“三遙”遙測、遙控、遙信的智能環(huán)網(wǎng)柜設(shè)計解決方案

智能環(huán)網(wǎng)柜：是在傳統(tǒng)的電氣開關(guān)柜手動操作的基礎(chǔ)上，應(yīng)用了先進(jìn)微機控制芯片自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計量和監(jiān)測等基本功能，主要解決現(xiàn)有開關(guān)柜在智能化改造升級過程中，長距離遠(yuǎn)程自動化控制，直接實現(xiàn)了開關(guān)柜建設(shè)過程中設(shè)備即插即用。與傳統(tǒng)手動操作的開關(guān)柜相比，主要需對設(shè)備操作機構(gòu)進(jìn)行升級，增加電壓、電流模擬量用的互感器，用光纖連接遠(yuǎn)方控制中心，實現(xiàn)主站與設(shè)備之間的通信，達(dá)到對中心城區(qū)復(fù)雜結(jié)構(gòu)電網(wǎng)的自動化管理。

一、電網(wǎng)建設(shè)、設(shè)備技術(shù)改造規(guī)劃

供電網(wǎng)絡(luò)中連接各區(qū)域的配電網(wǎng)絡(luò)，處在往上連接變電站，往下連著終端用戶。所以配網(wǎng)線路上的設(shè)備擔(dān)負(fù)起處理線路事故的設(shè)備——環(huán)網(wǎng)柜應(yīng)運而生。

在手動操作的環(huán)網(wǎng)柜產(chǎn)品上配備智能控制設(shè)備，使得現(xiàn)場終端設(shè)備性能更先進(jìn)、更加安全可靠。使智能環(huán)網(wǎng)柜能準(zhǔn)確探測各種線路的短路和接地故障，實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動化操作。

智能電網(wǎng)分期建設(shè)

智能配電網(wǎng)的建設(shè)按照逐步實現(xiàn)的功能一般分三步走，也就是習(xí)慣上分期建設(shè)。

第一期建設(shè)主要完成配網(wǎng)自動化的基礎(chǔ)建設(shè)，實現(xiàn)“三遙”基本功能。

第二期建設(shè)一定要在第一期的基礎(chǔ)上建立區(qū)域配網(wǎng)的數(shù)字化模型，可以結(jié)合配網(wǎng)GIS圖形實現(xiàn)故障的自動定位，運用配網(wǎng)自動化的控制技術(shù)快速隔離故障，完善配網(wǎng)自動化的功能。

第三期已經(jīng)是智能配網(wǎng)的應(yīng)用階段，也就是智能化的高級功能應(yīng)用階段。通過應(yīng)用水平的提高實現(xiàn)智能配網(wǎng)的投資價值。

智能環(huán)網(wǎng)柜是應(yīng)用在智能化配電網(wǎng)絡(luò)中。配電網(wǎng)絡(luò)的智能化程度取決于智能環(huán)網(wǎng)柜的技術(shù)水平。

配網(wǎng)自動化建設(shè)需要對現(xiàn)有的手動開關(guān)進(jìn)行自動化升級改裝，采用“一體化”環(huán)網(wǎng)組合開關(guān)設(shè)備是發(fā)展趨勢。這種“一體化”設(shè)備具有小型化、模塊化、集約化、預(yù)裝式智能化的高安全性的良好性能，在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的運行中效果明顯。這種設(shè)備是目前國內(nèi)配網(wǎng)自動化運用上的最先進(jìn)的智能化設(shè)備，對未來配網(wǎng)開關(guān)的升級換代有積極的促進(jìn)和推動示范作用。

智能電網(wǎng)建設(shè)需三種智能開關(guān)柜

1，對線路進(jìn)行網(wǎng)格分段的負(fù)荷開關(guān)柜

2、電網(wǎng)與用戶側(cè)接口保護(hù)的斷路器開關(guān)柜

3、用于網(wǎng)格狀復(fù)雜結(jié)構(gòu)電網(wǎng)的智能環(huán)網(wǎng)柜

二、智能化終端研發(fā)

智能終端設(shè)備：人工智能突破了空間的信息交流限制，而將計算機網(wǎng)絡(luò)/互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到智能化現(xiàn)場終端領(lǐng)域。完全代替了傳統(tǒng)上人工現(xiàn)場操作方式，徹底把人工操作的設(shè)備技術(shù)升級為智能化控制設(shè)備。

