智能环网柜成套设备设计与电控技术

随着电网建设重心由主干网向配网侧转移，配电网建设在“十三五”期间也将迎来新高潮。智能环网柜自动化成套设备能够实现故障定位、故障隔离、负荷监控、线路转供、带电合环转供等技术流程。

实现配电网消除故障后线路自动复电自愈，最基本的就是要有高效的智能化设备。

为了满足智能化电气控制设备的制造和使用要求，必须进行合理的电气控制工艺设计。这些设计包括电气控制柜的结构设计、电气控制柜总体配置图、总接线图设计及各部分的电器装配图与接线图设计。

控制器（controller）是智能化环网柜的核心单元。按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。

一、智能环网柜建设的意义

由于配电网建设对稳定性与可靠性要求的提高，以及对一体化解决方案的需求增大，智能开关设备配套维持快速发展。

未来的配网设备投资肯定是朝着智能化方向发展，集安全、可靠、智能于一体，把城市电网的网架结构和电网智能设备融合成一个整体，提高电网系统架构的高可靠性。

智能化配电网自愈是指配电系统能够及时检测出系统故障、对系统不安全状态进行预警，并进行相应的操作，使其不影响对用户的正常供电或将其影响降至最小。

配网自动化建设需要大量的智能设备，智能设备的使用和制造离不开人，同时又是为了“解放”人，把操作人员从重复的繁重的劳动过程中解脱，用先进的电子设备灵敏的检测电网线路故障，减少人工巡检时间，提高快速复电效率。

二、智能环网柜成套设备设计

城市配电网的自动化管理技术研究是一个长期的艰难的过程。首先，是因为近十年国内经济的快速发展，用电量激增，电力系统的管理任务有所变化。其次，供电企业所承担的社会责任成为企业的历史使命。再次，随着全球信息化进程的加快发展，不断有新技术的出现，为配网的科学化管理提供了多种技术支持。

因此，配网的科学化管理趋向数字化、信息化、自动化方向发展。

数字化电网管理技术是用信息化技术监测开关（分）合闸条件，依据线路运行方式搭接适当联络线路，将分离地区的电网连接起来，间接地使得在不增加过多设备投入的情况下，进行自动化监测，通过“人-机决策系统”远程控制操作，使该地区在运行方式轻微调整下供电容量增加。并且保障配网线路再经历若干年的负荷增长，还能够满足需要，在安全性和可靠性方面仍然能够得到有效的控制。

如何运用配网自动化技术有效提高配网的安全可靠性，将是深圳新能电力开发设计院的一项重要任务。所以从配网的安全可靠性分析入手，由浅入深的展开技术论证，把配网自动化的方案设计工作落实到每一个技术环节，使整个设计过程始终以安全可靠性设计为核心，利用先进的信息技术，提高深圳配网运行管理水平。

电气控制柜的结构设计

1、根据操作需要及控制面板、箱、柜内各种电气部件的尺寸确定电气箱、柜的总体尺寸及结构型式，符合结构基本尺寸与系列；

2根据电气控制柜总体尺寸及结构型式、安装尺寸，设计箱内安装支架，并标出安装孔、安装螺栓及接地螺栓尺寸，同时注明配作方式。

3根据现场安装位置、操作、维修方便等要求，设计电气控制柜的开门方式及型式；

三、智能环网柜故障检测原理

1、电网智能装备是具有感知、分析、推理、决策、控制功能的先进装备，它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成和深度融合，而且是智能电网建设的必不可少的关键装备。

2、装置能够根据采集的电流大小及设置的定值，判别故障电流（单相、相间、接地），据此得出故障信息，并把这些故障量送往配电网控制中心，为故障分析、判断和负荷转移提供依据，并配合配电控制中心，进行故障隔离和非故障区段的供电。故障信号能以遥信形式快速闭锁装置，以故障指示灯点亮报警。然后永久保存在DTU 装置内，通过随机管理软件随时现场读取。

