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發(fā)布時間：2021-06-21 14:19:39
《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出建設智能電網，促進智能互聯(lián)，全面提升電力系統(tǒng)的智能化水平。智能電網建設經過近幾年的發(fā)展，越來越多的智能化電力設備投運到供電系統(tǒng)中，配電系統(tǒng)的電氣設備智能控制技術得到較快的發(fā)展。
1、智能環(huán)網成套開關柜
智能環(huán)網柜是將信息技術融合到傳統(tǒng)控制器中，以數字化信息的獲取、處理、利用和傳遞為基礎，在開放和互聯(lián)的信息模式基礎上，進一步提高電器的性能指標以及自身的可靠性和安全性，同時為智能電網的運行控制提供更加完善和豐富的數字化信息，以提高系統(tǒng)的整體性能。
2、智能環(huán)網柜上、中、下三層結構設計
（1）實現柜體的一次和二次部分的一體化,實現即插即用的方式。
（2）根據環(huán)網柜在線路中所處的位置，區(qū)分不同的功能。
（3）必須與先進控制技術結合實現信息交換的準確性。
（4）集故障判斷、遠程操作、安全控制于一體。
一、智能設備基本特征
1、智能硬件及嵌入軟件
智能設備通常具有更復雜的硬件結構，包括傳感器、微處理器、數據存儲、控制和嵌入式操作系統(tǒng)。大多數智能設備都連接到互聯(lián)網，但并非所有連網設備都是智能的。
智能設備是智能控制系統(tǒng)主要的組成部分，智能配電系統(tǒng)主要的智能設備除了CPU屏、嵌入操作控制系統(tǒng)、智能儀表、智能監(jiān)控設備、智能顯示設備等；而配電系統(tǒng)應用最多的智能設備是智能儀表。
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，遠程讀取儀表內電流值、電壓值、無功功率、有功功率、有功電度、無功電度、功率因數、電網頻率以及接入儀表開關量輸入模塊的斷路器運行狀態(tài)等相關參數信息；同時現場終端儀表也可通過通信網絡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)網成套設備的先進傳感器元件應用。
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）網絡化開關設備具有總線標準的狀態(tài)監(jiān)測和診斷接口，支持遠程功能調用。
3）模塊化智能開關設備狀態(tài)監(jiān)測、診斷和控制所需要的各個功能逐漸模塊化，標準化，具有高度的可互換性和可配置性。
4）智能診斷開關設備將具有一定程度的嵌入式診斷和報警能力。
5）將能夠實現設備全生命周期數據的管理。
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，如設備物料管理、設備文檔管理、SOE等。
8）本地和遠程接口更加豐富：USB,藍牙,串口，網口。
9）支持本地視頻顯示和網絡視頻(圖像)服務器功能。
10）與開關設備一次、二次更緊密結合，共同通過系列化測試，保證設備的絕緣、精度和可靠性。
2、通信聯(lián)網設備
“連網設備”主要是指具有實質功能的設備，該設備連接到互聯(lián)網以傳輸數據或被遠程控制。術語泛在電力“物聯(lián)網”是指用于收集和交換數據的連網設備和系統(tǒng)組成的龐大網絡。
3、智能設備可以預測故障
智能化是當設備意外發(fā)生故障時，就維修和生產力損失而言，可能要付出巨大的代價。安裝在機械部件上的物聯(lián)網傳感器可以在任何重大停機之前檢測到問題，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、需求導向、痛點聚焦將指引工業(yè)人工智能從理想走入現實
2、工業(yè)大數據將成為智能制造和工業(yè)互聯(lián)網發(fā)展的核心
3、基于大數據的工業(yè)智能將帶來更多服務型應用場景
4、設備狀態(tài)智能管理系統(tǒng)將成為遠程運維的新模式
5、工業(yè)區(qū)塊鏈將服務于數據安全及分布式智能生產網絡
6、協(xié)作機器人將成為工業(yè)機器人的主流發(fā)展方向
7、算法的工業(yè)智能平臺將成為應用場景的重要基石
8、協(xié)同將成為工業(yè)智能應用產品重要技術路線
9、5G技術將引領工業(yè)網絡發(fā)展
10、智化將成為制造業(yè)轉型發(fā)展的突破口
三、新一代智能環(huán)網柜
智能裝備是具有感知、分析、推理、決策、控制功能的先進裝備，它是先進制造技術、信息技術和智能技術的集成和深度融合，而且是智能電網建設的必不可少的關鍵裝備。智能開關柜升級了傳統(tǒng)開關柜設備配置方式，以智能儀表、智能斷路器、智能開關保護器、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)。 智能電網技術的基本特征是開關設備的信息化、自動化和和互動化，最終實現電力資源的優(yōu)化配置。智能環(huán)網柜是智能電網設備構成中非常重要的組成部分，為了適應智能電網的需要，同時也是電力設備自身性能提高的要求，發(fā)展智能一體化開關設備成為必然趨勢。
