智能環(huán)網(wǎng)柜成套設(shè)備設(shè)計(jì)與電控技術(shù)

隨著電網(wǎng)建設(shè)重心由主干網(wǎng)向配網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)移，配電網(wǎng)建設(shè)在“十三五”期間也將迎來新高潮。智能環(huán)網(wǎng)柜自動(dòng)化成套設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)故障定位、故障隔離、負(fù)荷監(jiān)控、線路轉(zhuǎn)供、帶電合環(huán)轉(zhuǎn)供等技術(shù)流程。

實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)消除故障后線路自動(dòng)復(fù)電自愈，最基本的就是要有高效的智能化設(shè)備。

為了滿足智能化電氣控制設(shè)備的制造和使用要求，必須進(jìn)行合理的電氣控制工藝設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)包括電氣控制柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣控制柜總體配置圖、總接線圖設(shè)計(jì)及各部分的電器裝配圖與接線圖設(shè)計(jì)。

控制器（controller）是智能化環(huán)網(wǎng)柜的核心單元。按照預(yù)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(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)和反向的主令裝置。

一、智能環(huán)網(wǎng)柜建設(shè)的意義

由于配電網(wǎng)建設(shè)對(duì)穩(wěn)定性與可靠性要求的提高，以及對(duì)一體化解決方案的需求增大，智能開關(guān)設(shè)備配套維持快速發(fā)展。

未來的配網(wǎng)設(shè)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(jié)構(gòu)和電網(wǎng)智能設(shè)備融合成一個(gè)整體，提高電網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)的高可靠性。

智能化配電網(wǎng)自愈是指配電系統(tǒng)能夠及時(shí)檢測(cè)出系統(tǒng)故障、對(duì)系統(tǒng)不安全狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警，并進(jìn)行相應(yīng)的操作，使其不影響對(duì)用戶的正常供電或?qū)⑵溆绊懡抵磷钚　?/p>

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

二、智能環(huán)網(wǎng)柜成套設(shè)備設(shè)計(jì)

城市配電網(wǎng)的自動(dòng)化管理技術(shù)研究是一個(gè)長期的艱難的過程。首先，是因?yàn)榻陣鴥?nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電量激增，電力系統(tǒng)的管理任務(wù)有所變化。其次，供電企業(yè)所承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任成為企業(yè)的歷史使命。再次，隨著全球信息化進(jìn)程的加快發(fā)展，不斷有新技術(shù)的出現(xiàn)，為配網(wǎng)的科學(xué)化管理提供了多種技術(shù)支持。

因此，配網(wǎng)的科學(xué)化管理趨向數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化方向發(fā)展。

數(shù)字化電網(wǎng)管理技術(shù)是用信息化技術(shù)監(jiān)測(cè)開關(guān)（分）合閘條件，依據(jù)線路運(yùn)行方式搭接適當(dāng)聯(lián)絡(luò)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(shè)備投入的情況下，進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，通過“人-機(jī)決策系統(tǒng)”遠(yuǎn)程控制操作，使該地區(qū)在運(yùn)行方式輕微調(diào)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(fù)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。

如何運(yùn)用配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)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(shè)計(jì)院的一項(xiàng)重要任務(wù)。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(shù)論證，把配網(wǎng)自動(dòng)化的方案設(shè)計(jì)工作落實(shí)到每一個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)，使整個(gè)設(shè)計(jì)過程始終以安全可靠性設(shè)計(jì)為核心，利用先進(jìn)的信息技術(shù)，提高深圳配網(wǎng)運(yùn)行管理水平。

電氣控制柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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

2根據(jù)電氣控制柜總體尺寸及結(jié)構(gòu)型式、安裝尺寸，設(shè)計(jì)箱內(nèi)安裝支架，并標(biāo)出安裝孔、安裝螺栓及接地螺栓尺寸，同時(shí)注明配作方式。

3根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝位置、操作、維修方便等要求，設(shè)計(jì)電氣控制柜的開門方式及型式；

三、智能環(huán)網(wǎng)柜故障檢測(cè)原理

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(jìn)裝備，它是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的集成和深度融合，而且是智能電網(wǎng)建設(shè)的必不可少的關(guān)鍵裝備。

2、裝置能夠根據(jù)采集的電流大小及設(shè)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(fù)荷轉(zhuǎn)移提供依據(jù)，并配合配電控制中心，進(jìn)行故障隔離和非故障區(qū)段的供電。故障信號(hào)能以遙信形式快速閉鎖裝置，以故障指示燈點(diǎn)亮報(bào)警。然后永久保存在DTU 裝置內(nèi)，通過隨機(jī)管理軟件隨時(shí)現(xiàn)場(chǎng)讀取。

（1）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(shí)故障還是永久故障，故障指示器就是用信號(hào)燈直觀快速表明線路故障的類型，是故障信息的可視化標(biāo)示。

（2）發(fā)生瞬時(shí)故障時(shí)，按恢復(fù)按鈕故障指示器信號(hào)解除。發(fā)生永久故障時(shí)，按恢復(fù)按鈕也無法解除故障信號(hào)。

