许继电气智能中压开关有限公司 张 峰

当前，电力系统的使用越来越普遍，在科技迅速发展的当下，其自动化发展有了新的要求。为了促进电力系统的自动化，应加强开关设备中智能化技术的应用。智能化开关可以说是未来发展的趋势所在，利用智能化技术控制开关，能够有效促进开关设备的稳定性，同时加强对开关的控制，降低使用成本。在智能化技术之下，开关设备的使用转变为状态监测，一方面能促使工作人员及时发现开关中存在的问题，另一方面能够有效促进电力系统智能化。

1 智能化开关概述

随着信息技术的快速发展，智能化这一概念被引入到人们的生活工作之中。开关智能化可以说是未来发展的必然趋势。对于现代居民来讲，电力系统使用越来越广泛，且在信息化发展的当下，电力系统使用越来越可靠，同时具有了更多的自动化。而开关作为各项电力系统的主要控制元件，还需不断加强其智能化，以便更好的操控电力系统的相关工作。所谓智能开关，则是将相应的计算机技术、电子技术、传感器、开关制造技术等等全面结合，最终保证开关具有一定的智能化，一般来讲，智能开关比之传统开关使用更加便捷，其性能更强，且更加可靠。此外，智能开关能够对自身运行情况进行实时监测，智能化开关的使用进一步促进了电力发展，同时为我国居民带来了更多便利[1]。

2 智能化技术在开关设备制造使用中的特点与功能

智能化开关与传统开关相比更加方便可靠，不仅具有着传统开关所拥有的功能，还有着较多智能化特色。

2.1 开关工作状态的在线监测与诊断

智能开关所拥有的监测功能能够对开关设备运行过程中各项性能进行监测，其中包括磁性能、温度、电性能等，对相关因素进行分析监测，能够有效对其状态进行评估，确保在第一时间发现开关设备中存在的问题，合理安排检修工作。

2.2 开关设备的智能控制功能

该功能可有效实现对开关的操控，保证开关设备在最合适的状态之下开断，同时能够自动实现合闸、分闸等操作，智能控制有效促进了操控的便捷以及合理性，保证其能够按照相应程序对开关进行控制。

2.3 开关设备的智能操动功能

该功能的实现还需在机械储能转变为电容储能的条件下进行，同时还需转变原本的机械传动变，将其变为变频器，保证其能够通过电机直接驱动相关设备。在这一基础下，开关设备的相关部件得到有效减少，最终只剩下开关分合闸，智能操动功能的实现，有效加强了开关设备的可靠性。

2.4 开关设备的数字化通信接口

数字化通信接口的存在主要是为了传输相关信息，如开关位置、设备运行状态以及开断命令等。通过这一接口设备能够有效将信息传递给终端，以此对开关进行操控。再者开关设备相关信息能够及时传递给相关工作人员，保证在发生问题的情况下能够及时发现且及时解决。此外，接口处一般会存在着传感器设备，相关传感器分为两种，一种为有电量的，另一种则是非电量的。非电量传感器往往用于对开关的温度、湿度等数据进行监控，同时对电气进行在线诊断，在能够确定电气状态正常时对其进行操控。若是传感器数据异常，则需报警闭锁相关设备，对开关进行检修。这一过程之中所涉及的保护与控制算法往往不是简单的反时限动作，而是将当前数据与以往的数据进行比对，最终采用较为先进的保护措施进行“智能操作”[2]。

3 智能化开关工作原理

将开关设备智能化过程中涉及的部件主要有设备本体、传感器以及部分零部件，对这一设备进行使用能够有效促进开关控制的信息化，同时保证操作可视化。在使用过程中，开关设备以及设备所涉及到的监测、控制等智能性能被整体称之为智能组件，这一组件在设备中可以称之为关键零部件，往往借助网络与系统层之间进行连接，在这一过程中保证与开关中所涉及的各个部件设备之间有效交流。此外，智能化开关同时能够通过对各个部位的信息进行感知，以更好的评价各个部位的状态，从而及时发现设备中存在的问题，并对故障加以预防，这能够有效促进开关设备的安全使用，同时保证该设备的健康状态，并在这一基础下对设备进行维修处理。另外，智能化开关设备有效促进了电网的安全使用，促进电网自动化操作的发展，所以进一步发展开关设备的智能化是必要且有效的。而要加强开关设备的智能化研究，还需对其原理加以全面分析。

3.1 重合器

重合器这一设备的使用能够保证在开关设备使用过程中，及时发现其中存在的电流故障，并在固定时间内对故障电流进行截断，一般来讲这一控制过程实行重合定次数控制。当前，在实施过程中重合多是3次或者是4次。不过若是发生永久性故障，则不需要再进行重合这一操作，而是直接实施闭锁操作，这能够有效保证故障线路对其他部件使用不产生影响，及时隔绝供电系统与故障线路。对于部分瞬间产生的故障，可以利用多次重合提升重合闸来进行处理，避免停电问题的发生[3]。

