智能化开关柜的优化设计分析与探讨

智能化开关柜的优化设计分析与探讨

张立淮

广东中兴电器开关股份有限公司

摘要：本文阐述了智能化开关柜的性能要求及开关柜智能化的配置，并对智能化开关柜的优化设计进行分析与探讨，以供同仁参考。

关键词：智能化开关柜；性能需求；智能配置；优化设计

1. 前言 

开关柜一般位于整个电网系统的最末端，是直接组成面向用户的一个电网通信接口，身具故障数据采集与发送、电能传输和终端控制等功能，在电力系统中应用广泛，市场需求也比较大。开关柜的安全与性能决定了用户的用电安全和用电体验。随着现代智能化开关技术在家庭开关柜产品设计过程中的广泛应用，智能化的开关柜随之不断诞生。智能化移动开关柜不仅性能更高，针对移动电力系统故障特殊情况下还可以实时执行自我智能诊断，自动控制，一旦使用智能化移动开关柜,可判断电力故障，可以迅速将电力故障源直接断开与动力电网和移动终端的网络连接，同时将电力故障报警信息及时发送给远程电力监控控制中心，以便移动电力系统技术人员迅速及时得到电力故障报警信息，及时主动安排现场进行维修，提高对移动电力系统的日常维护管理效率，也大大降低了动力电网系统的安全风险。

二、智能化开关柜的性能要求

智能化开关柜的物质基础是信息智能处理系统，目前电力系统和市场需求对智能化开关柜的性能需求主要为以下几方面:首先，智能化开关柜要具备智能监控功能，在发生断路器快速开合闸的时候对设备的运行状态和温度等信息进行监控。其次，智能开关柜要具备一定的防止误操作功能，在进行操作的时候能够给与操作提醒，避免因操作失误造成的故障发生。最后，智能开关柜要具备故障数据收集和分析能力，在电网系统故障时，可以将相关的故障信息进行记录和分析，同时将信息记录发送给监控中心，以方便技术人员快速诊断故障和现场维护。

三、智能化开关柜的智能配置

开关柜的应用智能化设计需要以具有良好的开关软件应用环境和配套硬件设施条件来作为主要依托。通过利用安装在开关柜内的智能型监控元器件，远程自动完成终端装置rtu的自动设置，运用先进现代信息电子技术、计算机通信技术、网络通信技术、控制系统技术及现场监控总线管理技术，实现对所有的配电开关系统数据进行集中远程监控系统管理和分散进行数据采集，通过现场监控总线和以太网直接传输数据到集中监控管理系统，由集中监控系统对开关柜数据进行集中信息采集交换与数据管理，从而有效实现开关柜的管理智能化。

(1)无线通信网络系统的类型选择。开关柜内部的智能控制软件的如何选择与是否合理配置等也是一个重要的直接影响考量因素。能有效保证所有配电系统设备的远程数据集成和对数据采集与运行状态实时监控，完成配电数据的信息上行和数据下行双向实时传输。适合的远动通讯终端装置，合适的移动通讯网络规约，能够很好的帮助优化通信软件操作系统和大大降低硬件成本。

(2)确定电器元件的基本配置。开关柜中根据不同的开关终端机和用户实际需求，合理的配置选择各种智能化开关元件也无疑是一个关键。通常基于智能元器件的各种智能化初步选型主要如:基于智能断路器的各种智能化选型模块的初步选择，如rs485接口的优化确定;各种智能家用电力仪表仪器的优化元件配置;还有智能马达控制器的优化选用等等。能够比较好的有效的帮助企业用户最大最可限度的实现优化系统配置，降低安装成本。在能够满足所有功能的稳定前提下即可实现一台智能数控开关柜的功能高可靠性，高性价比，高性能安全化。

(3)强弱电源的分离可以减小无线电磁干扰力的问题。要真正实现开关柜内开关的安全智能化，必须最大限度的尽量减小开关柜内的超强电磁等设备对开关柜内电子元件的电磁影响，降低开关柜内通讯数据传输的局部电磁干扰。保证所有弱电信号传送的设备独立一个通讯传输通道。因此合理的柜型，开关柜的外形尺寸，内部柜体空间布局，各柜体功能结构单元的有效功能分隔，开关柜结构的良好抗震性和防尘、防凝露，和有效的控制降低柜内温升都无疑是一大关键。

