電網(wǎng)建設(shè)重心中電氣智能裝備功能設(shè)計(jì)

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(lái)新高潮。工業(yè)4.0技術(shù)則是利用信息化技術(shù)進(jìn)入智能化時(shí)代。

一、智能裝備是基于互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流動(dòng)的自動(dòng)化。

1、自動(dòng)化設(shè)備（Automation）是指機(jī)器設(shè)備、系統(tǒng)或過(guò)程（生產(chǎn)、管理過(guò)程）在沒(méi)有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經(jīng)過(guò)自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析判斷、操縱控制，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)的過(guò)程。過(guò)去，人們對(duì)自動(dòng)化的理解或者說(shuō)自動(dòng)化的功能目標(biāo)是以機(jī)械的動(dòng)作代替人力操作，自動(dòng)地完成特定的作業(yè)。這實(shí)質(zhì)上是自動(dòng)化代替人的體力勞動(dòng)的觀點(diǎn)。

2、智能化裝備（Intelligence） 核心是用計(jì)算機(jī)理論實(shí)現(xiàn)人工智能是指由現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、行業(yè)技術(shù)、智能控制技術(shù)匯集而成的針對(duì)某一個(gè)方面的應(yīng)用。

智能裝備實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中人機(jī)及整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、管理、控制和優(yōu)化。對(duì)信息進(jìn)行分析、計(jì)算、比較、判斷、聯(lián)想、決策；裝備具有人工智能和自適應(yīng)能力，即通過(guò)與環(huán)境的相互作用，產(chǎn)生相應(yīng)的決策行為。

3、智能環(huán)網(wǎng)柜自動(dòng)化成套設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)單相接地故障精準(zhǔn)檢測(cè)，饋線故障選線定位、故障區(qū)間隔離、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。自動(dòng)化成套裝備核心是機(jī)械化和電氣化，即機(jī)器、設(shè)備和儀器能自動(dòng)地按規(guī)定的要求和既定的程序進(jìn)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?qū)?fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，智能環(huán)網(wǎng)柜故障檢測(cè)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(zhǔn)確執(zhí)行指令做出故障性質(zhì)快速研判。為就是發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)提供可靠準(zhǔn)確的報(bào)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(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。

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>

2、快速完成故障隔離與轉(zhuǎn)供電

快速隔離故障是有控制器安全操作實(shí)現(xiàn)。

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(kāi)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(guò)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?gòu)?fù)電效率。

三、電氣智能裝備功能設(shè)計(jì)

1、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)。

2、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(kāi)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(lái)，間接地使得在不增加過(guò)多設(shè)備投入的情況下，進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，通過(guò)“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(zhǎng)，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(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(kāi)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(kāi)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(guò)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。

4、電氣控制柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）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(kāi)門方式及型式；

5、故障檢測(cè)方法設(shè)計(jì)

智能環(huán)網(wǎng)柜故障檢測(cè)原理

根據(jù)中性點(diǎn)接地方法的區(qū)別合理配置接地故障檢測(cè)互感器。

目前中性點(diǎn)主要有一下幾種方式；

中性點(diǎn)不接地

中性點(diǎn)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(yīng)不同的中性點(diǎn)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(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(guò)隨機(jī)管理軟件隨時(shí)現(xiàn)場(chǎng)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(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。

4）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(wú)法解除故障信號(hào)。

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

6）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。

7）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。

6、小電流接地故障選線準(zhǔn)確定位必要性

1）、當(dāng)設(shè)備檢測(cè)到小電流接地故障后，在沒(méi)有形成更加嚴(yán)重的事故前沒(méi)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(qiáng)度。但是長(zhǎng)期存在著局部放電，即可以緩慢損壞絕緣，日積月累，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。

此外受化學(xué)性質(zhì)決定，交聯(lián)聚乙烯絕緣的電纜耐局部放電的性能較差，長(zhǎng)時(shí)間的局部放電會(huì)加速其絕緣劣化，最終使其發(fā)生故障。

2）、在準(zhǔn)確選擇出接地故障線路的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)故障線路自動(dòng)定位故障信息立即報(bào)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?；」饨拥剡^(guò)電壓又稱間隙性弧光接地過(guò)電壓，當(dāng)中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相間隙性弧光接地故障時(shí)，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(huì)引起高頻振蕩過(guò)電壓，非故障相的過(guò)電壓幅值一般可達(dá)3.15～3.5倍相電壓，這種過(guò)電壓是由于系統(tǒng)對(duì)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(guò)電壓瞬時(shí)幅值最大可以達(dá)到20.4KV。如果弧光接地在接地點(diǎn)造成弧光間隙性反復(fù)燃燒。單獨(dú)依靠零序互感器很難檢測(cè)出間歇性弧光接地故障。

4）、技術(shù)需求痛點(diǎn)和疑問(wèn)

現(xiàn)有接地故障選線保護(hù)主要采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式下的零序電流保護(hù)或中性點(diǎn)非有效接地方式下的小電流接地選線保護(hù)，在面臨高阻、間歇性等故障時(shí)，仍存在選線準(zhǔn)確率差，無(wú)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(zhǔn)確率，

采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式下的零序電流保護(hù)

中性點(diǎn)非有效接地方式下的小電流接地選線保護(hù)

四、電氣智能裝備個(gè)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(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(lái)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。

2、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(lái)說(shuō)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(guò)控制線。

3）控制部件通過(guò)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(guò)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(lái)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(kāi)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(kāi)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，確保控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整。

3、控制器種類

1）控制回路有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的區(qū)別。

2）開(kāi)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(méi)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(lái)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。

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

五、電氣智能裝備技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

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(kāi)關(guān)設(shè)備配套維持快速發(fā)展。未來(lái)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。

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

配電開(kāi)關(guān)的一二次成套設(shè)備的技術(shù)研發(fā)，是為了更好的規(guī)范配網(wǎng)主設(shè)備，保障建設(shè)過(guò)程中一二次同步建設(shè)投運(yùn)，避免后期的改造，對(duì)于縮短施工期、提高可靠性及運(yùn)維效率、簡(jiǎn)化招標(biāo)流程等具有重要意義。

中壓成套環(huán)網(wǎng)設(shè)備市場(chǎng)需求越來(lái)越大。多數(shù)用戶開(kāi)始習(xí)慣采用免維護(hù)、小型化的SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜，加裝FTU相關(guān)的電子化操控裝置，基本能夠?qū)崿F(xiàn)了配電房無(wú)人值班、環(huán)網(wǎng)供電，配電自動(dòng)化水平大大提高。中小電氣制造企業(yè)加快研制質(zhì)量可靠、價(jià)格適中的免維護(hù)、小型化、成套自動(dòng)化程度高的開(kāi)關(guān)設(shè)備。所以成套環(huán)網(wǎng)柜設(shè)備免維護(hù)、小型化、自動(dòng)化程度高是成套廠商今后的發(fā)展方向。