10kV开关柜电气设计及智能化改进方法

10kV开关柜电气设计及智能化改进方法

左一闯

石家庄科林电气设备有限公司

摘 要：为解决10kV开关柜安全防护不足、电力控制智能化设计不足的问题，本文从 10kV开关柜的电气设计入手，提出多个10kV开关柜智能化改进思路，以提升10kV开关柜的性能，打造更加智能、安全、稳定的10kV开关柜系统。

关键词：10kV开关柜；电气设计；智能化；改进方法

前言

开关柜在电力系统发电、输电、配电等方面起着不可替代的作用，外线先进入开关柜控制主开关，再控制分控开关进行针对性设置，包含仪表、电动机和交流仪器等。在实际的运行中，开关柜子存在接触不良、设计不足等问题，进而降低防护控制性能，为了更好地发挥10kV开关柜系统的作用，避免绝缘、控制失效等问题的出现，提升用户用电服务质量，要借助传感技术、控制技术、数据分析技术等，在专业知识和经验的加持下，掌握10kV开关柜系统运行情况，了解隐藏风险，促使10kV开关柜系统安全稳定地运行。

1 10kV开关柜电气设计与结构

1.1开关柜总体结构

开关柜的结构主要由电器元件和柜体构成，电器元件油断路器、接地开关等，柜体通过接地钢板分割成为两部分，一部分是母线室，另一部分是手车室。在进行10kV开关柜结构的总体设计中，要结合开关柜的正常运行情况，同时也要动态化监测其工作展开情况，需要监测开关柜的使用环境条件，并了解相关设备的应用成本，才能确保其设计的合理性。在设计10kV开关柜时，要动态化的监测设备的运行是否平稳，实现其设备的稳定控制，如在设计元器件时，要检测设备环境，只有确保设计环境满足基本条件，才能降低设计成本，保证设备设计的合理性。

1.2 开关柜外壳设计

10kV开关柜的外壳要对内部结构进行保护，所以其材质、规格要符合一定的强度需求，进而保证整体的稳定性。外壳设计主要包含以下要点，第一，门板和盖板结构材质要选择金属材料，防护等级要与外壳防护等级一致；第二，观察窗的设计也要和外壳等级相同，选择有足够强度的耐火透明材质；第三，通风窗要使用网状编织结构，确保足够的通风性，排风口的位置要设计在合理处，不能影响设备的运行；第四，在完成外壳设计后，要做好防锈和涂层设计，才能保证设备性能[1]。

1.3 开关柜的隔板设计

10kV开关柜隔板多是金属材质，与开关柜的外壳强度相同，做好接地，如果绝缘板和高压带导体之间的距离大于三厘米，要使用移动绝缘板。断开开关后，才能闭合接地开关，然后插入绝缘隔板，开关柜柜门能正常关闭或者打开。

1.4 一次电路的设计

10kV的供电系统比较特殊，为中性点不接地式，在电路设计中应采取中性点经消弧线圈接电方式，电气元件的性能直接影响10kV开关柜的运行，因此在选择电气元件时要选择性能稳的，当然也要参考开关柜子的整体结构，确保各个元件安装设计的便利性以及后期保养的便利性，重点还是要对电气元件的尺寸、规格、性能尺寸进行合理设计。

1.5 二次电路的设计

开关柜子的二次回路设计，主要是对计量表、继电器、控制开关等元件的组合设计，因此可以对不同的电器元件进行分类，通过功能分类，可以将二次回路的设计分成控制回路、计量回路、信号回路等，按照电流类型可以分为交流电压、直流和电流回路。设计过程中要结合配线截面进行二次回路的设计：第一，测量表计量回路导线的截面要大于2.5平方毫米，二次电流大小要控制在5安培以内；第二，选择继电保护导线时，要结合电流感应器的性能，尽量控制误差，一般误差不能超过10%；第三，结合机械强度选择电缆线，并合理电缆线的铜线横截面。

