智能一体化开关柜技术

随着电网基础设施建设和电力能源投入的发展，电气成套设备需求量逐年增加，产品升级换代速度加快，生产设备及加工工艺有了明显改进、电气设备智能化、一二次融合技术、集成一体化等设备性能有了明显的提高。

一次设备是指直接用于生产、输送和分配电能的生产过程的高压电气设备。它包括断路器、隔离开关、自动开关、刀闸开关、电缆母线、输电线路、电力电缆等。由一次设备相互连接，构成配电设备开关或进行其分合闸操作过程的电气设备称为一次设备。也称为无源组件。二次设备是指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的低压电气设备。由二次设备相互连接，构成对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气设备称为二次设备。也称为有源组件。

一、智能化一体化（一二次融合）开关柜技术特点：

成套一体化设备是在工厂生产时就已经用上一、二次融合技术。

具有在配网自动化系统建设中实现即插即用的效果。使得自动化管理的自动告警、应急处置、运行实时监测、维保检验和信息的监察、后台数据的统计分析等功能在加速通信后直接实现。能通过配网SCADA系统监视10kV线路负荷情况及进行遥控操作，因此在主网故障、主网停电、用户接火、故障转供时，较少进行配电网方式调整。配电网自动化系统的“遥测”功能，可对运行方式调整进行准确的计算；结合其“遥控”功能则可对运行方式进行随时的灵活调整。

（1）开关柜智能操控装置DTU 二次设备（嵌入式智能终端）是开关柜自动化成套设备的核心部件。其中电子控制器是针对当前中压系统开关柜研制开发的一种新型、多功能、电操控制机构

（2）智能化数字化动态指示的现场终端信息采集DTU装置。对传统装备进行信息化技术升级改造，就是要把集成了工业自动化技术的嵌入式智能控制单元，经过增加元器件的技术改装，使开关设备的电气性能得到提升，能够完整的实现配网自动化，系列配套产品提供了可靠的配网自动化设备设计改造的解决方案。

（3）设备的兼容性是关键，电子控制器要能够安全的操控各种类型的开关设备。

（4）开关柜要从手动操作升级改造成远动操作，首先就是加装电动机驱动结构，把人工用搬杆操作转换化为按钮操作。

（5）个性化定制方案

定制化高端装备与通用标准装备的区别

高端装备与传统装备的最大区别在于：

传统装备依靠的是传统工艺，技术水平不高，劳动效率不高，劳动强度大。

高端装备依靠的是高新技术优势，最容易取代传统装备。

而传统装备制造业与高端制造业的最大差距在于科技实力，高端制造业对传统制造业予以改造和提升，是制造业发展的必然过程。

高端设备采用定制个性化生产，满足部分设备升级需要。

高端装备的技术特点

高端装备制造是处于制造业价值链的高端环节，具有技术、知识密集，附加值高，成长性好，关键性强，带动性大的特点。高端装备是以强大通用装备制造为基础，由传统型通用设备制造向价值链的高端来进行延伸。

成套非标定制化设备基本特征；

灵活组合的装配形式多变。

应用覆盖面大。

工艺与技术形成综合运用。

组合定制高效率

简单的操作能缩短工作时间，

提供多样化的机器和最优质的服务。

二、智能一体化开关柜技术

（一、二次设备） 融合关键技术也就是常说的一体化·技术。

由于各种电器元件安装位置不同，在构成一个完整的电气控制系统时，就必须划分组件。

1、把功能类似的元件用模块化的形式组合在一起；

(1)尽可能减少组件之间的连线数量，同时把接线关系密切的控制电器置于同一组件中；

(2) 减少电压等级采用统一的供电电压

(3) 可把外形尺寸、功能相近的电器用模块的形式组合在一起；

(4)为了电气控制系统便于检查与调试，把需经常调节、维护和易损元件组合在一起。

2、在划分电气控制柜组件的同时要解决组件之间、电气箱之间以及电气箱与被控制装置之间的连线方式：

电气控制柜各部分及组件之间的接线方式一般应遵循以下原则：

（1）开关电器、控制板的进出线一般采用接线端头或接线鼻子连接，这可按电流大小及进出线数选用不同规格的接线端头或接线鼻子；

（2）电气柜、控制柜、柜(台)之间以及它们与被控制设备之间，采用接线端子排或工业联接器连接；

（3）弱电控制组件、印制电路板组件之间应采用各种类型的标准接插件连接；

（4）电气柜、控制柜、柜(台)内的元件之间的连接，可以借用元件本身的接线端子直接连接；过渡连接线应采用端子排过渡连接，端头应采用相应规格的接线端子处理。

（5）现场采集设备主要是开关分合闸位置触点压力传感器，电压互感器、电流互感器、还有一些辅助信息的触点。

增加电动操作机构，要区分断路器、分断开关、负荷开关不同性能机构。

操作机构模块化，通过完整的交互过程让客户直接参与成套设备的设计和制造过程中，精确定位客户的实际需求，在这个过程中我们依据客户的不同需求数据做出各种样机模板提高了用户的体验。

改造遥信部份：主要是确定开关分合闸位置、接地刀闸位置、电操机构储能、

电机旋转方向技术原则等。

改造遥控部份：回路开关遥控分合闸控制输出。遥控分合闸闭锁控制输出。满足所有开关的不同的应用功能：例如断路器、重合器、进线开关C 型、出线开关F型、负荷开关等五种常用到的开关。