智能環(huán)網(wǎng)柜的主要應(yīng)用

（1）故障判斷、報警

（2）故障切除、隔離

（3）自動轉(zhuǎn)供電、實現(xiàn)遠(yuǎn)程分合閘操作

（4）在線模擬測試、

（5）設(shè)備運行狀態(tài)自檢

配網(wǎng)自動化是智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)建設(shè)，如果還沒有實現(xiàn)配網(wǎng)自動化就要建設(shè)智能電網(wǎng)，就好像房子的基礎(chǔ)還沒有開挖，就先把房子的屋頂做好一樣，智能電網(wǎng)是頂層設(shè)計，是配網(wǎng)自動化的高級應(yīng)用基礎(chǔ)，離開了配網(wǎng)自動化是不可能最終實現(xiàn)智能電網(wǎng)的。

配網(wǎng)自動化的基礎(chǔ)是在SCADA 控制系統(tǒng)上實現(xiàn)“三遙”功能，“三遙”功能是在多年實踐中總結(jié)的寶貴經(jīng)驗。遙測、遙信、遙控三方面是從應(yīng)用的不同角度出發(fā)，各自完善其功能，三者相輔相成彼此互相協(xié)調(diào)，缺少某一部分都不能完整的實現(xiàn)配網(wǎng)自動化。

SCADA系統(tǒng)的核心功能是監(jiān)測和控制。

現(xiàn)在先從最基礎(chǔ)的線路檢測的遙測分析信息需求。目前的配網(wǎng)運行方式是交流三相供電方式，中性點有五種不同的接地方式。這種中性點不接地或小電阻接地方式，與中性點直接接地方式比較，在檢測計算上是有一定的區(qū)別的。智能環(huán)網(wǎng)柜對配網(wǎng)線路的檢測重點，按照交流電的基本特性分析。

交流電的基本特性：電壓降、頻率、向量（初相位）。所以遙測的信息量是依照交流電的特性確定。檢測開關(guān)柜的每回線路的電壓、電流、相位是遙測的基本內(nèi)容。

遙信的檢測也同樣重要，運行狀態(tài)信號決定了遠(yuǎn)程操控能否準(zhǔn)確無誤?；镜倪b信范圍分為三類。

一是公共信息如柜體氣壓，箱門、后備電源。

二是回路開關(guān)狀態(tài)信息如分合閘、接地、儲能狀態(tài)。

三類是故障信息如相短路故障，斷線接地故障。通過遙信和遙測就奠定了故障檢測的基礎(chǔ)。

三、智能環(huán)網(wǎng)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計

智能環(huán)網(wǎng)柜上、中、下三層結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）實現(xiàn)柜體的一次和二次部分的一體化,實現(xiàn)即插即用的方式。

（2）根據(jù)環(huán)網(wǎng)柜在線路中所處的位置，區(qū)分不同的功能。

（3）必須與先進(jìn)控制技術(shù)結(jié)合實現(xiàn)信息交換的準(zhǔn)確性。

（4）集故障判斷、遠(yuǎn)程操作、安全控制于一體。

智能環(huán)網(wǎng)柜需要四種不同的開關(guān)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)智能電網(wǎng)的自動管理。

標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計開關(guān)柜

高度尺寸要求:

根據(jù)眼睛的平視高度柜體的高度應(yīng)在1600mm 左右適宜，高度不合適時操作人員會感到不適。

柜體的寬度是根據(jù)回路數(shù)決定的，寬度不受限制。

二次設(shè)備包括后備電源，電操控制器，F(xiàn)TU終端設(shè)備，光纖通信設(shè)備及連接電纜，全部密封在一個不銹鋼的箱體內(nèi)。箱體前面開出一個透明的窗口，能直接看到里面設(shè)備的各種信號指示燈。

測量CT 、PT 直接安裝固定在電纜頭上，電纜頭之間距離在 15cm 以上，能確保CT 能套進(jìn)去。

四、設(shè)備裝配布線

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，美化了面板布局。

具有動態(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)+”模式下實現(xiàn)電網(wǎng)運行的智能化。

由于設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、小型化后剩余空間狹小，一定要采用標(biāo)準(zhǔn)化布線、按照設(shè)計圖紙在工廠定制標(biāo)準(zhǔn)連線：

