用东西，都得学会爱惜才会充分发挥他们的用处，智能开关也会在劣势上逐渐形成改革，这个社会也会越来越便捷。
参考文献
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智能高压开关柜监控保护单元的研究 第3篇
【关键词】智能；高压开关柜；硬件电路
【Abstract】It will be the first to achieve the distribution network control and played an important role in the protection of the Intelligent Switchgear.The main task of this design is to10kV high voltage switch cabinet intelligent study， the intelligent monitoring protection unit hardware circuit research and design， and software part puts forward reference design.
【Key words】Intelligent；Switchgear；Hardware；Circuit
高压开关柜是配电网络中不可缺少的重要环节，随着变电站综合自动化程度和供电可靠性的日益提高，对高压开关柜性能的要求也愈来愈高。尤其是变（配）电所在逐步实现无人值班时，对高压开关及高压开关柜运行状态的监视提出了更高的要求。近年来，传感技术、微电子技术、计算机技术、数字处理技术、网络通信技术的蓬勃发展及其在各工业领域的成功应用，使智能高压开关柜的开发和应用成为可能。智能高压开关柜，即是在传统高压开关柜上配置智能型保护、控制和监测单元，具有自检，自控，自我诊断，自我恢复、数字显示、高压开关状态显示、对外双向数据通信等功能。
1. 智能高压开关柜监测保护单元的设计方案
（1）实现高压开关柜的智能化，关键在于智能高压开关柜监控保护单元的设计。智能监控保护单元不仅要实现高压开关柜在系统中各项监测控制保护功能的智能化，而且还要重点实现对高压开关柜本体的各项性能的在线监测控制保护。另外为了满足用户和变电站整个智能监控系统的需要设置了数据通信功能。
（2）智能监控保护单元主要由电源模块、CPU模块、光电隔离交流采样模块、光电隔离开关采样模块、控制模块组成。其核心部分是Intel公司生产的16位单片机80C196KB，系统时钟由专用的时钟芯片提供。网络接口采用RS-485组成的串行接口网络。硬件系统结构图如图1所示。
2. 智能监控保护单元硬件电路设计
（1）智能高压开关柜的智能监控保护单元的按结构功能可以分为输入模块、中央控制模块、开关量输出模块、通信模块、人机交互模块。这些模块在功能上和电路结构上都相对独立，以便针对智能高压开关柜的具体要求，进行灵活的配置。下面就按功能模块的划分为主线，进行智能监控保护单元的硬件设计。
（2）中央控制模块设计：根据需要，选择多CPU结构，即选用三主要CPU结构来设计中央控制模块。CPU选用美国Intel公司生产的MCS系列单片机80C196KB。此系列单片机特别适用于各类自控系统，如工业过程控制系统、伺服系统、分布式控制系统、变频调速电极控制系统等。还适用于一般的信号处理系统和高级智能仪器等要求实时处理、实时控制的系统中。MCS系列单片机属于CHMOS工艺的第二代产品，数据/地址线均为16位。CHMOS芯片耗电少，除正常工作外还可处于2种节电方式：待机方式和掉电方式，进一步减少芯片的功耗。80C196KB系列CPU具备的外围设备除了8X86已包括的一些设备（如时钟发生器、内部A/D转换器、高速输入/输出、PWM等）外，还集成了先进的外设事务服务器PTS和事件处理器阵列。PTS是一种微代码硬件处理器，可以代替CPU高速实现诸如启动A/D转换并读取结果、读取HSI的FIFO、装载HS0、串行口的发送和接受等中断服务，从而大大减少系统响应中断的开销。鉴于80C196KB系列单片机的上述优点，选用它来处理本系统的数据采集、键盘和液晶显示、微机保护、电网监控等重要功能，以提高系统的实时性。通信任务用AT89C51这种常见的单片机来完成就可以了，既不影响系统的可靠性，也节省了投资。所以，本系统采用多CPU结构，大大提高了系统的实时性和可靠性。多CPU结构框图如图2所示。
（3）多CPU中央控制模块的工作原理：测量CPU正常情况下用于监控 （所要测量的模拟量包括电压、电流、频率、功率因数、母线温度、开关位置、有功功率、无功功率、电能等），并按一定的时间与保护CPU交换信息，以便监测保护CPU的工作状态是否正常；而保护CPU则正常情况下用于监测测量CPU是否正常工作外，一旦被控设备发生故障时，能够准确无误地对设备进行保护，只有当其中的一个CPU被监测到有错误后，才会立即代替其工作，同时通过通讯接口向远控主机发信号报错，从而完成对整个系统的监控与保护任务。测量CPU与保护CPU之间每隔一段时间通过双口RAM进行交换信息来判断对方状态是否正常。通信CPU主要用来完成向接受测量CPU的数据并传给上位机和接受上位机发的信息并把信息传递给保护CPU，完成通信任务。
3. 开关柜智能监控保护软件设计
3.1 模块化设计及任务调度分配。
（1）软件模块化设计对与智能高压开关柜的软件系统来说有诸多优点，要实现软件的模块化设计就不得不提软件的结构设计。软件的总体结构分为硬件驱动层、管理调度层、基础功能层和应用层。在智能高压开关柜的设计中，管理调度层是实现软件模块化设计的基础。管理调度层是一个实时多任务调度系统，负责基础功能中不同任务的进程调度，它的好坏直接影响到系统的软件功能能否顺利实现、实现是否高效、硬件资源是否充分利用等。一个好的调度系统，应该既能保证不同的任务对实时性的要求，又能保证各个任务能够可靠、安全地运行。
（2）实时多任务调度系统的完成由于是面向配电网络的50Hz谐波，主要是定间隔采样和计算问题，本设计每周波采样12点，即1.667ms采样一次，因此把采样任务作为最高级的任务，在中断中执行，以保证采样时间的精确性。其余内部任务以采样作为基本执行周期，分时进行。进入采样中断后，先对11个模拟量通道和地电平通道依次采样，并计算出模拟量的平方和。然后判断当前是第几点采样，根据不同的采样点执行一些周期性任务，如全周富氏滤波每采样6个点调用一次，时钟管理每2个点执行一次。为了减轻CPU的负担，应将这些任务分散在不同的采样间隔中运行，从而尽可能保证每次中断执行时间一致，否则某次中断时间过长，有可能导致下一次不能准时中断，给采样带来误差。在采样出口以后，由于距下一个采样时刻到来还有一段时间，在这段时间内调度外部任务，完成保护、计算、通信等任务。任务调度的总体框图如图3所示。
（3）为了进行任务的调度，在程序中设置了的状态字节Task Code，如图4所示。每个任务在该字节中占有一位标志，每位标志对应不同的优先级，最低位对应优先级最低的任务，最高位对应优先级最高的任务。
要进行任务间的切换，必须保留任务切换处原有程序的执行环境，因此，需要在每个任务的入口保存程序指针和状态字，这些需要保存的数据设计为结构的形式存放。
（4）当任务的执行条件满足后，任务就转化成就绪状态，并同时在任务状态字节寄存器中置相应的标志位；当任务执行完毕后，任务状态字节中相应的标志位被清除。每次采样中断后开始执行任务调度程序，调度时首先检查具备执行条件的任务的优先级，从最高级的任务开始调用执行，执行完毕后返回中断出口处，若此时无就绪的任务，直接退出，当任务执行完毕，清除任务状态位。