（3）故障信息包括起始時(shí)間、故障電流大小、結(jié)束時(shí)間、過流的次數(shù)以及故障是瞬時(shí)的還是永久的。

（4）故障信息指示器能夠檢測(cè)故障發(fā)生在上級(jí)，從而給出正確的故障信息。

（5）檢測(cè)故障的回路有檢測(cè)電壓、電流的方式和只檢測(cè)電流的方式。

3、配電網(wǎng)三相電發(fā)生單相斷線的危害

（1）發(fā)生單線斷線時(shí)，線路電容與變壓器的空載阻抗也會(huì)諧波諧振，同樣會(huì)引起過電壓。變壓器輕負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)，涌入的勵(lì)磁電流包含一系列的諧波，其中的某次諧波會(huì)引起線路電容和變壓器電抗之間的諧振過電壓。使得電流過載，導(dǎo)致線路熱力損壞。

（2）、（檢測(cè)計(jì)算難度）設(shè)一個(gè)定值（60%）為線接地額定電壓值的百分比。電壓上下限顯示也用于斷相檢測(cè)，當(dāng)線壓降到下限時(shí)，其電源端和負(fù)荷端線路檢查為開斷。只有當(dāng)線壓上升到上限的時(shí)，斷線檢測(cè)才被重新復(fù)位。

（3）單相接地故障的危害

10 kV配電線路在實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常發(fā)生單相接地故障，特別是在雨季、大風(fēng)和雪等惡劣天氣條件下，單相接地故障更是頻繁發(fā)生，單相接地故障更為頻繁。

當(dāng)發(fā)生單相接地故障后，三相電路的對(duì)稱性受到破壞，故障點(diǎn)就出現(xiàn)明顯的不對(duì)稱，如當(dāng)A相發(fā)生單相接地故障后，A相對(duì)地電壓變?yōu)榱悖鋵?duì)地電容被短接，而B相和C相相對(duì)地電壓升高，對(duì)地電容電流相應(yīng)增大，流過接地點(diǎn)F的電流為所有線路電容電流的總和。

金屬性接地：故障相電壓為零；非故障相電壓等于線電壓；

非金屬性接地：一相或兩相電壓低，但不為零；另二相或一相電壓高，接近并低于線電壓。

完全金屬性短路則中性點(diǎn)對(duì)地電壓上升為相電壓），而不接地相的對(duì)地電壓也會(huì)升高（金屬性短路升為線電壓），但是每相對(duì)中性點(diǎn)電壓以及相間的線電壓保持不變。

發(fā)生單相接地后，故障相對(duì)地電壓降低，非故障兩相的相電壓升高，但線電壓卻依然對(duì)稱，因而不影響對(duì)用戶的連續(xù)供電，系統(tǒng)可運(yùn)行1～2 h，這也是小電流接地系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)；但是，若發(fā)生單相接地故障后電網(wǎng)長時(shí)間運(yùn)行，會(huì)嚴(yán)重影響變電設(shè)備和配電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（4）、自動(dòng)核相及相位檢測(cè)

在回路配網(wǎng)供電系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)回路切換倒閘動(dòng)作，對(duì)相同步檢測(cè)很有必要，當(dāng)同步檢測(cè)失敗(相角不一致)系統(tǒng)自動(dòng)閉鎖禁止倒閘操作。 終端的檢測(cè)功能用于電源與負(fù)荷間的同步檢測(cè)。在徑向系統(tǒng)中同步失敗不是什么問題。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，負(fù)荷側(cè)斷電。所以同步檢測(cè)是不必要的。但是在回路系統(tǒng)中同步檢測(cè)必須在閉鎖開關(guān)前進(jìn)行。如果電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)的電壓相量有很大的差，大量的循環(huán)電流可以流經(jīng)線路。設(shè)置范圍為00-80[度]每步10[度]。默認(rèn)值為30[度]。

當(dāng)電源側(cè)電壓(Va)和負(fù)荷側(cè)電壓(Vr)相差高于預(yù)設(shè)值時(shí)，此指示燈變亮。合閘控制前，與同期失敗信息和斷線診斷連鎖。如果是同期失敗，合閘控制命令被禁止。

四、電操安全控制器應(yīng)用

控制器（controller）是智能化環(huán)網(wǎng)柜的核心單元。按照預(yù)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(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)和反向的主令裝置。

1 、控制器的主要功能和作用

（1）控制器需要接收和識(shí)別上級(jí)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(shè)備控制器應(yīng)能接收并識(shí)別這些命令?？刂破鞑粩嘞蛟O(shè)備各種傳感器發(fā)送電子查詢，并且向上級(jí)回復(fù)執(zhí)行結(jié)果。

（2）控制器就是控制部件，而外圍設(shè)備相對(duì)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?？刂撇考c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(dá)新的動(dòng)作命令，也叫做“狀態(tài)測(cè)試”。

（4）控制器根據(jù)每個(gè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功能分為：?jiǎn)蜗蚩刂破骱碗p向控制器。

