《电力发展“十三五”规划》提出建设智能电网，促进智能互联，全面提升电力系统的智能化水平。智能电网建设经过近几年的发展，越来越多的智能化电力设备投运到供电系统中，配电系统的电气设备智能控制技术得到较快的发展。

1、智能环网成套开关柜

智能环网柜是将信息技术融合到传统控制器中，以数字化信息的获取、处理、利用和传递为基础，在开放和互联的信息模式基础上，进一步提高电器的性能指标以及自身的可靠性和安全性，同时为智能电网的运行控制提供更加完善和丰富的数字化信息，以提高系统的整体性能。

 

2、智能环网柜上、中、下三层结构设计

（1）实现柜体的一次和二次部分的一体化,实现即插即用的方式。

（2）根据环网柜在线路中所处的位置，区分不同的功能。

（3）必须与先进控制技术结合实现信息交换的准确性。

（4）集故障判断、远程操作、安全控制于一体。

 

一、智能设备基本特征

1、智能硬件及嵌入软件

智能设备通常具有更复杂的硬件结构，包括传感器、微处理器、数据存储、控制和嵌入式操作系统。大多数智能设备都连接到互联网，但并非所有连网设备都是智能的。

智能设备是智能控制系统主要的组成部分，智能配电系统主要的智能设备除了CPU屏、嵌入操作控制系统、智能仪表、智能监控设备、智能显示设备等；而配电系统应用最多的智能设备是智能仪表。

智能仪表带有一路或者多路通信端口，通过通信口与CPU操作系统连接，远程读取仪表内电流值、电压值、无功功率、有功功率、有功电度、无功电度、功率因数、电网频率以及接入仪表开关量输入模块的断路器运行状态等相关参数信息；同时现场终端仪表也可通过通信网络控制仪表继电器输出的闭合与断开来控制断路器的合分闸。

智能环网成套设备的先进传感器元件应用。

1）集成化单一的状态监测功能仪表被综合操控装置取代。

2）网络化开关设备具有总线标准的状态监测和诊断接口，支持远程功能调用。

3）模块化智能开关设备状态监测、诊断和控制所需要的各个功能逐渐模块化，标准化，具有高度的可互换性和可配置性。

4）智能诊断开关设备将具有一定程度的嵌入式诊断和报警能力。

5）将能够实现设备全生命周期数据的管理。

6）具备更多状态监测功能，例如柜体气压、接口局放、电弧光、SF6泄漏等。

7）将发展出一系列的辅助功能，如设备物料管理、设备文档管理、SOE等。

8）本地和远程接口更加丰富：USB,蓝牙,串口，网口。

9）支持本地视频显示和网络视频(图像)服务器功能。

10）与开关设备一次、二次更紧密结合，共同通过系列化测试，保证设备的绝缘、精度和可靠性。

2、通信联网设备

“连网设备”主要是指具有实质功能的设备，该设备连接到互联网以传输数据或被远程控制。术语泛在电力“物联网”是指用于收集和交换数据的连网设备和系统组成的庞大网络。

3、智能设备可以预测故障

智能化是当设备意外发生故障时，就维修和生产力损失而言，可能要付出巨大的代价。安装在机械部件上的物联网传感器可以在任何重大停机之前检测到问题，从而提前解决问题并减少损失。

