“三遥”遥测、遥控、遥信的智能环网柜设计解决方案

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智能环网柜：是在传统的电气开关柜手动操作的基础上，应用了先进微机控制芯片自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，主要解决现有开关柜在智能化改造升级过程中，长距离远程自动化控制，直接实现了开关柜建设过程中设备即插即用。与传统手动操作的开关柜相比，主要需对设备操作机构进行升级，增加电压、电流模拟量用的互感器，用光纤连接远方控制中心，实现主站与设备之间的通信，达到对中心城区复杂结构电网的自动化管理。

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一、电网建设、设备技术改造规划

供电网络中连接各区域的配电网络，处在往上连接变电站，往下连着终端用户。所以配网线路上的设备担负起处理线路事故的设备——环网柜应运而生。

在手动操作的环网柜产品上配备智能控制设备，使得现场终端设备性能更先进、更加安全可靠。使智能环网柜能准确探测各种线路的短路和接地故障，实现远程自动化操作。

智能电网分期建设

智能配电网的建设按照逐步实现的功能一般分三步走，也就是习惯上分期建设。

第一期建设主要完成配网自动化的基础建设，实现“三遥”基本功能。

第二期建设一定要在第一期的基础上建立区域配网的数字化模型，可以结合配网GIS图形实现故障的自动定位，运用配网自动化的控制技术快速隔离故障，完善配网自动化的功能。

第三期已经是智能配网的应用阶段，也就是智能化的高级功能应用阶段。通过应用水平的提高实现智能配网的投资价值。

智能环网柜是应用在智能化配电网络中。配电网络的智能化程度取决于智能环网柜的技术水平。

配网自动化建设需要对现有的手动开关进行自动化升级改装，采用“一体化”环网组合开关设备是发展趋势。这种“一体化”设备具有小型化、模块化、集约化、预装式智能化的高安全性的良好性能，在配网自动化系统的运行中效果明显。这种设备是目前国内配网自动化运用上的最先进的智能化设备，对未来配网开关的升级换代有积极的促进和推动示范作用。

智能电网建设需三种智能开关柜

1，对线路进行网格分段的负荷开关柜

2、电网与用户侧接口保护的断路器开关柜

3、用于网格状复杂结构电网的智能环网柜

二、智能化终端研发

智能终端设备：人工智能突破了空间的信息交流限制，而将计算机网络/互联网技术应用到智能化现场终端领域。完全代替了传统上人工现场操作方式，彻底把人工操作的设备技术升级为智能化控制设备。

智能环网柜的主要应用

（1）故障判断、报警

（2）故障切除、隔离

（3）自动转供电、实现远程分合闸操作

（4）在线模拟测试、

（5）设备运行状态自检

配网自动化是智能电网的基础建设，如果还没有实现配网自动化就要建设智能电网，就好像房子的基础还没有开挖，就先把房子的屋顶做好一样，智能电网是顶层设计，是配网自动化的高级应用基础，离开了配网自动化是不可能最终实现智能电网的。

配网自动化的基础是在SCADA 控制系统上实现“三遥”功能，“三遥”功能是在多年实践中总结的宝贵经验。遥测、遥信、遥控三方面是从应用的不同角度出发，各自完善其功能，三者相辅相成彼此互相协调，缺少某一部分都不能完整的实现配网自动化。

SCADA系统的核心功能是监测和控制。

现在先从最基础的线路检测的遥测分析信息需求。目前的配网运行方式是交流三相供电方式，中性点有五种不同的接地方式。这种中性点不接地或小电阻接地方式，与中性点直接接地方式比较，在检测计算上是有一定的区别的。智能环网柜对配网线路的检测重点，按照交流电的基本特性分析。

交流电的基本特性：电压降、频率、向量（初相位）。所以遥测的信息量是依照交流电的特性确定。检测开关柜的每回线路的电压、电流、相位是遥测的基本内容。

遥信的检测也同样重要，运行状态信号决定了远程操控能否准确无误。基本的遥信范围分为三类。

一是公共信息如柜体气压，箱门、后备电源。

二是回路开关状态信息如分合闸、接地、储能状态。

三类是故障信息如相短路故障，断线接地故障。通过遥信和遥测就奠定了故障检测的基础。

三、智能环网柜结构设计

智能环网柜上、中、下三层结构设计

（1）实现柜体的一次和二次部分的一体化,实现即插即用的方式。

（2）根据环网柜在线路中所处的位置，区分不同的功能。

（3）必须与先进控制技术结合实现信息交换的准确性。

（4）集故障判断、远程操作、安全控制于一体。

智能环网柜需要四种不同的开关结构实现智能电网的自动管理。

标准设计开关柜

高度尺寸要求:

