一、系统概述

        成都瑞科RKS-K28智能开关柜一键顺控融合系统，是为实现变电站无人值守要求而开发的一键顺控系统产品。随着电力系统对电力设备的监测与控制要求日益提高，开关柜作为电力系统中的重要组成部分，其运行状态的稳定性和安全性对于整个供电系统的稳定运行至关重要。

        RKS-K28智能开关柜一键顺控融合系统，通过集成先进的智能传感技术、通信技术和数据处理技术，实现对开关柜的实时监测、故障诊断和远程可视化控制，更直观有效提高电力系统的运行效率和安全性。如图1-1所示。

二、一键顺控融合系统特点

2.1 系统特点

RKS-K28智能开关柜一键顺控融合系统，具有以下特点：

• “融合”终端：RK-IED 综合监控单元与 RK-HMI人机交互 10 寸触摸屏（含系统软件），融合成为供一个超级融合终端（RK-IED/HMI）= IED综合监控单元 + HMI人机交互 + 智能操控 + 多功能仪表；

• “集成”组合：根据用户需求，多插件、多模块随意集成组合。其他品牌智能感知设备也可随意集成；

• “物联”万物：开关柜内所有智能设备均可以有线通讯方式或LoRa物联技术实现互联互通；

• “专业”系统：系统软件综合实现“实时监控”、“一键顺控”、“防误可视”、“智能诊断”及“远程监控”等功能；

2.2 RK-IED/HMI智能融合终端特点

• 硬件设计：RK-IED/HMI融合终端采用 32位单片机技术，配备高精度的差分 A/D 转换器，精度高、响应快、系统稳定性好；

• 人机交互：集成10寸触摸液晶屏一体化电脑，内置RKS-K28智能开关柜一键顺控融合系统完整软件；

• 系统软件：中文菜单显示，界面友好，更新实时，操作简单方便、简洁明了；

• 自检功能：完善的装置自我诊断功能，使维护简便，提高了安全运行可靠性；

• 电磁兼容：融合监控装置采用高标准的电磁兼容性能设计，不再局限于某些部分满足抗干扰标准，而是从装置的交流输入、直流电源、开关量输入、开关量输出以及通信等各个环节进行电磁兼容设计；

• 元器件：选用高等级、高品质保证的合格元器件，采用多层板技术和 SMT工艺；

• 通讯接口：配备高速以太网通信接口，并集成IEC-103规约；

• 动作出口：采用多重组合逻辑，增加出口故障检查，保证出口操作的准确性和安全性；

• 操作回路：具有完整的断路器操作回路；

• 事件记录：具备断路器分合闸次数等SOE事件记录功能。

2.3 RK-IED 综合监控单元特点

• 硬件设计：RK-IED 综合监控单元采用 32位单片机技术，配备高精度的差分 A/D 转换器，精度高、响应快、系统稳定性好；

• 自检功能：智能装置具备完善的自我诊断功能，使维护简便，提高了安全运行可靠性；

• 电磁兼容：融合监控装置采用高标准的电磁兼容性能设计；

• 元器件：选用高等级、高品质保证的合格元器件，采用多层板技术和 SMT工艺；

• 通讯接口：配备高速以太网通信接口，并集成IEC-103规约；

• 动作出口：采用多重组合逻辑，增加出口故障检查，保证出口操作的准确性和安全性；

• 操作回路：具有完整的断路器操作回路；

• 事件记录：具备断路器分合闸次数等SOE事件记录功能。

三、一键顺控融合系统结构

        3.1 一键顺控融合系统拓扑图

       3.2 一键顺控融合系统构架

       RKS-K28智能开关柜一键顺控融合系统，采用分布式组网结构。系统分为开关柜内设备感知层、柜内通讯传输层、综合监控单元与开关柜人机交互层。

       3.2.1 柜内设备感知层

       设备感知层通过开关柜内智能传感器与智能设备对电参数与机械参数进行实时监测，采集到的各种实时数据与状况信号作为一键顺控融合系统的基础数据来源。开关柜内智能传感器与智能设备包括：

       l 电流互感器、电压互感器的电参数采样；

       l 高压断路器的分合闸次数统计；

       l 高压断路器的机械特性监测单元（含3个霍尔传感器）；

       l 手车电动底盘车与电动接地刀的二合一控制器；

       l 开关柜内局部放电监测装置（含局放探测器(UHF)；

       l 视频摄像头；

       l 开关柜内关键位置无线测温传感器（可选3点、6点、9点、12点等关键位置）。

       3.2.2 柜内通讯传输层

       开关柜内智能设备实时监测与实时采集的参数数据与状况信号量，采用RS485串口通讯、RJ45网口通讯或LORA无线通讯技术上传RK-IED综合监控单元（装置），以及接收来自RK-IED综合监控单元的实时指令。