二、智能制造发展新趋势

1、需求导向、痛点聚焦将指引工业人工智能从理想走入现实

2、工业大数据将成为智能制造和工业互联网发展的核心

3、基于大数据的工业智能将带来更多服务型应用场景

4、设备状态智能管理系统将成为远程运维的新模式

5、工业区块链将服务于数据安全及分布式智能生产网络

6、协作机器人将成为工业机器人的主流发展方向

7、算法的工业智能平台将成为应用场景的重要基石

8、协同将成为工业智能应用产品重要技术路线

9、5G技术将引领工业网络发展

10、智化将成为制造业转型发展的突破口

三、新一代智能环网柜

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。智能开关柜升级了传统开关柜设备配置方式，以智能仪表、智能断路器、智能开关保护器、重合起动器及可编程逻辑控制器（programmable logic controller, PLC）等智能器件组成的配电系统代替传统以主令器件（普通指针仪表、断路器、继电器、接触器、熔断器、热继电器）组成的配电系统。 智能电网技术的基本特征是开关设备的信息化、自动化和和互动化，最终实现电力资源的优化配置。智能环网柜是智能电网设备构成中非常重要的组成部分，为了适应智能电网的需要，同时也是电力设备自身性能提高的要求，发展智能一体化开关设备成为必然趋势。

1、智能仪表

智能仪表带有不同回路数的开关量输入与继电器输出模块，利用仪表的开关量输入模块，可以将断路器的合分闸信号及故障信号接入仪表；将仪表的继电器输出模块串入断路器合分闸回路，可以实现对断路器合分闸的遥控操作。

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

2、智能断路器

配电网线路故障主要是由线路过电压、过电流造成电网保护装置跳闸，供电线路停电是故障的表现形式。

在城市配电网推广智能环网开关柜能够在错综复杂的电网中，快速找到故障发生地点，排除故障及时恢复电网供电。

配电网线路故障时继电保护及安全自动装置迅速分断线路，保护电网设备不被损坏。

过电压、过电流速断保护、单相小电流接地故障保护

(1)相（A、B、C）与接地（N）故障检测

如果配电线路中测量的电流超过故障检测的拾取电平，通过电源侧保护设备检测到无电压（死线），则立即检测故障并在适当时间后判断故障类型（瞬间/临时）。此时，相与接地的拾取电平另行设置。

(2)判定故障方向

进行故障检测时，对于相及接地利用正相序及逆相序因素判定方向。

(3)抵制浪涌

在测量的电流值上应用时间和倍数，如果开关的电源侧和负荷侧为活线时，测量的电流值在浪涌时间以内超过故障检测的拾取电平，但未达到浪涌倍数，则不进行故障检测的功能。此时，相与接地的时间和倍数另行设置。

(4)非接地配电系统的故障检测

中性点非接地配电系统由2条以上的支线构成时，如果发生接地事故，虽然可以根据零序电压（Vo）识别是否发生故障，但由于在非接地配电系统中同样测量到零序电压（Vo），无法识别是哪条支持发生了故障。SZLL-6160DTU终端装置可以接收系统模拟测量值。通过分析上述零序电压和由零序电流互感器测量的零序电流相位关系，可以完美地检测出接地故障检测区域。

(5)保护协助

如果配电线路中发生故障，则与电源侧保护设备合作，如果因电源侧保护设备的切断而检测到无电压（死线），则启动装置的保护功能；用装置算法给出定位故障导致的停电区域。

(6)瞬间电流变化检测

测量的电流值未超过故障检查电平，但与过去测量的电流值相比，如果比瞬间电流变化检测的设置电平（％）高出很多则进行检测的功能。

3、主动线路故障检测

电网智能开关设备;是具有感知线路故障、分析故障原因、本地做出决策、控制开关分合功能的先进电子化装备。

供电线路故障按性质分：大部分属于瞬时故障,小电流接地系统的单相接地故障大约占到总故障率的70%左右。所以判断线路的故障性质，对保护供电设备提高供电安全可靠性至关重要。

瞬时故障与永久故障的电气形态不一样，可以根据故障的电气参数区分瞬时故障和永久故障。

故障指示器(故障信息FI )（FaultInformation）

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。

4、环网逻辑控制

（1）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。

（2）跨线转供电

10KV 线路转供电是指改变供电方向，把用户的供电线路改变，从另外的线路或变电站供电。在进行转供电的时候如果电源是径向的（也就是同方向的）可以直接操作。操作顺序是先断开线路，用户短时间停电也就是负荷侧断电，然后合上电源恢复供电。

