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發(fā)布時(shí)間：2021-06-21 14:19:39
《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出建設(shè)智能電網(wǎng)，促進(jìn)智能互聯(lián)，全面提升電力系統(tǒng)的智能化水平。智能電網(wǎng)建設(shè)經(jīng)過近幾年的發(fā)展，越來越多的智能化電力設(shè)備投運(yùn)到供電系統(tǒng)中，配電系統(tǒng)的電氣設(shè)備智能控制技術(shù)得到較快的發(fā)展。
1、智能環(huán)網(wǎng)成套開關(guān)柜
智能環(huán)網(wǎng)柜是將信息技術(shù)融合到傳統(tǒng)控制器中，以數(shù)字化信息的獲取、處理、利用和傳遞為基礎(chǔ)，在開放和互聯(lián)的信息模式基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高電器的性能指標(biāo)以及自身的可靠性和安全性，同時(shí)為智能電網(wǎng)的運(yùn)行控制提供更加完善和豐富的數(shù)字化信息，以提高系統(tǒng)的整體性能。
2、智能環(huán)網(wǎng)柜上、中、下三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）實(shí)現(xiàn)柜體的一次和二次部分的一體化,實(shí)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(shí)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。
一、智能設(shè)備基本特征
1、智能硬件及嵌入軟件
智能設(shè)備通常具有更復(fù)雜的硬件結(jié)構(gòu)，包括傳感器、微處理器、數(shù)據(jù)存儲、控制和嵌入式操作系統(tǒng)。大多數(shù)智能設(shè)備都連接到互聯(lián)網(wǎng)，但并非所有連網(wǎng)設(shè)備都是智能的。
智能設(shè)備是智能控制系統(tǒng)主要的組成部分，智能配電系統(tǒng)主要的智能設(shè)備除了CPU屏、嵌入操作控制系統(tǒng)、智能儀表、智能監(jiān)控設(shè)備、智能顯示設(shè)備等；而配電系統(tǒng)應(yīng)用最多的智能設(shè)備是智能儀表。
智能儀表帶有一路或者多路通信端口，通過通信口與CPU操作系統(tǒng)連接，遠(yuǎn)程讀取儀表內(nèi)電流值、電壓值、無功功率、有功功率、有功電度、無功電度、功率因數(shù)、電網(wǎng)頻率以及接入儀表開關(guān)量輸入模塊的斷路器運(yùn)行狀態(tài)等相關(guān)參數(shù)信息；同時(shí)現(xiàn)場終端儀表也可通過通信網(wǎng)絡(luò)控制儀表繼電器輸出的閉合與斷開來控制斷路器的合分閘。
智能環(huán)網(wǎng)成套設(shè)備的先進(jìn)傳感器元件應(yīng)用。
1）集成化單一的狀態(tài)監(jiān)測功能儀表被綜合操控裝置取代。
2）網(wǎng)絡(luò)化開關(guān)設(shè)備具有總線標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)監(jiān)測和診斷接口，支持遠(yuǎn)程功能調(diào)用。
3）模塊化智能開關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、診斷和控制所需要的各個(gè)功能逐漸模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化，具有高度的可互換性和可配置性。
4）智能診斷開關(guān)設(shè)備將具有一定程度的嵌入式診斷和報(bào)警能力。
5）將能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備全生命周期數(shù)據(jù)的管理。
6）具備更多狀態(tài)監(jiān)測功能，例如柜體氣壓、接口局放、電弧光、SF6泄漏等。
7）將發(fā)展出一系列的輔助功能，如設(shè)備物料管理、設(shè)備文檔管理、SOE等。
8）本地和遠(yuǎn)程接口更加豐富：USB,藍(lán)牙,串口，網(wǎng)口。
9）支持本地視頻顯示和網(wǎng)絡(luò)視頻(圖像)服務(wù)器功能。
10）與開關(guān)設(shè)備一次、二次更緊密結(jié)合，共同通過系列化測試，保證設(shè)備的絕緣、精度和可靠性。
2、通信聯(lián)網(wǎng)設(shè)備
“連網(wǎng)設(shè)備”主要是指具有實(shí)質(zhì)功能的設(shè)備，該設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)以傳輸數(shù)據(jù)或被遠(yuǎn)程控制。術(shù)語泛在電力“物聯(lián)網(wǎng)”是指用于收集和交換數(shù)據(jù)的連網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)組成的龐大網(wǎng)絡(luò)。