3.2 自动线路分段器

电力系统使用过程中应用分段器能够有效对设备加以保护。这一过程中还需与重合器结合进行使用，将发生故障的线路分离之后，对其他线路进行保护，以减少停电。分段器并不能够及时切断出现故障的电流，所以在线路出现故障之后，还需充分利用电源保护装置对其进行处理。其中，分段器中涉及的计数最主要的功能是进行统计，在工作前设备内会设置固定次数，若是达到这一次数，则分段器会自动断开，以此实现故障线路的分离。若没有达到相应次数，则分段器会在故障线路断开的同时自行断开，保证开关设备的稳定性。

3.3 自动配电开关

这一设备与其他设备有所不同，这一开关涉及的是真空断路器，利用自动配电开关能够有效保证配电网的自动化。工作原理是通过对网络电压的检测保证开关使用的合理性，在使用过程中，可以观测是否有电压对电路有所影响，自用配电开关一般根据负荷断开与电流的接通进行有效设计，在开关设备使用中占据着重要地位。

4 智能化技术在开关设备制造中的应用

4.1 现代传感技术

传统电力系统智能化的使用过程中，为了保证其能够有效安全使用，往往采用电磁互感器。当前，人们对电力需求越来越高，促使着电力系统电压不断升高，同时其电力容量有所增大，在这一背景下，某些继电保护装置较为复杂，反映出更多的短路电流大小以及相位、波形等，甚至反映出了电流的突变率，这使得传统的互感器渐渐失去了其应有的作用，不再满足人们生活工作的需要。现代传感器慢慢摒弃了过往的电磁互感器，将光纤使用纳入到传感器建设之中，制作出了相应的光电传感器。该传感器使用时，能够保证同一个螺线管与多个线圈有效连接，同时能够有效将电信号转变为光信号进行信息的传递，保证信息的有效传播，且不受干扰。当下所使用的较多光电互感器均有着简洁可靠、便于使用、安装方便等特点，将其应用于开关设备之中能够有效保证智能开关的使用。

4.2 微机处理技术

微机处理技术可以说是保证开关设备能够智能化的关键所在，这一技术能够有效将运算、保护、控制等功能集于一体，具有较强的综合性。将相应的技术运用于开关设备上，能够有效保证继电的安全性，同时能够对电量、设备状态等进行记录分析。此外，微机处理技术可以应用于计算机分层网络之中，这一技术能够为其提供多个接口，能够对相关信息进行全面分析，对开关同时能够进行监视，以此保障开关系统的安全性，适应变电站自动化。

例如，将相关技术应用于智能化柜之中，首先相应的数据采集系统能够有效对该设备的使用进行监测，获取到相关信息，之后利用微机处理技术对该信息进行判断处理。在处理过程中运用到的处理机构往往分为两个部分。其一是前置处理单元，该单元能够将所获取的模拟量转变为数字量，最终对数字量进行运算，并在这一基础下将得到的运算数据与报警、跳闸等条件进行比较，若是满足相关条件，则执行对应命令。其二是后置处理单元，这一单元之下能够对相关数据进行记录、打印，两者相互结合，最终保证数据处理以及开关使用的稳定性。对于微机处理装置来讲，在使用过程中还需预留出相应接口，以便该装置能够与其他软件进行连接。

4.3 状态监测和故障诊断技术

对于电力设备而言，其状态检修一向是相关技术人员研究的重点之一，开关设备之中的状态检修往往采用传感技术，以及计算机技术对开关进行相关监测，以便及时发现开关中是否存在问题，同时对其健康状态加以评估。一般来讲，开关设备的监测包含着三个内容：绝缘性能监测、电气性能监测以及机械性能监测。其中，绝缘状态检测往往包含着漏电流、介损等，这一监测内容一向被列为专题研究。

当下使用较为成功的主要是介损的在线监测，而对于部分封闭式高压开关绝缘的在线监测使用起来较为困难。对于机械状态的诊断，往往采用诊断机械振动的方式，利用这一方式能够获取到想要的信息。例如声谱色度变换方式，这一方式能够有效获取到信号的波动，从而对开关是否稳定运行进行研究。对于开关设备中较为容易出现的一些故障来讲，由于开关中的较多动作都是通过机电转换完成的，所以对电量变化进行相应监控，能够有效获取机械系统的变化信息。

同时，相应转动系统出现问题，其电流就会发生相应变化，另外在脱扣系统有卡滞现象时，其电流波形会有所变化。在信号监测过程中识别这些变化，能够有效发现开关设备中存在的问题，并及时预警。电气监测方面最难处理的是开关电弧的状态监测，虽然当下还在不断研究该状态的监测方式，但遇到电弧出现大幅度变化时，还是难以处理。当下还须不断研究电弧电压与其状态之间存在的关联性，以此进一步加强电弧诊断。

