新型電力系統(tǒng)智能裝備

新型電力系統(tǒng)智能型全自動開關(guān)柜

隨著越來越多的風(fēng)電、太陽能、儲能、“車網(wǎng)互動”在配電端接入電網(wǎng)，以及電熱氣網(wǎng)互聯(lián)互通，配電網(wǎng)正逐漸成為電力系統(tǒng)的核心，與連接能源生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、消費的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?？梢哉f，未來以電力為核心的區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)所有要素，包括智能樓宇、智能園區(qū)、智慧工廠、智慧城市等都和配電網(wǎng)密切相關(guān)。

新型電力系統(tǒng)

配電網(wǎng)是區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的核心環(huán)節(jié)，需要進一步提升配電網(wǎng)數(shù)字化、智能化水平，引領(lǐng)多能耦合互補、多源聚合互動，培育新業(yè)態(tài)、創(chuàng)造新價值，從技術(shù)、功能、形態(tài)上推動配電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級。

一、智能型全自動開關(guān)柜發(fā)展趨勢

傳統(tǒng)的電網(wǎng)開關(guān)設(shè)備通過實現(xiàn)簡單自動化的模式，已經(jīng)無法滿足電網(wǎng)行業(yè)發(fā)展新需求，智能化的電網(wǎng)機器人正成為行業(yè)發(fā)展的重中之重。智能環(huán)網(wǎng)柜開關(guān)機器人可以通過集成視覺、狀態(tài)傳感器，準(zhǔn)確識別故障，對崗位自主進行跟蹤，自動避讓人，實現(xiàn)人機協(xié)作。

智能環(huán)網(wǎng)柜重點解決下面四個技術(shù)問題：

（1）高靈敏度小電流故障檢測

（2）設(shè)備“五防”安全控制

（3）電網(wǎng)節(jié)點方向控制

（4）電網(wǎng)電纜分段帶電操作

通過對12kV等級的開關(guān)柜性能的優(yōu)化，提高了環(huán)網(wǎng)柜的安全操作性能。全自動智能型開關(guān)柜因其優(yōu)異的操控性能，智能化操控優(yōu)勢和逐漸成熟的技術(shù)指標(biāo)成為智能電網(wǎng)建設(shè)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

智能型全自動環(huán)網(wǎng)柜的開關(guān)結(jié)構(gòu)與常規(guī)環(huán)網(wǎng)柜相同，主要包括真空斷路器跳閘開關(guān)和三工位隔離負荷開關(guān)兩種。

二、南網(wǎng)設(shè)備集成檢測技術(shù)要求

南方電網(wǎng)確定出四種標(biāo)準(zhǔn)化（成套設(shè)備）全自動開關(guān)柜型（一次設(shè)備）

南方電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化全自動開關(guān)柜型（二次設(shè)備）

三、新型智能化全自動開關(guān)柜設(shè)計

智能開關(guān)根據(jù)安裝的位置不同派生出四種柜型，每一種柜型的差異導(dǎo)致柜體在設(shè)計和安裝時的布置和操作順序不同，但是在設(shè)計開關(guān)與安全聯(lián)鎖時都必須滿足電力安全工作規(guī)范和相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

1、智能環(huán)網(wǎng)柜-設(shè)計

1）、智能開關(guān)柜一次設(shè)備主要包括斷路器、隔離開關(guān)、負荷開關(guān)、高壓熔斷器、避雷器、分支電纜等；

2）、二次設(shè)備由電壓、電流傳感器，測量終端設(shè)備。

3）、成套設(shè)備是將傳統(tǒng)的配電開關(guān)分散的元件集成整合為一體。

2、配電自動化站所終端（DTU）按照功能不同分為四種型號

3、智能型配電自動化站所終端

智能終端產(chǎn)品是智能技術(shù)的產(chǎn)品化，主要體現(xiàn)在機器學(xué)習(xí)、安全監(jiān)控、自動化控制、計算機技術(shù)、精密傳感技術(shù)等的綜合應(yīng)用；對提升電網(wǎng)傳統(tǒng)設(shè)備的智能化，必定要借勢新一代人工智能，賦予傳統(tǒng)開關(guān)柜設(shè)備以更高智慧。新一代智能環(huán)網(wǎng)柜產(chǎn)品與裝備以知識工程為核心，以自感應(yīng)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和自決策為顯著特征。

4、全自動成套開關(guān)柜必須“五防”安全聯(lián)鎖

根據(jù)電力安全五防聯(lián)鎖的相關(guān)規(guī)定，設(shè)計制造了不同柜型聯(lián)鎖操作結(jié)構(gòu)，在自動化操作過程中進行動態(tài)對比，設(shè)計了四種操控模式，通過大量現(xiàn)場“五防”操控試驗和調(diào)整，提高智能型全自動環(huán)網(wǎng)柜的電氣性能。
防止誤入帶電間隔，即只有電纜隔室不帶電且處于接地狀態(tài)時，工作人員才能打開電纜室門對電纜室進行安裝或維護。

