新型電力系統智能裝備

新型電力系統智能型全自動開關柜

隨著越來越多的風電、太陽能、儲能、“車網互動”在配電端接入電網，以及電熱氣網互聯互通，配電網正逐漸成為電力系統的核心，與連接能源生產、轉換、消費的關鍵環節?？梢哉f，未來以電力為核心的區域能源互聯網所有要素，包括智能樓宇、智能園區、智慧工廠、智慧城市等都和配電網密切相關。

新型電力系統

配電網是區域能源互聯網建設的核心環節，需要進一步提升配電網數字化、智能化水平，引領多能耦合互補、多源聚合互動，培育新業態、創造新價值，從技術、功能、形態上推動配電網向能源互聯網轉型升級。

一、智能型全自動開關柜發展趨勢

傳統的電網開關設備通過實現簡單自動化的模式，已經無法滿足電網行業發展新需求，智能化的電網機器人正成為行業發展的重中之重。智能環網柜開關機器人可以通過集成視覺、狀態傳感器，準確識別故障，對崗位自主進行跟蹤，自動避讓人，實現人機協作。

智能環網柜重點解決下面四個技術問題：

（1）高靈敏度小電流故障檢測

（2）設備“五防”安全控制

（3）電網節點方向控制

（4）電網電纜分段帶電操作

通過對12kV等級的開關柜性能的優化，提高了環網柜的安全操作性能。全自動智能型開關柜因其優異的操控性能，智能化操控優勢和逐漸成熟的技術指標成為智能電網建設領域的發展趨勢。

智能型全自動環網柜的開關結構與常規環網柜相同，主要包括真空斷路器跳閘開關和三工位隔離負荷開關兩種。

二、南網設備集成檢測技術要求

南方電網確定出四種標準化（成套設備）全自動開關柜型（一次設備）

10kV SF6全絕緣斷路器柜（含戶外開關箱）自動化成套設備

10kV 常壓密封空氣絕緣斷路器柜（含戶外開關箱）自動化成套設備

10kV SF6全絕緣負荷開關柜（含戶外開關箱）自動化成套設備

20kV SF6全絕緣真空斷路器柜自動化成套設備

南方電網標準化全自動開關柜型（二次設備）

架空型故障指示器

配電自動化饋線終端（FTU）

配電自動化站所終端（DTU）（集中式）

三、新型智能化全自動開關柜設計

智能開關根據安裝的位置不同派生出四種柜型，每一種柜型的差異導致柜體在設計和安裝時的布置和操作順序不同，但是在設計開關與安全聯鎖時都必須滿足電力安全工作規范和相關的產品標準。

1、智能環網柜-設計

1）、智能開關柜一次設備主要包括斷路器、隔離開關、負荷開關、高壓熔斷器、避雷器、分支電纜等；

2）、二次設備由電壓、電流傳感器，測量終端設備。

3）、成套設備是將傳統的配電開關分散的元件集成整合為一體。

2、配電自動化站所終端（DTU）按照功能不同分為四種型號

10kV（20kV） SF6全絕緣斷路器柜（含戶外開關箱）自動化成套設備(出線保護）

10kV（20kV） 常壓密封空氣絕緣斷路器柜（含戶外開關箱）自動化成套設備（分段隔離）

10kV（20kV） SF6全絕緣負荷開關柜（含戶外開關箱）自動化成套設備（回路聯絡）

20kV（10kV） SF6全絕緣真空斷路器柜自動化成套設備（出口進線保護）

3、智能型配電自動化站所終端

智能終端產品是智能技術的產品化，主要體現在機器學習、安全監控、自動化控制、計算機技術、精密傳感技術等的綜合應用；對提升電網傳統設備的智能化，必定要借勢新一代人工智能，賦予傳統開關柜設備以更高智慧。新一代智能環網柜產品與裝備以知識工程為核心，以自感應、自適應、自學習和自決策為顯著特征。

4、全自動成套開關柜必須“五防”安全聯鎖

根據電力安全五防聯鎖的相關規定，設計制造了不同柜型聯鎖操作結構，在自動化操作過程中進行動態對比，設計了四種操控模式，通過大量現場“五防”操控試驗和調整，提高智能型全自動環網柜的電氣性能。
防止誤入帶電間隔，即只有電纜隔室不帶電且處于接地狀態時，工作人員才能打開電纜室門對電纜室進行安裝或維護。

電氣五防功能是電力生產安全的重要舉措之一，其設計原則是：凡是可能引起誤操作的電氣開關設備，均需安裝防誤裝置和防誤電氣閉鎖回路。

5、智能化環網柜

智能環網柜配備了針對開關電操變位、五防安全控制、誤操作干涉、高靈敏性故障監測、后期維護保養、網絡動態平衡性及語音導航等智能化功能，可以自行監控環網柜運轉狀態，并進行自主反饋，從而大幅度提高開關柜運行效率及安全性。

智能環網柜技術產品化可大大改善操作者的作業環境，減輕工作強度，增強操作人員的安全性；提高作業質量和工作效率；一些危險場合或重點施工應用得到解決；提高開關柜的自動化程度及智能化水平，使其環保、節能；通過智能化實現故障狀態診斷，提高了設備的可靠性，降低了維護成本，增強了產品的競爭力。

6、智能環網柜在深圳電網中得到應用

新一代智能終端對電網接地故障精準檢測，智能環網柜的自適應能了得到驗證。小電流故障自感應是對微弱信號的智能感應、感知和識別的技術。故障電流傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足暫態故障信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。自感應是智能環網柜必備的自適應、自學習和自決策的基礎。

