新型电力系统智能装备

新型电力系统智能型全自动开关柜

随着越来越多的风电、太阳能、储能、“车网互动”在配电端接入电网，以及电热气网互联互通，配电网正逐渐成为电力系统的核心，与连接能源生产、转换、消费的关键环节。可以说，未来以电力为核心的区域能源互联网所有要素，包括智能楼宇、智能园区、智慧工厂、智慧城市等都和配电网密切相关。

新型电力系统

配电网是区域能源互联网建设的核心环节，需要进一步提升配电网数字化、智能化水平，引领多能耦合互补、多源聚合互动，培育新业态、创造新价值，从技术、功能、形态上推动配电网向能源互联网转型升级。

一、智能型全自动开关柜发展趋势

传统的电网开关设备通过实现简单自动化的模式，已经无法满足电网行业发展新需求，智能化的电网机器人正成为行业发展的重中之重。智能环网柜开关机器人可以通过集成视觉、状态传感器，准确识别故障，对岗位自主进行跟踪，自动避让人，实现人机协作。

智能环网柜重点解决下面四个技术问题：

（1）高灵敏度小电流故障检测

（2）设备“五防”安全控制

（3）电网节点方向控制

（4）电网电缆分段带电操作

通过对12kV等级的开关柜性能的优化，提高了环网柜的安全操作性能。全自动智能型开关柜因其优异的操控性能，智能化操控优势和逐渐成熟的技术指标成为智能电网建设领域的发展趋势。

智能型全自动环网柜的开关结构与常规环网柜相同，主要包括真空断路器跳闸开关和三工位隔离负荷开关两种。

二、南网设备集成检测技术要求

南方电网确定出四种标准化（成套设备）全自动开关柜型（一次设备）

10kV SF6全绝缘断路器柜（含户外开关箱）自动化成套设备

10kV 常压密封空气绝缘断路器柜（含户外开关箱）自动化成套设备

10kV SF6全绝缘负荷开关柜（含户外开关箱）自动化成套设备

20kV SF6全绝缘真空断路器柜自动化成套设备

南方电网标准化全自动开关柜型（二次设备）

架空型故障指示器

配电自动化馈线终端（FTU）

配电自动化站所终端（DTU）（集中式）

三、新型智能化全自动开关柜设计

智能开关根据安装的位置不同派生出四种柜型，每一种柜型的差异导致柜体在设计和安装时的布置和操作顺序不同，但是在设计开关与安全联锁时都必须满足电力安全工作规范和相关的产品标准。

1、智能环网柜-设计

1）、智能开关柜一次设备主要包括断路器、隔离开关、负荷开关、高压熔断器、避雷器、分支电缆等；

2）、二次设备由电压、电流传感器，测量终端设备。

3）、成套设备是将传统的配电开关分散的元件集成整合为一体。

2、配电自动化站所终端（DTU）按照功能不同分为四种型号

10kV（20kV） SF6全绝缘断路器柜（含户外开关箱）自动化成套设备(出线保护）

10kV（20kV） 常压密封空气绝缘断路器柜（含户外开关箱）自动化成套设备（分段隔离）

10kV（20kV） SF6全绝缘负荷开关柜（含户外开关箱）自动化成套设备（回路联络）

20kV（10kV） SF6全绝缘真空断路器柜自动化成套设备（出口进线保护）

3、智能型配电自动化站所终端

智能终端产品是智能技术的产品化，主要体现在机器学习、安全监控、自动化控制、计算机技术、精密传感技术等的综合应用；对提升电网传统设备的智能化，必定要借势新一代人工智能，赋予传统开关柜设备以更高智慧。新一代智能环网柜产品与装备以知识工程为核心，以自感应、自适应、自学习和自决策为显著特征。

4、全自动成套开关柜必须“五防”安全联锁

根据电力安全五防联锁的相关规定，设计制造了不同柜型联锁操作结构，在自动化操作过程中进行动态对比，设计了四种操控模式，通过大量现场“五防”操控试验和调整，提高智能型全自动环网柜的电气性能。
防止误入带电间隔，即只有电缆隔室不带电且处于接地状态时，工作人员才能打开电缆室门对电缆室进行安装或维护。

电气五防功能是电力生产安全的重要举措之一，其设计原则是：凡是可能引起误操作的电气开关设备，均需安装防误装置和防误电气闭锁回路。

5、智能化环网柜

智能环网柜配备了针对开关电操变位、五防安全控制、误操作干涉、高灵敏性故障监测、后期维护保养、网络动态平衡性及语音导航等智能化功能，可以自行监控环网柜运转状态，并进行自主反馈，从而大幅度提高开关柜运行效率及安全性。

智能环网柜技术产品化可大大改善操作者的作业环境，减轻工作强度，增强操作人员的安全性；提高作业质量和工作效率；一些危险场合或重点施工应用得到解决；提高开关柜的自动化程度及智能化水平，使其环保、节能；通过智能化实现故障状态诊断，提高了设备的可靠性，降低了维护成本，增强了产品的竞争力。

6、智能环网柜在深圳电网中得到应用

新一代智能终端对电网接地故障精准检测，智能环网柜的自适应能了得到验证。小电流故障自感应是对微弱信号的智能感应、感知和识别的技术。故障电流传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足暂态故障信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。自感应是智能环网柜必备的自适应、自学习和自决策的基础。

四、智能设备定义及安装调试:

