基于物联网的智能高压开关柜设计探讨

[摘 要]随着物联网技术的飞速发展，高压开关柜设计也发生了历史性的转变，由传统人工设计逐渐向智能化设计靠拢，不仅改善了以往设计的缺陷和不足，也有效的提升了高压开关柜的运行效率，使其更为安全、更为可靠，从而为人们的日常用电提供坚实的保障。本文也会对基于物联网的智能高压开关柜设计进行详细的阐述和探讨，分析其整体构建结构和应用原理，为早日实现其智能化管理目标提供充足的参考。

[关键词]物联网;智能高压开关柜;设计探讨

中图分类号：D148 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）28-0035-01

在输配电系统中，高压开关柜是其最为关键的组成部分，可有效发挥开断和关合电力线路、监测运行电量数据等功效。然而在实际运行过程中，由于相关企业对高压开关柜的运行情况缺乏精准的监测，导致其故障现象越来越频繁。因此，为了保证高压开关柜的安全运行，电力研究人员就必须加大对开关柜设计的分析，采用物联网技术，使其向智能化设计方向迈进，这样才能从根本上提升高压开关柜的运行效率，满足当下配电柜的安装设计要求，为电力系统的可靠性发展创造良好的条件。

一、物联网技术概述

物联网技术是以互联网技术为基础，不断延伸和扩展的新兴科技技术，其主要利用无线射频识别、传感器、全球定位系统等先进传感设备，按照相关协议规定，将需要监控或处理问题的相关信息进行敏锐的分析，然后扩大采集范围，链接电脑、电视、手机等设备，实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理等一系列智能服务。智能高压开关柜的设计通过运用无线射频识别、传感器等物联网技术，不仅提升了其应用价值，使其在保持传统功能的基础上，还能进行智能识别、智能监测和智能控制等工作，从而使智能IE D通过光纤传输就可构建一体化信息平台。

二、智能高压开关柜监测系统的结构设计

智能高压开关柜监测系统主要是由智能开关柜IED、智能监测单元、智能识别单元三种重要的组成元素所构建，其每种元素在具体设计上都有着不同的设计原理，如：

（一）智能开关柜IED设计

智能开关柜IE D设计是近年来一种新兴的科技产物，其是利用现下尤为先进的ARM+DSP双CPU技术来进行设计操作的，主要可接收智能开关柜监测单元所采集到的一些相关数据信息，如：功率、电网频率、电能、局部放电、高压断路器母线、高压开关机械特性等数据。同时，按照相应的规章制度对其安装远程监控软件，实现远距离监测目标，且为了让智能开关柜内部的多种监测单元可以同时进行监测工作，设计人员不仅在其接口部位，扩展了CAN网络接口、RS-485网络接口、RS-232接口、以太网等接口，而且还通过有线传输和无线传输两种模式，使各监测单元与IE D之间可以进行有效的数据通信和控制工作，O大的避免了开关柜内高电压、强电磁辐射以及高频噪声等干扰因素的影响。

（二）智能监测单元

2.1电量监测子单元

电量监测子单元是一种可实时监测的电子软件，主要对母线的电压、电流、有功功率、无功功率、电网频率及电能等元素进行有效的监控。

2.2柜内局部放电监测子单元

局部放电监测子单元是高压开关柜中重要的组成部分，可监测柜体内绝缘特性是否合乎相关输配电要求。其超高频监测系统硬件的设计主要包括：超高频大线传感器、信号调理单元、无线传输模块、电源模块四种元素构成。其中，高频大线传感器的设计材料是以阿基米德双臂螺旋大线为主，因为该材料的监测范围十分之广，可以同时接收到大量的放电信息，有效的降低噪声干扰。

2.3操作机构故障监测子单元

操作机构故障监测子单元的设计可实现两方面监测功能，一方面是监测开关机械性能，另一方面是监测弹簧操作机构的弹簧蓄能时间。其具体监测过程可通过以下三方面去分析：

其一，将同一型号设备的最佳运行参数进行全面的监测，再把监测结果与其运行时的基准数值做对比，通过对比结果就可直接判断出操作机构功能是否存在故障。其二，利用压力传感器去测量电流压力，一旦压力值过大就会自动发出警报，这时，监测子单元就会启动储能泵或锁住操作机构，以便于更好的降低故障几率。其三，可有效监测触头磨损量的参数，看其是否符合相关基准数值，一旦超出或过低，系统都会自动发出报警信号。

（三）智能识别单元

智能识别单元的设计，主要是利用无线射频识别技术对断路器、柜体等设备信息进行识别和判断。射频识别技术的功能是通过所发出的射频信号在进行磁场交换后来达到无接触信息传递目的，然后再通过所传递信息来实现识别功能的一种科技技术。另外，智能识别单元可将多种元素信息进行整合，并使其演变成电子标签的形式，预埋在开关柜设备中，如：断路器、隔离开关、接地开关、母线、电压互感器、电流互感器、柜体等信息，这样就可以对开关柜进行准确定位和跟踪，为其安全运行提供可靠的保障。

三、智能高压开关柜硬件结构设计

（一）控制部分

控制部分设计是由多种组合芯片所构成，如：ARM9芯片、S3C2440A芯片、DSP芯片等，利用CPU控制技术为主要工作原理，同时，还在接口扩展了CAN网络接口、以太网接口、射频识别模块等，这样才能使开关柜免受电磁干扰，保持正常的安全运行。

（二）通信部分

通信部分设计是由多种技术接口所构成，如：以太网接口、 CAN网络接口、RS-485网络接口、RS-232等接口。智能监测单元要想将监测信息传达到智能开关柜IE D，就必须通过CAN总线或485总线才能实现，同时，智能识别单元要想对开关柜信息进行识别和处理，也要经由无线射频模块和MCU处理技术才能进行通信和实现远程监控功能。

（三）系统电源

系统电源设计主要是利用开关电源模块来进行电流量转换，先将220伏交流电压值转换成5伏直流电压值，然后再利用线性稳压芯片将其转换成3.3 伏电压值 ，最后再通过线性调节芯片将其转换为1.5 伏和1.9 伏电压值，这样就可以实现系统电源的多元化使用性能，如：可供CPU工作、通信驭动、液晶屏及信号显示等使用。

四、智能开关柜软件具体操作流程

智能开关柜软件的整体流程具有无限循环操作特点，且每一次循环都会对开关柜运行状态、按键情况及进行实时监测，一旦发现故障;就会将其传送给MCU软件进行处理，从而实现MCU实时输出控制目标，使之准确、有效的发出多种控制信号，最后还要利用DOG计数器来检测开关柜各组成构件的运行参数，看其是否符合相关的设计标准，以便于为设备的安全运行提供可靠的保障。另外， ARM处理器和DSP处理器之间的连接，主要是采用SPI通信方式，因为该技术形式可以保证两者连接的质量，使其更稳定、更快捷、更安全，这样就可以提升智能开关柜的通信功能，为电力设备的运转情况带来有效的保证，一般情况下，由于智能开关柜通信功能都是由ARM处理器所控制，所以在其操作过程中，应将ARM设置为主机，DSP设置为副机。

结束语：

综上所述，智能高压开关柜是一种先进的电力设备，其不仅保持传统的使用功能，而且还具备智能化监测、识别、故障诊断等高科技的应用功效，可全面分析和掌握开关柜的运行情况，并按照相应的协议规定构建一体化的信息平台，减少电磁场对设备的干扰，为日后实现智能变电站提供了良好的创造条件。

参考文献：

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