1、智能儀表
智能儀表帶有不同回路數的開關量輸入與繼電器輸出模塊，利用儀表的開關量輸入模塊，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，可以實現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戶外多種電力開關柜。
開關柜智能操控裝置功能強大，它以“一體化“的結構布局配套于開關柜，簡化了開關柜的面板設計，美化了面板布局。
具有動態(tài)數字指示、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、遠方/就地操作、遠程通信等功能，智能裝置的安裝使用使傳統(tǒng)電力開關柜進一步提升了智能化、網絡化、數字化，在“互聯(lián)網+”模式下實現電網運行的智能化
2、智能斷路器
配電網線路故障主要是由線路過電壓、過電流造成電網保護裝置跳閘，供電線路停電是故障的表現形式。
在城市配電網推廣智能環(huán)網開關柜能夠在錯綜復雜的電網中，快速找到故障發(fā)生地點，排除故障及時恢復電網供電。
配電網線路故障時繼電保護及安全自動裝置迅速分斷線路，保護電網設備不被損壞。
過電壓、過電流速斷保護、單相小電流接地故障保護
(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，通過電源側保護設備檢測到無電壓（死線），則立即檢測故障并在適當時間后判斷故障類型（瞬間/臨時）。此時，相與接地的拾取電平另行設置。
(2)判定故障方向
進行故障檢測時，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用時間和倍數，如果開關的電源側和負荷側為活線時，測量的電流值在浪涌時間以內超過故障檢測的拾取電平，但未達到浪涌倍數，則不進行故障檢測的功能。此時，相與接地的時間和倍數另行設置。
(4)非接地配電系統(tǒng)的故障檢測
中性點非接地配電系統(tǒng)由2條以上的支線構成時，如果發(fā)生接地事故，雖然可以根據零序電壓（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系，可以完美地檢測出接地故障檢測區(qū)域。
(5)保護協(xié)助
如果配電線路中發(fā)生故障，則與電源側保護設備合作，如果因電源側保護設備的切斷而檢測到無電壓（死線），則啟動裝置的保護功能；用裝置算法給出定位故障導致的停電區(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置電平（％）高出很多則進行檢測的功能。
3、主動線路故障檢測
電網智能開關設備;是具有感知線路故障、分析故障原因、本地做出決策、控制開關分合功能的先進電子化裝備。
供電線路故障按性質分：大部分屬于瞬時故障,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，對保護供電設備提高供電安全可靠性至關重要。
瞬時故障與永久故障的電氣形態(tài)不一樣，可以根據故障的電氣參數區(qū)分瞬時故障和永久故障。
故障指示器(故障信息FI )（FaultInformation）
裝置能夠根據采集的電流大小及設置的定值，判別故障電流（單相、相間、接地），據此得出故障信息，并把這些故障量送往配電網控制中心，為故障分析、判斷和負荷轉移提供依據，并配合配電控制中心，進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，以故障指示燈點亮報警。然后永久保存在DTU 裝置內，通過隨機管理軟件隨時現場讀取。
（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示。
（2）發(fā)生瞬時故障時，按恢復按鈕故障指示器信號解除。發(fā)生永久故障時，按恢復按鈕也無法解除故障信號。
（3）故障信息包括起始時間、故障電流大小、結束時間、過流的次數以及故障是瞬時的還是永久的。
（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)網邏輯控制
（1）自動核相及相位檢測
在回路配網供電系統(tǒng)中會出現回路切換倒閘動作，對相同步檢測很有必要，當同步檢測失敗(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。當開關斷開時，負荷側斷電。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前進行。如果電源側與負荷側的電壓相量有很大的差，大量的循環(huán)電流可以流經線路。設置范圍為00-80[度]每步10[度]。默認值為30[度]。
當電源側電壓(Va)和負荷側電壓(Vr)相差高于預設值時，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）跨線轉供電
