3. 智能监测的改造
中压开关柜智能化改造基于常规开关柜，通过在关键位置布置多种智能传感器、多功能采集器，智能化测控、操作终端，实现开关柜智能化。
3.1 智能量测的更新
新型微机保护及配网自动化终端功能更加丰富，所需要的电流、电压功率很小。新型电流传感器、电压传感器与微机保护直接配合，完成对开关柜的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能量等数据的采集与计算，并可以对开关进行分合闸操作，实现对馈线开关的故障识别、隔离和对非故障区间的恢复供电，有些还具备保护和备用电源自动投入的功能。
采用新型电流电压传感器更换老旧电流、电压互感器，或是通过更换集成新型传感器的断路器隔室实现整体智能化改造，隔室触头盒集成电流传感器，实现电流监测、保护功能。采用新型的电容式传感器技术实现了电压信息采集，智能装置还能够根据电压的运行功率判断出电流的方向，实现方向保护；
老式电流、电压互感器尺寸庞大、安装空间大，新型传感器尺寸小、重量轻。如图1所示，电流传感器安装在抽出式断路器隔室触头盒前部，方便安装和维护，通过RJ45插头网线连接，实现了小型化、数字化，减少了现场改造工作量。
图1 智能传感器的安装
3.2 断路器的智能化
对于非常老旧开关柜中的断路器需要更换的，可以采用新型智能断路器，更换和原断路器接口尺寸一致的智能断路器，快速实现开关柜的智能化，智能断路器集在线监测、控制、通信等功能于一体，结构紧凑，可以对真空断路器三相分合闸机械特性、分合闸电磁铁电流以及储能电机电流、触头温度等进行实时在线监测。智能断路器还集成保护和控制单元，电流、电压传感器测量每相电流、电压将测量值和保护状态传达给控制系统，通过保护单元控制开关继电器提供变电站保护、控制、测量和监视功能，以太网端口传输数字和通信信号。
对于不更换断路器的改造，可以采用非介入式回路监测装置，如图2所示，实现对断路器控制回路的监测，实时采集分合闸线圈电流、储能及分合闸线圈通流时间、分合闸时间、储能电流、储能时间，通过处理运算获得储能电机电压电流曲线、分合闸线圈电压电流曲线、储能次数、分合闸次数、分合闸线圈操作时间和储能电机操作时间等数据，通过AI实现对断路器机械性能的评估，及时发现断路器机构的缺陷。监测装置配备有就地显示装置，具备显示设定值、测量值、异常报警等功能，还具备RS485通讯Modbus通讯功能，实现与后台监控系统的实时通讯。
图2 非介入式监测装置组成
相比较于在原有断路器操动机构上安装位移传感器等智能化改造，非介入式控制回路监测在不影响断路器的机械性能、绝缘性能就可以实现操动机构状态监测，发现断路器弹簧老化、机构磨损、线圈短路等影响断路器分合闸特性的问题。监测装置安装在开关柜仪表室内部，一侧与控制电源连接，另一侧与抽出式断路器航空插座连接，不改变原断路器控制回路。监测装置配备的就地显示装置可以安装在仪表门上，通过RS485通讯和后台系统连接。
3.3 关键部位温升的监测
温升直接影响到开关柜的安全运行和寿命，通过在线监测温升，对触头等动连接点、电缆、母线的连接点等关键部位进行温升监测，能够及时发现操作、安装、产品质量等缺陷，避免长期温升过高导致的加速老化、破坏绝缘。
测温的方式有很多种，对于老旧开关柜的智能化提升，可以采用非接触式红外测温方式，或通过安装在母排上的温度传感器测温，无线传输方式将测量的温度发送到接收端。
3.3.1 非接触式红外测温
红外测温，一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量，物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度。
红外测温由于可靠性高，是现在全球电力温度监测的主要手段，通过红外观察窗手持式测温枪已广泛使用，DL/T664电力行业标准对红外测温有着明确的规定，红外测温还是最有效直接的温升监测手段，通过手持式测温枪定期对开关柜特别是易发生故障的电缆连接头等部位进行温度测量，可以及时的发现问题，已成为变电站等运维的标准程序。而通过安装在开关柜内部的红外测温传感器，实时测量铜排、触头连接点以及电缆连接头的温度，更加直接有效。
非接触式红外传感器，通过在机箱内部提供连续温升监控功能，非接触式红外测温的可靠性非常高，使用寿命可达40年。另外传感器不安装在导电回路上，不影响开关柜导电回路，也不需要拧松螺栓以安装新的温升监测设备，灰尘不会通过光纤维上产生潜在的电弧路径，不会损害导体之间的电气绝缘间距，安装后不需要任何维护。
红外在线监测在开关柜中的应用如图3所示。在老旧开关柜中，将测温传感器安装在与带电母线保持足够电气间隙的安装板上，传感器测温探头与母线上需要侧温的位置对应，传感器连接线沿着二次线槽进入采集终端，数据终端对数据进行处理，通过RS485通讯与后台系统连接，实现关键连接部位的温度实时监测。
图3 红外测温传感器开关柜中的应用示意
3.3.2 接触式测温，无线传输
无线测温传感器，根据现场安装空间位置，可以选择无源或有源形式，无源测温装置采用合金片锁扣式安装，无需电池与电源，通过无线CT取电，可以方便对高压柜的断路器梅花触头、母排、电缆、电缆搭接处等位置进行可靠测温。
有源测温装置在开关柜中的安装如图4所示，装置包括多个测温传感器和一个无线发射器。小型化传感器可安装在母线连接、静触头等处，采用绝缘绑带固定，传感器连线沿着铜排连接到无线发射器。无线发射器固定在母线上相间或距地电气间隙较大的位置，无线传输，高压隔离，体积小，不受开关柜结构和空间影响，无需维护，自带锂亚电池，最长可运行8年。测温接收器安装在开关柜仪表室内部，或者安装在开关柜室其它部位，一个接收器可以接收100个传感器的信号，且支持150m长的通信距离。有源测温装置安装位置灵活，最小电气间隙不受影响，不管母线是否通有电流，都可以实现实时温度的监测。
图4 无线测温装置在开关柜中的应用
3.4 弧光保护的集成
随着运行年限的增加，老旧开关柜发生内部电弧故障的机率不断增加，老旧开关柜一般缺乏IAC内部电弧等级设计，柜体结构强度不能承受内部电弧故障。内部电弧故障会造成开关柜严重的破坏，人员伤亡及财产损失。电弧持续时间越长，破坏程度越大，如果在35ms内切除故障，损坏程度比较轻，检查绝缘没有问题后便可继续投入使用；在100ms内切除故障，有较小的损坏，只需进行简单的清理、检测及维修后便可继续投入运行；但超过500ms后切除故障，就会造成部分设备严重损坏，甚至人员伤亡，需要更换损坏的设备才能够投入运行。通过传感器检测弧光、弧声、电压电流、压力等电量和非电量信号，并对检测到的信号进行分析或与相应的设定值进行比较，快速判断内部电弧故障，从而通过对应的进、出线断路器分闸，切断能量，快速熄灭电弧，减少损失。
弧光保护传感器安装在电缆室、母线室和手车室，如图5所示。传感器放置在靠近电弧易发区，如母线、电缆连接区域，以尽量减少光和声音信号之间的延迟。在接地的隔板上的适合位置开孔或支架上安装弧光保护传感器， 传感头朝向电弧可能发生的位置，注意光纤的弯曲半径，传感器和光纤不应悬挂以免在静电场中形成爬电路径。弧光保护主控单元安装在仪表室内部。
图5 弧光保护传感器的安装
来源：会说电气
