SIEMENS 10kV-20kV 開關柜系列產品標準化技術升級方案

南方電網公司加快了以深圳、廣州等中心城市為重點的城市配電網建設發展步伐。南網要求到2020年南網中心城區配電網自動覆蓋率要達到90%，配電自動化升級也必然是未來的投資重點，市場空間廣闊。

智能電網整體規劃建設要求：

（1）A+、A類供電區域主要以“光纖+三遙”模式，主站集中型自動化的模式進行建設。

（2）B、C、D、E類供電區域需要開展配電自動化建設，而是著力采用就地型饋線自動化的方式處理故障，采用故障指示器的方式檢測定位故障，采用二遙方式、無線公網方式為主的建設模式。

（3）配網自動化的推廣思路：對于網架水平高，可靠性要求高的地區推用智能分布式饋線自動化；

隨著電網電氣設備自動化時代到來，傳統的的人工作業在大步向自動化智能制造進行著升級和轉型，傳統的經濟模式無論速度和防錯方面的控制機制需求變得異常迫切。在電網電氣等工業設備和IT設備作為信息通信產業重要基礎設施，進入高速發展期的同時，在產品架構、制造模式、產業生態等多方面經歷著變革。而電氣開關設備集成系統是現代工業實現配電網智能自動化模塊的基石。

長期的設備信息化水平低造成的配電網瓶頸，嚴重制約了城市電力系統的升級和新技術的應用，配電網電氣設備技術升級勢在必行。

一、電氣開關柜從標準化到定制化發展趨勢

傳統的電氣開關設備制造正在融合物聯網、大數據的生產方式，實現信息化技術與工業設備的融合。工業物聯網是一項連接機器和人的技術，并不直接作用于產品制造過程，要實現大規模低成本定制生產，還需要與具體的制造技術相結合。電氣設備智能制造正是融合“工業4.0”、“工業互聯網”、“互聯網+”等理念形成的“互聯網工業”體系，就是以智能制造實現大規模、定制化的生產方式，從而推動電氣開關設備的智能化發展。用互聯網思維全面審視電氣設備制造市場，不難發現未來開關設備的信息化成為必然的趨勢。

所以開關設備制造將會實現大規模的個性定制，設備產能過剩也不復存在，這將改變傳統的規模化生產、標準化制造、低成本擴張的工業社會發展模板。智能化電氣開關設備追溯技術、傳感器技術等新一代信息技術產業標準化熱點，使盤柜廠獲得更加持續與旺盛的生命力。

二、高端設備定制化與通用設備標準化

1、通用設備標準化

通用設備標準化有利于組織標準件的規模化生產, 易于保證產品質量,節約材料,降低成本;提高標準件的互換性,便于以后設備運行維修。 設備通用化是指在不同種類的產品或不同規格的同類產品中盡量采用同一結構和尺寸的零部件。

通用設備采用標準化生產滿足最基本需要。常見的標準代號有中華人民共和國國家標準GB，機械工業標準JB,國際標準化組織標準ISO。通用設備是以系列化形式提供同一產品,在同一基本結構或基本條件下規定出若干不同的外體尺寸和容量系列。

電氣開關設備通用技術標準：

2、高端裝備定制化

高端設備具有高技術含量和高附加值的產物，高端設備業的顯著特征是高技術、高附加值、具有較強的競爭優勢。高端設備采用定制個性化生產，滿足部分設備升級需要。高端設備制造業是指通用設備制造業中新出現的具有高技術含量、高附加值強競爭力的設備；從所處產業鏈的環節上講，高端制造業處于某個產業鏈的高端。

3、高端裝備與通用裝備的區別

高端裝備與傳統裝備的最大區別在于：

（1）、傳統裝備依靠的是傳統工藝，技術水平不高，勞動效率不高，勞動強度大。

（2）、高端裝備依靠的是高新技術優勢，最容易取代傳統裝備。

（3）、而傳統裝備制造業與高端制造業的最大差距在于科技實力，高端制造業對傳統制造業予以改造和提升，是制造業發展的必然過程。

（4）、 高端設備采用定制個性化生產，滿足部分設備升級需要。

4、高端裝備的技術特點

高端裝備制造是處于制造業價值鏈的高端環節，具有技術、知識密集，附加值高，成長性好，關鍵性強，帶動性大的特點。高端裝備是以強大通用裝備制造為基礎，由傳統型通用設備制造向價值鏈的高端來進行延伸。

