一、系統(tǒng)概述
成都瑞科RKS-K28智能開關(guān)柜一鍵順控融合系統(tǒng)，是為實現(xiàn)變電站無人值守要求而開發(fā)的一鍵順控系統(tǒng)產(chǎn)品。隨著電力系統(tǒng)對電力設備的監(jiān)測與控制要求日益提高，開關(guān)柜作為電力系統(tǒng)中的重要組成部分，其運行狀態(tài)的穩(wěn)定性和安全性對于整個供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。
RKS-K28智能開關(guān)柜一鍵順控融合系統(tǒng)，通過集成先進的智能傳感技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實現(xiàn)對開關(guān)柜的實時監(jiān)測、故障診斷和遠程可視化控制，更直觀有效提高電力系統(tǒng)的運行效率和安全性。如圖1-1所示。
二、一鍵順控融合系統(tǒng)特點
2.1 系統(tǒng)特點
RKS-K28智能開關(guān)柜一鍵順控融合系統(tǒng)，具有以下特點：
“融合”終端：RK-IED 綜合監(jiān)控單元與 RK-HMI人機交互 10 寸觸摸屏（含系統(tǒng)軟件），融合成為供一個超級融合終端（RK-IED/HMI）= IED綜合監(jiān)控單元 + HMI人機交互 + 智能操控 + 多功能儀表；
“集成”組合：根據(jù)用戶需求，多插件、多模塊隨意集成組合。其他品牌智能感知設備也可隨意集成；
“物聯(lián)”萬物：開關(guān)柜內(nèi)所有智能設備均可以有線通訊方式或LoRa物聯(lián)技術(shù)實現(xiàn)互聯(lián)互通；
“專業(yè)”系統(tǒng)：系統(tǒng)軟件綜合實現(xiàn)“實時監(jiān)控”、“一鍵順控”、“防誤可視”、“智能診斷”及“遠程監(jiān)控”等功能；
2.2 RK-IED/HMI智能融合終端特點
硬件設計：RK-IED/HMI融合終端采用 32位單片機技術(shù)，配備高精度的差分 A/D 轉(zhuǎn)換器，精度高、響應快、系統(tǒng)穩(wěn)定性好；
人機交互：集成10寸觸摸液晶屏一體化電腦，內(nèi)置RKS-K28智能開關(guān)柜一鍵順控融合系統(tǒng)完整軟件；
系統(tǒng)軟件：中文菜單顯示，界面友好，更新實時，操作簡單方便、簡潔明了；
自檢功能：完善的裝置自我診斷功能，使維護簡便，提高了安全運行可靠性；
電磁兼容：融合監(jiān)控裝置采用高標準的電磁兼容性能設計，不再局限于某些部分滿足抗干擾標準，而是從裝置的交流輸入、直流電源、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出以及通信等各個環(huán)節(jié)進行電磁兼容設計；
元器件：選用高等級、高品質(zhì)保證的合格元器件，采用多層板技術(shù)和 SMT工藝；
通訊接口：配備高速以太網(wǎng)通信接口，并集成IEC-103規(guī)約；
動作出口：采用多重組合邏輯，增加出口故障檢查，保證出口操作的準確性和安全性；
操作回路：具有完整的斷路器操作回路；
事件記錄：具備斷路器分合閘次數(shù)等SOE事件記錄功能。
2.3 RK-IED 綜合監(jiān)控單元特點
硬件設計：RK-IED 綜合監(jiān)控單元采用 32位單片機技術(shù)，配備高精度的差分 A/D 轉(zhuǎn)換器，精度高、響應快、系統(tǒng)穩(wěn)定性好；
自檢功能：智能裝置具備完善的自我診斷功能，使維護簡便，提高了安全運行可靠性；
電磁兼容：融合監(jiān)控裝置采用高標準的電磁兼容性能設計；
