智能化开关柜的发展与应用_张玉泉.docx

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1、 智能化开关柜的发展与应用 张玉泉，张小军，任玉芳 (中国石油玉门油田公司机械厂，甘肃酒泉 735009) 摘要 介绍了智能化开关柜的发展过程及特点，通过实例阐述了采油作业中普遍使用的抽油机智能开关柜的结构和 功能。 关键词 智能 化 开 关 柜 传感器 现 场 总 线 引言 随着配电自动化的发展，传感技术、光纤、微电子技 术、计算机技术及信息技术被广泛应用于配电网络底层的 金属封闭开关柜，因此对开关柜的智能化提出了更高的要 求 不仅具有检测、监控、保护、通信、远程网络监测 等功能，而且能实现感知、记忆、自诊断、自修复等智能 化操作。 1智能化开关柜简介 智能化开关柜是在计算机技术、传感器技术

2、、数据处 理技术等基础上发展起来的新型电器产品。它的发展大致 可以分为以下三个阶段。 (1) 初级智能型 微机保护、个别在线监测功能及 通信。 (2) 基本智能型 电子传感器（电量变化）的应用， 控制、操作集成化 （ 设备层），电动操作，在线监测 .通 信。 (3) 智能型 全面在线监测、统一架构的系统平台 及三层网络集成的通信模式，即变电站层与上级调度中心 通信 .网络层设备间的信息集成和点对点通信，间隔层设 备内部各种 LED的集成。 为此，开关柜的智能化应从以下三个方面考虑。 (1) 开关作为供用电设备 （ 变压器、电机、馈电线等） 的基本控制与保护电器，无论控制、保护对象处于何种工 作

3、状态均能可靠工作。 (2) 应加强对开关柜工作状态的监控（主要是非电量测 试 ）， 以提高其工作可靠性。 (3) 智 能 开 关 柜 是 电 网 运 行 自 动 化 、 工 厂 自 动化 (FA)、 过程控制自动化 （ PA)、 智能大厦等自动化系统的 组成基础 (硬件平台），应保证这些系统的安全、可靠、经 济运行。 2智能化开关柜的特点 与传统开关柜相比，智能化开关柜具有以下特点。 (1) 外形结构。 体积小型化。功能的集成和大规模集成电路的采用 使智能化产品小型化。 结构模块化、标准化。通过 “ 以软带硬 ” 和灵活的 模块组合方式可大大提高智能化开关柜的适应性。根据控 制对象的不同，开关

4、柜分成线路、变压器、电容器、母 联、电机等单元，各单元监测、保护的对象不同，但硬件 形式完全相同并可互换，再配以不同的软件即可构成不同 功能的测控单元，从而减少了备品备件。 设计简单、维护方便。一台具有计量、控制、保 护、通信等功能的智能化单元安装于开关柜上时，仅需少 量电缆即可完成布线工作，且各功能均可通过软件实现， 简化了维护和校验工作。 (2) 感知能力、思维能力（决策能力）和行为能力（执行 能力）。 灵敏、准确地感知并获取周围信息的能力。智能化 开关柜利用传感器和微电子技术对开关柜运行中的电参 量、开关量、非开关量、机械特性、气体压力、温升、开 断电流及动作次数进行自动检测，不仅可提高

5、监测速度与 准确性，而且可以与上位机进行通信，实现远程控制。 处理获取信息的能力及对处理结果的判断能力。要 实现开关柜的智能化，就要将检测、采集到的各种信号与 额定值进行比较，若超出允许误差则发警报或自动关闭， 同时以人机界面方式显示正常运行状态时的各种参数与状 态，并以通信方式与上位机进行数据交换，随时响应上位 机下发的控制命令，驱动执行单元完成对开关柜的操作， 实现开关柜的在线检测与远程的集中控制。 对处理结果的再生信息的实施及有效操作能力。智 能化开关柜多采用电动操作装置，与微机型综合保护测控 装置配合能实现对开关设备的各种操作。该装置主要由手 车电动进出车、电动解 /联锁和电动操作接地