5、電氣控制柜組件的一二次設備劃分

一次設備是指直接用于生產、輸送和分配電能的生產過程的高壓電氣設備。它包括斷路器、隔離開關、自動開關、接觸器、刀開關、母線、輸電線路、電力電纜等。由一次設備相互連接，構成配電設備開關或進行其分合閘操作過程的電氣設備稱為一次設備。也稱為無源組件。

負荷開關柜大部分是手動操作。一次設備分有源組件和無源組件。

二次設備是指對一次設備的工作進行監測、控制、調節、保護以及為運行、維護人員提供運行工況或生產指揮信號所需的低壓電氣設備。由二次設備相互連接，構成對一次設備進行監測、控制、調節和保護的電氣設備稱為二次設備。也稱為有源組件。

6、由于各種電器元件安裝位置不同，在構成一個完整的電氣控制系統時，就必須劃分組件。

(1)、設備一二次融合設計要點：

(2)把功能類似的元件組合在一起；

(3)盡可能減少組件之間的連線數量，同時把接線關系密切的控制電器置于同一組件中；

(4)讓強弱電控制器分離，以減少干擾；

(5)為力求整齊美觀，可把外形尺寸、重量相近的電器組合在一起；

(6)為了電氣控制系統便于檢查與調試，把需經常調節、維護和易損元件組合在一起。

在劃分電氣控制柜組件的同時要解決組件之間、電氣箱之間以及電氣箱與被控制裝置之間的連線方式：

7、電氣控制柜各部分及組件之間的接線方式一般應遵循以下原則：

(1)開關電器、控制板的進出線一般采用接線端頭或接線鼻子連接，這可按電流大小及進出線數選用不同規格的接線端頭或接線鼻子；

(2)電氣柜、控制柜、柜(臺)之間以及它們與被控制設備之間，采用接線端子排或工業聯接器連接；

(3)弱電控制組件、印制電路板組件之間應采用各種類型的標準接插件連接；

(4)電氣柜、控制柜、柜(臺)內的元件之間的連接，可以借用元件本身的接線端子直接連接；過渡連接線應采用端子排過渡連接，端頭應采用相應規格的接線端子處理。

8、加裝智能化控制DTU 終端設備

配電自動化終端統稱（DTU）設備,二次DTU設備安裝在各種環網柜、開閉所（站）、箱式變電站等處。與環網柜、開閉所等開關單元配套，實現開關分、合，遠、近程控制，閉鎖、解鎖控制。DTU終端設備還有能夠完成對開關設備的信號、電壓、電流、等數據的采集與計算，實現對配電網線路和設備的故障識別、隔離和對非故障區間的恢復供電。同時具備遠端數據傳輸等通信功能，能夠實時將采集的數據上傳主站，從而實現環網柜、開閉所、箱式變電站等遠方測控自動化功能。

三、以SIEMENS 8DJH系列開關柜為目標開發智能裝備

西門子系列產品成套一二次融合電氣開關設備，主要是根據客戶提出相應的技術標準，部署加快發展智能制造裝備和產品，組織研發具有深度感知、智慧決策、自動執行功能的高檔智能電網裝備。

在智能化生產過程突破新型傳感器、智能測量儀表、工業控制系統、伺服電機及驅動器等智能核心裝置，推進了開關智能化制造的產業化。

1、、西門子電氣開關柜系統產品

西門子公司電力和過程自動化產品家族，以完備的產品系列組合為電氣系統提供IT系統等解決方案。西門子致力于提供高可靠性產品,憑借創新工業設計和智能制造技術，借助系統的模塊化制造，可以簡化整個制造和安裝流程,。使效率得到提升。

