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110kV变电站10kV智能开关柜设计

发布时间：2021-07-23T10:17:40.517Z来源：《福光技术》2021年6期作者：罗晓军

[导读]自我设备诊断与故障预警、数据采集分析、故障清除等诸多功能的新型智能电力设备。

鄂尔多斯市神东工程设计有限公司内蒙古鄂尔多斯017209

摘要：神东煤炭集团地处陕、蒙、晋三省区能源富集区，整体产能超过2亿吨，共有变电站43座，90%变电站为已建成多年的变电

站，设备相对老旧，数字化、智能化水平远不能满足当下电网智能化水平要求，现有开关柜不具备自诊断、自动控制功能，变电站配备值

班人员较多，随着神东煤炭集团矿井智能化的不断发展，矿井开始向着智能采煤、井下无人值守方向发展且取得了突破进展，为了满

足日新月异的智能化矿井建设整体需要，矿井供电亦需要向着智能化方向发展，特别是作为矿井主供电源的变电站更需要向着智能化

方向发展，本文就变电站智能开关柜设计予以论述，供相关人员在设计时参考。

关键词：开关柜；智能化；变电站；矿井

引言

神东现运行变电站10kV高压柜，大部分型号为KYN28-12型金属移开式开关柜（亦有小部分XGN2-12型开关柜），此型号开关柜在

变电站使用多年，运行相对稳定、但存在自动化程度不高，如断路器手车不能自动进出；不能监测断路器的性能状态，无断路器自诊断系

统及故障预警系统；断路器手车不能远方遥出及遥入；接地开关不能远方操作，无母线故障预警，无远方可视系统等功能，此类型开关柜

存在操作复杂、变电站需要配备值班人员较多、没有预警等亟待解决的问题，近年来，随着大数据技术、网络通讯技术、数据传输技术以

及电子科学技术的不断进步，越来越多的新技术融入到电力建设领域，尤其是在智能开关柜这种技术应用密集型产品上应用效果非常突

出，体现在当出现隐患在隐患没有发展成故障时，智能开关柜保护能够预警并发出报警信号，根据需要能够迅速动作，实施快速切断，能

够根据大数据做出故障诊断，将故障信息迅速反馈至调度室及相关人员，有利于矿井调度及时监控系统的安全运行状况。智能开关柜在未

来将发展为兼具远程监控保护、自我设备诊断与故障预警、数据采集分析、故障清除等诸多功能的新型智能电力设备。

1开关柜构成及基本结构概述

现开关柜是由覆铝锌板经过机械加工构成的铠装金属封闭开关设备，其主要由四个隔室构成，即断路器手车室、母线室、电缆室、继

电器仪表室，如下图所示。

电路通断元件是其关键部件，承担着接通和断开电路任务，它由接线端子、导电杆、动静触头及灭弧室组成；绝缘支撑元件起着固定

通断元件的作用，并使其带电部分与地绝缘；操动机构起控制通断元件的作用，当操动机构接到合闸或分闸命令时，操动机构动作，经中

间传动机构驱动动触头，实现断路器的合闸或分闸。在实际使用中断路器故障大多发生在操动机构上，比如分合闸弹簧机构卡死、合分闸

线圈故障、储能电机烧毁等。

2.2断路器合分闸线圈状态监测

针对断路器合闸线圈和分闸线圈故障，为了便于提前发现隐患，及时处理，避免造成断路器无法分合闸，本次设计在分合闸线圈回路

分别设置霍尔电流传感器，实时监测分闸线圈和合闸线圈的电流波形，通过与断路器出厂报告的标准波形相比较，判断分合闸线圈的状态

性能，若异常则通过通讯上传至开关柜的智能监控单元，发出警报，以便工作人员及时维护。

2.3脱扣器性能监测

为避免脱扣器功能下降或者异常而产生误动作，本次设计了脱扣器性能监测，由于脱扣器为短时工作、电压驱动型元件，通过监测电

流来监测其性能存在较大的困难，故本次通过设置电压传感器，采集断路器合分闸脱扣器额定电压，并通过与断路器出厂报告标准指标比

较，当存在较大差异时，数据上传至智能诊断系统，系统发出报警信号，提醒运维人员进行维护处理。

2.4储能电机状态监测

高压断路器储能电机在运行时随着使用时间的延长，其内部性能容易老化，尤其对直流电机而言，由于其内部存在电刷和换向器，直

流电源必须通过电刷和换向器进入电枢绕组，在电枢中产生电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋转带动

弹簧储能。电刷的主要成分为石墨，其后端镶有铜制线辫，用来传导电流。实际工作中电刷容易磨损，外加环境因素，如油污、灰尘等进

入电机内，此时容易发生短路、堵转等问题。进而会发生电机烧毁等故障，针对此类问题，本次设计在储能电机回路设置电压传感器对断

路器储能电机进行实时监视。若有电刷磨损、电机内部油污较多等问题时，电压波形