電氣五防功能是電力生產(chǎn)安全的重要舉措之一，其設(shè)計原則是：凡是可能引起誤操作的電氣開關(guān)設(shè)備，均需安裝防誤裝置和防誤電氣閉鎖回路。

5、智能化環(huán)網(wǎng)柜

智能環(huán)網(wǎng)柜配備了針對開關(guān)電操變位、五防安全控制、誤操作干涉、高靈敏性故障監(jiān)測、后期維護保養(yǎng)、網(wǎng)絡(luò)動態(tài)平衡性及語音導(dǎo)航等智能化功能，可以自行監(jiān)控環(huán)網(wǎng)柜運轉(zhuǎn)狀態(tài)，并進行自主反饋，從而大幅度提高開關(guān)柜運行效率及安全性。

智能環(huán)網(wǎng)柜技術(shù)產(chǎn)品化可大大改善操作者的作業(yè)環(huán)境，減輕工作強度，增強操作人員的安全性；提高作業(yè)質(zhì)量和工作效率；一些危險場合或重點施工應(yīng)用得到解決；提高開關(guān)柜的自動化程度及智能化水平，使其環(huán)保、節(jié)能；通過智能化實現(xiàn)故障狀態(tài)診斷，提高了設(shè)備的可靠性，降低了維護成本，增強了產(chǎn)品的競爭力。

6、智能環(huán)網(wǎng)柜在深圳電網(wǎng)中得到應(yīng)用

新一代智能終端對電網(wǎng)接地故障精準(zhǔn)檢測，智能環(huán)網(wǎng)柜的自適應(yīng)能了得到驗證。小電流故障自感應(yīng)是對微弱信號的智能感應(yīng)、感知和識別的技術(shù)。故障電流傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足暫態(tài)故障信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。自感應(yīng)是智能環(huán)網(wǎng)柜必備的自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和自決策的基礎(chǔ)。

四、智能設(shè)備定義及安裝調(diào)試:

智能設(shè)備是傳統(tǒng)電氣設(shè)備與計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、控制理論、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、電力電子技術(shù)等相結(jié)合的產(chǎn)物。

1、電氣設(shè)備一二次融合技術(shù)

智能環(huán)網(wǎng)柜(intelligentdevice)是指任何一種電網(wǎng)開關(guān)設(shè)備具有計算處理能力的設(shè)備、器械或者機器。智能環(huán)網(wǎng)柜的功能必須具備靈敏準(zhǔn)確的感知功能、正確的思維與判斷功能以及行之有效的執(zhí)行功能。

2、智能環(huán)網(wǎng)柜功能

智能預(yù)測：在電網(wǎng)發(fā)生間歇性電弧單相接地后，由于最初的電流比較小，小于保護定值變電站檢測不到，如果不能被及時發(fā)現(xiàn)就會引起更大的故障。

智能環(huán)網(wǎng)柜重點解決下面四個技術(shù)問題：

（1）高靈敏度小電流故障檢測

（2）設(shè)備“五防”安全控制

（3）電網(wǎng)節(jié)點方向控制

（4）電網(wǎng)電纜分段帶電操作

智能運維：智能環(huán)網(wǎng)柜是集成了更多傳感器的小型化設(shè)備。占用空間少安裝操作方便，綜合設(shè)備性能配套齊全（簡單、方便）能夠有效提升目前配電自動化設(shè)備的安全水平

基于一二次融合的智能成套環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜裝置技術(shù)研究，綜合一二次戶外結(jié)構(gòu)設(shè)計、接口設(shè)計、電源設(shè)計等，具有良好戶外運行特性和推廣價值。

3、開關(guān)柜分合閘操作主要10項功能。

（1）箱門被打開提示報警；

（2）PT外電電源檢測；

（3）柜體氣壓過低檢測報警；

（4）后備電源的蓄電池電壓欠壓檢測閉鎖；

（5）故障禁止操作自動閉鎖保護；

（6）遠方、本地信息按回路轉(zhuǎn)換；

（7）分、合閘電流潮流方向的同向檢測；

（8）接地刀檢測；

（9）相過流故障檢測、接地故障檢測

（10）斷線/缺相、三相不平衡、相序自動檢測。

4、結(jié)構(gòu)設(shè)計、定制化制造

（1）優(yōu)化設(shè)備序列，簡化設(shè)備類型尺寸，規(guī)范技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，推行功能模塊化、接口標(biāo)準(zhǔn)化，提高設(shè)備通用性、互換性;同時又保持人工操作習(xí)慣的一致性。