西門子通過業界最全面的能源管理產品系列提供開放、靈活的解決方案和服務架構：特別是在配電網智能化方面, 推廣新型西門子智能電網套件,借助該套件，可實現大批定制解決方案，建設更智能的電網基礎設施，以及進一步開發穩定系統，西門子已將信息技術作為業務主驅動。其瞄準物聯網、云計算、大數據等技術，集成了目前全球先進的生產管理系統，不斷開發出新的商業模式。

（1）、西門子8DH10開關柜與西門子8DJ20開關柜都是SF6氣體絕緣開關柜，兩者的區別是西門子8DH10開關柜帶有擴展功能，可以任意擴展，可以帶PT柜、計量柜；西門子8DH10開關柜在工廠裝配的戶內式金屬封閉金屬鎧裝開關設備，最高電壓至24kV，最大饋線電流至630A，最大線線電流至1250A。

（2）、西門子8DJ20開關柜方案是固定的，無法擴展，多用于戶外開閉所，電纜分接箱等無需計量的二次配電系統中。適用于各種變電站-包括在極端惡劣的環境條件下，例如：工業環境，潮濕、多沙或粉塵地區，簡易的戶外變電站。

（3）外形尺寸

西門子8DJ20外形體尺寸長1400mm 寬850mm高1400mm

打開箱門后柜體尺寸長1600mm 高 1600mm

（4）、西門子8DJH環網柜

所有用于電氣及機械連接的絕緣套管均焊接在氣室上，不采用任何形式密封圈或塑料密封器件，完全保證了整個氣室的氣密性。溫度補償功能的壓力指示裝置，完全不受環境氣候影響。采用單刀頭三位置負荷開關，從機械原理上杜絕了負荷開關在合閘狀態下同時操作接地的可能。

西門子8DJH環網柜面板上的負荷開關操作孔具有撥動選擇裝置,以選擇正確的操作需要，且可加以掛鎖每個位置單獨鎖定，盡可能地避免了誤操作。負荷開關為旋轉式，磁線圈滅弧，并采用快速接地開關。產品終身免維護，使用壽命可達30年。

主要技術參數

a.額定電壓：12kV、24kV

b.額定電流：630A、母線電流：1250A

c.額定短時耐受電流：20A25kA

d.機械壽命：斷路器：≥10000次，負荷開關：≥5000次，接地開關、隔離開關≥3000次

e.年漏氣率：≤0.01%

f.內部故障試驗：1s（電纜室、氣箱室）

g.額定轉移電流：1750A

h.氣箱的防護等級：IP67

i.使用環境：適合高海拔4000米，低溫地區到-45度

2 、SIEMENS 系列開關柜產品一、二次設備標準化融合技術升級

按照模塊標準化設計要求，統一施工解決方案

經過改裝后分上中下 三部分：

上部加裝 遠程通信終端控制器 充分利用原箱體的剩余空間

中間是分合閘操作機構，要加裝電操控制器，實現有電動機的驅動代替手動分

合閘操作。

首先把西門子8DH10/8DJ20/8DJH 加裝電動操作機構，完成能夠用按鈕實現電動操作。電機操作靠DC24V電源帶動鏈條或齒輪正反向轉動完成分合閘動作。如果采用不帶齒輪傳動離合器的電動操作時，人工操作時會比沒有加裝電操前費力。

下面在電纜間隔里加裝電流互感器，用于測量電纜線路上的負荷，然后把每一回路的遙控線，遙信線、遙測線按照圖紙設計分別接入電動控制器的相應接點。按照測控點的先后順序檢查每一段的線路是否連接正確。

這樣就形成上中下的模塊化布局，結構緊湊節約了空間，使布線更加方便。

西門子8DJ20 環網開關柜經過自動化技術改造后，發生了脫胎換骨的變化。在整個改造施工中要嚴格按照設計工藝標準進行施工，每完成一項任務都要經過測試軟件的檢驗，把發現的問題及早解決。利用西門子成熟的產品平臺進行系統增值開發，提供面向未來的開關柜自動化、遠程驅動技術、工業現場軟件及服務。我們的原則是盡可能利用西門子標準化組件，并以工業特定解決方案提供補充用戶的多樣需求，以滿足各行各業客戶的特定需求。

