浅谈中压开关柜的数字化
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作者:苏君平
摘 要：电力工业的快速发展极大地激发了国内外企业开发生产中压开关设备的积极性，随着产品的更新换代，中压开关柜设备，技术也在不断进步。本文通过分析中压开关柜用户和制造企业面对的挑战，阐述了中压开关柜数字化的主要内容和注意事项，重点对数字化过程中的数据采集，数据分析及行动给了出建议，总结了开关柜数字化面对的挑战并展望了未来。
关键词：中压 开关柜 数字化
中图分类号：TM642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）10（a）-0091-02
1 开关柜数字化的必要性
1.1 资产管理面对挑战
近年来，中压开关柜装机量大幅增长，与此同时，人工成本逐年上涨，电力设备用户运维成本高企，特别是目前对于故障的预防主要通过定期巡检实现，其费时费力，且对一些潜在隐患无法全面精准的早期发现，设备的健康状况判断很大程度上依赖于个人知识和经验。综上，如何避免非计划停电、提高运营效率并降低成本成为行业迫切需求。
1.2 数字化成功与否是开关柜制造企业面对的生存考题
由用户驱动的数字化催生开关柜行业数字革命。近年来，以国家电网为代表的用户提出了一系列关于数字化的战略和布局：“泛在电力物联网”、“智能电网”等，为此，行业的创新和新产品层出不穷。可以预见的是：在不久的将来对于开关柜制造企业来说，数字化不仅是竞争优势，更是“入场券”，企业开展业务，必须做数字化[1]。
2 开关柜数字化的主要内容
开关柜的数字化的关键在于对其状态进行在线监测和健康预测，由传统的被动预防向主动预测转变，让潜在故障被早期发现并有计划的安排维修，从而减少甚至避免非计划停电。开关柜的数字化包含三个阶段：数据采集，数据分析及行动建议，系统架构如图1所示。
2.1 数据采集
对于中压开关柜来说，产品机理和应用工况决定了需要采集的数据会有所差异，比如对于GIS来说气体压力的监测很有必要，但AIS则无此需求。除此之外，还需从故障大数据，老化机理[2]，可行性等全方位综合考虑，这就意味着开关柜的数据采集并非是一成不变的，数字化方案的定制化特征相比于传统开关柜更为明显。从实践经验来看，以下几个原则需要把握：（1）传感器需要考虑其稳定性、安全性和精度;（2）传感器应随整柜一起按照开关柜的标准进行验证[3]，特别是要置于高壓隔室的传感器，其可靠性直接影响着设备可靠性，若处理不好，将给开关柜带来隐患。（3）传感器应该便于安装和更换。
总之，数据采集是数字化的基础，数据的准确，可信直接影响着后续的诊断结论，应充分结合新技术以经济的方式获得尽可能多的可信数据。
2.2 数据分析判断
采集到数据及可视化仅仅是第一步，对数据进行实时分析、处理、诊断是数字化尤为重要的一步，需注意几下几点：
基于开关设备机理算法及数值算法的有机结合进行诊断。数据分析不能单纯依靠大数据，需在此基础上根据其应用场景和物理机理综合分析诊断。
基于在线数据及离线数据综合维度进行分析和评估。开关柜多年的运行数据和故障数据为分析诊断提供丰富素材和实践经验，是开关柜数字化算法和判据的重要支撑。
算法应有一定的机器学习能力[4]，随着实践中数据积累不断迭代。
算法应简单通用，避免同一产品因应用场景和参数不同而大相径庭，要考虑工业化。
2.3 预警和建议服务执行
数字化需要对设备状态能实时监测并给出有价值的指导，运维人员据此可以实时掌握设备状态，并对潜在隐患和故障进行有计划地排除和修复，避免非计划停电，最终实现运营效率的提升和成本节约。
开关柜的故障预警应充分考虑使用场景和负荷情况，预警的设置要有所分级，对于后果严重且留给人工反应时间短的故障应在预警基础上有所行动，比如切断隔离故障，但这种级别的预警设置应特别慎重，需和用户充分沟通基础上共同制定。以气体柜的气压预警为例，若额定压力为1.3bar（如图2所示），对于不小于最低功能压力（1.2bar）的漏气可以只是预警，但当低于1.2bar甚至更低时，故障风险将大幅上升，此时不能只是提醒，必要时需要和断路器联动跳闸以避免设备整机失效。
3 什么样的数字化不要
数字化的根本目的是能为客户带来价值进而提升产品和企业竞争力，不能为了数字化而数字化。实践中应避免如下情况：（1）不能为用户带来价值的伪数字化;（2）带来价值有限，反而维护太麻烦;（3）反应迟钝，体验差;（4）准确度低甚至误报。
尽管数字化方案不完全同于传统开关柜，其迭代和升级相对于硬件更简单方便经济，但在实践中应审慎决定，对于准确度和体验方面，更应该强调“一次把事情作对”，避免把不成熟的方案推向市场试错。
4 结语
中压开关柜数字化将很好解决目前设备运维面对的痛点，变被动预防为主动预测，助力用户降本增效。但对于大多数开关柜企业而言，数字化转型也面临诸多挑战：从技术驾驭到业务创新，从组织变革到文化重塑，从数字化能力建设到人才培养，因此数字化转型的成功不可能一蹴而就，要做好长期作战的心理准备。
参考文献
[1] 李翔宇.万物智联-走向数字化成功之路[M].北京：电子工业出版社，2018.
[2] Evaluation and qualification of electrical insulation systems[S].IEC 60505，edition 4.0，2011.
[3] 高压开关设备温度在线监测装置技术规范[S]，10091-2018.
[4] 方寿贤.基于物联网的高压开关柜设计[D].西安工程大学，2012.
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