智能环网柜可以实现线路的不停电转供电（带电转供电）。如果进行相向电源合闸（双侧线路带电）时，一定要检测双侧线路的电压降在正常范围（10%）以内，电源侧与负荷侧的电压降有很大的差额，大量的循环电流可以流经线路，对冲电流形成浪涌冲击双侧线路设备。由于电源来自不同的线路，相序检测也很有不要，合闸一定要在智能环网柜闭锁操作之前进行，否则操作会被系统自动禁止。同样道理在环网运行模式下，同步检测是随时检测的，在回路系统操作也必须在闭锁开关进行前才能实施操作。

相序的判断根据旋转矢量角的旋转方向确定三相交流电的相序。旋转矢量角的旋转方向通过采集三相实时电压/电流信号，求取电压/电流旋转矢量的相角差，计算一定时间间隔之间的旋转矢量相角差，根据所计算的旋转矢量相角差的符号确定旋转矢量角的旋转方向，旋转矢量角的旋转方向可通过计算在一个市电周期之间的旋转矢量相角差确定，旋转矢量角可根据反三角函数计算，其所处象限值由坐标变换后的两相值的极性判别，相角差经滤波处理或求平均值后可以得到准确稳定的数据，智能化开关柜设备要求适用性强，数据采集精度高分析判定结果准确。

四、智能环网成套设备标准化

智能环网柜整体设计要求基于国际标准和国家颁布的有关标准，坚持统一 技术标准、设计参数规范化的原则，为未来业务发展及设备技术水平的提升奠定良好的基础。

1、智能环网柜的基本性能

智能环网柜基本功能主要包括三个方面：

（1）完成环网转供电线路电压电流方向的感知。

（2）完成开关分合闸安全逻辑控制，对各触点位置状态监测和确认;

（3）快速发现和处理电网故障。

2、智能电网智能环网成套设备发展趋势

（1）智能环网成套设备要具备通用性、免维护、智能化、小型化、操作方便、外观精美、低成本金属封闭开关将向着高可靠性的方向发展。所以，开发新一代智能环网柜应该全工况、免维护、高可靠性、小型化的负荷开关以及环网柜，这样做可实现配电自动化，是环网柜发展的重要方向。

（2）配电网测控保护技术将向广域信息、自适应、可逻辑重组、支持动态在整定的方向发展，以适应多元化电源和灵活供、配电的要求。各种保护、控制技术将进一步与配电一次设备相互渗透、融合，发展为一体化智能设备。智能终端设备：人工智能突破了空间的信息交流限制，而将计算机网络/互联网技术应用到智能化现场终端领域。完全代替了传统上人工现场操作方式，彻底把人工操作的设备技术升级为智能化控制设备。

3、智能环网柜的主要应用

（1）故障判断、报警（大电流系统方式下）

（2）故障切除、隔离（小电流接地模式下）

（3）自动跨线（跨网）合环转供电、实现远程分合闸（合环转供电）操作

（4）各种线路故障在线模拟测试、

（5）设备运行状态自检流程

4、整机调试流程

实施10KV 馈线自动化可以在配网自动化系统里一并完成，实现馈线自动化（自动判断故障—隔离故障）主要有三种方法：

（1）多断路器组合通过各断路器顺序配合隔离故障，这种方式常被称为过电流判断法。

（2）10KV 线路上安装多台分段开关，当故障时断路器跳闸造成线路失压，线路上所有的分段开关全部自动分闸，经过逐步来电合闸的方式，隔离故障区域。这种方式称为电压法。

（3）采用智能环网柜的故障判断功能，直接把故障线路的开关分闸，实现一次定位一次切除故障。这种方法就是结合了电压法和电流法的特点，用智能的方法进行计算判断，所以智能环网柜的故障隔离效率最高。

5、10kV-20kV 智能环网柜建设施工方案

（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。