3、用系統軟件進行整體檢測

最后施工結束后，要進行全面的系統測試。

4、西門子8DJH升級過程系統測試

最后施工結束后，要進行全面的系統測試。

現在按照測試系統要求做一個完整的出品出廠前實驗。

公共端信息有四項 箱門打開，外電丟失，電池故障，箱體氣壓低

退開接地刀閘，對轉電腦和顯示面板

手動分閘信息狀態監測

電動分合閘試驗

遠程遙控試驗

工廠化生產效率高，產品質量穩定。

四、西門子8DJ20戶外環網柜一、二次融合方案

1、西門子8DJ20開關柜都是SF6氣體絕緣開關柜

西門子8DH10開關柜與西門子8DJ20、 系列開關柜都是SF6氣體絕緣開關柜，兩者的區別是西門子8DH10開關柜帶有擴展功能，可以任意擴展，可以帶PT柜、計量柜；

2、西門子: 8DJ10 8DJ20環網柜基本柜型

西門子8DH10開關柜與西門子8DJ20開關柜都是SF6氣體絕緣開關柜，兩者的區別是西門子8DH10開關柜帶有擴展功能，可以任意擴展，可以帶PT柜、計量柜；西門子8DJ20開關柜方案是固定的，無法擴展，多用于戶外開閉所，電纜分接箱等無需計量的二次配電系統中。

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8DH20開關柜是一種經過型式試驗并在工廠裝配的戶內式金屬封閉金屬鎧裝單線線開關設備，最高電壓至24kV，最大饋線電流至63 0A，最大線線電流至1250A。西門子8DJ20開關柜適用于各種變電站-包括在極端惡劣的環境條件下，例如：工業環境，潮濕、多沙或粉塵地區，簡易的戶外變電站。

五、手動開關柜結構和通用技術標準

開關柜技術改造主要包含四方面的內容

1、提高開關柜技術裝備安全可靠性水平；

2、在配網自動化項目建設中通過對設備升級改造節省了投資，提高了開關柜技術附加值；

3、應用現代計算機網絡技術，優化開關柜安全操作模式，使配網自動化管理跨入現代化管理軌道；

4、推行信息生產技術，解決智能環網柜實現故障報警和故障點定位的難題。

5、開關柜結構

基本電路升級改造（二次部分）

（1）線路帶電指示器

電容式電壓指示器

線路帶電時電壓指示器顯示套管是否帶電，其上的插口可用于核相。該系統帶有集成的電壓指示器（發光二極管）。對于正常的操作環境，帶電顯示裝置是推薦選擇。相位識別必須以推鑒的核相器進行。

（2）手動核相器

核相器顯示兩個模塊間的相位平衡性。要在電容性耦合系統中使用，請遵守IEC1-和／或IEC1的規定。核相器必須與推薦的電壓指示器配合使用。核相器的作用是在線路完成前確認線路連接無誤。

（3）線路故障指示器

當短路電流或零序電流高于預先設定的電流值時，裝置面板上的發光二極管會閃爍，同時有一個節點動作，供遠方遙信使用。當故障消失，經過設定的延時之后，裝置會復位（或通過節點信號輸入復位）

基本操作機構改造（一次部分）

六、開關柜成套設備技術

電力自動化成套設備安全關系到生產、使用，檢驗、設計，制造監督管理多個方面。相關責任方應依法為成套電力開關設備安全使用各盡其責、提供技術保障。設備的安全規程標準化顯得特別重要

電力設備作為特種設備安全監管物聯網應用，特別是在改造過程中發現了電氣設備在物聯網業務模型下存在的問題——重概念、輕需求，缺頂層設計，業務模型設計不完善等。只有通過設備的標準化解決上述問題。

1、成套設備標準化有以下六個基本特征：

（1）、簡化、（2）、統一化、（3）、產品系列化

（4）、通用化、（5）、組合化、（6）、模塊化。

成套設備是具有自動告警、應急處置、運行實時監測、維保檢驗和信息的監察、后臺數據的統計分析等功能。能通過配網SCADA系統監視10kV線路負荷情況及進行遙控操作，因此在主網故障、主網停電、用戶接火、故障轉供時，較少進行配電網方式調整。配電網自動化系統的“遙測”功能，可對運行方式調整進行準確的計算；結合其“遙控”功能則可對運行方式進行隨時的靈活調整。