3.2 智能监控保护单元的软件设计。
软件上的模块化设计保证了智能监控保护单元保护任务的优先可靠执行，并能够在此基础上扩展许多监控及人机界面的软件，成为积木式的软件模式。智能监控保护单元的软件采用了模块化结构，每个模块完成不同的功能，整体结构较为清晰，添加功能也很方便。软件采用C语言和汇编语言混和编程方式编写。C语言结合了高级语言的基本结构和低级语言的高效性，很适合单片机的开发，可移植性很好：汇编语言具有高效性、直接面向硬件操作的优点。本装置中任务调度模块和部分与硬件关系密切的模块采用汇编语言开发，其他与用户关系密切的模块采用C语言编程。在软件的编制过程中，始终注意软件设计的基本要求：（1）易理解性、易维护性；（2）实时性；（3）可测试性；（4）准确性；（5）可靠性。主程序通过调用各子程序模块来实现.其中子程序包括：运算子程序、测量CPU交流采样子程序、保护子程序、液晶显示子程序、通信CPU串行口中断子程序、外部中断服务程序、三CPU通信程序等。
4. 总结与展望
在设计中，结合高压开关柜的现状和发展趋势，确定了设计方案和思路。中央控制模块采用三CPU结构，大大提高了测量、控制和保护的准确性、可靠性和实时性。在其他模块的设计上，充分利用这个优势，并考虑到社会经济条件，在选型方面侧重于性能的提升。利用现代传感技术，智能高压开关柜实现了合闸弹簧状态监测等重要监测功能。软件设计在实时多任务调度系统的基础上，实施模块化设计，对整体功能和局部功能的实现和扩展具备了可操作性。
参考文献
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对智能化开关柜的发展和现状研究 第4篇
1 智能化开关柜的概况
1) 智能化开关柜的含义。理论上来讲, 开关柜是一种电设备, 外线先进入柜内主控开关, 然后进入分控开关, 各分路按其需要设置电力开关设备。随着智能化技术在开关柜设计领域的运用, 出现了智能化开关柜。其特点主要表现为:其一, 开关性能更高, 更加可靠;其二, 可以针对于故障实现自我诊断, 并且达到自动控制的目的。
2) 智能化开关柜的类别。从形式上来讲, 可以将智能化开关分为以下几种类型:其一, 配电型, 是以智能断路器为核心元件, 在计算机的帮助下实现对于配电回路的控制和管理;其二, 电动机控制型, 是以变频器, 智能电动机控制器为核心组件形成的, 能够对于电动机实现管理和控制;其三, 其他控制功能型, 一般会以可控控制器为核心组建而成的控制系统。
3) 智能化开关柜的性能需求。智能化开关柜是以智能信息处理系统为基础形成的电力设备, 其能够对于自身的故障和问题实现自我诊断, 这是其基本性能需求之一。比如对于智能开关柜内的温度实现监控, 在发生断路器快速开合闸工作的时候对于运行状态进行监督;另外操作系统应该能够发挥防误功能, 在操作的时候能够及时给与提示, 避免一些错误操作使得系统处于封闭状态;如果出现电网故障, 可以将故障数据信息记录出来, 并且对其展开分析, 找到故障的原因, 给出对应的解决策略。
2 智能化开关柜的发展现状
我国智能化开关柜在历经多年发展之后, 也在很多方面取得了可喜的成绩, 但是从智能化开关柜的利用效益和质量来看, 我国当前的智能化开关柜的科技水平和效能发挥还远远落后于先进国家。具体来讲, 当前我国智能化开关柜的发展现状可以归结为以下几个方面的内容:
1) 接入标准和规范缺乏, 硬软件设备受制于人。从当前我国智能化开关柜来看, 除了构成单元不具备现场总线接口之外, 还必须要经过变送器或者转换器才能够实现接入, 甚至需要通过网关实现现场总线的接入, 由此使得我国智能化开关柜在系统中的可靠性和准确性受到负面影响。很多智能化开关柜系统的开发和设计都受到国外很多标准和规范的影响, 部分关键性的高性能的硬软件设备依然需要以进口的方式去获取, 这就使得我国智能化开关柜行业的发展处于受制于人的局面。
2) 产品结构改造意识差, 电磁兼容故障频频出现。智能化开关在运用的过程中, 基本上保持原来的产品结构, 没有进行对应的改造设置, 尤其在二次布线系统设置的时候也没有严格的依照标准来进行, 常常出现二次布线与智能化开关柜回路之间的交叉情况, 或者有时候以平行设置的方式来处理。当然也不会存在单独的总线隔室, 由此可能对于电磁兼容造成很多不确定性影响。而此时没有对于电磁兼容进行对应的测试, 也就难以实现对于对应指标的判断和考核。归根究底来讲, 就是因为产品结构改造意识比较淡薄, 不懂得结合不同情况进行调整。
3 智能化开关柜的未来发展趋势
不可否认当前我国智能化开关柜的发展水平还处于较低的状态, 相对于国际上其他发达国家而言, 还存在较大的差距。但是也应该看到的是随着智能化技术的发展和进步, 开关柜智能化发展趋势的强化, 智能化开关柜的应用前景将是一片光明。总体来讲, 智能化开关柜的未来发展趋势可以归结为如下几个方面:
1) 智能化开关柜的智能化发展。智能化开关的未来发展趋势之一必然是智能化方向, 自从智能化开关柜诞生以来, 其大量的研究和应用工作, 都是在不断提升智能化开关智能水平的过程。尤其在现代新型材料不断出现, 现代化技术不断发展的背景下, 以高低压开关柜为代表的电子设备充分展现出其智能化的特点, 这推动着高低压电器元件新型化技术的快速发展, 并且使得其迅速成为我国电力配电系统中的宠儿。两者之间形成良性互动的发展机制, 势必会引导着智能化开关柜朝着更加智能化的方向发展, 这对于最大化发挥智能化开关柜的效能来讲, 是至关重要的。
2) 智能化开关柜的标准化发展。智能化开关柜运用范围的拓展, 运用经验的不断积累, 这些都为制定健全的智能化开关柜的标准和规范打下了基础。也就是说为了智能化开关柜势必会朝着通用化, 标准化的方向发展和进步, 届时其使用价值不断提高, 技术性能也更加优越。尤其在现代通讯技术和计算机网络技术融入之后, 电力配电系统的组建程序得以简化, 结构改造也变得更加得心应手, 甚至可以实现现场组合, 快速安装, 无线网络操作。而这些功能的实现, 势必会推动对应智能化开关柜对应标准和规范的建立, 以保证智能化开关柜使用安装行为的规范化发展。
3) 智能化开关柜的模块化发展。智能化开关柜的模块化发展, 不仅仅会改变高低压开关柜的生产组织模式, 还会使得现代化工业生产流水线作业方式得以优化, 这对于降低企业生产成本, 实现企业生产效率提升, 达到企业有限资源的优化配置而言, 都是至关重要的。所谓模块化, 就是结合实际智能化开关柜的应用情境以及其性能需求, 实现对于智能化开关柜模块的优化设计, 以满足不同的用户的需求, 这对于促进智能化开关柜生产发展而言, 也是比较关键性的环节。
4) 智能化开关柜的专业化发展。与其说智能化开关柜在朝着专业化的方向发展, 还不如说智能化开关柜找朝着行业化方向发展。简单来讲, 随着社会分工的不断细化, 智能化开关柜应用于不同领域, 其在与不同领域实现融合的过程中, 会发现智能化开关的性能需求是不一样的, 彼此的注重点会有所偏差, 因此此时可以在性能结构分配上进行优化设计, 以切实的满足不同领域对于智能化开关柜的性能需求, 这就体现出智能化开关柜的专业化发展。
4 结束语
不可否认的是, 我国智能化开关柜的发展严重落后于先进国家的发展水平, 这就会使得与之对应的行业竞争能力处于落后的状态。要想切实改变这样的局面, 我们就应该从技术入手, 从创新入手, 在充分了解市场需求的基础上, 实现对于智能化开关柜的创新研发, 生产出具有自主知识产权的智能化开关柜。当然在此过程中我们需要遵循当前智能化开关柜的发展现状, 分析造成这种局面的原因, 并且依照智能化开关柜模块化, 专业化, 智能化和标准化的发展趋势, 实现各种研究资源的优化配置, 以便在此过程中发挥自己的效能。
