電網(wǎng)建設重心中電氣智能裝備功能設計

隨著電網(wǎng)建設重心由主干網(wǎng)向配網(wǎng)側轉移，配電網(wǎng)建設在“十三五”期間也將迎來新高潮。工業(yè)4.0技術則是利用信息化技術進入智能化時代。

一、智能裝備是基于互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)流動的自動化。

1、自動化設備（Automation）是指機器設備、系統(tǒng)或過程（生產(chǎn)、管理過程）在沒有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經(jīng)過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，實現(xiàn)預期的目標的過程。過去，人們對自動化的理解或者說自動化的功能目標是以機械的動作代替人力操作，自動地完成特定的作業(yè)。這實質上是自動化代替人的體力勞動的觀點。

2、智能化裝備（Intelligence） 核心是用計算機理論實現(xiàn)人工智能是指由現(xiàn)代通信與信息技術、計算機網(wǎng)絡技術、行業(yè)技術、智能控制技術匯集而成的針對某一個方面的應用。

智能裝備實現(xiàn)系統(tǒng)中人機及整個系統(tǒng)的協(xié)調、管理、控制和優(yōu)化。對信息進行分析、計算、比較、判斷、聯(lián)想、決策；裝備具有人工智能和自適應能力，即通過與環(huán)境的相互作用，產(chǎn)生相應的決策行為。

3、智能環(huán)網(wǎng)柜自動化成套設備能夠實現(xiàn)單相接地故障精準檢測，饋線故障選線定位、故障區(qū)間隔離、負荷監(jiān)控、線路轉供、帶電合環(huán)轉供等技術流程。自動化成套裝備核心是機械化和電氣化，即機器、設備和儀器能自動地按規(guī)定的要求和既定的程序進行生產(chǎn)，人只需要確定控制的要求和程序，不用直接操作。

智能環(huán)網(wǎng)柜能夠對復雜的數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場處理，智能環(huán)網(wǎng)柜故障檢測系統(tǒng)就是將具有各種故障數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析的能力，能夠準確執(zhí)行指令做出故障性質快速研判。為就是發(fā)現(xiàn)故障點提供可靠準確的報警信息。

二、電氣智能裝備兩大功能

1、接地故障快速選線定位

實現(xiàn)配電網(wǎng)消除故障后線路自動復電自愈，最基本的就是要有高效的智能化設備。

智能化配電網(wǎng)自愈是指配電系統(tǒng)能夠及時檢測出系統(tǒng)故障、對系統(tǒng)不安全狀態(tài)進行預警，并進行相應的操作，使其不影響對用戶的正常供電或將其影響降至最小。

2、快速完成故障隔離與轉供電

快速隔離故障是有控制器安全操作實現(xiàn)。

配網(wǎng)自動化建設需要大量的智能設備，智能設備的使用和制造離不開人，同時又是為了“解放”人，把操作人員從重復的繁重的勞動過程中解脫，用先進的電子設備靈敏的檢測電網(wǎng)線路故障，減少人工巡檢時間，提高快速復電效率。

三、電氣智能裝備功能設計

1、為了滿足智能化電氣控制設備的制造和使用要求，必須進行合理的電氣控制工藝設計。這些設計包括電氣控制柜的結構設計、電氣控制柜總體配置圖、總接線圖設計及各部分的電器裝配圖與接線圖設計。

2、數(shù)字化電網(wǎng)管理技術是用信息化技術監(jiān)測開關（分）合閘條件，依據(jù)線路運行方式搭接適當聯(lián)絡線路，將分離地區(qū)的電網(wǎng)連接起來，間接地使得在不增加過多設備投入的情況下，進行自動化監(jiān)測，通過“人-機決策系統(tǒng)”遠程控制操作，使該地區(qū)在運行方式輕微調整下供電容量增加。并且保障配網(wǎng)線路再經(jīng)歷若干年的負荷增長，還能夠滿足需要，在安全性和可靠性方面仍然能夠得到有效的控制。

3、如何運用配網(wǎng)自動化技術有效提高配網(wǎng)的安全可靠性，將是深圳新能電力開發(fā)設計院的一項重要任務。所以從配網(wǎng)的安全可靠性分析入手，由淺入深的展開技術論證，把配網(wǎng)自動化的方案設計工作落實到每一個技術環(huán)節(jié)，使整個設計過程始終以安全可靠性設計為核心，利用先進的信息技術，提高深圳配網(wǎng)運行管理水平。