6、开关开合 3 个单元组成。手车电动进出车和电动解 /联锁单元主要由 手车、步进电机及其驱动器、永磁直流电机、进出车及 解 /联锁机构 、传感器等组成，其中永磁直流电机控制进 出车机构实现电动进出手车，步进电机及其驱动器控制 解 /联锁机构实现电动解 /联锁。 收稿日期： 2011-07- 05 作者简介： 张玉泉（ 1979-)，工程师，从事变配电系统专业设计工作。 4 I I 技术 ?1994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 中低压电器 4结束语 智能化

7、开关柜是新一代的机电一体化产品，它融合了 当前迅速发展的多项新技术，特别是现场总线技术在智能 化开关设备中的应用，使原变电站、电厂控制系统的结构 发生很大变化，减少了控制室设备 (甚至取消控制室 ），实 现了真正意义上的遥控、遥测、遥信和遥调功能。 故障，并具有测量、操作控制、诊断保护、报警输出、模 拟量输出及通信等功能。 GPRS远程控制模块配置接人油 田局域网功能的 GPRS SIM卡，并通过客户端所配置的工 具软件为模块设置好服务器所在油田局域网的 IP地址 后，安装在客户端上的软件将自动完成开关柜内硬件设备 的数据采集和调度任务，大大降低了劳动强度，避免了频 繁的人工巡井和经常性的停丼

8、测试，此外还具有专业报表 输出、打印功能。图 1为抽油机智能开关柜示意 图。 3智能化开关柜在现阶段的应用 为了实现各种规模的供配电系统一体化综合监控、管 理，用电管理的无人值守或少人值守，我国很多变、配电 站都致力于开关柜的智能化应用。一方面，为了节约成 本，通过更换元件和改造线路等使传统开关柜满足有限的 智能化要求；另一方面，在新建项目中，将智能化开关柜 作为一种标准配置进行推广。下面介绍一种在采油作业中 普遍使用的抽油机智能开关柜。 抽油机智能开关柜的智能控制系统主要由内部多功能 智能表、智能控制器、电机综合保护器、 GPRS远程控制 模块和外部传感器、油田局域网和客户端等组成。柜体采

9、用严格的防水设计和宽温电路设计，能经受各种恶劣自然 条件考验；其内部硬件采用高集成度的核心模块，集数据 采集、存储、传输于一体，既提升了硬件工作流程的稳定 性，也最大程度减小了柜体体积。其中多功能智能表测控 的数据涵盖完备的冲程、冲次、回压、温度等生产数据和 电流、电压、功率、功率因数等电能数据，根据实时测量 的抽油机数据，可以完全掌握油井工作的真实状况，最大 限度提升产量。智能控制器根据现场传感器采集的数据自 动控制抽油机的工作机制和调整功率因数，还可针 对油井 异常状态，提供丰富、精细的专业诊断和分析。例如，对 油井工作中常见的停电、停机、曲柄销脱离、回压异常、 缺相及电流异常、油井抽空、

10、抽油杆断脱、三相电流不平 衡、皮带断落等均能进行诊断，并及时提供专业的报警信 息，最大限度帮助油井维护人员分析油井出现的异常情 况。电机综合保护器能避免抽油机电机发生短路、堵转、 过载、欠载、缺相 /不平衡、接地 /漏电、过 /欠压及外部 (上接第 3页） 本低、技术简单、经济效益良好。 图 3改造后的开关柜 4结束语 改造后的开关柜运行稳定、操作安全可靠，消除了手 车设计问题造成的人员受伤、设备损坏隐患，而且改造成 参考文献 1 苗红亮，李珂，杨丽娟 .KYN28A-12型高压开关柜接地刀闲 的改造J.科技信息， 2010(20): 59 2 国家电力调度通信中心 .电力系统继电保护技术问答

11、 M. 第 2版 北京：中国电力出版社， 1999 3 谭金超 .谭学知，谢晓丹 .10kV配电工程设计手册 M.北 京：中国电力出版社， 2004 4 DL 408 1991电业安全工作规程 S 5 DL/T 404 2007 3. 6 40. 5kV交流金属封闭开关设备和控 制设备 S 6 苏景军，薛婉瑜 .安全用电 M.北京：中国水利水电出版社 , 2004 ( 编 辑 丘 石 ） 71994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 电工 fiNt |2012| 1期 | 5 http:/