参考文献
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省电为上 智能的WIFI开关 第5篇
虽然有诸如WeFi-Automatic WiFi之类的工具可以利用GPS定位功能来判断周围热点，从而开启和断开WiFi，但启用GPS比一直开启WLAN更为耗电，实在有点得不偿失。这里推荐Auto WiFi Enabler这款智能WIFI连接管理工具，它无需使用GPS和流量就能智能定位，仅靠基站定位，是真正意义上的省电工具。
识别WiFi网络
从Android官方电子市场（market.android.com）搜索并安装Auto WiFi Enabler，在连接WiFi网络的情况下，第一次使用时，将“Connection mode”改为“Always ON”（如图1），以便识别当前正在使用的WiFi网络（如平时使用的WiFi网络不止一处，如家庭、办公室等，到新环境时也要如此操作一遍）。
启用自动模式
接下来将“Connection mode”切换成“Automatic Mode（自动模式）”（如图2），便可一劳永逸，免除手动开启/关闭WLAN的麻烦了。点击“Known Networks”下面的WiFi网络名称或者直接点击Map按钮，可以查看到当前基站的位置，其中圆中心的黑点表示当前位置，绿色范围则表示WiFi保持连接的区域（如图3）。
设置有效范围
WiFi网络的信号强度高低不同，为不影响正常的WLAN使用，所以我们可以设置一个判断条件，只有当自己离开WiFi网络一定距离才彻底关闭WLAN，断开WiFi连接。方法是双击地图中的绿色区域，拖动Accuracy（精度）滑块，设置自动关闭的距离（如图4）。
当我们离开WiFI网络一定距离后，再来看看Auto WiFi Enabler中显示的信息（如图5），网络状态中显示出黄色的“near”，也就是说你已经离开基站一段距离，但仍处于有效范围以内（所以断开WiFi不关闭WLAN），再看地图，出现了一个红色的圆，该圆表示你当前所处的位置。红色的圆和绿色的圆有交集，也就是你处在基站附近，所以仍然在有效范围以内（如图6）。
如果离开的距离更远，状态表示为红色“outside”，手机上的WLAN就会彻底关闭，再也不用手动操作了，够智能吧。
Tips 其他省电招数
1.修改应用设置
很多应用需要更新或同步数据，如邮件、微博等，可以调整邮箱、微博的更新频率设置，设为1小时或者更长时间一次。
2.微调屏幕亮度
在不影响正常手机显示的情况，点击“设置/显示/屏幕亮度”，降低到一个合适的亮度。
3.充电的时候再下载或者升级程序
手机上通过WiFi下载或升级应用也是耗电的大动作，可以在在充电状态下进行。
现场总线在智能化开关柜中的应用 第6篇
在35kV及以下的供配电系统中, 开关柜是配电设备的主要形式。常规开关柜主要由断路器等开关电器元件、电流互感器、母线、二次控制保护装置、测量仪表等部分构成。但随着用户对用电质量要求的提高, 传统的采用电磁式机械结构的二次控制保护元件已无法适应现代供配电系统发展的需要。引入计算机技术, 将其作为监测、计量、控制、保护的核心, 并与断路器配合构成的智能化开关柜, 成为开关柜的重要发展方向之一。
智能化开关柜是在常规开关柜上安装一个控制/保护智能单元, 利用计算机技术、网络通讯技术和现代传感器技术, 实现测量、计量、保护、控制、记录、显示、通讯、开关柜状态在线监视与故障诊断。其“智能化”主要体现在以下几个方面:
1、智能化的在线状态监测
对开关柜本体进行故障及故障前兆的诊断及监视, 包括:
1) 母线及柜内温度的在线监测和越线报警;
2) 操作动机构的机械性能在线监视;
3) 绝缘状态的在线监测及报警。
2、智能化的防误操作系统
1) 具有各种操作的提示及预演;
2) 对操作的校核及误操作的闭锁;
3) 禁止操作提示及操作条件提示。
3、智能化的二次保护
测量、信号、保护、控制、远动的智能化。
4、故障记录与分析
故障录波、故障记录、故障分析专家系统等。
5、通讯
开关柜应具有与变电站监控系统、变电站综合自动化系统或智能配电系统进行通讯的功能。将开关柜控制和保护智能单元的通讯接口与上位计算机相连, 应用现场总线技术, 可组成分布式、网络化的智能配电系统。
二、智能化开关柜的结构
目前的智能化开关柜主要是用以微处理器为核心的控制/保护智能单元组成的现场总线取代传统的二次回路, 并配备相应管理系统软件的开关设备。其共同点是用微机完全替代常规二次设备。它简化了二次接线, 提高了安全可靠性能, 易维护, 功能强, 具有通讯接口, 为实现变电站综合自动化和无人值班提供了基础。
控制/保护智能单元组成的现场总线一般都以单片微机为核心, 加上模拟量输入通道、开关量输入通道、脉冲量输入通道、开关量输出通道、液晶显示屏幕、操作键、通讯接口以及电源等组成。
三、智能化开关柜的硬件系统
智能化开关柜是在常规开关柜上安装一个控制/保护智能单元。而控制/保护智能单元由单片机系统、模拟量数据采集系统、开关量输入/输出系统、串行通讯接口、硬件时钟与自复位、人机对话及电源等模块组成。它们的简单构成如下:
1、
单片微处理器 (单片机) 系统是控制/保护智能单元的核心, 它由CPU和RAM、EPROM等扩展芯片构成。
2、模拟量数据采集系统
控制/保护智能单元要采集的信息包括交流模拟量和开关量。模拟信号来自电流互感器和电压互感器, 但这些互感器的二次电流和电压量不能适应模数变换器的输入范围要求, 必须对它们进行变换。同时, 智能单元还要与强电系统隔离。
3、开关量输入/输出系统
开关量输入包括两类, 一类是断路器等开关元件的辅助触点和继电器的接点状态, 以检测这些设备的工作状态 (开还是合) ;另一类是智能单元装置本身的一些接点状态, 例如开关量输出回路的继电器的接点和装置面板上的切换开关的状态。开关量输出包括断路器跳闸出口以及信号出口信号。
4、通讯接口系统
控制/保护智能单元应有通讯接口, 可采用RS-485接口。RS-485接口为半双通讯, 其最大通讯距离为1200m, 此时的数据传输速率为100kbit/s;如果通讯距离为120m, 此时的数据传输速率为1Mbit/s。为了简化通讯机制, 智能电器与系统机之间的通讯采用只有2条信号线的最简型连接。
5、硬件时钟与自复位系统
智能化电器需要实时时钟功能, 用于日历、计时和事件记录, 并要求智能单元不工作时 (停电) 也能继续计时。
智能单元处于强电磁干扰的运行环境, 必须采取各种抗干扰技术和可靠性技术。为了防止运行时程序死循环, 应设置硬件自复位电路。
四、智能化开关柜的软件系统
智能化开关柜的控制/保护智能单元由硬件系统和软件系统两部分构成, 在必要的硬件条件下, 软件决定了智能单元的功能。
智能单元的软件由调试程序和运行程序两部分构成。调试程序的主要任务是对智能单元各插件进行调试和对保护动作值进行设置, 它通过键盘命令来实现。
运行程序一般应有以下功能模块:
1) 对智能单元的各部分进行初始化;
2) 对交流电压和电流进行定时采样和数据处理;
3) 保护逻辑判断和跳闸处理;
4) 对开关量进行采集, 并对跳闸命令执行情况进行反馈;
5) 执行串行通讯中断服务程序;
6) 执行键盘中断服务程序;
7) 运行显示程序;
8) 循环检测并发出报警信号。
五、智能化开关柜中采用现场总线的优越性
目前, 各种微机型电力自动装置, 如微机保护装置、微机监控装置、智能仪表、智能化电器等, 大多数通过RS-485/RS-232通信接口与综合自动化系统相连接, 实现数据交换和自动控制。