（1）故障信息用于指示故障区段，特别的逻辑能够判断出是瞬时故障还是永久故障，故障指示器就是用信号灯直观快速表明线路故障的类型，是故障信息的可视化标示。

（2）发生瞬时故障时，按恢复按钮故障指示器信号解除。发生永久故障时，按恢复按钮也无法解除故障信号。

（3）故障信息包括起始时间、故障电流大小、结束时间、过流的次数以及故障是瞬时的还是永久的。

（4）故障信息指示器能够检测故障发生在上级，从而给出正确的故障信息。

（5）检测故障的回路有检测电压、电流的方式和只检测电流的方式。

3、配电网三相电发生单相断线的危害

（1）发生单线断线时，线路电容与变压器的空载阻抗也会谐波谐振，同样会引起过电压。变压器轻负荷启动时，涌入的励磁电流包含一系列的谐波，其中的某次谐波会引起线路电容和变压器电抗之间的谐振过电压。使得电流过载，导致线路热力损坏。

（2）、（检测计算难度）设一个定值（60%）为线接地额定电压值的百分比。电压上下限显示也用于断相检测，当线压降到下限时，其电源端和负荷端线路检查为开断。只有当线压上升到上限的时，断线检测才被重新复位。

（3）单相接地故障的危害

10 kV配电线路在实际运行中，经常发生单相接地故障，特别是在雨季、大风和雪等恶劣天气条件下，单相接地故障更是频繁发生，单相接地故障更为频繁。

当发生单相接地故障后，三相电路的对称性受到破坏，故障点就出现明显的不对称，如当A相发生单相接地故障后，A相对地电压变为零，其对地电容被短接，而B相和C相相对地电压升高，对地电容电流相应增大，流过接地点F的电流为所有线路电容电流的总和。

金属性接地：故障相电压为零；非故障相电压等于线电压；

非金属性接地：一相或两相电压低，但不为零；另二相或一相电压高，接近并低于线电压。

完全金属性短路则中性点对地电压上升为相电压），而不接地相的对地电压也会升高（金属性短路升为线电压），但是每相对中性点电压以及相间的线电压保持不变。

发生单相接地后，故障相对地电压降低，非故障两相的相电压升高，但线电压却依然对称，因而不影响对用户的连续供电，系统可运行1～2 h，这也是小电流接地系统的最大优点；但是，若发生单相接地故障后电网长时间运行，会严重影响变电设备和配电网的安全经济运行。

（4）、自动核相及相位检测

在回路配网供电系统中会出现回路切换倒闸动作，对相同步检测很有必要，当同步检测失败(相角不一致)系统自动闭锁禁止倒闸操作。 终端的检测功能用于电源与负荷间的同步检测。在径向系统中同步失败不是什么问题。当开关断开时，负荷侧断电。所以同步检测是不必要的。但是在回路系统中同步检测必须在闭锁开关前进行。如果电源侧与负荷侧的电压相量有很大的差，大量的循环电流可以流经线路。设置范围为00-80[度]每步10[度]。默认值为30[度]。

当电源侧电压(Va)和负荷侧电压(Vr)相差高于预设值时，此指示灯变亮。合闸控制前，与同期失败信息和断线诊断连锁。如果是同期失败，合闸控制命令被禁止。

四、电操安全控制器应用

控制器（controller）是智能化环网柜的核心单元。按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。

1 、控制器的主要功能和作用

（1）控制器需要接收和识别上级命令：控制中心的程序可以向控制器发送多种不同的命令，设备控制器应能接收并识别这些命令。控制器不断向设备各种传感器发送电子查询，并且向上级回复执行结果。

（2）控制器就是控制部件，而外围设备相对控制器来说就是执行部件。控制部件与执行部件的一种联系就是通过控制线。

（3）控制部件通过控制线向执行部件发出各种控制命令。控制部件与执行部件之间的另一种联系就是反馈信息。执行部件通过反馈线向控制部件反映操作情况，以便使得控制部件根据执行部件的状态来下达新的动作命令，也叫做“状态测试”。