4、電氣控制柜的結構設計

1）據(jù)操作需要及控制面板、箱、柜內各種電氣部件的尺寸確定電氣箱、柜的總體尺寸及結構型式，符合結構基本尺寸與系列；

2）根據(jù)電氣控制柜總體尺寸及結構型式、安裝尺寸，設計箱內安裝支架，并標出安裝孔、安裝螺栓及接地螺栓尺寸，同時注明配作方式。

3）根據(jù)現(xiàn)場安裝位置、操作、維修方便等要求，設計電氣控制柜的開門方式及型式；

5、故障檢測方法設計

智能環(huán)網(wǎng)柜故障檢測原理

根據(jù)中性點接地方法的區(qū)別合理配置接地故障檢測互感器。

目前中性點主要有一下幾種方式；

中性點不接地

中性點經(jīng)消弧線圈接地

消弧線圈+小電阻接地

小電阻（高阻抗）接地

單相接地故障互感器要適應不同的中性點接地方式。

1）電網(wǎng)智能裝備是具有感知、分析、推理、決策、控制功能的先進裝備，它是先進制造技術、信息技術和智能技術的集成和深度融合，而且是智能電網(wǎng)建設的必不可少的關鍵裝備。

2）裝置能夠根據(jù)采集的電流大小及設置的定值，判別故障電流（單相、相間、接地），據(jù)此得出故障信息，并把這些故障量送往配電網(wǎng)控制中心，為故障分析、判斷和負荷轉移提供依據(jù)，并配合配電控制中心，進行故障隔離和非故障區(qū)段的供電。故障信號能以遙信形式快速閉鎖裝置，以故障指示燈點亮報警。然后永久保存在DTU 裝置內，通過隨機管理軟件隨時現(xiàn)場讀取。

3）故障信息用于指示故障區(qū)段，特別的邏輯能夠判斷出是瞬時故障還是永久故障，故障指示器就是用信號燈直觀快速表明線路故障的類型，是故障信息的可視化標示。

4）發(fā)生瞬時故障時，按恢復按鈕故障指示器信號解除。發(fā)生永久故障時，按恢復按鈕也無法解除故障信號。

5）故障信息包括起始時間、故障電流大小、結束時間、過流的次數(shù)以及故障是瞬時的還是永久的。

6）故障信息指示器能夠檢測故障發(fā)生在上級，從而給出正確的故障信息。

7）檢測故障的回路有檢測電壓、電流的方式和只檢測電流的方式。

6、小電流接地故障選線準確定位必要性

1）、當設備檢測到小電流接地故障后，在沒有形成更加嚴重的事故前沒有必要立刻跳閘，這樣不至于馬上中斷電網(wǎng)供電，從而提高了連續(xù)供電的可靠性。電纜局部放電的能量很小，通常不影響電纜短期的絕緣強度。但是長期存在著局部放電，即可以緩慢損壞絕緣，日積月累，最終導致絕緣擊穿。

此外受化學性質決定，交聯(lián)聚乙烯絕緣的電纜耐局部放電的性能較差，長時間的局部放電會加速其絕緣劣化，最終使其發(fā)生故障。

2）、在準確選擇出接地故障線路的基礎上，實現(xiàn)故障線路自動定位故障信息立即報警，最大程度保留供電區(qū)域。

3）、大部分單相接地故障是間歇性弧光接地。弧光接地過電壓又稱間隙性弧光接地過電壓，當中性點非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相間隙性弧光接地故障時，由于不穩(wěn)定的間歇性電弧多次不斷的熄滅和重燃，在故障相和非故障相的電感電容回路上會引起高頻振蕩過電壓，非故障相的過電壓幅值一般可達3.15～3.5倍相電壓，這種過電壓是由于系統(tǒng)對地電容上電荷多次不斷的積累和重新再分配形成的。

單相弧光接地的過電壓瞬時幅值最大可以達到20.4KV。如果弧光接地在接地點造成弧光間隙性反復燃燒。單獨依靠零序互感器很難檢測出間歇性弧光接地故障。

4）、技術需求痛點和疑問

現(xiàn)有接地故障選線保護主要采用中性點經(jīng)小電阻接地方式下的零序電流保護或中性點非有效接地方式下的小電流接地選線保護，在面臨高阻、間歇性等故障時，仍存在選線準確率差，無法有效隔離故障，存在巨大安全隱患。

尋求解決方案： 提高故障判斷準確率，

采用中性點經(jīng)小電阻接地方式下的零序電流保護

中性點非有效接地方式下的小電流接地選線保護

四、電氣智能裝備個性化定制

1、控制器（controller）是智能化環(huán)網(wǎng)柜的核心單元。按照預定順序改變主電路或控制電路的接線和改變電路中電阻值來控制電動機的啟動、調速、制動和反向的主令裝置。