然而, 采用RS-485/RS-232通信接口, 虽然可实现多个节点 (设备) 间的互连, 但连接的节点数一般不超过32个, 当系统规模较大时, 便满足不了要求。其次, 采用RS-485/RS-232通信接口, 其通信方式多为查询方式, 即由主计算机问, 自动装置答, 通信效率低, 难以满足较高的实时性要求。再者, 使用RS-485/RS-232通信接口, 整个通信网上只能有一个主节点对通信进行管理和控制, 其余皆为从点, 受主节点管理和控制。这样主节点便成为系统的瓶颈, 一旦主节点出现故障, 整个系统的通信便无法进行。
于是, 近年来, 配电自动化系统在智能化开关柜中趋向于采用现场总线。现场总线是实现现场仪表、自动装置等与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、多点、多站的通信网络。它除了具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快等特点, 还具有以下几个方面的优越性。
1、互操作性好
具有现场总线接口的设备不仅在硬件上标准化, 而且在接口软件上也标准化。用户可优选不同厂家的产品集成为一个比较理想的自动化系统。
2、现场总线的通信网络为开放式网络
由于现场总线的通信网络为开放式网络, 所有技术和标准全部是公开的, 制造商必须遵循, 使用户可以自由组成不同制造商的通信网络, 既可与同层网络相连, 也可与不同层网络相连。
3、安装、维护、使用方便
使用现场总线的接口技术, 无须使用很多控制电缆连接各控制单元, 只须将各个控制单元连接在总线上, 既可进行控制
4、系统配置灵活、可扩展性好
目前, 在我们国内, 最常用的现场总线标准有PROFIBUS标准, FF标准, CAN标准等, 尤其是PROFIBUS标准, 应用更为广泛。
六、P R O F I B U S简介
PROFIBUS归属于欧洲标准EN50170。它是一个综合系统, 可使许多现场设备组成一个高速通信网络。
传输介质可以是双绞线、铜线电缆或光纤。根据不同的传输介质, 可实现不同的体系结构。典型的结构是线状结构;通过中继器在应用铜线时也可构成树枝状结构。
PROFIBUS的主要性能指标如下:
1、传输介质双绞线、光纤
2、传输距离采用光纤时, 最大距离可达100km
3、报文长度1～244B
4、最大传输速度12Mbit/s
5、可连接用户数最多124个
七、应用实例
在青海盐湖海虹化工烧碱项目中, 开关柜采用西门子具有通讯功能的电动机保护器3UF7和控制单元S7315, 有96台电动机, 使用96台电动机控制器3UF7, 只用一根屏蔽双绞线作为电气介质, 把96套设备连接起来。
以下是一套现场总线的应用实例, PLC选用的是西门子公司生产的智能控制器S7315, 后面的从站设备是电动机控制器3UF7, 而对于每台设备, 其控制方式如下图:
通过对每一台电动机控制器3UF7的编程, 可以在上位机中实现对每一台电动机的启动和停止控制, 并对电动机实现过载保护, 热保护, 相故障/相不平衡保护, 堵转保护, 监视所设定的电动机限值电流, 监视电压和功率, 监视功率因数, 监视电动机的接地故障, 监视电动机的运行时间、停机时间和启动次数。它除了具有常规的控制功能外, (例如直接启动、可逆启动、Y-△启动功能) , 还可以通过使用可自由支配的输入和输出以及内置真值表、计数器和计时器来执行用户定义的控制。
对于第三方控制系统的接入, 需要使用通讯板卡 (如上位系统为M O D B U S时, 则需要在第三方控制系统中加入MODBUS/DP通讯板卡)
应用中应该注意如下:
1、每个DP线上, 最大连接从站数量122个;
2、每个DP线上, 最多有10个网段组成 (串联使用9个中继器以及通讯电源) ;
3、每个网络最多站点数量127个;
4、每个网络最多包含10个网段 (串联) ;
5、网段之间由中继器连接;
6、每个网段最多连接32个从站 (包括中继器) ;
7、中继器不占用从站地址, 但被视为从站;
8、通讯波特率:9.6～93.75kBit/s, 187.5kBit/s, 500kBit/s, 1500kBit/s, 3～12MBit/s;
9、在每个DP线的两端要使用终端电阻, 尤其末端处应连接有源终端电阻;
10、正确选用总线连接器:集成终端电阻的总线连接器/没有终端电阻的总线连接器。
智能化开关柜 第7篇
关键词：智能化,高压开关柜,应用
0 引言
智能化与自动化是配变电网的必然发展趋势。为了对配变电网的运行实施有效监控与管理、模拟并优化运行计划、分析运行状况并进行有效管理、监控客户的负荷并在发生故障后进行报警,其主站需要获得现场的成套中高压开关、断路器以及变压器等一次设备的相关信息,且这些一次设备在执行远端主站的运行命令的同时,还要能够实现断路器合闸/分闸、工作/试验等各种位置的自动切换及接地开关的合闸/分闸等各种命令。所以,必须对高压开关柜的智能化水平进行优化与提高。此外,电脑技术的不断发展以及电磁兼容性抗扰度的不断提升,微电子技术、光电传感技术、通信技术以及数据处理技术的快速发展以及推广应用,也加速了成套高压开关等相关设备的智能化发展。
以下本文将从智能化的测量控制保护装置、在线实时监测技术、对故障电弧的保护3个方面来介绍智能化技术在金属封闭高压开关柜中的应用情况。
1 智能化的测量控制保护装置
智能化的测量控制保护装置关键元件为微处理机,其运用软件以及数字技术,在同样的硬件条件下能够实现保护、控制、测量、通信以及监视等各种功能。
(1)保护功能。包括过流(分无方向和有方向2种)以及接地故障的保护功能,低周减载装置的保护功能,自动重合闸的保护功能,低电压、过电压以及零序电压的保护功能,断路器失效时的保护功能,电流速断保护、限时速断保护以及反时限过流保护等基本保护功能。
(2)控制功能。比如保护合闸、保护跳闸、手车进出、开关柜的接地开关分合等各项操作,远程、就地控制,对信号进行控制以及将控制对象的情况显示出来等,使得配电运行的各项远程操作更加便捷和安全。
(3)测量电量。能够对相电流、相间与相对地电压以及零序电压、频率、无功功率、平均功率进行测量。
(4)通信功能。能够实现和PC机(即个人计算机)的就地通信或者借助变电站的通信体系进行远程通信。其装置通常能够支持Modbus通讯协议以及IEC870-5-101 (103)等标准通信规约;其串行的标准接口为RS232和RS485,现场总线为CANBus等;支持各种通信介质,如光纤和无线等。
(5)监视功能。能够对断路器运行状况及跳闸、合闸回路进行监视;能够对本机的运行进行自检;同时具有故障记录以及录波等相关功能,能够对故障的类型、产生的时间以及故障量的最高、最低值以及故障的波形如实加以记录。
2 在线实时监测技术
2.1 在线监测的主要项目
(1)对断路器的机电(机械、电气)特性进行监测。比如合闸/分闸线圈的电流、操作部件的性能、触头的速度及行程、振动信号等。
(2)对高压开关柜的内部母线联结位置温度升高情况进行监测。
2.2 监测断路器的机电特性
(1)对断路器合闸、分闸线圈的电流进行监测。假如高压断路器的主要操作部件是电磁器件,则其合闸、分闸线圈的供电电源通常为直流电。实践经验说明:合闸、分闸线圈的电流能够当做判断机械故障的基本信息,合闸、分闸线圈的电流信号能够通过霍尔电流传感器传送出去。
(2)监测断路器触头的速度和行程。为了确保测量结果的准确性,所选择的位移传感器应当适宜,比如传感器的型号为旋转光编码型。通过旋转光编码(增量式)传感器能够对转动角度以及不同方向进行准确测量,通常将该类型的传感器安设于断路器操动部件的转轴位置。