四、智能設備定義及安裝調試:

智能設備是傳統電氣設備與計算機技術、數據處理技術、控制理論、傳感器技術、網絡通信技術、電力電子技術等相結合的產物。

1、電氣設備一二次融合技術

智能環網柜(intelligentdevice)是指任何一種電網開關設備具有計算處理能力的設備、器械或者機器。智能環網柜的功能必須具備靈敏準確的感知功能、正確的思維與判斷功能以及行之有效的執行功能。

2、智能環網柜功能

智能預測：在電網發生間歇性電弧單相接地后，由于最初的電流比較小，小于保護定值變電站檢測不到，如果不能被及時發現就會引起更大的故障。

智能環網柜重點解決下面四個技術問題：

（1）高靈敏度小電流故障檢測

（2）設備“五防”安全控制

（3）電網節點方向控制

（4）電網電纜分段帶電操作

智能運維：智能環網柜是集成了更多傳感器的小型化設備。占用空間少安裝操作方便，綜合設備性能配套齊全（簡單、方便）能夠有效提升目前配電自動化設備的安全水平

基于一二次融合的智能成套環網開關柜裝置技術研究，綜合一二次戶外結構設計、接口設計、電源設計等，具有良好戶外運行特性和推廣價值。

3、開關柜分合閘操作主要10項功能。

（1）箱門被打開提示報警；

（2）PT外電電源檢測；

（3）柜體氣壓過低檢測報警；

（4）后備電源的蓄電池電壓欠壓檢測閉鎖；

（5）故障禁止操作自動閉鎖保護；

（6）遠方、本地信息按回路轉換；

（7）分、合閘電流潮流方向的同向檢測；

（8）接地刀檢測；

（9）相過流故障檢測、接地故障檢測

（10）斷線/缺相、三相不平衡、相序自動檢測。

4、結構設計、定制化制造

（1）優化設備序列，簡化設備類型尺寸，規范技術標準，推行功能模塊化、接口標準化，提高設備通用性、互換性;同時又保持人工操作習慣的一致性。

（2）兼顧環境協調，采用技術成熟、少(免)維護、具備可擴展功能的設備; 提升設備本體智能化水平成為發展的趨勢，（3）推行功能一體化設備;采用先進物聯網、現代傳感和信息通信等技術，實現設備、通道運行狀態及外部環境的在線監測，提高預警能力和信息化水平。

（4）定制化制造：智能環網柜成套設備在傳統的手動操作的開關柜在工廠流水線加裝使用了人工智能技術、高精度傳感器技術，實現自動化設備人機互動的一體化控制，并能實時對設備運行狀態、電流參數、電壓質量進行采集和實時監控。借助嵌入式算法模擬分析判斷，從而實現在制造過程中進行整體下線測試。

5、建設接地故障靈敏檢測系統

配電網接地故障的處理面臨著小電流接地系統故障選線、高阻、弧光、斷線故障診斷與處理等多種技術難題。

對配電網絡感應雷擊過電壓、架空線單相接地故障、地埋電纜弧光接地故障、自恢復瞬時性單相接地故障、重負載啟動時引發系統中性點電壓振蕩、用戶配電變壓器引起網絡跳閘事故等。

接地故障繼電保護系統不僅僅是精準跳閘，還可實現消弧、抑制過電壓、單相接地選相、選線、故障定位、隔離和自動復歸功能于一體的綜合接地保護系統。

6、安裝調試

（1）借助嵌入式算法模擬分析判斷，從而實現電網過程的自動化控制。

（2）實現機械動作和電氣控制的一致性

（3）設備即插即用，安裝后直接上線運行。

（4）測量終端自帶故障顯示器

（5）（前期）配網自動化方案配置，開關設備匹配、改造技術咨詢，功能與DTU配套結構布局選擇、成本性價比分析、

（6）（可行性研究）智能柜結構設計、開關元件功能設計、DTU柜功能組合設計、上下游產品配套、改造模式組合設計、遠程操控方法設計、

（7）（技術改造性能升級方案）系統升級調試，改造流程制定、線路結構設計，改造線路連接、電機安全控制，工廠化施工、整機組合調試、

五、智能環網柜系統解決方案

產品方案包括：10-20KV 開關柜自動化成套設備；環網柜自動化升級技術改造；互聯網應用及大數據平臺開發；開關柜電操遙控安全控制等級提升。

1、分類

配電網智能化成套開關柜按照功能差異主要分為A/B/C/D 4種。

A起到主電纜線路保護的斷路器/重合器開關柜；

B主電纜分段用的負荷開關柜，只需要分斷正常的負荷電流；

C環網聯絡開關柜，重點核查雙電源合閘對電網的浪涌沖擊；

D終端自動對切線路開關柜，可以快速轉換供電網絡；

這4種開關柜用在自動化配電網絡的不同節點上，實現各自的重要功能。

2、技術咨詢方案：

柜體結構布局設計、一二次綜合布線，電纜網絡自動化和架空饋線自動化不同的控制模型及控制技術、開關柜功能標準化適當減少開關柜的種類、故障定位技術、標準化施工流程、軟件在線監測、系統安全評價，運行方式及保護整定分析、網格式供電方式電網潮流計算等內容。

3、系統安全評價

1）智能電網開關設備向高性能、小型化發展

2）設備配套應用向新材料，低污染發展。

3）融合多種傳感器技術向多功能的組合電氣設備發展

4）產品設計模式從單個設備控制向系列成套設備發展

5）開關設備生產廠商從提供單體設備向用戶提供整體解決方案方向發展

6）“互聯網+”電力裝備工業融合創新技術大量研發應用