智能一體化開關(guān)柜技術(shù)

隨著電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和電力能源投入的發(fā)展，電氣成套設(shè)備需求量逐年增加，產(chǎn)品升級(jí)換代速度加快，生產(chǎn)設(shè)備及加工工藝有了明顯改進(jìn)、電氣設(shè)備智能化、一二次融合技術(shù)、集成一體化等設(shè)備性能有了明顯的提高。

一次設(shè)備是指直接用于生產(chǎn)、輸送和分配電能的生產(chǎn)過程的高壓電氣設(shè)備。它包括斷路器、隔離開關(guān)、自動(dòng)開關(guān)、刀閘開關(guān)、電纜母線、輸電線路、電力電纜等。由一次設(shè)備相互連接，構(gòu)成配電設(shè)備開關(guān)或進(jìn)行其分合閘操作過程的電氣設(shè)備稱為一次設(shè)備。也稱為無源組件。二次設(shè)備是指對(duì)一次設(shè)備的工作進(jìn)行監(jiān)測、控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)以及為運(yùn)行、維護(hù)人員提供運(yùn)行工況或生產(chǎn)指揮信號(hào)所需的低壓電氣設(shè)備。由二次設(shè)備相互連接，構(gòu)成對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、控制、調(diào)節(jié)和保護(hù)的電氣設(shè)備稱為二次設(shè)備。也稱為有源組件。

一、智能化一體化（一二次融合）開關(guān)柜技術(shù)特點(diǎn)：

成套一體化設(shè)備是在工廠生產(chǎn)時(shí)就已經(jīng)用上一、二次融合技術(shù)。

具有在配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)中實(shí)現(xiàn)即插即用的效果。使得自動(dòng)化管理的自動(dòng)告警、應(yīng)急處置、運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、維保檢驗(yàn)和信息的監(jiān)察、后臺(tái)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析等功能在加速通信后直接實(shí)現(xiàn)。能通過配網(wǎng)SCADA系統(tǒng)監(jiān)視10kV線路負(fù)荷情況及進(jìn)行遙控操作，因此在主網(wǎng)故障、主網(wǎng)停電、用戶接火、故障轉(zhuǎn)供時(shí)，較少進(jìn)行配電網(wǎng)方式調(diào)整。配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的“遙測”功能，可對(duì)運(yùn)行方式調(diào)整進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算；結(jié)合其“遙控”功能則可對(duì)運(yùn)行方式進(jìn)行隨時(shí)的靈活調(diào)整。

（1）開關(guān)柜智能操控裝置DTU 二次設(shè)備（嵌入式智能終端）是開關(guān)柜自動(dòng)化成套設(shè)備的核心部件。其中電子控制器是針對(duì)當(dāng)前中壓系統(tǒng)開關(guān)柜研制開發(fā)的一種新型、多功能、電操控制機(jī)構(gòu)

（2）智能化數(shù)字化動(dòng)態(tài)指示的現(xiàn)場終端信息采集DTU裝置。對(duì)傳統(tǒng)裝備進(jìn)行信息化技術(shù)升級(jí)改造，就是要把集成了工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的嵌入式智能控制單元，經(jīng)過增加元器件的技術(shù)改裝，使開關(guān)設(shè)備的電氣性能得到提升，能夠完整的實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化，系列配套產(chǎn)品提供了可靠的配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備設(shè)計(jì)改造的解決方案。

（3）設(shè)備的兼容性是關(guān)鍵，電子控制器要能夠安全的操控各種類型的開關(guān)設(shè)備。

（4）開關(guān)柜要從手動(dòng)操作升級(jí)改造成遠(yuǎn)動(dòng)操作，首先就是加裝電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，把人工用搬桿操作轉(zhuǎn)換化為按鈕操作。

（5）個(gè)性化定制方案

定制化高端裝備與通用標(biāo)準(zhǔn)裝備的區(qū)別

高端裝備與傳統(tǒng)裝備的最大區(qū)別在于：

傳統(tǒng)裝備依靠的是傳統(tǒng)工藝，技術(shù)水平不高，勞動(dòng)效率不高，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

高端裝備依靠的是高新技術(shù)優(yōu)勢，最容易取代傳統(tǒng)裝備。

而傳統(tǒng)裝備制造業(yè)與高端制造業(yè)的最大差距在于科技實(shí)力，高端制造業(yè)對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)予以改造和提升，是制造業(yè)發(fā)展的必然過程。

高端設(shè)備采用定制個(gè)性化生產(chǎn)，滿足部分設(shè)備升級(jí)需要。

高端裝備的技術(shù)特點(diǎn)