       3.2.3 综合监控单元与开关柜人机交互层

       综合监控单元与开关柜人机交互层的实施方案有两种方案，分别为：

       （1）方案 1：RK-IED综合监控单元、RK-HMI人机交互触摸屏，是两个相互独立的设备。

       RK-IED 综合监控单元（装置）， 是开关柜智能化的边缘计算中枢，通过接入各类传感器完成对开关柜的电气参数分析、机械特性分析、温湿度参数分析，同时还具备电动机构的控制功能。其功能包括：

       l 控制功能：对断路器、电动底盘车、电动接地刀进行远程或就地一键控制或分别控制，电机控制实现软起软停。对控制过程中的堵转、超时、卡顿进行无死角保护，可响应停机或反转。

       l 传感器接入：可接入温度传感器、位移传感器、霍尔传感器等多种传感器，完成对开关柜温度特性、机械特性、电气特性的采集。

       l 边缘计算：采集的数据可在本地多维度计算。

       l 专家分析：具备智能诊断及报警功能。

       RK-HMI是开关柜智能化的人机交互的触摸屏，是触摸式一体式工业电脑，内置系统软件。可是现实断路器状态位置信息、运行电气参数信息、继电保护信息、开关柜监控状态信息、柜内视频信号等，也可对开关柜进行一键顺控操作和参数设置。其功能包括：

       l 触摸屏：人机交互，无按键，采用10寸彩色触摸屏，一体式工业电脑。内置系统软件。

       l 数据显示及存储：具备存储功能，对实时数据进行显示、可本地查找历史数据。

       l 多通讯接口：具备双网口、双RS485接口、RE232接口、U口。可接入多种开关柜内数据。

       （2）方案 2：RK-IED综合监控单元与RK-HMI人机交互触摸屏整合成为一个多功能的、新的终端设备，即整合成为一个超级融合终端 RK-IED/HMI。

       RK-IED/HMI融合终端，集成了RK-IED综合监控单元、RK-HMI人机交互一体化工业电脑及内置系统软件、开关柜智能操显装置、多功能电力仪表等功能于一体。是一个智能化、多功能整合的、新的超级融合终端设备。其功能包括：

       l 控制功能：对断路器、电动底盘车、电动接地刀进行远程或就地一键控制或分别控制，电机控制实现软起软停。对控制过程中的堵转、超时、卡顿进行无死角保护，可响应停机或反转。

       l 传感器接入：可接入温度传感器、位移传感器、霍尔传感器等多种传感器，完成对开关柜温度特性、机械特性、电气特性的采集。

       l 边缘计算：采集的数据可在本地多维度计算。

       l 专家分析：具备智能诊断及报警功能。

       l 触摸屏：人机交互，无按键，采用10寸彩色触摸屏，一体式工业电脑。内置系统软件。

       l 数据显示及存储：具备存储功能，对实时数据进行显示、可本地查找历史数据。

       l 多通讯接口：具备双网口、双RS485接口、RE232接口、U口。可接入多种开关柜内数据。

四、使用条件

• 电源：AC/DC 85-260V

• 环境：户内使用:≥-10℃,<45℃，存储条件:≥-25℃,<55℃

• 湿度：45℃时平均湿度不大于 50% ，常温下 最高湿度不大于 90%

• 海拔高度：<1000m

• 防护等级：IP30

五、系统功能

        5.1 开关状态显示

       实现一次回路模拟图、断路器状态显示、开关状态显示、接地刀状态显示，能够取代安装于开关柜上的 传统的一次回路模拟指示牌、开关状态显示器、接地指示器等诸多元件，实现对开关柜中各种元件工作状态 的采集，并能够通过 RS-485 或以太网通信，实现了开关柜内实时动态运行模拟与远程环境监控。