2、控制器的主要功能和作用

1）控制器需要接收和識別上級命令：控制中心的程序可以向控制器發(fā)送多種不同的命令，設備控制器應能接收并識別這些命令?？刂破鞑粩嘞蛟O備各種傳感器發(fā)送電子查詢，并且向上級回復執(zhí)行結果。

2）控制器就是控制部件，而外圍設備相對控制器來說就是執(zhí)行部件?？刂撇考c執(zhí)行部件的一種聯(lián)系就是通過控制線。

3）控制部件通過控制線向執(zhí)行部件發(fā)出各種控制命令。控制部件與執(zhí)行部件之間的另一種聯(lián)系就是反饋信息。執(zhí)行部件通過反饋線向控制部件反映操作情況，以便使得控制部件根據(jù)執(zhí)行部件的狀態(tài)來下達新的動作命令，也叫做“狀態(tài)測試”。

4）控制器根據(jù)每個驅動電動機的功能分為：單向控制器和雙向控制器。

控制器還需要配備電機恒流控制技術：電機啟動扭轉電流和動態(tài)運行電流匹配一致，提高電機的啟動轉矩均衡，在機械齒輪故障扭矩增大情況下能對電機和整體設備做安全保護。

所以控制器要具備電流控制元件的合適選擇，能夠適用于任何一款電機，并且具有相當安全的控制效果，不再需要匹配提高了電動車控制器的普遍適應性，使電動車電機和控制器，不再需要現(xiàn)場的設備匹配，方便安裝和使用。

5）控制器只要自動檢測與之相關的接口狀態(tài)，如外部開關信號等等，一旦出現(xiàn)故障，控制器自動實施保護，充分保證設備的安全，當故障排除后控制器的保護狀態(tài)會自動恢復。

6）控制器要具備自動/手動操作功能一體化，根據(jù)不同的使用環(huán)境進行靈活配置。自動轉換開關控制器是一種智能雙功能切換系統(tǒng)?？刂破鞯碾姎饴?lián)鎖配合機械聯(lián)鎖，確保控制器參數(shù)的自動調整。

3、控制器種類

1）控制回路有開環(huán)和閉環(huán)的區(qū)別。

2）開環(huán)控制回路，指輸出是根據(jù)一個參考量而定，輸入和輸出量沒有直接的關系。而閉環(huán)回路則將控制回路的輸出再反饋回來作為回路的輸入，與該量的設定值或應該的輸出值作比較。

3）閉環(huán)回路控制又叫反饋控制，是控制系統(tǒng)中最常見的控制方式。

五、電氣智能裝備技術發(fā)展趨勢

由于配電網(wǎng)建設對穩(wěn)定性與可靠性要求的提高，以及對一體化解決方案的需求增大，智能開關設備配套維持快速發(fā)展。未來的配網(wǎng)設備投資肯定是朝著智能化方向發(fā)展，集安全、可靠、智能于一體，把城市電網(wǎng)的網(wǎng)架結構和電網(wǎng)智能設備融合成一個整體，提高電網(wǎng)系統(tǒng)架構的高可靠性。

10KV電力系統(tǒng)大多是小電流接地系統(tǒng)，當系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，不會產(chǎn)生很大的短路電流。故障點電弧經(jīng)過消弧線圈補償感抗后可以自行熄滅，熄弧后接地點絕緣可自行恢復，能自動清除單相接地故障。如果間歇性弧光不能熄滅，長期帶電運行會造成諧振過電壓，產(chǎn)生幾倍于正常的過電壓，過電壓將進一步使線路上的絕緣層絕緣子擊穿，造成嚴重的相間短路事故。不管是哪種情況都必須要對故障點定位，隨后盡快安排維修故障點。單相接地故障發(fā)生后能維持運行一定時間，因而大大提高了供電可靠性。

配電開關的一二次成套設備的技術研發(fā)，是為了更好的規(guī)范配網(wǎng)主設備，保障建設過程中一二次同步建設投運，避免后期的改造，對于縮短施工期、提高可靠性及運維效率、簡化招標流程等具有重要意義。

中壓成套環(huán)網(wǎng)設備市場需求越來越大。多數(shù)用戶開始習慣采用免維護、小型化的SF6負荷開關柜，加裝FTU相關的電子化操控裝置，基本能夠實現(xiàn)了配電房無人值班、環(huán)網(wǎng)供電，配電自動化水平大大提高。中小電氣制造企業(yè)加快研制質量可靠、價格適中的免維護、小型化、成套自動化程度高的開關設備。所以成套環(huán)網(wǎng)柜設備免維護、小型化、自動化程度高是成套廠商今后的發(fā)展方向。