2、配網自動化升級改造綜合解決方案。

方案包括：安全控制等級提升、柜體結構布局、一二次綜合布線，電纜網絡自動化和架空饋線自動化不同的控制模型及控制技術、開關柜功能標準化適當減少開關柜的種類、故障定位技術、標準化施工流程、軟件在線監測、系統安全評價，運行方式及保護整定分析、投入運行后期維護、系統實驗性測試、線路故障仿真及實操培訓等項內容。

改造任務就是在操作機構上加裝驅動電機，由依靠人工用搬桿操作，升級為電動按鈕操作。充分利用舊設備進行升級改造，做到一次設備和二次設備緊密結合。

遵循南方電網公司的標準化建設原則，滿足舊設備升級改造后的安全性、可靠性、先進性的技術要求。

現場采集設備主要是開關分合閘位置觸點壓力傳感器，電壓互感器、電流互感器、還有一些輔助信息的觸點。

增加電動操作機構，要區分斷路器、分斷開關、負荷開關不同性能機構。

改造遙信部份：主要是確定開關分合閘位置、接地刀閘位置、電操機構儲能、電機旋轉方向技術原則等。

改造遙控部份：回路開關遙控分合閘控制輸出。遙控分合閘閉鎖控制輸出。滿足所有開關的不同的應用功能：例如斷路器、重合器、進線開關C 型、出線開關F型、負荷開關等五種常用到的開關。

對于智能電網的發展和配網自動化建設進行了一次積極有益的探索。利用線路上手動負荷開關柜，通過對環網柜結構性工藝改進,完成了手動本地操作到遠程自動化控制操作的技術升級改造.經過在手動環網柜上加裝電操機構、智能電子式電操控制器、取電PT變壓器和電纜測量CT等裝置，將手動操作的負荷開關柜改造成具備“三遙”功能的配網自動化終端，再將配電網中的關鍵節點更換為配網自動化終端設備,實現了手動環網柜進行配網自動化技術改造的整體技術方案。

改造方案的重點事項包括：環網柜柜體結構性工藝改進設計;現場取電PT根據環網柜類型專門定制;加裝的電子式智能控制器,實現二次控制集成化,將集成了交直流轉換后備蓄電池組、安全操作控制器、DTU于一體集成。環網柜在沒有單獨電源PT 柜的情況下，解決了自動化設備AC220V電源問題。加裝的電子式智能控制器集蓄電池、安全操作控制器、DTU于一體， 通過復合傳感器技術、負荷調度報警控制技術、機械和電氣安全控制技術、一體化布線技術及中央集成監控平臺技術五大核心關鍵技術，實現了手動開關柜的技術升級改造，滿足了開關柜一體化遠程控制的安全可靠性需求。

3、改造后更加方便使用，符合現場人員的操作習慣，電子化功能增強提高了環網柜操控的安全可靠性。

（1）、環網柜的型號繁多，投入運行的時間不一致，在控制回路上有很大的區別，我們通過加裝控制器的方法，解決了斷路器、分段器不同結構的電操的控制問題。

（2）簡化了DTU設備到電操的二次接線方式，按照每個控制單元把結線合理分組，線路走向清晰便于維護和查找。

（3）、以設備更換的方式進行升級改造。具體做法是將一臺備用開關柜預先在車間調試好，到現場直接替換下要改的設備，在升級改造的同時也對線路和設備做細則的檢修。

(4)、在回路電壓、電流數據采集方法上有所改進，應用了復合傳感器技術，有效的提高了數據精度。

（5）工業控制器

工業設備控制器（controller 也可稱為Controller Unit)是指按照預定順序改變主電路或控制回路的接線，控制電動機的啟動、調速、制動和反向的主令I/O 裝置。

