★ 黃湘婷（江門明浩實業集團有限公司，廣東 江門 529000）

關鍵詞：高壓開關柜；電氣自動化；安裝控制；智能調試

隨著變電站融合自動化水平的增強，高壓開關柜已由原來的保護、測控、通信三合一的設備發展為集保護、測控、通信為一體的融合設備，其安裝質量直接影響到系統運行穩定性及調試能力。傳統的安裝方式依靠人工操作，存在定位偏差難量化、接線能力低、調試依賴經驗等問題。近年來，電氣自動化技術正逐步應用于開關柜安裝及調試中，其憑借安裝狀態感知與參數改良提升了精度，但安裝控制與智能調試之間缺少協同^[1]。為此，本文研究了柜體安裝控制、接線改良、多源參數融合方法，并驗證了該方法的工程應用效果。

1   高壓開關柜電氣自動化安裝控制

1.1   準備工作

高壓開關柜電氣自動化安裝準備工作，直接影響柜體定位精度、自動化接線質量及智能調試的效果。根據設計圖紙、設備技術文件對開關柜型號、額定電壓、額定電流、開斷能力、二次控制配置進行核查，可以保證設備參數與變電站實際運行需求一致。重點校驗斷路器額定電流、保護單元通信接口和自動化控制模塊的配置情況，以消除隱患。

采用激光測距儀、電子水準儀等檢測設備對安裝區域進行測量，并復核基礎槽鋼標高、中心線偏差及預留空間。將基礎安裝面平面度誤差控制在2mm/m以內，以保證柜體安裝過程中自動定位控制的準確性。施工前檢查柜內通信電纜、控制電纜及傳感器接口的完整性，完成絕緣電阻試驗、接地連續性試驗及環境參數檢查，確保溫度、濕度和通風條件均滿足設備安裝要求^[2]。為明確高壓開關柜的組成結構及主要安裝部位，在安裝前對設備結構進行識別分析，其典型結構如圖1所示。

圖1 高壓開關柜結構模型圖

由圖1可知，高壓開關柜由柜體、斷路器、母線及二次控制單元等部分組成。完成設備結構確認后，需進一步開展柜體安裝，通過控制安裝位置及裝配精度，為后續柜內接線和智能調試提供基礎條件。

1.2   柜體安裝

柜體安裝質量直接影響母線連接精度、二次回路布置以及后續智能調試效果，因此需要對安裝過程中的位置偏差、結構狀態進行有效控制。柜體吊裝至指定位置后，對縱向位置、橫向位置及垂直度進行檢測。為綜合評估柜體安裝狀態，將橫向偏差、縱向偏差及垂直偏差按照不同影響權重進行融合，構建安裝狀態評價模型，其計算公式為式（1）：

式中：E為安裝狀態評價值； Δx為柜體橫向偏差；ΔY為柜體縱向偏差； Δz為柜體垂直偏差， α、β、Y分別為對應偏差項的權重系數。

根據安裝狀態評價值實時判斷柜體安裝質量，將評定結果作為PID控制器的輸入參數，對安裝過程進行動態調節。柜體位置偏離目標安裝坐標時，通過調整安裝定位過程修正量實現柜體位置自動校正，減小安裝誤差積累，提升柜體定位精度和安裝一致性。多柜并列安裝要同時檢測相鄰柜體間隙和前后平整度，保證柜體整體排列整齊^[3]。柜體固定后檢測連接螺栓緊固狀態，完成接地母排安裝和接地連續性測試，確保機械連接及電氣連接可靠。將安裝過程形成的綜合安裝偏差、水平度、垂直度、柜間間隙及螺栓緊固狀態等參數上傳至控制終端，形成安裝控制參數集，為柜內接線優化及智能調試參數分析提供數據。

1.3   柜內接線

柜內接線是連接保護裝置、測控單元、斷路器操作機構、通信模塊的重要環節，接線質量直接影響開關柜自動化功能實現及智能調試結果。傳統接線方式主要依靠人工經驗，極易出現線路交叉、布線過長、維護困難等問題。為提升接線能力、規范回路排布，在接線過程中采用麻雀搜算法對線纜途徑、端子資源進行優化配置。接線前根據一次系統圖和二次原理圖建立控制回路拓撲模型，將保護測控裝置、信號采集單元、斷路器輔助觸點、通信接口作為節點，構建接線關系矩陣。將接線總長度、線路交叉次數、端子利用率作為改良目標，采用麻雀搜索算法對接線途徑進行全局尋優。

構建接線改良目標函數，將線纜總長度、線路交叉次數、端子利用率作為改良指標，采用麻雀搜索算法對接線方案進行迭代尋優。目標函數如式（2）所示：

式中：F為接線優化目標值；L為線纜總長度；C為線路交叉次數；為端子利用率。目標函數值越小，接線途徑越合理，線路交叉越少，端子資源利用率越高。麻雀搜索算法通過發現者、跟隨者、預警者三者協同搜索，對接線方案展開持續優化，當目標函數取得最小值時，輸出最優接線途徑和端子分配結果。施工人員根據優化結果完成端子排接線、控制電纜敷設與信號回路連接，并對回路導通性、絕緣性能及接線正確性進行檢測。