高端裝備制造是處于制造業(yè)價(jià)值鏈的高端環(huán)節(jié)，具有技術(shù)、知識(shí)密集，附加值高，成長性好，關(guān)鍵性強(qiáng)，帶動(dòng)性大的特點(diǎn)。高端裝備是以強(qiáng)大通用裝備制造為基礎(chǔ)，由傳統(tǒng)型通用設(shè)備制造向價(jià)值鏈的高端來進(jìn)行延伸。

成套非標(biāo)定制化設(shè)備基本特征；

靈活組合的裝配形式多變。

應(yīng)用覆蓋面大。

工藝與技術(shù)形成綜合運(yùn)用。

組合定制高效率

簡單的操作能縮短工作時(shí)間，

提供多樣化的機(jī)器和最優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

二、智能一體化開關(guān)柜技術(shù)

（一、二次設(shè)備） 融合關(guān)鍵技術(shù)也就是常說的一體化·技術(shù)。

由于各種電器元件安裝位置不同，在構(gòu)成一個(gè)完整的電氣控制系統(tǒng)時(shí)，就必須劃分組件。

1、把功能類似的元件用模塊化的形式組合在一起；

(1)盡可能減少組件之間的連線數(shù)量，同時(shí)把接線關(guān)系密切的控制電器置于同一組件中；

(2) 減少電壓等級(jí)采用統(tǒng)一的供電電壓

(3) 可把外形尺寸、功能相近的電器用模塊的形式組合在一起；

(4)為了電氣控制系統(tǒng)便于檢查與調(diào)試，把需經(jīng)常調(diào)節(jié)、維護(hù)和易損元件組合在一起。

2、在劃分電氣控制柜組件的同時(shí)要解決組件之間、電氣箱之間以及電氣箱與被控制裝置之間的連線方式：

電氣控制柜各部分及組件之間的接線方式一般應(yīng)遵循以下原則：

（1）開關(guān)電器、控制板的進(jìn)出線一般采用接線端頭或接線鼻子連接，這可按電流大小及進(jìn)出線數(shù)選用不同規(guī)格的接線端頭或接線鼻子；

（2）電氣柜、控制柜、柜(臺(tái))之間以及它們與被控制設(shè)備之間，采用接線端子排或工業(yè)聯(lián)接器連接；

（3）弱電控制組件、印制電路板組件之間應(yīng)采用各種類型的標(biāo)準(zhǔn)接插件連接；

（4）電氣柜、控制柜、柜(臺(tái))內(nèi)的元件之間的連接，可以借用元件本身的接線端子直接連接；過渡連接線應(yīng)采用端子排過渡連接，端頭應(yīng)采用相應(yīng)規(guī)格的接線端子處理。

（5）現(xiàn)場采集設(shè)備主要是開關(guān)分合閘位置觸點(diǎn)壓力傳感器，電壓互感器、電流互感器、還有一些輔助信息的觸點(diǎn)。

增加電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，要區(qū)分?jǐn)嗦菲?、分?jǐn)嚅_關(guān)、負(fù)荷開關(guān)不同性能機(jī)構(gòu)。

操作機(jī)構(gòu)模塊化，通過完整的交互過程讓客戶直接參與成套設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造過程中，精確定位客戶的實(shí)際需求，在這個(gè)過程中我們依據(jù)客戶的不同需求數(shù)據(jù)做出各種樣機(jī)模板提高了用戶的體驗(yàn)。

改造遙信部份：主要是確定開關(guān)分合閘位置、接地刀閘位置、電操機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能、

電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向技術(shù)原則等。

改造遙控部份：回路開關(guān)遙控分合閘控制輸出。遙控分合閘閉鎖控制輸出。滿足所有開關(guān)的不同的應(yīng)用功能：例如斷路器、重合器、進(jìn)線開關(guān)C 型、出線開關(guān)F型、負(fù)荷開關(guān)等五種常用到的開關(guān)。

對(duì)于智能電網(wǎng)的發(fā)展和配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)進(jìn)行了一次積極有益的探索。利用線路上手動(dòng)負(fù)荷開關(guān)柜，通過對(duì)環(huán)網(wǎng)柜結(jié)構(gòu)性工藝改進(jìn),完成了手動(dòng)本地操作到遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制操作的技術(shù)升級(jí)改造.經(jīng)過在手動(dòng)環(huán)網(wǎng)柜上加裝電操機(jī)構(gòu)、智能電子式電操控制器、取電PT變壓器和電纜測量CT等裝置，將手動(dòng)操作的負(fù)荷開關(guān)柜改造成具備“三遙”功能的配網(wǎng)自動(dòng)化終端，再將配電網(wǎng)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)更換為配網(wǎng)自動(dòng)化終端設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)改造的整體技術(shù)方案。