10KV 線路轉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。在進行轉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荷側斷電，然后合上電源恢復供電。
智能環(huán)網柜可以實現線路的不停電轉供電（帶電轉供電）。如果進行相向電源合閘（雙側線路帶電）時，一定要檢測雙側線路的電壓降在正常范圍（10%）以內，電源側與負荷側的電壓降有很大的差額，大量的循環(huán)電流可以流經線路，對沖電流形成浪涌沖擊雙側線路設備。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)網柜閉鎖操作之前進行，否則操作會被系統(tǒng)自動禁止。同樣道理在環(huán)網運行模式下，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進行前才能實施操作。
相序的判斷根據旋轉矢量角的旋轉方向確定三相交流電的相序。旋轉矢量角的旋轉方向通過采集三相實時電壓/電流信號，求取電壓/電流旋轉矢量的相角差，計算一定時間間隔之間的旋轉矢量相角差，根據所計算的旋轉矢量相角差的符號確定旋轉矢量角的旋轉方向，旋轉矢量角的旋轉方向可通過計算在一個市電周期之間的旋轉矢量相角差確定，旋轉矢量角可根據反三角函數計算，其所處象限值由坐標變換后的兩相值的極性判別，相角差經濾波處理或求平均值后可以得到準確穩(wěn)定的數據，智能化開關柜設備要求適用性強，數據采集精度高分析判定結果準確。
四、智能環(huán)網成套設備標準化
智能環(huán)網柜整體設計要求基于國際標準和國家頒布的有關標準，堅持統(tǒng)一 技術標準、設計參數規(guī)范化的原則，為未來業(yè)務發(fā)展及設備技術水平的提升奠定良好的基礎。
1、智能環(huán)網柜的基本性能
智能環(huán)網柜基本功能主要包括三個方面：
（1）完成環(huán)網轉供電線路電壓電流方向的感知。
（2）完成開關分合閘安全邏輯控制，對各觸點位置狀態(tài)監(jiān)測和確認;
（3）快速發(fā)現和處理電網故障。
2、智能電網智能環(huán)網成套設備發(fā)展趨勢
（1）智能環(huán)網成套設備要具備通用性、免維護、智能化、小型化、操作方便、外觀精美、低成本金屬封閉開關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)網柜應該全工況、免維護、高可靠性、小型化的負荷開關以及環(huán)網柜，這樣做可實現配電自動化，是環(huán)網柜發(fā)展的重要方向。
（2）配電網測控保護技術將向廣域信息、自適應、可邏輯重組、支持動態(tài)在整定的方向發(fā)展，以適應多元化電源和靈活供、配電的要求。各種保護、控制技術將進一步與配電一次設備相互滲透、融合，發(fā)展為一體化智能設備。智能終端設備：人工智能突破了空間的信息交流限制，而將計算機網絡/互聯(lián)網技術應用到智能化現場終端領域。完全代替了傳統(tǒng)上人工現場操作方式，徹底把人工操作的設備技術升級為智能化控制設備。
3、智能環(huán)網柜的主要應用
（1）故障判斷、報警（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）合環(huán)轉供電、實現遠程分合閘（合環(huán)轉供電）操作
（4）各種線路故障在線模擬測試、
（5）設備運行狀態(tài)自檢流程
4、整機調試流程
實施10KV 饋線自動化可以在配網自動化系統(tǒng)里一并完成，實現饋線自動化（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，當故障時斷路器跳閘造成線路失壓，線路上所有的分段開關全部自動分閘，經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)網柜的故障判斷功能，直接把故障線路的開關分閘，實現一次定位一次切除故障。這種方法就是結合了電壓法和電流法的特點，用智能的方法進行計算判斷，所以智能環(huán)網柜的故障隔離效率最高。
5、10kV-20kV 智能環(huán)網柜建設施工方案
（1）開關柜智能操控裝置DTU 二次設備（嵌入式智能終端）是開關柜自動化成套設備的核心部件。其中電子控制器是針對當前中壓系統(tǒng)開關柜研制開發(fā)的一種新型、多功能、電操控制機構。
（2）智能化數字化動態(tài)指示的現場終端信息采集DTU裝置。對傳統(tǒng)裝備進行信息化技術升級改造，就是要把集成了工業(yè)自動化技術的嵌入式智能控制單元，經過增加元器件的技術改裝，使開關設備的電氣性能得到提升，能夠完整的實現配網自動化，系列配套產品提供了可靠的配網自動化設備設計改造的解決方案。
(3)、設備的兼容性是關鍵，電子控制器要能夠安全的操控各種類型的開關設備。
(4)、開關柜要從手動操作升級改造成遠動操作，首先就是加裝電動機驅動結構，把人工用搬桿操作轉換化為按鈕操作。