控制器還需要配備電機(jī)恒流控制技術(shù)：電機(jī)啟動(dòng)扭轉(zhuǎn)電流和動(dòng)態(tài)運(yùn)行電流匹配一致，提高電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩均衡，在機(jī)械齒輪故障扭矩增大情況下能對(duì)電機(jī)和整體設(shè)備做安全保護(hù)。

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(jī)，并且具有相當(dāng)安全的控制效果，不再需要匹配提高了電動(dòng)車控制器的普遍適應(yīng)性，使電動(dòng)車電機(jī)和控制器，不再需要現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備匹配，方便安裝和使用。

（5）控制器只要自動(dòng)檢測(cè)與之相關(guān)的接口狀態(tài)，如外部開關(guān)信號(hào)等等，一旦出現(xiàn)故障，控制器自動(dòng)實(shí)施保護(hù)，充分保證設(shè)備的安全，當(dāng)故障排除后控制器的保護(hù)狀態(tài)會(huì)自動(dòng)恢復(fù)。

（6）控制器要具備自動(dòng)/手動(dòng)操作功能一體化，根據(jù)不同的使用環(huán)境進(jìn)行靈活配置。自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)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(jī)械聯(lián)鎖，確?？刂破?a target="_blank">參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整。

2、安全控制器

SZLL-6160 配電網(wǎng)安全控制器產(chǎn)品，集高效、可靠、安全、靈活、緊湊于一身，能適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境。緊湊化、模塊化設(shè)計(jì)能可滿足未來開關(guān)柜升級(jí)改造、擴(kuò)容的需要。產(chǎn)品其獨(dú)特的電子化和機(jī)械連鎖設(shè)計(jì)、扭矩驅(qū)動(dòng)恒流保護(hù)系統(tǒng)，確保操作人員安全，也能及時(shí)處理機(jī)械傳動(dòng)故障。

（1）控制電路優(yōu)化

控制回路有開環(huán)和閉環(huán)的區(qū)別。開環(huán)控制回路，指輸出是根據(jù)一個(gè)參考量而定，輸入和輸出量沒有直接的關(guān)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(shè)定值或應(yīng)該的輸出值作比較。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。

控制回路由:電源,熔斷器,控制按鈕,工作指示燈,控制繼電器線圈等控制主回路運(yùn)行停止變換的設(shè)備及線路?？刂戚o助回路用來反饋回路信號(hào)，常見有行程開關(guān)觸點(diǎn)。主回路和輔助回路混合在一起時(shí)，線路就特別凌亂和復(fù)雜。如果能夠把主回路的強(qiáng)電流與輔助回路的弱電流區(qū)分開，線路會(huì)變得清晰簡(jiǎn)單。開關(guān)電操控制器采用單回路反饋控制方法，每一個(gè)開關(guān)回路所組成的單回路閉合控制系統(tǒng)。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單抗擾動(dòng)能力較強(qiáng)。

（2）方便檢修和運(yùn)維

（3）通用性強(qiáng)適應(yīng)美標(biāo)、英標(biāo)、歐標(biāo)、國標(biāo)不同的標(biāo)準(zhǔn)

3、控制器主要功能

（1）、首先將控制器的本地/遠(yuǎn)程開關(guān)搬到本地位置上。

（2）、可以用搬桿/按鈕的進(jìn)行分合閘操作。

（3）、人工分閘后，如果電纜上沒有帶電，控制器處在解鎖位置。

（4）、本回路仍然可以進(jìn)行搬桿/按鈕的分合閘操作及接地刀操作。

（5）、合上接地刀后打開前蓋，可檢修電纜。

（6）、如果分閘后電纜頭上仍帶電，控制器上閉鎖開關(guān)會(huì)自動(dòng)鎖定。

（7）、閉鎖鍵鎖定后，不能再進(jìn)行電動(dòng)分合和接地操作。仍可手工搬桿分合閘操作。

（8）、本間隔的接地刀合不上，前蓋鎖住不能被打開。

（9）、設(shè)備檢修完畢，將控制器的閉鎖按鈕搬回到解鎖位置。

（10）、這是就可以進(jìn)行搬桿/按鈕的分合閘操作。

（11）、將控制器的本地遠(yuǎn)程開關(guān)搬回到遠(yuǎn)程。進(jìn)入系統(tǒng)遠(yuǎn)控程序。

4、型號(hào)與配置

SZLL-6160 型控制器基本四種型號(hào)及功能：

Ⅰ型控制器（普及版6回路）8A 驅(qū)動(dòng)電流 單雙向驅(qū)動(dòng)、可控時(shí)序

Ⅱ型控制器（升級(jí)版）10A電流 雙向轉(zhuǎn)–可控精準(zhǔn)時(shí)序，閉鎖按鈕鎖地刀

Ⅲ型控制器（增強(qiáng)版）5-16A 可控電流 轉(zhuǎn)換信號(hào)電平，可調(diào)測(cè)量電壓線路帶電系統(tǒng)自動(dòng)鎖地刀

Ⅳ型控制器（智能版）5-16A 可控重合器齒輪扭矩保護(hù)可控永磁機(jī)構(gòu)斷路器,彈簧機(jī)構(gòu)快速儲(chǔ)能 10A-12.5KA 電流檢測(cè) 電纜帶電自鎖接地