（6）改造方案的重點(diǎn)事項(xiàng)包括：環(huán)網(wǎng)柜柜體結(jié)構(gòu)性工藝改進(jìn)設(shè)計(jì);現(xiàn)場取電PT根據(jù)環(huán)網(wǎng)柜類型專門定制;加裝的電子式智能控制器,實(shí)現(xiàn)二次控制集成化,將集成了交直流轉(zhuǎn)換后備蓄電池組、安全操作控制器、DTU于一體集成。環(huán)網(wǎng)柜在沒有單獨(dú)電源PT 柜的情況下，解決了自動(dòng)化設(shè)備AC220V電源問題。加裝的電子式智能控制器集蓄電池、安全操作控制器、DTU于一體，通過復(fù)合傳感器技術(shù)、負(fù)荷調(diào)度報(bào)警控制技術(shù)、機(jī)械和電氣安全控制技術(shù)、一體化布線技術(shù)及中央集成監(jiān)控平臺(tái)技術(shù)五大核心關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)開關(guān)柜的技術(shù)升級(jí)改造，滿足了開關(guān)柜一體化遠(yuǎn)程控制的安全可靠性需求。

3、西門子公司SIEMENS 8DJ20智能一體化開關(guān)柜示范

SIEMENS 8DJ20 環(huán)網(wǎng)柜所有用于電氣及機(jī)械連接的絕緣套管均焊接在氣室上，不采用任何形式密封圈或塑料密封器件，完全保證了整個(gè)氣室的氣密性。溫度補(bǔ)償功能的壓力指示裝置，完全不受環(huán)境氣候影響。采用單刀頭三位置負(fù)荷開關(guān)，從機(jī)械原理上杜絕了負(fù)荷開關(guān)在合閘狀態(tài)下同時(shí)操作接地的可能。

西門子公司電力和過程自動(dòng)化產(chǎn)品家族，以完備的產(chǎn)品系列組合為電氣系統(tǒng)提供IT系統(tǒng)等解決方案。西門子致力于提供高可靠性產(chǎn)品,憑借創(chuàng)新工業(yè)設(shè)計(jì)和智能制造技術(shù)，借助系統(tǒng)的模塊化制造，可以簡化整個(gè)制造和安裝流程,。使效率得到提升。

西門子通過業(yè)界最全面的能源管理產(chǎn)品系列提供開放、靈活的解決方案和服務(wù)架構(gòu)：特別是在配電網(wǎng)智能化方面, 推廣新型西門子智能電網(wǎng)套件,借助該套件，可實(shí)現(xiàn)大批定制解決方案，建設(shè)更智能的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，以及進(jìn)一步開發(fā)穩(wěn)定系統(tǒng)，西門子已將信息技術(shù)作為業(yè)務(wù)主驅(qū)動(dòng)。其瞄準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，集成了目前全球先進(jìn)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，不斷開發(fā)出新的商業(yè)模式。

（1）、西門子8DJ20開關(guān)柜方案是固定的，無法擴(kuò)展，多用于戶外開閉所，電纜分接箱等無需計(jì)量的二次配電系統(tǒng)中。適用于各種變電站-包括在極端惡劣的環(huán)境條件下，例如：工業(yè)環(huán)境，潮濕、多沙或粉塵地區(qū)，簡易的戶外變電站。

（2）外形尺寸

西門子8DJ20外形體尺寸長1400mm 寬850mm高1400mm

打開箱門后柜體尺寸長1600mm 高1600mm

（3）西門子8DJH升級(jí)過程系統(tǒng)測試

最后施工結(jié)束后，要進(jìn)行全面的系統(tǒng)測試。

現(xiàn)在按照測試系統(tǒng)要求做一個(gè)完整的出品出廠前實(shí)驗(yàn)。

公共端信息有四項(xiàng) 箱門打開，外電丟失，電池故障，箱體氣壓低

退開接地刀閘，對(duì)轉(zhuǎn)電腦和顯示面板

手動(dòng)分閘信息狀態(tài)監(jiān)測

電動(dòng)分合閘試驗(yàn)

遠(yuǎn)程遙控試驗(yàn)

工廠化生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

三、配網(wǎng)自動(dòng)化升級(jí)改造綜合解決方案。

方案包括：安全控制等級(jí)提升、柜體結(jié)構(gòu)布局、一二次綜合布線，電纜網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化和架空饋線自動(dòng)化不同的控制模型及控制技術(shù)、開關(guān)柜功能標(biāo)準(zhǔn)化適當(dāng)減少開關(guān)柜的種類、故障定位技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化施工流程、軟件在線監(jiān)測、系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)，運(yùn)行方式及保護(hù)整定分析、投入運(yùn)行后期維護(hù)、系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)性測試、線路故障仿真及實(shí)操培訓(xùn)等項(xiàng)內(nèi)容。

改造任務(wù)就是在操作機(jī)構(gòu)上加裝驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由依靠人工用搬桿操作，升級(jí)為電動(dòng)按鈕操作。充分利用舊設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，做到一次設(shè)備和二次設(shè)備緊密結(jié)合。