3、智能設(shè)備可以預(yù)測故障
智能化是當(dāng)設(shè)備意外發(fā)生故障時(shí)，就維修和生產(chǎn)力損失而言，可能要付出巨大的代價(jià)。安裝在機(jī)械部件上的物聯(lián)網(wǎng)傳感器可以在任何重大停機(jī)之前檢測到問題，從而提前解決問題并減少損失。
二、智能制造發(fā)展新趨勢
1、需求導(dǎo)向、痛點(diǎn)聚焦將指引工業(yè)人工智能從理想走入現(xiàn)實(shí)
2、工業(yè)大數(shù)據(jù)將成為智能制造和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的核心
3、基于大數(shù)據(jù)的工業(yè)智能將帶來更多服務(wù)型應(yīng)用場景
4、設(shè)備狀態(tài)智能管理系統(tǒng)將成為遠(yuǎn)程運(yùn)維的新模式
5、工業(yè)區(qū)塊鏈將服務(wù)于數(shù)據(jù)安全及分布式智能生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)
6、協(xié)作機(jī)器人將成為工業(yè)機(jī)器人的主流發(fā)展方向
7、算法的工業(yè)智能平臺將成為應(yīng)用場景的重要基石
8、協(xié)同將成為工業(yè)智能應(yīng)用產(chǎn)品重要技術(shù)路線
9、5G技術(shù)將引領(lǐng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展
10、智化將成為制造業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的突破口
三、新一代智能環(huán)網(wǎng)柜
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。智能開關(guān)柜升級了傳統(tǒng)開關(guān)柜設(shè)備配置方式，以智能儀表、智能斷路器、智能開關(guān)保護(hù)器、重合起動器及可編程邏輯控制器（programmable logic controller, PLC）等智能器件組成的配電系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)以主令器件（普通指針儀表、斷路器、繼電器、接觸器、熔斷器、熱繼電器）組成的配電系統(tǒng)。 智能電網(wǎng)技術(shù)的基本特征是開關(guān)設(shè)備的信息化、自動化和和互動化，最終實(shí)現(xiàn)電力資源的優(yōu)化配置。智能環(huán)網(wǎng)柜是智能電網(wǎng)設(shè)備構(gòu)成中非常重要的組成部分，為了適應(yīng)智能電網(wǎng)的需要，同時(shí)也是電力設(shè)備自身性能提高的要求，發(fā)展智能一體化開關(guān)設(shè)備成為必然趨勢。
1、智能儀表
智能儀表帶有不同回路數(shù)的開關(guān)量輸入與繼電器輸出模塊，利用儀表的開關(guān)量輸入模塊，可以將斷路器的合分閘信號及故障信號接入儀表；將儀表的繼電器輸出模塊串入斷路器合分閘回路，可以實(shí)現(xiàn)對斷路器合分閘的遙控操作。
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(qiáng)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(jì)，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(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行的智能化
2、智能斷路器
配電網(wǎng)線路故障主要是由線路過電壓、過電流造成電網(wǎng)保護(hù)裝置跳閘，供電線路停電是故障的表現(xiàn)形式。
在城市配電網(wǎng)推廣智能環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜能夠在錯綜復(fù)雜的電網(wǎng)中，快速找到故障發(fā)生地點(diǎn)，排除故障及時(shí)恢復(fù)電網(wǎng)供電。
配電網(wǎng)線路故障時(shí)繼電保護(hù)及安全自動裝置迅速分?jǐn)嗑€路，保護(hù)電網(wǎng)設(shè)備不被損壞。
過電壓、過電流速斷保護(hù)、單相小電流接地故障保護(hù)
(1)相（A、B、C）與接地（N）故障檢測
如果配電線路中測量的電流超過故障檢測的拾取電平，通過電源側(cè)保護(hù)設(shè)備檢測到無電壓（死線），則立即檢測故障并在適當(dāng)時(shí)間后判斷故障類型（瞬間/臨時(shí)）。此時(shí)，相與接地的拾取電平另行設(shè)置。
(2)判定故障方向
進(jìn)行故障檢測時(shí)，對于相及接地利用正相序及逆相序因素判定方向。
(3)抵制浪涌