在控制過程中，配上合適的自動控制系統來代替操作人員的部分或全部直接勞動，完成從設計、制造、裝配、安裝等在不同程度上自動地進行。

控制器負責系統的操作工作，把指令逐條從存儲器中取出，經譯碼分析后向全機發出取數、執行、存數等控制命令，以保證正確完成程序所要求的功能。

控制器是決定執行程序的順序。給出執行指令時機器各部件需要的操作控制命令.根據事先給定的命令發出控制信息,使整個執行過程一步一步地進行。

通過指令譯碼(分析)確定應該進行什么操作，然后通過操作 I/O 接口，按確定的時序執行控制邏輯，主要包括脈沖發生記數器、控制矩陣、時鐘脈沖發生器、復位電路和啟停電路等控制邏輯。

控制系統是為了使被控制對象達到預定的理想狀態而實施的。控制系統使被控制對象趨于某種需要的穩定狀態。

4、控制方式劃分為前饋控制、現場控制和反饋控制三類。

電機控制器

電機控制器是工業控制器的主要工作，通過來控制電機按照設定的方向，速度，角度，響應時間進行工作。電機控制器可與步進電機驅動器、步進電機組成一個完善的步進電機控制系統，采用計算機式的編程語言，擁有輸入、輸出、計數等多種指令。具有編程靈活、適應范圍廣等特點，可廣泛應用于工業控制的自動化。

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電操驅動電機控制器根據其電流形式的不同可以分為三種不同功率的直流電機。電機根據其驅動方式的不同自動矯正偏差，保證人機現場操作的安全性。

5、標準化信息接口

徹底解決二次設備接口不匹配，兼容性、擴展性、互換性差;

什么是電氣二次設備接口？

電氣二次設備是指對一次電氣設備的運行工進行監測、控制、調節、保護以及為運行、維護人員提供運行工況或生產指揮信號所需的低壓電氣設備。

由二次設備相互連接，構成對一次設備進行監測、控制、調節和保護的電氣設備稱為二次設備。二次設備接口不匹配就是指二次設備之間的信息傳遞出現了問題，簡單講就是接口不匹配。

（1）、物理接口

插拔式對接最方便可靠，但是在各自的設計施工中會出現各種誤差，把端子標號順序固定下來是做好的解決辦法。

（2）、電氣接口

自動化控制領域，隨著分布式控制系統的發展，在產業上的分布式控制系統中，經常需要采用串行通訊來達到遠程信息交換的目的。

RS-232/RS-422/RS-485接口標準RS-232、RS-422與RS-485都是串行數據接口標準，最初都是由電子工業協會（EIA）制訂并發布的，RS-232在1962年發布，命名為EIA-232-E，作為工業標準，以保證不同廠家產品之間的兼容。RS-422由RS-232發展而來，它是為彌補RS-232之不足而提出的。

改進了RS-232通信距離短、速率低的缺點。

串行接口；用于串行通訊的接口標準包括:rs-232、rs-422、rs-423和rs-485。RS-232是最早的串行接口標準，廣泛應用在短間隔、較低波特率串行通訊中。其后發展起來的RS-422、rs-485是平衡傳送的電氣標準。RS485是一種平衡方式傳輸的串行接口標準，它的電氣特性標準中有嚴格規定，但它的通信協議. RS-485就是其中之一，它具有以下特點： 1. RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（2—6） V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（2—6）V表示。接口信號電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片。RS422加強了抗干擾能力，使傳輸速率和距離比RS232有很大的提高。RS422在全雙工通信時，需要4根傳輸線，使用不方便。

（3）、總線接口

USB總線是一種高效、快速、價格低、體積小、支持熱插拔的串行通信接口，目前USB這一接口形式在電子產品的設計中得到了廣泛應用。采用USB接口總線，可以很方便與PC機進行連接，并且USB接口可以為外界提供電源。

（4）、電壓接口

電平轉換電路主要用在直流電路上，包括快速切換的晶體管方式。用戶選擇電平轉換為高和轉換為低，以匹配于所需要的輸出高邏輯電平和低邏輯電平。用在遙信和遙控的信號電平轉換。通常情況下為了提高可靠性盡量減少電壓的級差，直流24V最為常用。

（5）、網絡接口

電網控制網絡由原有相對封閉的系統逐漸采用通用網絡傳輸協議以及多種不同網絡傳輸通道，電力控制網絡通道將會面臨各種安全風險。