智能裝置是進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計、結(jié)構(gòu)選型、材料等方面技術(shù)攻關(guān)，確?，F(xiàn)場安裝時有足夠的強度和穩(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用，縮短安裝工期，提高了投資效益。

立絡(luò)電氣把握住了成套設(shè)備的設(shè)計和生產(chǎn)方向，將成套設(shè)備的智能化、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。

五、整機調(diào)試

實施10KV 饋線自動化可以在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)里一并完成，實現(xiàn)饋線自動化（自動判斷故障—隔離故障）主要有三種方法：

（1）、多斷路器組合通過各斷路器順序配合隔離故障，這種方式常被稱為過電流判斷法。

（2）、10KV 線路上安裝多臺分段開關(guān)，當(dāng)故障時斷路器跳閘造成線路失壓，線路上所有的分段開關(guān)全部自動分閘，經(jīng)過逐步來電合閘的方式，隔離故障區(qū)域。這種方式稱為電壓法。

（3）、采用智能環(huán)網(wǎng)柜的故障判斷功能，直接把故障線路的開關(guān)分閘，實現(xiàn)一次定位一次切除故障。這種方法就是結(jié)合了電壓法和電流法的特點，用智能的方法進(jìn)行計算判斷，所以智能環(huán)網(wǎng)柜的故障隔離效率最高。

六、智能環(huán)網(wǎng)柜應(yīng)用效果

智能環(huán)網(wǎng)柜一體化實際上是能夠具有設(shè)備的自診斷和遠(yuǎn)方診斷功能，基本的遙控信息是否準(zhǔn)確，設(shè)備的運行工況信息采集，能夠以分布式的監(jiān)控方式上報到控制中心。遙測、遙控、遙信的結(jié)果實現(xiàn)安全可靠地和控制軟件相交換，是一個完整“三遙”解決方案。

智能環(huán)網(wǎng)柜的轉(zhuǎn)供電應(yīng)用技術(shù)：

10KV 線路轉(zhuǎn)供電是指改變供電方向，把用戶的供電線路改變，從另外的線路或變電站供電。在進(jìn)行轉(zhuǎn)供電的時候如果電源是徑向的（也就是同方向的）可以直接操作。操作順序是先斷開線路，用戶短時間停電也就是負(fù)荷側(cè)斷電，然后合上電源恢復(fù)供電。

智能環(huán)網(wǎng)柜可以實現(xiàn)線路的不停電轉(zhuǎn)供電（帶電轉(zhuǎn)供電）。如果進(jìn)行相向電源合閘（雙側(cè)線路帶電）時，一定要檢測雙側(cè)線路的電壓降在正常范圍（10%）以內(nèi)，電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)的電壓降有很大的差額，大量的循環(huán)電流可以流經(jīng)線路，對沖電流形成浪涌沖擊雙側(cè)線路設(shè)備。由于電源來自不同的線路，相序檢測也很有不要，合閘一定要在智能環(huán)網(wǎng)柜閉鎖操作之前進(jìn)行，否則操作會被系統(tǒng)自動禁止。同樣道理在環(huán)網(wǎng)運行模式下，同步檢測是隨時檢測的，在回路系統(tǒng)操作也必須在閉鎖開關(guān)進(jìn)行前才能實施操作。

相序的判斷根據(jù)旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向確定三相交流電的相序。旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向通過采集三相實時電壓/電流信號，求取電壓/電流旋轉(zhuǎn)矢量的相角差，計算一定時間間隔之間的旋轉(zhuǎn)矢量相角差，根據(jù)所計算的旋轉(zhuǎn)矢量相角差的符號確定旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向，旋轉(zhuǎn)矢量角的旋轉(zhuǎn)方向可通過計算在一個市電周期之間的旋轉(zhuǎn)矢量相角差確定，旋轉(zhuǎn)矢量角可根據(jù)反三角函數(shù)計算，其所處象限值由坐標(biāo)變換后的兩相值的極性判別，相角差經(jīng)濾波處理或求平均值后可以得到準(zhǔn)確穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，智能化開關(guān)柜設(shè)備要求適用性強，數(shù)據(jù)采集精度高分析判定結(jié)果準(zhǔn)確。