接線完成后，對開關量輸入輸出狀態、保護信號傳輸狀態以及通信鏈路狀態進行統一校驗，形成接線狀態參數集。該參數集與柜體安裝階段獲得的位置偏差、安裝間隙及設備狀態參數共同構成調試數據源，可為多源安裝參數融合分析及保護邏輯自動切換策略制定提供支撐。

2   開關柜調試

2.1   多源數據融合下安裝控制參數分析

安裝質量受機械裝配、電氣連接及通信狀態等多因素共同影響，單一參數難以準確反映設備整體安裝狀態。將柜體安裝階段獲取的位置偏差、水平度、垂直度、柜間間隙及螺栓緊固狀態，與柜內接線階段形成的接線優化目標值、開關量輸入輸出狀態、保護信號傳輸狀態及通信鏈路狀態進行統一融合分析，建立安裝控制參數集。

各類安裝參數由現場傳感器、智能測控單元及通信模塊實時采集，經邊緣控制終端完成時間同步及數據校驗后上傳至控制平臺。針對不同來源參數采樣周期不一致的問題，采用統一時間標識建立參數映射關系，使安裝狀態參數與接線狀態參數在同一時刻完成對應匹配，避免因數據時序偏移導致狀態判斷失真[4]。同時，對異常采樣值進行剔除，對缺失數據采用相鄰時刻有效數據進行補償，提高狀態分析穩定性。

在參數融合過程，將柜體安裝狀態評價值作為機械安裝特征、接線優化目標值作為接線質量特征，結合保護回路導通狀態、通信鏈路完整性及開關量反饋狀態進行綜合分析，構建安裝控制綜合狀態判據，對安裝完成后的整體運行狀態進行量化評價，其計算公式為式（3）：

式中：K為安裝控制綜合狀態值； E為柜體安裝狀態評價值； F為接線優化目標值； C為通信鏈路狀態系數；G為開關量反饋狀態系數； P為保護信號一致性系數；η₁、η₂、η₃分別為通信狀態、開關量反饋狀態及保護信號狀態對應的修正系數。依據安裝控制綜合狀態值對開關柜安裝質量進行實時評估。柜體安裝狀態評價值較高、接線優化目標值較低、通信鏈路穩定、開關量反饋完整且保護信號一致時，綜合狀態值增大，表明設備已滿足智能調試條件；當安裝偏差增大、接線質量下降或通信、保護回路出現異常時，綜合狀態值降低，系統可根據狀態變化快速識別異常來源，為保護邏輯切換提供參數依據。

安裝控制參數融合分析后，形成統一安裝控制綜合狀態判據，將綜合狀態值及各類狀態參數發送至保護控制單元。保護裝置依據綜合狀態值自動判斷當前運行條件，并選擇對應保護邏輯和控制模式。

2.2   保護邏輯下自動切換策略

完成安裝控制參數分析，獲得柜體安裝階段形成的安裝狀態評價值、安裝偏差、柜間間隙及接地狀態等參數以及柜內接線階段形成的接線路徑優化結果、端子連接狀態、回路導通狀態及通信狀態等信息。上述參數經融合后形成安裝控制綜合狀態值，為保護邏輯自動切換提供統一數據基礎。

保護邏輯切換以安裝控制綜合狀態值為核心依據，結合保護回路反饋狀態，對當前開關柜安裝質量及調試條件進行綜合判定。安裝狀態滿足要求且保護回路運行正常時，自動投入正常調試保護邏輯，執行保護定值校驗、斷路器動作試驗及通信聯調；檢測到柜體安裝偏差超限、柜內接線異常、保護反饋不一致或通信狀態異常時，自動切換至安裝校驗保護邏輯，優先完成安裝復核及回路檢查，避免安裝缺陷直接進入投運階段。保護邏輯隨安裝狀態變化實時更新，實現安裝異常動態識別和自動響應，提高調試過程連續性和可靠性。

保護邏輯自動切換判據可表示為式（4）：

式中： L為保護邏輯模式；  L₁為正常調試保護邏輯；L₂ 為安裝校驗保護邏輯；  K為安裝控制綜合狀態值；?為保護回路狀態評價值，由保護反饋狀態、通信狀態及控制回路一致性綜合確定； K_th和Q_th分別為安裝狀態及保護狀態切換閾值^[5]。

根據邏輯形式自動生成相應的調試控制指令，不同的安裝狀態對應不同的調試任務。正常調試保護邏輯下依次執行保護定值核驗、斷路器分合閘試驗、通信鏈路聯調、聯鎖功能驗證；安裝校驗保護邏輯下，先啟動柜體安裝復核、柜內接線檢查、端子連接檢測、保護回路一致性驗證。各項調試任務按設定的順序自動執行，根據實時反饋結果動態更新控制指令，實現安裝缺陷處理及調試流程聯動，增強自動化調試能力。自動切換控制指令輸出模型表示為式（5）：