该类型的传感器通常有A、B以及Z道3个码道,A、B道呈90°角。按照测量的分辨率对每周的码条数进行选取,Z道每周选取一条,从而确定旋转次数。当轴转动的时候,编码器就会输出A、B道,它们之间呈90°角的正交脉冲,从而输入信号对电路进行处理,通过A、B道两信号之间的位置能够对转轴的转动方向加以确定:假如A道优先B道,此时应该正旋转;反之,则应当反旋转。在此基础上利用加、减计数器对A、B道2路信号进行计数,就可以获得转动角度以及转动方向,以便对断路器的运动以及反弹状况进行测量,从而将动触头的行程,分闸、合闸的同期性、速度及超出的行程等计算出来。
2.3 在线检测高压开关柜内部母线联结位置的温度升高情况
(1)母线有电流通过的时候,其交变电磁场能够为温度传感器探头提供所需要的工作电源。如果母线中通过的电流为50 A,此时传感探头可以正常运转,并且因短路故障造成的短路电流不会对传感器产生损坏。
(2)由于在测量点的位置有比较强的电磁场,并且其电位也比较高,因此利用红外发射率调制技术,二极管(红外发光)可以将高电位位置的温度值传送至低电位位置的红外接收器上。数个传感器的温度值能够被传送至同一个接收器上。
(3)温度传感单元主要由感温探头、讯号输出回路以及辅助电源等构成,能够在母线联结位置进行安装。温度传感器具有体积比较小、准确度比较高以及抗老化性能好等优点。
3 对故障电弧的保护
3.1 开关柜内部产生的故障电弧
高压开关柜的内部因为一些偶发因素,比如小动物误闯、湿度过大以及过电压等,容易产生电弧;此外,还有一些人为因素,比如误入带电间隔等操作失误等,也使其内部容易产生电弧。如果温度达到15 000～20 000℃,电弧会对其四周的绝缘气体进行直接加热,热能利用对流、传导等各种方式快速传递,就会造成开关柜的隔室内部出现超压。当压力大于压力极限的时候,灼热气体会通过开关柜的压力释放装置向外冲出,此时灼热气体及其产生的瞬间压力波容易对配电室内的人员造成伤害,或者对电气设备以及相关设施造成损坏。
3.2 故障电弧的保护系统
通常电弧的防护装置分成3个单元:(下转第23页)弧光传感器、过流检测与弧光检测的辅助单元以及保护主单元。
(1)弧光传感器。电弧光传感器是一种光感应器件,一般在开关柜内部的母线室进行安装,对出现故障时突然增强的光强进行检测。
(2)过流检测与弧光检测的辅助单元。电弧光传感器传送的光信息通过弧光检测辅助单元进行收集,然后传送到主单元。过流动作产生的信息通过过流检测辅助单元来提供,成为保护动作的一个判断依据,从而确保电弧光保护系统的动作更加精准可靠。
(3)保护主单元。保护主单元是电弧光保护装置的关键,它对整个电弧光保护装置进行管理以及有效控制。保护主单元能够对短路电流检测信息以及电弧光传感器传送的信息进行接收,并对相关数据进行处理、判断,一旦判定为电弧故障,就会发送跳闸指令,从而使得进线断路器跳闸,也就是将进线电源切断。假如进线断路器无法执行跳闸,此时就会开启断路器失效保护逻辑,发送跳闸指令到上级断路器来切断电源。同时,保护主单元还可以通过过流检测与弧光检测辅助单元传送的相关信息,对弧光故障点进行判断并发出报警信号。
4 结语
本文阐述了提高金属封闭高压开关柜智能化水平的3种相关技术措施:第一,智能化的测量控制保护装置。其关键元件是微处理机,运用软件以及数字技术,在同样的硬件条件下,它能够实现保护、控制、测量、通讯以及监视等各种基本功能。第二,在线实时监测技术。它能够对开关柜内部母线联结位置的温度高低以及断路器的机电特性实施在线实时监测。第三,对故障电弧的保护。该保护系统能在开关柜内部产生故障电弧时使断路器跳闸,从而起到保护作用。
参考文献
[1]王玉梅,等.智能仪器在高压开关柜在线监测系统中的应用[J].煤矿机电,2006(2)
浅析高压开关柜的智能控制 第8篇
关键词：电力系统,高压开关柜,智能控制
随着我国经济不断发展, 人民生活水平不断提高, 工业用电和居民用电的需求量逐年上升, 对电力系统的安全性、稳定性以及可靠性的的安要求越来越高。高压开关柜作为电力系统中的重要元件之一, 如何对其性能进行提升、优化, 使其更具安全性和智能性是电力系统技术人员的研究重点。为此, 技术人员将信息技术、通信传感技术等与电力技术进行有机融合, 提出了高压开关柜智能控制的概念。在电力系统发生故障, 导致系统电压、电流等异常的情况下智能化的高压开关柜更具稳定性, 智能控制装置可以对高压开关柜提供有效保护, 使其免受各类系统故障的影响, 从而保障电网的稳定、安全运行。
1 高压开关柜实现智能控制的基本思路
要实现高压开关柜的智能控制, 就必须对开关柜的控制器进行改进。结合计算机技术、通讯技术、综合数据处理技术对传统控制器进行集约化和智能化升级, 从而使控制器的性能得到提高, 高压开关柜的运行也就更具安全性和稳定性。
高压开关柜的智能控制模块包含CPU模块、保护模块、液晶显示模块、功能模块等。其利用对电力系统中的电压、电流等相关数据的监测、处理和信息传递等, 达到电力系统自动化和保护功能。与普通的高压开关柜相比, 智能化的高压开关柜具有以下优点:1) 由于综合了计算机技术、数字技术、通讯技术, 高压开关柜的智能控制装置更具集约化, 其将电力计量、故障保护、远程控制、事故动作记录、信息传递等功能集于一体, 实现功能集成和高度智能化。2) 智能控制装置的设计人员根据电网运行的要求, 编制安全、可靠的调控程序, 通过计算机相关软件进行智能化控制, 与原有继电保护模块进行动态配合, 从而在电力系统发生故障时起到相应的调控与保护作用。3) 电力开关柜的智能控制装置相比普通开关柜控制装置体积大幅减小, 智能性提高, 开关柜的操作、控制过程更加简单。智能控制装置表现为各类模块, 包括在线监测模块、自检模块、保护模块等, 其各项功能既相互独立又相互配合, 使其整体功能的发挥更加可靠、安全和稳定。
2 高压开关柜智能控制装置的设计原理
高压开关柜智能控制装置最主要的两个功能是保护和控制, 因此在进行智能控制装置的设计时必须充分考虑到其保护功能的正确性、灵敏性和控制功能的可靠性, 针对这两大功能进行提升优化, 从而实现高压开关柜智能控制装置的智能操控和故障保护等功能。
2.1 智能控制装置的自动监测保护功能
选择高度灵敏性的传感器, 对开关柜的运行状态、保护状态、动作情况以及系统的电流、电压等信号参数进行感应、采集、传递, 系统软件接收到相关数据后及时进行运算处理, 判断自身系统是否存在安全威胁, 并依据设定好的程序作出正确反应。利用无线通讯技术, 对智能控制装置的监测信息进行传递, 免除工作人员到开关柜现场核对保护动作, 设备状态等的麻烦。尤其对于近年越来越多变电站实行无人值守, 采用智能控制装置后可以大大节约交通、人力等资源。
2.2 智能控制装置的智能操作功能
智能控制装置的智能操作功能是将计算机技术、数据处理技术与电力应用相结合, 其通过计算机软件对电力系统信息数据进行接收、分析、处理, 使高压开关柜的智能控制装置对自身运行状况进行智能判断, 并依据判断的结果自动进行相应操作, 使开关柜避免受故障电流、过电压等的影响, 使电网运行更具智能性。改变以往人工操作的模式, 升级开关柜的内部结构, 结合计算机软件实现一键式操作, 包括开关柜的状态自检、手车开关的断合、接地刀闸的断合等操作均由设计人员在软件程序进行编程后一键完成。
3 高压开关柜智能控制装置的应用
随着高压开关柜智能控制装置技术的日趋成熟, 其在实际电力生产中也得到越来越多的应用, 对电力系统的稳定运行与发展起到了至关重要的作用。