元器件：選用高等級、高品質(zhì)保證的合格元器件，采用多層板技術(shù)和 SMT工藝；
通訊接口：配備高速以太網(wǎng)通信接口，并集成IEC-103規(guī)約；
動作出口：采用多重組合邏輯，增加出口故障檢查，保證出口操作的準確性和安全性；
操作回路：具有完整的斷路器操作回路；
事件記錄：具備斷路器分合閘次數(shù)等SOE事件記錄功能。
三、一鍵順控融合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3.1 一鍵順控融合系統(tǒng)拓撲圖
3.2 一鍵順控融合系統(tǒng)構(gòu)架
RKS-K28智能開關(guān)柜一鍵順控融合系統(tǒng)，采用分布式組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)分為開關(guān)柜內(nèi)設備感知層、柜內(nèi)通訊傳輸層、綜合監(jiān)控單元與開關(guān)柜人機交互層。
3.2.1 柜內(nèi)設備感知層
設備感知層通過開關(guān)柜內(nèi)智能傳感器與智能設備對電參數(shù)與機械參數(shù)進行實時監(jiān)測，采集到的各種實時數(shù)據(jù)與狀況信號作為一鍵順控融合系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)來源。開關(guān)柜內(nèi)智能傳感器與智能設備包括：
l 電流互感器、電壓互感器的電參數(shù)采樣；
l 高壓斷路器的分合閘次數(shù)統(tǒng)計；
l 高壓斷路器的機械特性監(jiān)測單元（含3個霍爾傳感器）；
l 手車電動底盤車與電動接地刀的二合一控制器；
l 開關(guān)柜內(nèi)局部放電監(jiān)測裝置（含局放探測器(UHF)；
l 視頻攝像頭；
l 開關(guān)柜內(nèi)關(guān)鍵位置無線測溫傳感器（可選3點、6點、9點、12點等關(guān)鍵位置）。
3.2.2 柜內(nèi)通訊傳輸層
開關(guān)柜內(nèi)智能設備實時監(jiān)測與實時采集的參數(shù)數(shù)據(jù)與狀況信號量，采用RS485串口通訊、RJ45網(wǎng)口通訊或LORA無線通訊技術(shù)上傳RK-IED綜合監(jiān)控單元（裝置），以及接收來自RK-IED綜合監(jiān)控單元的實時指令。
3.2.3 綜合監(jiān)控單元與開關(guān)柜人機交互層
綜合監(jiān)控單元與開關(guān)柜人機交互層的實施方案有兩種方案，分別為：
（1）方案 1：RK-IED綜合監(jiān)控單元、RK-HMI人機交互觸摸屏，是兩個相互獨立的設備。
RK-IED 綜合監(jiān)控單元（裝置）， 是開關(guān)柜智能化的邊緣計算中樞，通過接入各類傳感器完成對開關(guān)柜的電氣參數(shù)分析、機械特性分析、溫濕度參數(shù)分析，同時還具備電動機構(gòu)的控制功能。其功能包括：
l 控制功能：對斷路器、電動底盤車、電動接地刀進行遠程或就地一鍵控制或分別控制，電機控制實現(xiàn)軟起軟停。對控制過程中的堵轉(zhuǎn)、超時、卡頓進行無死角保護，可響應停機或反轉(zhuǎn)。
l 傳感器接入：可接入溫度傳感器、位移傳感器、霍爾傳感器等多種傳感器，完成對開關(guān)柜溫度特性、機械特性、電氣特性的采集。
l 邊緣計算：采集的數(shù)據(jù)可在本地多維度計算。
l 專家分析：具備智能診斷及報警功能。