图 5-1  底盘车/地刀状态

       5.2 电气参数数据显示

       通过 RKS-K28对开关柜实时监测，可实现开关柜内电气特性（如图 2-2： 电流、 电压、功率、频率）， 开关柜内的温湿度，行程开关的数据等进行实时监测与管理。具备实时测温、综合负荷电流、温升数据的变 化趋势预测，实现柜内预警。

图 5-2   电气特性

       5.3 单设备控制

       5.3.1 通过装置HMI面板控制

       在就地控制模式下，在装置 HMI的默认控制显示画面上执行设备控制，步骤如下：

       1）点击HMI屏幕，进入控制显示画面。

       2）点击装置面板热键，在HMI界面上选择控制对象，并点击确定。

       3）在界面弹窗上选择控制方向并点击确定。控制执行后，控制画面显示实际设备状态。若在HMI控制菜单的子菜单中选择装置并执行控制，需输入控制密码。

       5.3.2 通过SCADA 控制

       装置通过规约连接到SCADA，SCADA可以对开关手车、接地刀闸进行远程遥控。 通过SCADA对装置进行实施控制时，需要输入控制密码。通过SCADA对装置进行控制，需要满足以下条件：

       l 确保装置处于远方/就地模式。

       l 确保已完成对通信端口采用的映射文件的设置。

       l 确保设备的控制信号已配置到通信端口上。

       l 装置已获得相应的配置信息。

图 5-3  单设备控制

       5.4 多设备顺序控制

       开关柜有以下运行模式：

       l 运行模式：断路器合位，手车合位，接地刀闸分位；

       l 热备用模式：断路器分位，手车合位，接地刀闸分位；

       l 冷备用模式： 断路器分位，手车分位，接地刀闸分位；

       l 检修模式： 断路器分位，手车分位，接地刀闸合位。

       通过以太网接口对电动底盘车及地刀控制器实现远方控制，根据底盘车、接地刀和断路器的机械位置和电气状态，自动完成断路器顺序化操作；对开关柜内断路器及接地刀进行位置的实时实况查看，实现一键顺控状态与视频双确认。

       RKS-K28一键顺控系统支持实现各个模式之间切换的一键顺序控制（顺控）功能。顺控命令执行时，智能综合监控装置检查运行模式，并检查断路器、手车（隔离开关）、接地刀闸的位置。不满足顺控条件的，顺控将被闭锁。顺控中若出现异常，即使异常立刻恢复，顺控都停止执行。通过装置RKS-IED、SCADA可实现一键顺控。

图 5-4  一键顺控

       5.5 机械特性监视

       机械特性曲线操作可以在RKS-K28智能开关柜一键顺控融合系统上查看，也可以通过Modbus等通讯规约从后台的SCADA进行波形的读取。

       RKS-K28智能开关柜一键顺控融合系统的机械特性曲线界面，会显示可控一次设备的机械动作波形曲线。一次设备在被控制过程中是否正常可以通过两条曲线的相似度来判断。实时波形生成后，将会附带波形的分析结果，包括：直流电压值、电机平均运行电流、电机运行时间以及实时波和基准波形的相似度。这些信息可以直接通过装置自带的网页界面查看，也支持通过标准的COMTRAD录波格式中.inf文件，随录波文件（ .cfg和.dat文件）通过Modbus规约一起上送后台的SCADA。

       手车、地刀、跳合闸线圈、储能电机和三工位开关电机在进行电动操作的过程中，会触发电流波形录制。

       机械动作波形指在自动控制、顺序控制或手动控制一次设备时，装置录制保存的电流波形。手车、地刀、跳合闸线圈、储能电机和三工位开关电机在进行电动操作的过程中，会触发电流波形录制。波形包含：

       l 手车前进电机电流波形

       l 手车后退电机电流波形

       l 地刀分电机电流波形

       l 地刀合电机电流波形

       l 储能电机电流波形

       l 分闸线圈电流波形

       l 合闸线圈电流波形

图 5-5  合闸曲线图

       5.6 智能无线测温

       RKS-K28智能开关柜一键顺控融合系统采用无线通信技术与温度传感器之间实现无线数据传输，不需要对开关柜做任何的物理结构改变，也不需要进行施工布线，很好地解决高压隔离的问题，同时采用超低功耗设计和屏蔽技术解决了测温终端的使用寿命和抗强电磁干扰的问题。一台 RKS-K28融合系统可以接收 24 个无线测温传感器数据。