3.1 智能控制装置的自动监测功能
对电力系统的各项参数和状态进行自动在线监测是高压开关柜智能控制装置的一项重要功能, 具体包括以下几个方面:1) 断路器是电力系统中十分重要的电气元件, 如果其运行中内部结构出现异常, 导致断路器发生跳闸或拒绝跳闸, 将对电力系统的稳定性和可靠性产生威胁。利用高压开关柜的智能控制装置, 可以对断路器的触头磨损、老化情况, 磁场结构, 通过电流值, 总开断次数等进行自动在线监测, 并将监测到的数据信息与断路器铭牌参数上的数据 (如:允许开断次数、允许短路电流) 进行对比与分析, 判断断路器的运行情况是否可能对其安全运行造成威胁, 或者影响其使用寿命, 并根据具体情况与工作人员设定的阀值自动采取相应保护措施。2) 电容是电力系统运行中的重要参数, 当系统中的电容发生不稳定变化时, 会对断路器的正常运行造成影响, 对电力系统的供电可靠性造成威胁。利用高压开关柜的智能控制装置可以对断路器的分闸电容与合闸电容进行实时自动监测, 并根据监测结果进行电容补偿, 若补偿不了时, 可以采取紧急自动分闸等应急措施, 以保证电网设备的安全和电网的供电可靠性。3) 智能控制装置还可对自身进行功能障碍自检, 当控制器的某一部件发生障碍时, 控制器的自检系统会发出报警信号, 通知运行人员尽快对智能控制系统进行检测和故障排除, 以保证智能控制装置使用的可靠性。
4 高压开关柜智能控制技术的发展方向
目前, 我国高压开关柜的智能控制装置主要采用CPU、单片机等元件来作为主要核心元件, 这类控制器的造价相对较高, 电路较为复杂, 不利于控制装置的集成化。因此, 为了更好地优化智能控制装置的性能, 研究人员应致力于将控制装置进行集成化, 控制产品成本, 提高经济效益。另外, 随着通讯技术的不断发展, 研究人员可将智能控制装置与先进的通讯技术进行有机融合, 使产品的信息传递更加方便。
5 结语
在国外, 高压开关柜的智能控制装置于上个世纪80年代就已投入应用。近年, 计算机技术、通讯技术等的不断发展, 高压开关柜智能控制装置的性能也得到了很大的提升。由于我国对高压开关柜的智能控制技术的研究起步较晚, 目前国内这项技术还处于初级水平, 但是, 随着电网安全运行的要求不断提高, 技术人员不断开拓创新, 这项技术也必然会日趋成熟, 并在实际生产中广泛应用。
参考文献
[1]邢峰, 王永富, 韩培君, 李英俊.新型高压开关柜智能操控装置的应用[J].内蒙古电力技术, 2012.
[2]温继根.智能开关柜及智能配电系统的研究[J].科技信息, 2008.
中压智能交流金属封闭开关柜的设计 第9篇
“十二五”期间, 为实现我国建设坚强智能电网的战略目标, 作为组成坚强智能电网核心装备的智能高压开关设备, 关键技术实现重大突破, 相关标准体系逐步建立并完善, 已广泛应用于高压智能变电站的建设中。“十三五”为我国建设坚强智能电网的第三阶段 (即引领提升阶段) , 目标为基本建成坚强智能电网, 使电网的资源配置能力、安全水平、运行效率以及电网与电源、用户之间的互动性显著提高。中压开关柜是电网始末端承担发电侧输送电能, 用户侧接收电能、分配电能以及供给中压用电设备电源的电力设备, 因而有必要研制中压智能交流金属封闭开关柜, 运用电子技术、信息传感技术、计算机控制技术、数字信号处理与网络通信等技术, 使其具有自我监测、自我诊断、自我控制、自我维护等功能, 以适应坚强智能电网信息化、自动化、数字化、互动化的要求。
1 设计应遵循的技术原则
中压智能交流金属封闭开关柜的正常和特殊使用条件、额定电气参数、设计和结构、常规型式试验项目应符合GB3906—2006《3.6 kV~40.5 kV交流金属封闭开关设备和控制设备》的规定, 并具备完善的控制、测量、保护、计量功能, 尤其是状态监测功能。
IED是中压智能交流金属封闭开关柜不可分割的一部分, 应与中压智能交流金属封闭开关柜一体化设计, IED的设计安装不应降低其性能。
中压智能交流金属封闭开关柜的核心一次元件, 如可移开部件、隔离开关、接地开关应具备电动执行功能, 能接收电动控制IED操作指令。
中压智能交流金属封闭开关柜的主IED数字接口应符合GB/T28811—2012《高压开关设备和控制设备基于IEC61850的数字接口》标准的相关要求, 按照IEC61850通信协议与站控层通信, 主IED与柜内各分IED之间的通信, 可采用适宜的协议。
2 状态在线监测系统组成及功能
图1为设计结构简图, 柜体为铠装金属封闭结构, 内部用金属隔板分隔为母线室17、断路器室11、电缆室5、二次元件室15四个功能隔室, 满足IAC级开关设备要求, 丧失运行连续性类别为LSC2B。柜内主要一次电气元件有底盘车电动操作的真空断路器手车9、电动接地开关4、电流互感器2。
状态在线监测系统由综合操控终端主IED 12、断路器机械特性监测IED 8、主回路导体温度在线监测IED 13、底盘车与接地开关电动控制IED 14组成。状态在线监测系统各IED的信号源来自传感器、与一次电气元件一体化设计的辅助开关、柜门位置开关等。
图1中, 1为主回路导体温度传感器, 3为带电显示传感器, 6、10为环境温湿度传感器, 断路器机械特性传感器与真空断路器一体化设计。状态在线监测系统组成框图如图2所示。
2.1 综合操控终端主IED功能
(1) 系统设置:界面切换、主菜单功能按钮定义、各分IED配置与管理、运行参数设定。
(2) 状态监测:实时显示主接线动态模拟图、电气参数及状态监测参量、各类性能特性曲线等。状态监测系统监测项目如表1所示。
(3) 操作控制:接收站控层指令或就地操作指令, 经电动控制IED对可移开部件进行摇入/摇出操作, 对电动接地开关进行合/分闸操作;经微机控制保护IED对断路器进行合/分闸操作。
(4) 记录与报警:实时记录操作指令发出的时间、故障报警发生及结束的时间。
(5) 自我诊断:通过设定合理的判据, 分析状态监测数据, 评估监测对象性能, 及时发出预警信息。
2.2 各分IED功能
(1) 微机控制及保护IED:接收主IED指令, 对断路器进行合/分闸操作;实时显示并向主IED传送电气参数, 在线路发生过流、短路、接地、欠压、过压等异常时, 及时切除故障或发出告警。
(2) 电动控制IED:接收主IED指令, 基于联锁和顺序控制程序要求的逻辑判断, 对可移开部件进行摇入/摇出操作;对电动接地开关进行合/分闸操作, 异常情况自动停止操作并发出告警信息。
(3) 机械特性监测IED:监测断路器触头开距、行程、合/分闸线圈电流、储能电机电流、刚分/刚合速度、合/分闸速度及时间、弹跳时间、合/分闸不同期性、运行状态、储能状态等, 将监测数据传送至主IED显示, 并生成断路器机械特性曲线。
(4) 主回路无线测温IED:该IED为温度变送器, 收集主回路导体无线测温传感器发回的温度信号并显示各监测点的导体温度, 当温度值超出预先设定的报警值时, 会发出声光报警信号。各监测点的导体温度数据可上传至主IED。
3 型式试验
试验在装配完整的样机上进行。组成状态在线监测系统的IED除按其自身标准进行试验外, 应在工作状态或模拟工作状态下随样机同时进行型式试验。
本次研制的KYN28A-12/T1250A-31.5 kA智能铠装移开金属封闭开关柜按NB/T42044—2014第6章的规定完成以下型式试验项目的试验验证: (1) 绝缘试验; (2) 回路电阻测量; (3) 温升试验; (4) 短时耐受电流和峰值耐受电流试验; (5) 防护等级检验; (6) 电磁兼容试验 (EMC) ; (7) 辅助和控制回路的附加试验; (8) 关合和开断能力的验证; (9) 机械操作和机械特性测量试验; (10) 内部电弧试验; (11) 人工污秽试验; (12) 智能交流金属封闭开关设备和控制设备性能试验。