在測量的電流值上應(yīng)用時(shí)間和倍數(shù)，如果開關(guān)的電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)為活線時(shí)，測量的電流值在浪涌時(shí)間以內(nèi)超過故障檢測的拾取電平，但未達(dá)到浪涌倍數(shù)，則不進(jìn)行故障檢測的功能。此時(shí)，相與接地的時(shí)間和倍數(shù)另行設(shè)置。
(4)非接地配電系統(tǒng)的故障檢測
中性點(diǎn)非接地配電系統(tǒng)由2條以上的支線構(gòu)成時(shí)，如果發(fā)生接地事故，雖然可以根據(jù)零序電壓（Vo）識別是否發(fā)生故障，但由于在非接地配電系統(tǒng)中同樣測量到零序電壓（Vo），無法識別是哪條支持發(fā)生了故障。SZLL-6160DTU終端裝置可以接收系統(tǒng)模擬測量值。通過分析上述零序電壓和由零序電流互感器測量的零序電流相位關(guān)系，可以完美地檢測出接地故障檢測區(qū)域。
(5)保護(hù)協(xié)助
如果配電線路中發(fā)生故障，則與電源側(cè)保護(hù)設(shè)備合作，如果因電源側(cè)保護(hù)設(shè)備的切斷而檢測到無電壓（死線），則啟動裝置的保護(hù)功能；用裝置算法給出定位故障導(dǎo)致的停電區(qū)域。
(6)瞬間電流變化檢測
測量的電流值未超過故障檢查電平，但與過去測量的電流值相比，如果比瞬間電流變化檢測的設(shè)置電平（％）高出很多則進(jìn)行檢測的功能。
3、主動線路故障檢測
電網(wǎng)智能開關(guān)設(shè)備;是具有感知線路故障、分析故障原因、本地做出決策、控制開關(guān)分合功能的先進(jìn)電子化裝備。
供電線路故障按性質(zhì)分：大部分屬于瞬時(shí)故障,小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障大約占到總故障率的70%左右。所以判斷線路的故障性質(zhì)，對保護(hù)供電設(shè)備提高供電安全可靠性至關(guān)重要。
瞬時(shí)故障與永久故障的電氣形態(tài)不一樣，可以根據(jù)故障的電氣參數(shù)區(qū)分瞬時(shí)故障和永久故障。
故障指示器(故障信息FI )（FaultInformation）
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)，通過隨機(jī)管理軟件隨時(shí)現(xiàn)場讀取。
（1）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。
（2）發(fā)生瞬時(shí)故障時(shí)，按恢復(fù)按鈕故障指示器信號解除。發(fā)生永久故障時(shí)，按恢復(fù)按鈕也無法解除故障信號。
（3）故障信息包括起始時(shí)間、故障電流大小、結(jié)束時(shí)間、過流的次數(shù)以及故障是瞬時(shí)的還是永久的。
（4）故障信息指示器能夠檢測故障發(fā)生在上級，從而給出正確的故障信息。
（5）檢測故障的回路有檢測電壓、電流的方式和只檢測電流的方式。
4、環(huán)網(wǎng)邏輯控制
（1）自動核相及相位檢測
在回路配網(wǎng)供電系統(tǒng)中會出現(xiàn)回路切換倒閘動作，對相同步檢測很有必要，當(dāng)同步檢測失敗(相角不一致)系統(tǒng)自動閉鎖禁止倒閘操作。終端的檢測功能用于電源與負(fù)荷間的同步檢測。在徑向系統(tǒng)中同步失敗不是什么問題。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，負(fù)荷側(cè)斷電。所以同步檢測是不必要的。但是在回路系統(tǒng)中同步檢測必須在閉鎖開關(guān)前進(jìn)行。如果電源側(cè)與負(fù)荷側(cè)的電壓相量有很大的差，大量的循環(huán)電流可以流經(jīng)線路。設(shè)置范圍為00-80[度]每步10[度]。默認(rèn)值為30[度]。
當(dāng)電源側(cè)電壓(Va)和負(fù)荷側(cè)電壓(Vr)相差高于預(yù)設(shè)值時(shí)，此指示燈變亮。合閘控制前，與同期失敗信息和斷線診斷連鎖。如果是同期失敗，合閘控制命令被禁止。
（2）跨線轉(zhuǎn)供電
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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)，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(yùn)行模式下，同步檢測是隨時(shí)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(shí)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(shí)時(shí)電壓/電流信號，求取電壓/電流旋轉(zhuǎn)矢量的相角差，計(jì)算一定時(shí)間間隔之間的旋轉(zhuǎn)矢量相角差，根據(jù)所計(jì)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(jì)算在一個(gè)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(jì)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(qiáng)，數(shù)據(jù)采集精度高分析判定結(jié)果準(zhǔn)確。