RK-HMI是開關(guān)柜智能化的人機交互的觸摸屏，是觸摸式一體式工業(yè)電腦，內(nèi)置系統(tǒng)軟件?？墒乾F(xiàn)實斷路器狀態(tài)位置信息、運行電氣參數(shù)信息、繼電保護信息、開關(guān)柜監(jiān)控狀態(tài)信息、柜內(nèi)視頻信號等，也可對開關(guān)柜進行一鍵順控操作和參數(shù)設置。其功能包括：
l 觸摸屏：人機交互，無按鍵，采用10寸彩色觸摸屏，一體式工業(yè)電腦。內(nèi)置系統(tǒng)軟件。
l 數(shù)據(jù)顯示及存儲：具備存儲功能，對實時數(shù)據(jù)進行顯示、可本地查找歷史數(shù)據(jù)。
l 多通訊接口：具備雙網(wǎng)口、雙RS485接口、RE232接口、U口?？山尤攵喾N開關(guān)柜內(nèi)數(shù)據(jù)。
（2）方案 2：RK-IED綜合監(jiān)控單元與RK-HMI人機交互觸摸屏整合成為一個多功能的、新的終端設備，即整合成為一個超級融合終端 RK-IED/HMI。
RK-IED/HMI融合終端，集成了RK-IED綜合監(jiān)控單元、RK-HMI人機交互一體化工業(yè)電腦及內(nèi)置系統(tǒng)軟件、開關(guān)柜智能操顯裝置、多功能電力儀表等功能于一體。是一個智能化、多功能整合的、新的超級融合終端設備。其功能包括：
l 控制功能：對斷路器、電動底盤車、電動接地刀進行遠程或就地一鍵控制或分別控制，電機控制實現(xiàn)軟起軟停。對控制過程中的堵轉(zhuǎn)、超時、卡頓進行無死角保護，可響應停機或反轉(zhuǎn)。
l 傳感器接入：可接入溫度傳感器、位移傳感器、霍爾傳感器等多種傳感器，完成對開關(guān)柜溫度特性、機械特性、電氣特性的采集。
l 邊緣計算：采集的數(shù)據(jù)可在本地多維度計算。
l 專家分析：具備智能診斷及報警功能。
l 觸摸屏：人機交互，無按鍵，采用10寸彩色觸摸屏，一體式工業(yè)電腦。內(nèi)置系統(tǒng)軟件。
l 數(shù)據(jù)顯示及存儲：具備存儲功能，對實時數(shù)據(jù)進行顯示、可本地查找歷史數(shù)據(jù)。
l 多通訊接口：具備雙網(wǎng)口、雙RS485接口、RE232接口、U口?？山尤攵喾N開關(guān)柜內(nèi)數(shù)據(jù)。
四、使用條件
電源：AC/DC 85-260V
環(huán)境：戶內(nèi)使用:≥-10℃,<45℃，存儲條件:≥-25℃,<55℃
濕度：45℃時平均濕度不大于 50% ，常溫下 最高濕度不大于 90%
海拔高度：<1000m
防護等級：IP30
五、系統(tǒng)功能
5.1 開關(guān)狀態(tài)顯示
實現(xiàn)一次回路模擬圖、斷路器狀態(tài)顯示、開關(guān)狀態(tài)顯示、接地刀狀態(tài)顯示，能夠取代安裝于開關(guān)柜上的 傳統(tǒng)的一次回路模擬指示牌、開關(guān)狀態(tài)顯示器、接地指示器等諸多元件，實現(xiàn)對開關(guān)柜中各種元件工作狀態(tài) 的采集，并能夠通過 RS-485 或以太網(wǎng)通信，實現(xiàn)了開關(guān)柜內(nèi)實時動態(tài)運行模擬與遠程環(huán)境監(jiān)控。
圖 5-1 底盤車/地刀狀態(tài)
5.2 電氣參數(shù)數(shù)據(jù)顯示
通過 RKS-K28對開關(guān)柜實時監(jiān)測，可實現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)電氣特性（如圖 2-2： 電流、 電壓、功率、頻率）， 開關(guān)柜內(nèi)的溫濕度，行程開關(guān)的數(shù)據(jù)等進行實時監(jiān)測與管理。具備實時測溫、綜合負荷電流、溫升數(shù)據(jù)的變 化趨勢預測，實現(xiàn)柜內(nèi)預警。