为验证中压智能交流金属封闭开关柜设备的智能性能, 在进行以上型式试验项目时, 所有操作指令均由IED发送;电磁兼容试验按NB/T42044—2014第6.9条规定的严酷等级进行;对断路器机械特性监测数据、运行环境监测数据、主回路导体温度监测数据、各状态监测参量等均与试验站试验设备所测数据进行对比验证;由试验站控制室发送指令, 对通信协议、指令响应时间、数据及报警上传的准确性进行验证。
4 状态在线监测系统智能电子装置优化设计
本次研制的KYN28A-12/T1250A-31.5 kA智能铠装移开金属封闭开关柜, 状态在线监测系统中配置的智能电子装置有一个主IED、四个分IED, 智能性能满足产品设计标准, 却存在一些不足, 主要包括状态监测开关量重复开入IED, 如断路器合/分位置状态要分别开入主IED、微机控制及保护IED、断路器机械特性监测IED、电动控制IED, 导致断路器辅助开关接点不够、接线复杂、调试困难。优化设计的主要路径是扩展主IED功能, 减少分IED配置。经论证, 取消微机控制及保护IED的断路器合/分控制操控板、电动控制IED, 将断路器合/分控制、可移开部件及接地开关电动控制进行模块化设计后, 与主IED进行集成设计。
参考文献
[1]王万亭.智能化中压开关柜的研究与应用[J].高压电器技术信息, 2012 (6) :12-15.
[2]马炳烈.解析《3.6 k V~40.5 k V智能交流金属封闭开关设备和控制设备》[J].高压电器技术信息, 2013 (2) :4-7.
[3]田晓越, 顾建姝.智能化开关柜的实现[J].电气制造, 2015 (1) :37-40.
智能化开关柜 第10篇
关键词：10KV配电网用户分界智能开关结构功能应用
在全球经济一体化进程不断加剧与整个经济社会竞争日益激烈的背景作用下，电力企业作为社会大众日常生活与工作所必须的基础性行业，其在整个国民经济体系中的主体地位得以凸显，但我们也需要清醒的认识到一点：在配电网用户不断激增的背景作用之下，由用户线路或是终端设备内部故障而引起的停电等诸多电力事故也在日益增长，这些电力事故所带来的损害也更加严重，急需改进。相关工作人员需要明确一点：在当前技术条件支持之下，研发一种用户分界职能开关，合理控制配电网当中由支线停电事故而带来的整个配电网的大范围停电，有效降低相关工作人员对整个配电网运行系统的巡查力度，在确保配电网终端非故障用户用电安全的基础之上实现整个配电网系统供电可靠性的完善。那么，10KV配电网用户分界智能开关的研究与实践应当从哪些方面入手呢？笔者现结合实践工作经验，就这一问题谈谈自己的看法与体会。
1 10KV配电网用户分界智能开关概述
就10KV配电网电力系统而言，用户分界智能开关一般来说安装线路的责任分界点位置，其最关键的目的在于及时发现该线路中的单相接地故障并对其做自动切除动作，与此同时，对由该故障引发的相间短路故障进行隔离，确保非故障用户的安全与供电持续性。这种用户分界智能开关还能够在与终端GPRS无线通讯模块结合的过程中，及时确定单相接地故障所发地的精确位置，并在GPRS作用之下将故障信息传递至用户自动化配电监控管理系统当中，进而以告警形式呈现配电网运行值班人员所操作的人机交互界面当中。那么，用户分界智能开关要想实现这些功能，需要在其开关结构设计中特别关注到哪些问题呢？笔者现对其做详细分析与说明。
1.1 用户分界智能开关结构分析
10KV配电网用户分界智能开关的结构示意图由下图所示（见图1）。它由FZW28-12F型分解负荷开关主体以及FDR-100型分界负荷开关控制器共同构成，这种用户分界智能开关从本质上来说倾向于一种集成化综合设备。由图我们不难看出，FZW28-12F型分解负荷开关主体以及FDR-100型分界负荷开关控制器是同杆安装并配合使用的，这使得整个用户分界智能开关能够实现包括保护控制功能、配电网电力线路故障检测功能以及故障位置信号传输功能（在与GPRS无线通讯模块相结合之后实现）。不仅如此，FDR-100型分界负荷开关控制器与FZW28-12F型分解负荷开关主体以控制电缆以及航空插件为载体实现两者之间的电气连接，确保了整个智能开关自动监控与保护功能的实现。
1.2 用户分界智能开关的基本功能分析。正如上文所述，在10KV配电网电力系统当中，用户分界智能开关最关键的目的在于及时发现该线路中的单相接地故障并对其做自动切除动作，与此同时，对由该故障引发的相间短路故障进行隔离，确保非故障用户的安全与供电持续性。那么上图（见图1）结构作用之下，用户分界智能开关是如何对接地故障进行反应与处理的呢？具体而言，可以分为以下几个方面。
1.2.1 单相接地故障分析。首先，对于发生在10KV配电网用户界内的中性点不接地故障来说，用户分界智能开关会将其判断为永久性接地，并对其做跳闸处理；其次，对于同样发生在10KV配电网用户界内的中心点经消弧线圈接地故障来说，用户智能开关同样将其视作永久性接地，进而做跳闸处理；再次，对于发生在10KV配电网用户外的上述两种故障来说，用户分界智能开关并未对其做动作处理；最后，特别值得一提的是对于中性点经小电阻接地故障来说，当这种接地故障发生在10KV配电网用户界外时，用户分界智能开关不动作。反之，如果这种接地故障发生在10KV配电网用户界内的话，用户分解智能开关会在配电网变电站终端作出保护动作之前作出跳闸动作，以此确保故障用户能够及时的与整个配电网非故障用户相隔离，在变电站作出动作指令之前最大限度的缩小由单相接地故障所造成的10KV配电网故障范围。
1.2.2 相间短路故障。就10KV配电网系统而言，相间短路故障并非单相接地故障一样频繁，其按照故障发生点的不同可以分为两大类型，一种是发生在10KV配电网用户界内的相间短路故障，而另一种是发生在10KV配电网用户界外的相间短路故障。对于用户界内的相间短路故障而言，用户分界智能开关会在电源侧断路器反应跳闸动作之后对整个配电线路做开关分闸处理；而对于发生在用户界外的相间短路故障而言，用户分界智能开关则更加倾向于无动作处理。
2 配电监控管理系统
在10KV配电网电力系统当中，用户自动化配电监控管理系统能够对用户分界智能开关的运行状况进行实时监测，其基本机构形式如下图所示（见图2）。当用户分界智能开关处于正常运行状态之时，该配电监控管理系统会发出相应的短信提示信息，当用户分界智能开关处于非正常运行状态或是根据单相接地故障以及相间短路故障处于跳闸状态时，该配电监控管理系统能够发出相应的告警信息。与此同时，配电管理系统还能够根据10KV变电站所提供的开关变化时间顺序记录，在运行系统内部自动计算电压型线路的故障区间，进而给电力系统调度以及运行维护人员提供电力系统设备移动信息，进而及时对系统线路中存在的各种故障问题加以及时处理。
3 结束语
总而言之，10KV配电网用户分界智能开关的应用从本质上来说是配电网在电网用户自动化领域内的一次创新与探索，它更是智能配电网的发展趋势与最终目标。可以说，用户分界智能开关的智能化程度将直接关系到整个10KV配电网供电性能的实现与供电效率的进一步提升。本文针对当前10KV配电系统中的比较热点的用户分界智能开关做出了简要分析与说明，希望能够为今后相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。
参考文献：
[1]肖清明.张建民.冯跃龙等.一种智能型用户分界负荷开关的作用原理和其在银川配电网中的应用.[J].电力系统保护与控制.2009.