（2）兼顧環(huán)境協(xié)調(diào)，采用技術(shù)成熟、少(免)維護、具備可擴展功能的設(shè)備; 提升設(shè)備本體智能化水平成為發(fā)展的趨勢，（3）推行功能一體化設(shè)備;采用先進物聯(lián)網(wǎng)、現(xiàn)代傳感和信息通信等技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備、通道運行狀態(tài)及外部環(huán)境的在線監(jiān)測，提高預(yù)警能力和信息化水平。

（4）定制化制造：智能環(huán)網(wǎng)柜成套設(shè)備在傳統(tǒng)的手動操作的開關(guān)柜在工廠流水線加裝使用了人工智能技術(shù)、高精度傳感器技術(shù)，實現(xiàn)自動化設(shè)備人機互動的一體化控制，并能實時對設(shè)備運行狀態(tài)、電流參數(shù)、電壓質(zhì)量進行采集和實時監(jiān)控。借助嵌入式算法模擬分析判斷，從而實現(xiàn)在制造過程中進行整體下線測試。

5、建設(shè)接地故障靈敏檢測系統(tǒng)

配電網(wǎng)接地故障的處理面臨著小電流接地系統(tǒng)故障選線、高阻、弧光、斷線故障診斷與處理等多種技術(shù)難題。

對配電網(wǎng)絡(luò)感應(yīng)雷擊過電壓、架空線單相接地故障、地埋電纜弧光接地故障、自恢復(fù)瞬時性單相接地故障、重負載啟動時引發(fā)系統(tǒng)中性點電壓振蕩、用戶配電變壓器引起網(wǎng)絡(luò)跳閘事故等。

接地故障繼電保護系統(tǒng)不僅僅是精準(zhǔn)跳閘，還可實現(xiàn)消弧、抑制過電壓、單相接地選相、選線、故障定位、隔離和自動復(fù)歸功能于一體的綜合接地保護系統(tǒng)。

6、安裝調(diào)試

（1）借助嵌入式算法模擬分析判斷，從而實現(xiàn)電網(wǎng)過程的自動化控制。

（2）實現(xiàn)機械動作和電氣控制的一致性

（3）設(shè)備即插即用，安裝后直接上線運行。

（4）測量終端自帶故障顯示器

（5）（前期）配網(wǎng)自動化方案配置，開關(guān)設(shè)備匹配、改造技術(shù)咨詢，功能與DTU配套結(jié)構(gòu)布局選擇、成本性價比分析、

（6）（可行性研究）智能柜結(jié)構(gòu)設(shè)計、開關(guān)元件功能設(shè)計、DTU柜功能組合設(shè)計、上下游產(chǎn)品配套、改造模式組合設(shè)計、遠程操控方法設(shè)計、

（7）（技術(shù)改造性能升級方案）系統(tǒng)升級調(diào)試，改造流程制定、線路結(jié)構(gòu)設(shè)計，改造線路連接、電機安全控制，工廠化施工、整機組合調(diào)試、

五、智能環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)解決方案

產(chǎn)品方案包括：10-20KV 開關(guān)柜自動化成套設(shè)備；環(huán)網(wǎng)柜自動化升級技術(shù)改造；互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及大數(shù)據(jù)平臺開發(fā)；開關(guān)柜電操遙控安全控制等級提升。

1、分類

配電網(wǎng)智能化成套開關(guān)柜按照功能差異主要分為A/B/C/D 4種。

A起到主電纜線路保護的斷路器/重合器開關(guān)柜；

B主電纜分段用的負荷開關(guān)柜，只需要分?jǐn)嗾５呢摵呻娏鳎?/p>

C環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)柜，重點核查雙電源合閘對電網(wǎng)的浪涌沖擊；

D終端自動對切線路開關(guān)柜，可以快速轉(zhuǎn)換供電網(wǎng)絡(luò)；

這4種開關(guān)柜用在自動化配電網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點上，實現(xiàn)各自的重要功能。

2、技術(shù)咨詢方案：

柜體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計、一二次綜合布線，電纜網(wǎng)絡(luò)自動化和架空饋線自動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)安全評價，運行方式及保護整定分析、網(wǎng)格式供電方式電網(wǎng)潮流計算等內(nèi)容。

3、系統(tǒng)安全評價

1）智能電網(wǎng)開關(guān)設(shè)備向高性能、小型化發(fā)展

2）設(shè)備配套應(yīng)用向新材料，低污染發(fā)展。

3）融合多種傳感器技術(shù)向多功能的組合電氣設(shè)備發(fā)展

4）產(chǎn)品設(shè)計模式從單個設(shè)備控制向系列成套設(shè)備發(fā)展

5）開關(guān)設(shè)備生產(chǎn)廠商從提供單體設(shè)備向用戶提供整體解決方案方向發(fā)展

6）“互聯(lián)網(wǎng)+”電力裝備工業(yè)融合創(chuàng)新技術(shù)大量研發(fā)應(yīng)用