四、智能環(huán)網(wǎng)成套設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化
智能環(huán)網(wǎng)柜整體設(shè)計(jì)要求基于國際標(biāo)準(zhǔn)和國家頒布的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，堅(jiān)持統(tǒng)一 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)參數(shù)規(guī)范化的原則，為未來業(yè)務(wù)發(fā)展及設(shè)備技術(shù)水平的提升奠定良好的基礎(chǔ)。
1、智能環(huán)網(wǎng)柜的基本性能
智能環(huán)網(wǎng)柜基本功能主要包括三個(gè)方面：
（1）完成環(huán)網(wǎng)轉(zhuǎn)供電線路電壓電流方向的感知。
（2）完成開關(guān)分合閘安全邏輯控制，對各觸點(diǎn)位置狀態(tài)監(jiān)測和確認(rèn);
（3）快速發(fā)現(xiàn)和處理電網(wǎng)故障。
2、智能電網(wǎng)智能環(huán)網(wǎng)成套設(shè)備發(fā)展趨勢
（1）智能環(huán)網(wǎng)成套設(shè)備要具備通用性、免維護(hù)、智能化、小型化、操作方便、外觀精美、低成本金屬封閉開關(guān)將向著高可靠性的方向發(fā)展。所以，開發(fā)新一代智能環(huán)網(wǎng)柜應(yīng)該全工況、免維護(hù)、高可靠性、小型化的負(fù)荷開關(guān)以及環(huán)網(wǎng)柜，這樣做可實(shí)現(xiàn)配電自動化，是環(huán)網(wǎng)柜發(fā)展的重要方向。
（2）配電網(wǎng)測控保護(hù)技術(shù)將向廣域信息、自適應(yīng)、可邏輯重組、支持動態(tài)在整定的方向發(fā)展，以適應(yīng)多元化電源和靈活供、配電的要求。各種保護(hù)、控制技術(shù)將進(jìn)一步與配電一次設(shè)備相互滲透、融合，發(fā)展為一體化智能設(shè)備。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(jì)算機(jī)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。
3、智能環(huán)網(wǎng)柜的主要應(yīng)用
（1）故障判斷、報(bào)警（大電流系統(tǒng)方式下）
（2）故障切除、隔離（小電流接地模式下）
（3）自動跨線（跨網(wǎng)）合環(huán)轉(zhuǎn)供電、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程分合閘（合環(huán)轉(zhuǎn)供電）操作
（4）各種線路故障在線模擬測試、
（5）設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)自檢流程
4、整機(jī)調(diào)試流程
實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)，用智能的方法進(jìn)行計(jì)算判斷，所以智能環(huán)網(wǎng)柜的故障隔離效率最高。
5、10kV-20kV 智能環(huán)網(wǎng)柜建設(shè)施工方案
（1）開關(guān)柜智能操控裝置DTU 二次設(shè)備（嵌入式智能終端）是開關(guān)柜自動化成套設(shè)備的核心部件。其中電子控制器是針對當(dāng)前中壓系統(tǒng)開關(guān)柜研制開發(fā)的一種新型、多功能、電操控制機(jī)構(gòu)。
（2）智能化數(shù)字化動態(tài)指示的現(xiàn)場終端信息采集DTU裝置。對傳統(tǒng)裝備進(jìn)行信息化技術(shù)升級改造，就是要把集成了工業(yè)自動化技術(shù)的嵌入式智能控制單元，經(jīng)過增加元器件的技術(shù)改裝，使開關(guān)設(shè)備的電氣性能得到提升，能夠完整的實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動化，系列配套產(chǎn)品提供了可靠的配網(wǎng)自動化設(shè)備設(shè)計(jì)改造的解決方案。
(3)、設(shè)備的兼容性是關(guān)鍵，電子控制器要能夠安全的操控各種類型的開關(guān)設(shè)備。
(4)、開關(guān)柜要從手動操作升級改造成遠(yuǎn)動操作，首先就是加裝電動機(jī)驅(qū)動結(jié)構(gòu)，把人工用搬桿操作轉(zhuǎn)換化為按鈕操作。