四、智能化开关柜优化设计要点

智能开关柜共由控制核心、感应器、传输线路和电源组件等多个部分组成。选取当下最为前端的多中央处理器制式，来处理信息获取模块接收来的各种电路参数、机能数据，按照相关协定传输到基站内部。外接端口搭建多种无线通信组块和联机磁卡。

(1)检测和监控模块。在一个高压电力开关柜内可以放置多个智能开环检测电子单元，借助于多种智能传感器、电子设备以及多种电源接收模组，将多个智能开环检测电子单元组合形成一个智能开环的检测系统，将单元预定检测数值和电源接收器得到的检测数据进行比对，实现对整个高压电力开关柜内的智能检测与自动监控，智能检测电子进入检测单元过程中，传感器将会随机直接采用阿基米德型的双臂微型螺旋控制天线，对广范围之内的电信号进行捕捉与检测，通过这种方式能够最大限度的感知电信号，保证信息收集的全面性与科学性，并将收集到的信息通过一定的技术流程，传递到下单元，进行信息的交互，这是物联网技术智能高压开关柜的关健。

(2)智能模块设计。智能模块主要任务是避免错误操控和辨别线路开合，处理各种可能发生的问题，保障工作人员和设备的安全，提高工作效率。方法为利用CPU预存各种有可能发送的预案，将各种可能发生的要素规制到合理的规程中并备案处理。实现高度耦合化运行工作。对总线、网络接口、电源模块多个层面上进行防电磁干扰设计，防止工作过程中误动作。网络接口的优化设计，使每个智能信号监测控制单元不仅能够将数控监测柜接收到的各种信息资讯通过485总线接口传送连接到每个智能监控开关柜上的IED，同时也使智能信号识别控制单元通过RTLS和RFID两个模块能够识别智能开关柜的所有设备相关信息。经过MCU处理，进行一个相应的控制动作。遵循网络协议与远程服务中心用户进行远程通信，实现远程服务监控管理功能。

(3)数据编程设计。为了保证电路正常工作，避免出现差错，采用首尾互接式流程控制，最大频率的检测器件各项参数的实际情况，最终交由MCPU整理分析，然后发送要实现相应数据的参数，最后清除始数据，既高效又不易发生差错。

作为一个无限循环的信息处理系统，每一次的信息循环都是对高压开关柜状态的一次检测，并将这一检测结果在MCU中进行相应的处理，并将处理后的数据传递到各个控制器，以此来确保整个系统的健康运作。

五、结语

综上所述，随着信息技术的快速进步和发展，智能化开关柜产品的研发已经取得了很大的新成果，不断探索采用新研发技术与新生产工艺，这为未来智能化开关柜产品的不断发展应用提供了广阔的行业市场发展空间。但目前关于开关柜的网络智能化技术还有许多有待不断发展，需要改进的关键地方，比如如何有效保证设备智能化的网络，智能化与开关柜的网络兼容性，设备正常运行时的可靠性。因此，要不断探索积累实践经验对其设计进行优质的故障设计，进一步研究完善在广泛应用于特高压电力开关柜设计过程中可能发现的各种故障设计问题，有效地为其提供我国优质的电力使用能源，提升现代人们对于日常生活所需的电力质量服务水平，促进我国电力行业的快速健康发展。

参考文献
[1]刘增环，李真真.智能开关柜在线监控的研究与应用[J].自动化仪表，2014，35（6）：28-30.
[2]陈金舰. 开关柜结构设计与制造的分析与实践探讨[J]. 现代制造技术与装备，2014（4）：33-34.
[3]豆艳举. 基于DSP的开关柜局部放电在线监测系统的研究与开发[D]. 兰州理工大学，2016．
[4] 梁文滨. 刍议高压开关柜的设计与应用[J]. 中国新技术新产品，2014，2（6）.
[5] 黄晓波. 浅谈10kV高压开关柜结构设计问题探讨[J]. 科技创新导报，2013（20）.