电网建设重心中电气智能装备功能设计

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。工业4.0技术则是利用信息化技术进入智能化时代。

一、智能装备是基于互联网和物联网实现数据流动的自动化。

1、自动化设备（Automation）是指机器设备、系统或过程（生产、管理过程）在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。过去，人们对自动化的理解或者说自动化的功能目标是以机械的动作代替人力操作，自动地完成特定的作业。这实质上是自动化代替人的体力劳动的观点。

2、智能化装备（Intelligence） 核心是用计算机理论实现人工智能是指由现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术汇集而成的针对某一个方面的应用。

智能装备实现系统中人机及整个系统的协调、管理、控制和优化。对信息进行分析、计算、比较、判断、联想、决策；装备具有人工智能和自适应能力，即通过与环境的相互作用，产生相应的决策行为。

3、智能环网柜自动化成套设备能够实现单相接地故障精准检测，馈线故障选线定位、故障区间隔离、负荷监控、线路转供、带电合环转供等技术流程。自动化成套装备核心是机械化和电气化，即机器、设备和仪器能自动地按规定的要求和既定的程序进行生产，人只需要确定控制的要求和程序，不用直接操作。

智能环网柜能够对复杂的数据进行现场处理，智能环网柜故障检测系统就是将具有各种故障数据采集、数据处理、数据分析的能力，能够准确执行指令做出故障性质快速研判。为就是发现故障点提供可靠准确的报警信息。

二、电气智能装备两大功能

1、接地故障快速选线定位

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。

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。 

2、快速完成故障隔离与转供电

快速隔离故障是有控制器安全操作实现。

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。

三、电气智能装备功能设计

1、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。

2、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。

3、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。

4、电气控制柜的结构设计

1）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；

5、故障检测方法设计

智能环网柜故障检测原理

根据中性点接地方法的区别合理配置接地故障检测互感器。

目前中性点主要有一下几种方式；

中性点不接地

中性点经消弧线圈接地

消弧线圈+小电阻接地

小电阻（高阻抗）接地

单相接地故障互感器要适应不同的中性点接地方式。

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。

3）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。

4）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。

5）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。

6）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。

7）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。

6、小电流接地故障选线准确定位必要性

1）、当设备检测到小电流接地故障后，在没有形成更加严重的事故前没有必要立刻跳闸，这样不至于马上中断电网供电，从而提高了连续供电的可靠性。电缆局部放电的能量很小，通常不影响电缆短期的绝缘强度。但是长期存在着局部放电，即可以缓慢损坏绝缘，日积月累，最终导致绝缘击穿。

此外受化学性质决定，交联聚乙烯绝缘的电缆耐局部放电的性能较差，长时间的局部放电会加速其绝缘劣化，最终使其发生故障。

2）、在准确选择出接地故障线路的基础上，实现故障线路自动定位故障信息立即报警，最大程度保留供电区域。

3）、大部分单相接地故障是间歇性弧光接地。弧光接地过电压又称间隙性弧光接地过电压，当中性点非直接接地系统发生单相间隙性弧光接地故障时，由于不稳定的间歇性电弧多次不断的熄灭和重燃，在故障相和非故障相的电感电容回路上会引起高频振荡过电压，非故障相的过电压幅值一般可达3.15～3.5倍相电压，这种过电压是由于系统对地电容上电荷多次不断的积累和重新再分配形成的。

单相弧光接地的过电压瞬时幅值最大可以达到20.4KV。如果弧光接地在接地点造成弧光间隙性反复燃烧。单独依靠零序互感器很难检测出间歇性弧光接地故障。

4）、技术需求痛点和疑问

现有接地故障选线保护主要采用中性点经小电阻接地方式下的零序电流保护或中性点非有效接地方式下的小电流接地选线保护，在面临高阻、间歇性等故障时，仍存在选线准确率差，无法有效隔离故障，存在巨大安全隐患。

寻求解决方案：  提高故障判断准确率，

采用中性点经小电阻接地方式下的零序电流保护

中性点非有效接地方式下的小电流接地选线保护

四、电气智能装备个性化定制

1、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。

2、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。

3、控制器种类

1）控制回路有开环和闭环的区别。

2）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。

3）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。

五、电气智能装备技术发展趋势

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。

10KV电力系统大多是小电流接地系统，当系统中发生单相接地时，不会产生很大的短路电流。故障点电弧经过消弧线圈补偿感抗后可以自行熄灭，熄弧后接地点绝缘可自行恢复，能自动清除单相接地故障。如果间歇性弧光不能熄灭，长期带电运行会造成谐振过电压，产生几倍于正常的过电压，过电压将进一步使线路上的绝缘层绝缘子击穿，造成严重的相间短路事故。不管是哪种情况都必须要对故障点定位，随后尽快安排维修故障点。单相接地故障发生后能维持运行一定时间，因而大大提高了供电可靠性。

配电开关的一二次成套设备的技术研发，是为了更好的规范配网主设备，保障建设过程中一二次同步建设投运，避免后期的改造，对于缩短施工期、提高可靠性及运维效率、简化招标流程等具有重要意义。

中压成套环网设备市场需求越来越大。多数用户开始习惯采用免维护、小型化的SF6负荷开关柜，加装FTU相关的电子化操控装置，基本能够实现了配电房无人值班、环网供电，配电自动化水平大大提高。中小电气制造企业加快研制质量可靠、价格适中的免维护、小型化、成套自动化程度高的开关设备。所以成套环网柜设备免维护、小型化、自动化程度高是成套厂商今后的发展方向。