无线测温传感器外壳是耐高温绝缘材料，并由绝缘材料密封。体积小、重量轻。如下图：

图 5-6  无线测温图

       技术参数：

       l 温度测量范围：-35℃~+150℃

       l 工作温度：-40℃~+85℃

       l 精度：±0.5℃

       l 分辨率：0.5℃

       l 温度测量周期：每 2 分钟（可定制为大于 1 分钟的任意时间间隔）

       l 供电方式：感应供电

       l 射频标准：433M

       l 最大发射功率：+20dBm

       l 安装方式：硅钢片，螺钉固定。

       5.7 外接传感器

       RKS-K28智能开关柜一键顺控融合系统，可以连接以下外接传感器：

       5.7.1 温湿度控制器

       外接传感器通过RKS-IED综合监控单元的测温接收器上扩展出的RS485总线进行ModBus通讯。各传感器通讯参数需预先设置为 4800，8，N，1，并设置不同物理地址。

       为确保正常通讯，传感器的物理地址必须与RKS-IED综合监控单元的配置工具中各外接传感器配置的物理地址保持一致。当传感器与装置通讯异常时，RKS-IED综合监控单元会发出连接中断告警。

       5.7.2 温湿度传感器：

       l 工作电源：DC 5~36V（接入端 口 X1-19 、X1-20）。

       l 工作接 口：RS485（接入端 口 X1-21—485A 、X1-22—485B）。

       l 波特率：4800。

       l 地址设置：断路器室-1 、 电缆室-2 、母排室-3。

       l 工作温度：-40  ～ +85℃。

       l 温度采集范围：-40℃~+125℃。

       l 湿度采集范围：0~ 100%RH。

       l 安装：支持定位孔、导轨安装。

       图 5-7  外接传感器数据

       5.8 网络视频显示

       RKS-K28根据网络摄像机的 IP 地址，对网络摄像机进行访问，实时监控开关柜里的情况，并可对图像资料实时编辑和存储， 同时还可以控制摄像机的云台和镜头，进行全方位地监控。

摄像头采用广角摄像头，电源和视频信号都通过网线方式传输(网线需选用6类8芯线)。接口采用 RJ45接口。摄像头本地可录像，录像时长取决于TF卡大小和选择的录像分辨率，最大支持 64GTF卡，录像功能采用观测时同步记录的方式，默认 IP 地址为：192.168.1.10。其他参数如下：

       l 工作电源： DC 12V。

       l 分辨率：1920*1080。

       l 可视角度：长边 FOV130 度。

       l 图像翻转：垂直、水平图像翻转。

       l 有线网络接口：标准 10/100Mbps 快速以太网， 自动 MDIX。

       l 网络协议：TCP/IP,DHCP,HTTP,UPNP， RTSP，ONVIF。

       l 图像存储：录像、图片存储回放（保存TF卡中，不低于8G ，存储时间不低于30分钟,在PC端可调用录像），图像缓存，可在移动侦测触发录像时，获取触发条件前一段时间的图像（即能获取到触发录像的动作）。

       l 工作温度：-25℃～55℃ , 20％-80％无水汽凝结。

       l 储存温度：-40℃～60℃ ,0%-90%无水汽凝结。

       l 安装：支持定位孔、导轨安装。

       5.9 环境参数

    主要检测开关柜内断路器室和电缆头出线室内的温度与湿度。

       5.10 通讯

       RKS-K28智能开关柜一键顺控系统具有4路RS-485接口的标准通讯接口和4路以太网标准通讯接口。

       RS-485通信接口使用差分信号传输方式，可以有效抑制共模干扰信号，提高数据传输的可靠性和稳定性。接口采用间距为5.08mm的5位工业接线端子。RS-485接 口参数：

       l 工作方式：半双工；

       l 通信速率：2400、4800、9600、19200、38400bps；

       l 通信协议：标准 MODBUS；

       以太网接口类型为RJ45，连接采用非屏蔽双绞线（UTP）或屏蔽双绞线（STP），连接距离不超过100m。100Mbps连接采用120Ω的5类线，而10Mbps连接采用的是20Ω的3、4、5类线。以太网接口参数：

       l 通信协议：MODBUS-TCP

       l 默认 ID：192.168.0.88（可自行更改）