2 10kV开关柜电气设计及智能化改进策略

为提升10kV开关柜的性能，提升用户的服务水平，构建稳定的电力系统，要动态化地监测开关柜的使用情况，提升其智能化水平，因此要对10kV开关柜进行智能化设计，通过智能化改进，可以提升10kV开关柜的性能，以及智能化控制，因此需要针对10kV开关柜的电气设计进行智能化改进，本次主要改进的内容包括：第一，改造VD4，将断路器改造成智能断路器，实现自动控温，运行环境温度自动监测、二次元件自动监测、断路器性能自动化监测；第二，改造电动操作，给断路器手车、接地开关等增加自动操作功能，实现手车自动运行、接地开关自动合分的控制；第三，在断电器可视化的基础上，建立电气元件健康管理平台，通过收集各种电器元件的运行数据，对整个10kV开关柜系统的性能进行监测诊断，实现电气设备的在线评估、检测、问题预警，通过前瞻性的预测监测，对设备提供动态化的管理和监测。

2.1改进设备可靠性

在10kV开关柜的检修过程中，为提升检修效率，精准定位故障位置，可以利用智能化故障定位技术精准定位故障，同时实现故障范围的隔离，避免故障影响的扩大。借助这一自动化网络系统，实现10kV开关柜的远程动态监测，提升了开关柜的管理效率，也让设备的可靠性更高，降低了整体的运行效率。

2.2改进自动化电动操作

为提升10kV开关柜的性能，促进部分电动操作的智能化，增加智能控制系统，实现自动化电动操作，主要可以对断路器手车增加电动操作。为断路器手车增加电动控制功能是为其更换电动底盘，实现短路手车运行智能化，主要是对电动底盘、电机驱动模块进行改造，通过电动和手动两套操作系统，可以结合需求进行切换，满足了因为实际需求变化而带来的问题，避免了无效操作和违规操作，实现了远程操作，有效提升了设备的运行水平。

2.3在线监测和自动诊断技术

要实现10kV开关柜电气操作的智能化，可以应用在线监测技术和自动化诊断技术。在线监测技术可以动态化地监测10kV开关柜电气设备的运行情况，监测软件可以安装在应开关柜的低压室中，结合相匹配的传感器实现在线监测，主要有四个监测模块：第一，MT585智能模块，可以与上位机进行通信，同时也可以连接传感器，结合内置电源管理功能，实现下游传感器供电，并且可以连接MP58进，该模块保留了原有的通信协议和无线频段，可以向下兼容，其中新功能温升比较算法更智能，时间记录功能也为后期的管理提供了信息；第二，新增的MB585可选扩展模块可以监测五防在线联锁情况；第三，升级的传感器和电机驱动模块，可以智能控制合分闸线圈、储能电机，同时还可以智能控制地刀和手车，当然其优秀的保护功能也十分突出，新增的电流录波和事件记录功能，为异常问题的处理提供了参考；第四，MP58人机交互功能可以提供更人性化的用户服务[2]。

2.4改进配电系统

升级改造配电系统，确保配电系统的智能化设计可以让用电控制更智慧。主要体现在数字化管理和智慧管理上，在具体的设计过程中，可用IEC61850技术，通过数字化连接、 GOOSE智能选跳，对整个电路系统进行故障精准定位，并确保快速供电，这一过程中，对母线、变压器、数字化弧光进行保护，实现10kV开关柜系统的全面保护。智慧运维功能，智慧运维功能可以对设备运行、设备性能情况、数据、台账等进行管理，其中设备运行管理系统可以将元件信息传到数据库，用户连接网络后，可以在手机端获取数据信息，从而实现数据设备信息的汇总。

3 结 语

综上所述，在信息化技术的支撑下，智能化已经是10kV开关柜系统发展的主要方向，在开关柜设计中，应该重视智能设备的应用，结合电网发展需求，对系统进行智能改造，才能实现10kV开关柜的智能化作业。

[1]薛文生.10kV开关柜电气设计及智能化改进对策[J].新型工业化，2022,12(12):273-276.

[2]杨金城.10kV开关柜电气设计及智能化改进方法探析[J].中国新技术新产品,2021(17):100-102.