根据眼睛的平视高度柜体的高度应在1600mm 左右适宜，高度不合适时操作人员会感到不适。

柜体的宽度是根据回路数决定的，宽度不受限制。

二次设备包括后备电源，电操控制器，FTU终端设备，光纤通信设备及连接电缆，全部密封在一个不锈钢的箱体内。箱体前面开出一个透明的窗口，能直接看到里面设备的各种信号指示灯。

测量CT 、PT 直接安装固定在电缆头上，电缆头之间距离在 15cm 以上，能确保CT 能套进去。

四、设备装配布线

开关柜智能操控装置（智能终端）是成套设备的核心部件，是针对当前中压系统开关柜研制开发的一种新型、多功能、智能化数字化动态指示的现场终端信息采集装置。

智能终端装置能够适用于10KV-20KV户外多种电力开关柜。

开关柜智能操控装置功能强大，它以“一体化“的结构布局配套于开关柜，简化了开关柜的面板设计，美化了面板布局。

具有动态数字指示、带电显示及闭锁、及其控制状态、一次回路电压值电流值显示、远方/就地操作、远程通信等功能，智能装置的安装使用使传统电力开关柜进一步提升了智能化、网络化、数字化，在“互联网+”模式下实现电网运行的智能化。

由于设备结构紧凑、小型化后剩余空间狭小，一定要采用标准化布线、按照设计图纸在工厂定制标准连线：

智能装置是进行整体结构设计、结构选型、材料等方面技术攻关，确保现场安装时有足够的强度和稳定性。

智能一体化开关柜采用欧洲EIB（ElectricalInstallation Bus）（国标GB/Z20965-2007）标准布线方式。

最大的特点是通过单一多芯电缆替代了传统分离的控制电缆和电力电缆，并确保各开关可以互传控制指令，因此总线电缆可以以线型、树型或星型铺设，方便扩容与改装。

电气线路简单，安装方便，易于维护，节省大截面线材消耗量，降低投资成本和维修管理费用，缩短安装工期，提高了投资效益。

立络电气把握住了成套设备的设计和生产方向，将成套设备的智能化、小型化、高安全性和可靠性能集成一体，也就是最终研发出新一代一二设备相融合的电网智能装备。

五、整机调试

实施10KV 馈线自动化可以在配网自动化系统里一并完成，实现馈线自动化（自动判断故障—隔离故障）主要有三种方法：

（1）、多断路器组合通过各断路器顺序配合隔离故障，这种方式常被称为过电流判断法。

（2）、10KV 线路上安装多台分段开关，当故障时断路器跳闸造成线路失压，线路上所有的分段开关全部自动分闸，经过逐步来电合闸的方式，隔离故障区域。这种方式称为电压法。

（3）、采用智能环网柜的故障判断功能，直接把故障线路的开关分闸，实现一次定位一次切除故障。这种方法就是结合了电压法和电流法的特点，用智能的方法进行计算判断，所以智能环网柜的故障隔离效率最高。

六、智能环网柜应用效果

智能环网柜一体化实际上是能够具有设备的自诊断和远方诊断功能，基本的遥控信息是否准确，设备的运行工况信息采集，能够以分布式的监控方式上报到控制中心。遥测、遥控、遥信的结果实现安全可靠地和控制软件相交换，是一个完整“三遥”解决方案。

智能环网柜的转供电应用技术：

10KV 线路转供电是指改变供电方向，把用户的供电线路改变，从另外的线路或变电站供电。在进行转供电的时候如果电源是径向的（也就是同方向的）可以直接操作。操作顺序是先断开线路，用户短时间停电也就是负荷侧断电，然后合上电源恢复供电。

智能环网柜可以实现线路的不停电转供电（带电转供电）。如果进行相向电源合闸（双侧线路带电）时，一定要检测双侧线路的电压降在正常范围（10%）以内，电源侧与负荷侧的电压降有很大的差额，大量的循环电流可以流经线路，对冲电流形成浪涌冲击双侧线路设备。由于电源来自不同的线路，相序检测也很有不要，合闸一定要在智能环网柜闭锁操作之前进行，否则操作会被系统自动禁止。同样道理在环网运行模式下，同步检测是随时检测的，在回路系统操作也必须在闭锁开关进行前才能实施操作。

相序的判断根据旋转矢量角的旋转方向确定三相交流电的相序。旋转矢量角的旋转方向通过采集三相实时电压/电流信号，求取电压/电流旋转矢量的相角差，计算一定时间间隔之间的旋转矢量相角差，根据所计算的旋转矢量相角差的符号确定旋转矢量角的旋转方向，旋转矢量角的旋转方向可通过计算在一个市电周期之间的旋转矢量相角差确定，旋转矢量角可根据反三角函数计算，其所处象限值由坐标变换后的两相值的极性判别，相角差经滤波处理或求平均值后可以得到准确稳定的数据，智能化开关柜设备要求适用性强，数据采集精度高分析判定结果准确。