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[2]吴珍雪.低功耗馈线终端负荷开关的研究.[D].华北电力大学（北京）.2005.
[3]杨俊起.基于GPRS的配网故障定位及隔离方法研究与实现.[D].三峡大学.2005.
[4]韩强.10kvT接线路智能开关控制器的研究.[D].山东大学.
2007.
[5]李永亭.孙志诚.基于短信平台的智能信息开关的设计与实现.[J].仪器仪表用户.2008.（15）.
新型HGIS智能化开关的应用 第11篇
1 概述
随着人们生活对电话电力输求的不断增加, 变电站变得越来越多, 越来复杂, 点地面积也相应增大, 不利在城市中建设, , 接线的复杂化也不利于系统的稳定性。HGIS系统正是为了适应这些需求而得以诞生发展, 目前HGIS已向智能化方向发展。如图1, 它将单间隔的断路器, 刀闸, 控制器等集于一体, 结构紧凑, 大大地简化了接线。
HGIS智能化主要是在两层面上得到了发展, 一个是间隔层上采用了现代先进小型化的传感器嵌入到HGIS开关各个部件的内部, 与开关本身融为一体。能够方便, 精确地采集到开关运行的各种电气物理量和影响开关寿命的环境工况信息。这些信息就地数字化上送到就地智能综合控制器上的处理单元, 进行分析和状态评估, 然后得出相应优化的操作方案。另一个在站控层上甚至是在站间的智能化, 主要是对HGIS开关的运作状态进行记录, 对比分析, 给出专家分析建议, 提高变电站二次系统自动化程度。
2 HGIS智能化设计思想
HGIS智能化开关是在微机保护的基础上, 在过去保测装置的基础上增加了开关状态监测装置, 连闭锁装置。实现了调度自动化、微机保护以及设备状态监测“三合一”。HGIS开关智能化, 可以大大减少定期检查次数, 实现有目的的检修, 减免因检查而停电造成的损失和对开关设备的人为伤害;可以节省保护和遥控设备所需的场地空间和大量的控制电缆, 不但减少了成本, 而且使继电保护更加安全可靠;可以使变电站控制室从日常的“繁忙事务”中解脱出来, “集中精力”从事系统、网络管理。
将HGIS开关装置、采集开关状态物理量的传感器和智能综合控制器组合起来, 采用屏蔽电缆或者光纤联接, 实现HGIS开关智能化。
2.1 采用监控传感器
HGIS智能化开关采用的传感器有:气体密度测量传感器;测量电压电流的传感器;用于断路器、隔离开关、接地开关的传感器;反映物理现象的传感器 (如:电弧放电、温度、湿度等) 。这些传感器必须满足高可靠性和寿命要求。
以中电新源智能电网科技有限公司推出的HGIS系统为例, 其断路器部分的主要传感器见图2。每组由一个FMU-B单元构成。含A、B、C三相电流传感器三个、分合闸线圈电流传感器两个, 加速度传感器一个。这些传感器监测的主要参数及其范围见表1。
2.2 HGIS开关智能综合控制器
HGIS开关智能综合控制器, 就是把开关、隔离开关的一切在线监测功能;本间隔内所有综合自动化要求的保护、测控、五防、通信功能;以及设置显示人机界面功能集中在一个具有双层结构的密封金属箱体内见图3, 通过互为热备用的双光纤以太网接口, 与变电站的上一级监控系统连接, 完成数据交换和控制功能。箱体内的各个功能部分由独立的智能模块各自完成, 并通过通信有机连成一体。
3 HGIS开关智能综合控制器主要功能
HGIS开关智能综合控制器对监测量进行在线监测和实时记录, 并经过计算和逻辑判断发出指令或报警。该系统具有参数设定 (根据有关的规程、开关设计参数设置判断的阀值) 、实时监测、图形显示、数据显示、系统校验、操作控制 (手动、自动) 、信息通讯等功能。其监测的参数以及与之用来实现的功能分述如下。
3.1断路器电寿命评估
断路器的标称电寿命一般为 (KA) 2次计算, 测控柜通过采集每次保护跳闸时拉断的故障电流进行累计, 并将累计值传送到后台监控软件或调度系统进行显示, 用户可以根据此累加值对开关的电寿命进行科学评估, 合理安排检修工作。
I:断路器拉断的故障电流
T:断路器动作次数
3.2 SF6状态监视
开关气室内SF6气体状态会直接影响到断路器内部的绝缘状况, 当气压过低时将引起设备对操作的闭锁, 因此对SF6气体进行监视十分重要。SF6在不同条件下的介质强度曲线如图4所示:
SF6的温度———压力特性如图5所示:
在不新增气体分析设备的前提下, 测控柜可以根据气压表输出电流测得开关的气压, 经过温度补偿计算后, 将初次测得的气压值记入存储器, 并实时计算当前为止的气压变化百分比传到后台软件 (取值精度受气压表制约, 要求用户使用高精度的气压表) , 用户可以根据此值对压力变化异常的开关及时检修。
3.3 开关储能机构运行状况监视
通过采集电机的运行电流, 开关储能系统运行状况的监视系统就能得到电机的运行时间。电机的运行电流曲线如图6所示:
在电机启动的瞬间有一次大电流冲击, 随着电机的启动电流迅速减小, 但是随着储能弹簧的储能状态变化, 电机电流逐渐加大, 当弹簧储能完成后, 接点断开电机电源回路, 电机电流消失。
I:当前电机电流
In:出厂实验记录电流值
T:当前电机运行时间
Tn:出厂实验记录运行时间
测控柜采集的电机电流为电机负荷最小时的运行电流值, 该值通过计算相邻两点电流采样值的变化比来判断, 再通过与正常的电机电流及运行时间的进行对比, 我们就能够对储能系统的电机空转、卡转等情况进行判断。
3.4 刀闸操作机构状况监视
在对刀闸进行操作时, 流过刀闸电机的电流与储能电机的电流波形类似, 仅存在电流幅值和维持时间的不同, 故对此波形采用和储能电机电流相同的处理方法, 提取出电机电流的运行值和维持时间, 和开关出厂时联调试验中所存储的标准值进行比较, 得到操作电流和时间变化比例, 用户根据此比例判断开关的刀闸机构是否需要检修。
4 前景展望
智能化开关电器是将计算机、信息技术与传统开关电器组合, 而具有智能功能的开关电器, 是国际上最近才兴起的一种产品, 由于有明显技术优势, 发展速度比较快。目前国内在高档开关柜中 (组装柜) , 智能化率已达到50%以上, 今后随着智能化技术更成熟, 智能化单元、传感器等价格降低, 会逐步在整个开关柜中普及。
参考文献
[1]包红旗.HGIS与数字化变电站[M].北京:中国电力出版社, 2009.
[2]岳保良, 包红旗.电气运行[M].北京:中国水利电力出版社, 1998.