1、智能化一二次融合成套設(shè)備使整個(gè)輸配電系統(tǒng)的保護(hù)、控制、監(jiān)控、測量等集中起來，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化，為廣域監(jiān)測和診斷系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)，確保電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、信息傳感器技術(shù)、通信和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、電力電子技術(shù)等的發(fā)展及各學(xué)科間的融合，電氣成套設(shè)備的智能化、小型化、緊湊設(shè)備逐步成為行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。

電氣成套設(shè)備應(yīng)用主要通過3個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)。

（1）在以后的增量電網(wǎng)建設(shè)中直接安裝智能電氣成套設(shè)備。

（2）將存量運(yùn)行設(shè)備做技術(shù)更新改造，增加了電氣成套設(shè)備智能化水平。

（3）光纖到戶

光纖通信具有通信穩(wěn)定、容量大、速度快等優(yōu)勢，完全具備配電自動(dòng)化遙測、遙信和遙控‘三遙’的通信要求。電力光纖到戶小區(qū)可實(shí)現(xiàn)用電信息采集。

2、建設(shè)經(jīng)濟(jì)、高效、可靠的智能電網(wǎng)，離不開現(xiàn)代化先進(jìn)的通信技術(shù)平臺(tái)。智能電網(wǎng)的供電可靠性又是智能化電氣設(shè)備的首要條件，進(jìn)一步優(yōu)化和完善電力通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)字化。電力光纖到戶是提升配網(wǎng)自動(dòng)化水平和提高供電服務(wù)質(zhì)量而進(jìn)行的一項(xiàng)基礎(chǔ)建設(shè)。

3、新投運(yùn)的智能化配電系統(tǒng)顯示出了智能電氣設(shè)備的魅力。新型的智能化電氣設(shè)備能夠自動(dòng)對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定位，自動(dòng)隔離故障區(qū)間，自動(dòng)化系統(tǒng)停電時(shí)間不會(huì)超過1分鐘就能恢復(fù)用戶供電。。

4、在不斷總結(jié)開關(guān)柜改造的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，統(tǒng)一認(rèn)識(shí)克服技術(shù)障礙，經(jīng)過以創(chuàng)新的技術(shù)和方法完成了戶外開閉所和環(huán)網(wǎng)柜的整體升級(jí)改造。

改造后電氣設(shè)備的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足南方電網(wǎng)《配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》要求。并且實(shí)現(xiàn)一次掛網(wǎng)正常運(yùn)行，各項(xiàng)指標(biāo)和施工質(zhì)量達(dá)到規(guī)劃設(shè)計(jì)要求。

5、開關(guān)柜智能操控裝置（智能終端）是成套設(shè)備的核心部件，是針對(duì)當(dāng)前中壓系統(tǒng)開關(guān)柜研制開發(fā)的一種新型、多功能、智能化數(shù)字化動(dòng)態(tài)指示的現(xiàn)場終端信息采集裝置。智能終端裝置能夠適用于10KV-20KV戶外多種電力開關(guān)柜。開關(guān)柜智能操控裝置功能強(qiáng)大，它以“一體化“的結(jié)構(gòu)布局配套于開關(guān)柜，簡化了開關(guān)柜的面板設(shè)計(jì)，美化了面板布局。具有動(dòng)態(tài)數(shù)字指示、帶電顯示及閉鎖、及其控制狀態(tài)、一次回路電壓值電流值顯示、遠(yuǎn)方/就地操作、遠(yuǎn)程通信等功能，智能裝置的安裝使用使傳統(tǒng)電力開關(guān)柜進(jìn)一步提升了智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化，在“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的智能化。

6、結(jié)構(gòu)緊湊、標(biāo)準(zhǔn)化布線：智能裝置是進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)選型、材料等方面技術(shù)攻關(guān)，確保現(xiàn)場安裝時(shí)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。智能一體化開關(guān)柜采用歐洲EIB（ElectricalInstallation Bus）（國標(biāo)GB/Z20965-2007）標(biāo)準(zhǔn)布線方式。最大的特點(diǎn)是通過單一多芯電纜替代了傳統(tǒng)分離的控制電纜和電力電纜，并確保各開關(guān)可以互傳控制指令，因此總線電纜可以以線型、樹型或星型鋪設(shè)，方便擴(kuò)容與改裝。

電氣線路簡單，安裝方便，易于維護(hù)，節(jié)省大截面線材消耗量，降低投資成本和維修管理費(fèi)用，縮短安裝工期，提高了投資效益。

智能化、小型化、高安全性和可靠性能集成一體，也就是最終研發(fā)出新一代一二設(shè)備相融合的電網(wǎng)智能裝備。