（4）控制器根据每个驱动电动机的功能分为：单向控制器和双向控制器。

控制器还需要配备电机恒流控制技术：电机启动扭转电流和动态运行电流匹配一致，提高电机的启动转矩均衡，在机械齿轮故障扭矩增大情况下能对电机和整体设备做安全保护。

所以控制器要具备电流控制元件的合适选择，能够适用于任何一款电机，并且具有相当安全的控制效果，不再需要匹配提高了电动车控制器的普遍适应性，使电动车电机和控制器，不再需要现场的设备匹配，方便安装和使用。

（5）控制器只要自动检测与之相关的接口状态，如外部开关信号等等，一旦出现故障，控制器自动实施保护，充分保证设备的安全，当故障排除后控制器的保护状态会自动恢复。

（6）控制器要具备自动/手动操作功能一体化，根据不同的使用环境进行灵活配置。自动转换开关控制器是一种智能双功能切换系统。控制器的电气联锁配合机械联锁，确保控制器参数的自动调整。

2、安全控制器

SZLL-6160 配电网安全控制器产品，集高效、可靠、安全、灵活、紧凑于一身，能适应各种恶劣的环境。紧凑化、模块化设计能可满足未来开关柜升级改造、扩容的需要。产品其独特的电子化和机械连锁设计、扭矩驱动恒流保护系统，确保操作人员安全，也能及时处理机械传动故障。

（1）控制电路优化

控制回路有开环和闭环的区别。开环控制回路，指输出是根据一个参考量而定，输入和输出量没有直接的关系。而闭环回路则将控制回路的输出再反馈回来作为回路的输入，与该量的设定值或应该的输出值作比较。闭环回路控制又叫反馈控制，是控制系统中最常见的控制方式。

控制回路由:电源,熔断器,控制按钮,工作指示灯,控制继电器线圈等控制主回路运行停止变换的设备及线路。控制辅助回路用来反馈回路信号，常见有行程开关触点。主回路和辅助回路混合在一起时，线路就特别凌乱和复杂。如果能够把主回路的强电流与辅助回路的弱电流区分开，线路会变得清晰简单。开关电操控制器采用单回路反馈控制方法，每一个开关回路所组成的单回路闭合控制系统。特点：结构简单抗扰动能力较强。

（2）方便检修和运维

（3）通用性强适应美标、英标、欧标、国标不同的标准

3、控制器主要功能

（1）、首先将控制器的本地/远程开关搬到本地位置上。

（2）、可以用搬杆/按钮的进行分合闸操作。

（3）、人工分闸后，如果电缆上没有带电，控制器处在解锁位置。

（4）、本回路仍然可以进行搬杆/按钮的分合闸操作及接地刀操作。

（5）、合上接地刀后打开前盖，可检修电缆。

（6）、如果分闸后电缆头上仍带电，控制器上闭锁开关会自动锁定。

（7）、闭锁键锁定后，不能再进行电动分合和接地操作。仍可手工搬杆分合闸操作。

（8）、本间隔的接地刀合不上，前盖锁住不能被打开。

（9）、设备检修完毕，将控制器的闭锁按钮搬回到解锁位置。

（10）、这是就可以进行搬杆/按钮的分合闸操作。

（11）、将控制器的本地远程开关搬回到远程。进入系统远控程序。

4、型号与配置

SZLL-6160 型控制器基本四种型号及功能：

Ⅰ型控制器（普及版6回路）8A 驱动电流 单双向驱动、可控时序

Ⅱ型控制器（升级版）10A电流 双向转–可控精准时序，闭锁按钮锁地刀

Ⅲ型控制器（增强版）5-16A 可控电流 转换信号电平，可调测量电压线路带电系统自动锁地刀

Ⅳ型控制器（智能版）5-16A 可控重合器齿轮扭矩保护可控永磁机构断路器,弹簧机构快速储能 10A-12.5KA 电流检测 电缆带电自锁接地