智能设备是传统电气设备与计算机技术、数据处理技术、控制理论、传感器技术、网络通信技术、电力电子技术等相结合的产物。

1、电气设备一二次融合技术

智能环网柜(intelligentdevice)是指任何一种电网开关设备具有计算处理能力的设备、器械或者机器。智能环网柜的功能必须具备灵敏准确的感知功能、正确的思维与判断功能以及行之有效的执行功能。

2、智能环网柜功能

智能预测：在电网发生间歇性电弧单相接地后，由于最初的电流比较小，小于保护定值变电站检测不到，如果不能被及时发现就会引起更大的故障。

智能环网柜重点解决下面四个技术问题：

（1）高灵敏度小电流故障检测

（2）设备“五防”安全控制

（3）电网节点方向控制

（4）电网电缆分段带电操作

智能运维：智能环网柜是集成了更多传感器的小型化设备。占用空间少安装操作方便，综合设备性能配套齐全（简单、方便）能够有效提升目前配电自动化设备的安全水平

基于一二次融合的智能成套环网开关柜装置技术研究，综合一二次户外结构设计、接口设计、电源设计等，具有良好户外运行特性和推广价值。

3、开关柜分合闸操作主要10项功能。

（1）箱门被打开提示报警；

（2）PT外电电源检测；

（3）柜体气压过低检测报警；

（4）后备电源的蓄电池电压欠压检测闭锁；

（5）故障禁止操作自动闭锁保护；

（6）远方、本地信息按回路转换；

（7）分、合闸电流潮流方向的同向检测；

（8）接地刀检测；

（9）相过流故障检测、接地故障检测

（10）断线/缺相、三相不平衡、相序自动检测。

4、结构设计、定制化制造

（1）优化设备序列，简化设备类型尺寸，规范技术标准，推行功能模块化、接口标准化，提高设备通用性、互换性;同时又保持人工操作习惯的一致性。

（2）兼顾环境协调，采用技术成熟、少(免)维护、具备可扩展功能的设备; 提升设备本体智能化水平成为发展的趋势，（3）推行功能一体化设备;采用先进物联网、现代传感和信息通信等技术，实现设备、通道运行状态及外部环境的在线监测，提高预警能力和信息化水平。

（4）定制化制造：智能环网柜成套设备在传统的手动操作的开关柜在工厂流水线加装使用了人工智能技术、高精度传感器技术，实现自动化设备人机互动的一体化控制，并能实时对设备运行状态、电流参数、电压质量进行采集和实时监控。借助嵌入式算法模拟分析判断，从而实现在制造过程中进行整体下线测试。

5、建设接地故障灵敏检测系统

配电网接地故障的处理面临着小电流接地系统故障选线、高阻、弧光、断线故障诊断与处理等多种技术难题。

对配电网络感应雷击过电压、架空线单相接地故障、地埋电缆弧光接地故障、自恢复瞬时性单相接地故障、重负载启动时引发系统中性点电压振荡、用户配电变压器引起网络跳闸事故等。

接地故障继电保护系统不仅仅是精准跳闸，还可实现消弧、抑制过电压、单相接地选相、选线、故障定位、隔离和自动复归功能于一体的综合接地保护系统。

6、安装调试

（1）借助嵌入式算法模拟分析判断，从而实现电网过程的自动化控制。

（2）实现机械动作和电气控制的一致性

（3）设备即插即用，安装后直接上线运行。

（4）测量终端自带故障显示器

（5）（前期）配网自动化方案配置，开关设备匹配、改造技术咨询，功能与DTU配套结构布局选择、成本性价比分析、

（6）（可行性研究）智能柜结构设计、开关元件功能设计、DTU柜功能组合设计、上下游产品配套、改造模式组合设计、远程操控方法设计、

（7）（技术改造性能升级方案）系统升级调试，改造流程制定、线路结构设计，改造线路连接、电机安全控制，工厂化施工、整机组合调试、

五、智能环网柜系统解决方案

产品方案包括：10-20KV 开关柜自动化成套设备；环网柜自动化升级技术改造；互联网应用及大数据平台开发；开关柜电操遥控安全控制等级提升。

1、分类

配电网智能化成套开关柜按照功能差异主要分为A/B/C/D 4种。

A起到主电缆线路保护的断路器/重合器开关柜；

B主电缆分段用的负荷开关柜，只需要分断正常的负荷电流；

C环网联络开关柜，重点核查双电源合闸对电网的浪涌冲击；

D终端自动对切线路开关柜，可以快速转换供电网络；

这4种开关柜用在自动化配电网络的不同节点上，实现各自的重要功能。

2、技术咨询方案：

柜体结构布局设计、一二次综合布线，电缆网络自动化和架空馈线自动化不同的控制模型及控制技术、开关柜功能标准化适当减少开关柜的种类、故障定位技术、标准化施工流程、软件在线监测、系统安全评价，运行方式及保护整定分析、网格式供电方式电网潮流计算等内容。

3、系统安全评价

1）智能电网开关设备向高性能、小型化发展

2）设备配套应用向新材料，低污染发展。

3）融合多种传感器技术向多功能的组合电气设备发展

4）产品设计模式从单个设备控制向系列成套设备发展

5）开关设备生产厂商从提供单体设备向用户提供整体解决方案方向发展

6）“互联网+”电力装备工业融合创新技术大量研发应用