5 智能化开关的测控系统与电磁兼容

对于智能化开关来讲，其最主要的中心点是信号的测量以及控制系统。在信息化不断发展下，已经为智能开关的应用提供了较为完备的理论以及实践，但是在开关设备使用过程之中，往往会遇到电磁兼容问题，尤其是在高电场进行开关使用时，电磁兼容问题突出，还须进一步加强研究[4]。

5.1 信号的检测、变换与输出

电磁式互感器在开关设备智能化之中使用较为广泛，往往用于对电参数进行测量，但这一方式容易受到铁芯磁饱和的影响，其不具备较强的可靠性，导致智能化发展受到了阻碍。在这一情况下，利用电量传感器进行操作更加便捷。一般来讲，在智能化开关使用之中，其执行过程并未对检测信号提出任何功率方面的要求，这一过程只需利用电量传感器进行操作。如磁位计、电阻式分压器等，两者都具有较强的检测能力，在检测过程中能够进行动态测量。同时，两者进行结合能够建立相应的组合传感器，主要利用绝缘树脂将其浇注成为一个整体，实现传感器的有效使用。此外，光电传感器的广泛传播能够有效代替传统的电磁互感器，这能够有效防止电磁兼容问题的产生。

一般来讲在常规的开关使用中，其中能够有效反应工作位置的辅助开关往往由多个触点构成，这导致开关不具有稳定的通断时间，且其中涉及的触电容易被破坏，这使得开关智能化难以完善。而利用感应临近开关将原本的辅助开关进行替代，能够优化以上问题，将触点消除，进一步提升了开关智能化控制的可靠性。此外，开关处往往会引用部分导电材料，而这些材料的使用容易引起涡流，对电路造成破坏，这一问题可以利用元件密封的方式解决。将开关处的所有元件都密封在相应的金属管内，能够有效解决磁场、温升等各个因素导致的使用不稳定问题，同时在这一状况下，信号能够有效融入控制系统之中，保证开关设备使用的稳定性。再者，智能化开关还需提高信号的接收能力，解决信号干扰问题，针对这一问题，可以将光电转化引入到设备之中，利用这一方式能够有效将高电场内产生的信号转至低场区，之后再向高场区传送信号。

5.2 控制指令系统及电磁兼容

传统开关在使用过程中往往利用各种继电器完成其控制命令，而智能化技术使用之下，开关设备更多的采用计算机技术以及半导体元件等组建成控制系统，从而操控开关状态。在这一智能化下，使用指令系统最需要关注到的是电磁兼容问题。在开关设备使用过程中，一次回路中若是形成短路故障或者是产生载波通讯信号，都会最终传入到二次系统中对信号传输产生影响。另外，在高电场使用中往往会引起污闪，这也会产生相应的电磁辐射，而在二次控制过程中，经常容易受到噪声干扰，对电量传输带来不便。此外大功率电磁铁使用过程中容易对空间磁场查产生影响，造成磁场变化，从而在导电过程中产生电流。

上文所述均对控制电路产生了阻碍。从这一情况下分析，若要进一步解决电磁兼容问题，还需对各种干扰源加以监测并隔离。利用数字化传输能够有效解决大部分干扰问题，同时光电的转换方式能够有效保证信息传输过程中不再受电磁干扰。电磁兼容是整个开关智能化发展的重要问题所在，所以在智能化开关纳入使用前，不仅要对其进行传统的例行试验，还需针对其电磁兼容问题加以试验，以保证其使用的安全性以及稳定性。

6 智能化开关应用意义及发展方向

开关智能化的发展，能够有效促进变电站的自动化运行发展，对于未来我国电力系统的发展同样具有较为深远的意义。从技术方面进行思考，智能化技术在开关之中的应用能够有效减少设备的退出次数以及时间，在智能化背景下，将以往的定期维修转变为状态检修，一方面能够有效促进设备利用率，同时能够节省较多时间与检修成本。此外这一方式能够有效保证开关系统的可靠性，延长其使用寿命。相关工作人员能够在第一时间发现开关中存在的问题，减少了因开关不稳定造成的安全事故。

从经济方面进行分析，智能化在开关之中的应用能够有效促进信息共享，减少了在开关方面的投入，降低了建设成本。相对来讲，智能化开关的使用并非是独立的，这一方面的发展涉及传感技术、计算机技术等多个领域的创新，在智能化发展之中，还需投入较多的研发精力。虽然当下开关智能化依然存在着较多难题，但随着技术进步，智能化开关有着较大的优化空间。

7 结语

智能化技术在开关设备之中的应用，进一步推动了我国各项技术的进步，传感器、电子科技等方面的技术应用都在不断开发之中。智能化开关为我国群众的生活带来了较多便利，同时推动了电力系统发展的进程，积极利用这一开关技术，能够有效解决电力系统存在的各种硬件方面的问题，提高开关设备稳定性。相关技术人员还需加强对智能化开关的理解，同时认识到智能化技术的应用重点，加强研究建设，促进我国电力行业的发展。