对于智能电网的发展和配网自动化建设进行了一次积极有益的探索。利用线路上手动负荷开关柜，通过对环网柜结构性工艺改进,完成了手动本地操作到远程自动化控制操作的技术升级改造.经过在手动环网柜上加装电操机构、智能电子式电操控制器、取电PT变压器和电缆测量CT等装置，将手动操作的负荷开关柜改造成具备“三遥”功能的配网自动化终端，再将配电网中的关键节点更换为配网自动化终端设备,实现了手动环网柜进行配网自动化技术改造的整体技术方案。

（6）改造方案的重点事项包括：环网柜柜体结构性工艺改进设计;现场取电PT根据环网柜类型专门定制;加装的电子式智能控制器,实现二次控制集成化,将集成了交直流转换后备蓄电池组、安全操作控制器、DTU于一体集成。环网柜在没有单独电源PT 柜的情况下，解决了自动化设备AC220V电源问题。加装的电子式智能控制器集蓄电池、安全操作控制器、DTU于一体，通过复合传感器技术、负荷调度报警控制技术、机械和电气安全控制技术、一体化布线技术及中央集成监控平台技术五大核心关键技术，实现了手动开关柜的技术升级改造，满足了开关柜一体化远程控制的安全可靠性需求。

3、西门子公司SIEMENS 8DJ20智能一体化开关柜示范

SIEMENS 8DJ20 环网柜所有用于电气及机械连接的绝缘套管均焊接在气室上，不采用任何形式密封圈或塑料密封器件，完全保证了整个气室的气密性。温度补偿功能的压力指示装置，完全不受环境气候影响。采用单刀头三位置负荷开关，从机械原理上杜绝了负荷开关在合闸状态下同时操作接地的可能。

西门子公司电力和过程自动化产品家族，以完备的产品系列组合为电气系统提供IT系统等解决方案。西门子致力于提供高可靠性产品,凭借创新工业设计和智能制造技术，借助系统的模块化制造，可以简化整个制造和安装流程,。使效率得到提升。

西门子通过业界最全面的能源管理产品系列提供开放、灵活的解决方案和服务架构：特别是在配电网智能化方面, 推广新型西门子智能电网套件,借助该套件，可实现大批定制解决方案，建设更智能的电网基础设施，以及进一步开发稳定系统，西门子已将信息技术作为业务主驱动。其瞄准物联网、云计算、大数据等技术，集成了目前全球先进的生产管理系统，不断开发出新的商业模式。

（1）、西门子8DJ20开关柜方案是固定的，无法扩展，多用于户外开闭所，电缆分接箱等无需计量的二次配电系统中。适用于各种变电站-包括在极端恶劣的环境条件下，例如：工业环境，潮湿、多沙或粉尘地区，简易的户外变电站。

（2）外形尺寸

西门子8DJ20外形体尺寸长1400mm 宽850mm高1400mm

打开箱门后柜体尺寸长1600mm 高1600mm

（3）西门子8DJH升级过程系统测试

最后施工结束后，要进行全面的系统测试。

现在按照测试系统要求做一个完整的出品出厂前实验。

公共端信息有四项 箱门打开，外电丢失，电池故障，箱体气压低

退开接地刀闸，对转电脑和显示面板

手动分闸信息状态监测

电动分合闸试验

远程遥控试验

工厂化生产效率高，产品质量稳定。

三、配网自动化升级改造综合解决方案。

方案包括：安全控制等级提升、柜体结构布局、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、投入运行后期维护、系统实验性测试、线路故障仿真及实操培训等项内容。

改造任务就是在操作机构上加装驱动电机，由依靠人工用搬杆操作，升级为电动按钮操作。充分利用旧设备进行升级改造，做到一次设备和二次设备紧密结合。

1、智能化一二次融合成套设备使整个输配电系统的保护、控制、监控、测量等集中起来，实现配电网络自动化，为广域监测和诊断系统奠定了基础，确保电力系统的安全、可靠、经济运行。随着计算机技术、数据处理技术、信息传感器技术、通信和数据存储技术、电力电子技术等的发展及各学科间的融合，电气成套设备的智能化、小型化、紧凑设备逐步成为行业发展的一个重要趋势。

电气成套设备应用主要通过3个途径实现。

（1）在以后的增量电网建设中直接安装智能电气成套设备。

（2）将存量运行设备做技术更新改造，增加了电气成套设备智能化水平。

（3）光纤到户

光纤通信具有通信稳定、容量大、速度快等优势，完全具备配电自动化遥测、遥信和遥控‘三遥’的通信要求。电力光纤到户小区可实现用电信息采集。

2、建设经济、高效、可靠的智能电网，离不开现代化先进的通信技术平台。智能电网的供电可靠性又是智能化电气设备的首要条件，进一步优化和完善电力通信网，实现电网运行状态数据传输的数字化。电力光纤到户是提升配网自动化水平和提高供电服务质量而进行的一项基础建设。

3、新投运的智能化配电系统显示出了智能电气设备的魅力。新型的智能化电气设备能够自动对故障点进行定位，自动隔离故障区间，自动化系统停电时间不会超过1分钟就能恢复用户供电。。

4、在不断总结开关柜改造的经验教训的基础上，统一认识克服技术障碍，经过以创新的技术和方法完成了户外开闭所和环网柜的整体升级改造。

改造后电气设备的各项技术指标均满足南方电网《配网自动化建设技术导则》要求。并且实现一次挂网正常运行，各项指标和施工质量达到规划设计要求。

5、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。

6、结构紧凑、标准化布线：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。

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。