式中：U_s(t)為自動切換后的調試控制指令輸出；δ_i (t)為第種保護邏輯對應的切換因子，當對應調試策略被激活時取1，否則取0；U_i為第i種調試控制指令，包括柜體安裝復核、柜內接線校驗、保護回路檢測、通信聯調及動作試驗等；為調試控制策略總數。

根據輸出的控制指令，自動完成各調試環節之間的切換，實時采集保護動作結果、回路狀態、通信狀態及設備反饋信息，對調試過程進行閉環監測。安裝參數發生變化或檢測到異常狀態時，重新調用保護邏輯判定，更新指令輸出，實現保護邏輯和調試任務的動態聯動，得到包含安裝狀態、保護邏輯與調試結果的完整數據集。

3   工程實踐與應用分析

3.1   實驗部署

為驗證本文所提高壓開關柜安裝控制與智能調試方法的有效性，在某10kV高壓開關柜成套裝置生產線開展工程實驗。實驗對象包括12面高壓開關柜，每面柜均配置斷路器、保護測控單元、通信模塊及二次控制回路。實驗平臺由安裝定位系統、自動接線平臺、數據采集模塊及上位機調試平臺組成，安裝全過程實時采集柜體安裝參數和柜內接線參數。

實驗按照柜體安裝調試和柜內接線調試兩個階段開展驗證。依據模型輸出結果與現場檢測結果統計綜合調試精度，對安裝控制及智能調試效果進行評價。將柜體安裝調試綜合精度與柜內接線調試綜合精度作為評價指標，其判定區間如表1所示。

表1 調試綜合精度評價區間

3.2   柜體安裝調試

柜體安裝完成后，分別采集柜體橫向偏差、縱向偏差、垂直偏差、柜間間隙及接地連續性等安裝參數，根據式（1）計算安裝狀態評價值，結合式（3）獲得安裝控制綜合狀態值。綜合狀態值達到設定閾值后， 系統自動結束安裝調節， 統計對應調試綜合精度。為驗證安裝控制模型的有效性，將本文方法分別與傳統人工調試方法和常規自動調試方法進行對比。

具體實驗結果如圖2所示，傳統人工調試受現場安裝經驗影響較大，柜體定位要多次人工復測，安裝精度波動明顯；常規自動調試方法能完成基本定位控制，但缺少安裝狀態綜合分析，對柜間間隙及垂直偏差的協調控制能力有限，局部安裝誤差仍需人工修正；本文方法采用安裝狀態評價模型，能根據實時安裝參數持續修正定位過程，使柜體安裝狀態保持穩定，安裝控制綜合狀態值始終滿足調試要求，整個調試過程綜合精度保持在99.18%～99.56%，未出現超出評價區間的情況。

圖2 不同方法柜體安裝調試綜合精度變化情況

由圖2可知，傳統人工調試精度在97.82%～98.76%之間波動，常規自動調試維持在98.42%～99.08%，而本文安裝控制模型能夠穩定保持在99.18%以上，調試過程波動幅度最小。

3.3   柜內接線調試

系統采集接線長度、線路交叉次數、端子利用率、回路導通狀態、保護信號及通信狀態等參數，依據式（2）計算接線優化目標值，將優化結果輸入保護邏輯模型。按照式（4）實時判斷各控制回路運行狀態，滿足切換條件時，依據式（5）自動生成切換控制指令，完成保護邏輯切換及回路自動調試。整個過程持續統計調試成功率，并計算柜內接線調試綜合精度。

傳統人工調試依賴人工逐點核對，回路數量增加調試效率下降，通信及保護回路需反復確認；常規自動調試雖能實現部分自動檢測，但保護邏輯切換仍需人工參與，調試時間較長。采用保護邏輯自動切換策略后，系統能依據實時安裝狀態自動選擇對應保護邏輯，完成控制指令輸出，實現保護回路、通信回路及控制回路的連續調試，減少人工重復操作。實驗結果如圖3所示。

圖3 不同方法柜內接線調試綜合精度變化情況

由圖3可知， 傳統人工調試綜合精度為98.06%~ 98.78%，常規自動調試為98.74%～99.32%，而本文保護邏輯自動切換策略始終保持在99.42%～99.84%，整個調試過程未出現超出評價區間情況。相比傳統方法，該自動切換策略能根據安裝狀態實時調整保護控制邏輯，提高保護動作一致性及回路調試效率。

4   結束語

按照高壓開關柜安裝及智能調試要求，本研究構建了柜體安裝、柜內接線、安裝參數分析、保護邏輯自動切換電氣自動化技術流程，實現了安裝控制與智能調試的有效銜接。通過構建安裝狀態評定、安裝控制融合狀態、保護邏輯判定及自動切換控制模型，提升了安裝參數利用效率與調試執行自動化水平。

工程實踐結果表明，該方法能夠提升柜體安裝一致性、優化柜內接線質量，并可保持較高的綜合調試精度，具有較好的工程應用價值和推廣意義。

作者簡介：

黃湘婷（1986-），女，湖南雙峰人，工程師，本科，現就職于江門明浩實業集團有限公司，研究方向為電力工程安裝及調試。

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摘自《自動化博覽》2026年7月刊