圖 5-2 電氣特性
5.3 單設備控制
5.3.1 通過裝置HMI面板控制
在就地控制模式下，在裝置 HMI的默認控制顯示畫面上執(zhí)行設備控制，步驟如下：
1）點擊HMI屏幕，進入控制顯示畫面。
2）點擊裝置面板熱鍵，在HMI界面上選擇控制對象，并點擊確定。
3）在界面彈窗上選擇控制方向并點擊確定?？刂茍?zhí)行后，控制畫面顯示實際設備狀態(tài)。若在HMI控制菜單的子菜單中選擇裝置并執(zhí)行控制，需輸入控制密碼。
5.3.2 通過SCADA 控制
裝置通過規(guī)約連接到SCADA，SCADA可以對開關(guān)手車、接地刀閘進行遠程遙控。 通過SCADA對裝置進行實施控制時，需要輸入控制密碼。通過SCADA對裝置進行控制，需要滿足以下條件：
l 確保裝置處于遠方/就地模式。
l 確保已完成對通信端口采用的映射文件的設置。
l 確保設備的控制信號已配置到通信端口上。
l 裝置已獲得相應的配置信息。
圖 5-3 單設備控制
5.4 多設備順序控制
開關(guān)柜有以下運行模式：
l 運行模式：斷路器合位，手車合位，接地刀閘分位；
l 熱備用模式：斷路器分位，手車合位，接地刀閘分位；
l 冷備用模式： 斷路器分位，手車分位，接地刀閘分位；
l 檢修模式： 斷路器分位，手車分位，接地刀閘合位。
通過以太網(wǎng)接口對電動底盤車及地刀控制器實現(xiàn)遠方控制，根據(jù)底盤車、接地刀和斷路器的機械位置和電氣狀態(tài)，自動完成斷路器順序化操作；對開關(guān)柜內(nèi)斷路器及接地刀進行位置的實時實況查看，實現(xiàn)一鍵順控狀態(tài)與視頻雙確認。
RKS-K28一鍵順控系統(tǒng)支持實現(xiàn)各個模式之間切換的一鍵順序控制（順控）功能。順控命令執(zhí)行時，智能綜合監(jiān)控裝置檢查運行模式，并檢查斷路器、手車（隔離開關(guān)）、接地刀閘的位置。不滿足順控條件的，順控將被閉鎖。順控中若出現(xiàn)異常，即使異常立刻恢復，順控都停止執(zhí)行。通過裝置RKS-IED、SCADA可實現(xiàn)一鍵順控。
圖 5-4 一鍵順控
5.5 機械特性監(jiān)視
機械特性曲線操作可以在RKS-K28智能開關(guān)柜一鍵順控融合系統(tǒng)上查看，也可以通過Modbus等通訊規(guī)約從后臺的SCADA進行波形的讀取。
RKS-K28智能開關(guān)柜一鍵順控融合系統(tǒng)的機械特性曲線界面，會顯示可控一次設備的機械動作波形曲線。一次設備在被控制過程中是否正?？梢酝ㄟ^兩條曲線的相似度來判斷。實時波形生成后，將會附帶波形的分析結(jié)果，包括：直流電壓值、電機平均運行電流、電機運行時間以及實時波和基準波形的相似度。這些信息可以直接通過裝置自帶的網(wǎng)頁界面查看，也支持通過標準的COMTRAD錄波格式中.inf文件，隨錄波文件（ .cfg和.dat文件）通過Modbus規(guī)約一起上送后臺的SCADA。
手車、地刀、跳合閘線圈、儲能電機和三工位開關(guān)電機在進行電動操作的過程中，會觸發(fā)電流波形錄制。
機械動作波形指在自動控制、順序控制或手動控制一次設備時，裝置錄制保存的電流波形。手車、地刀、跳合閘線圈、儲能電機和三工位開關(guān)電機在進行電動操作的過程中，會觸發(fā)電流波形錄制。波形包含：
l 手車前進電機電流波形
l 手車后退電機電流波形
l 地刀分電機電流波形
l 地刀合電機電流波形
l 儲能電機電流波形
l 分閘線圈電流波形
l 合閘線圈電流波形
圖 5-5 合閘曲線圖
5.6 智能無線測溫
RKS-K28智能開關(guān)柜一鍵順控融合系統(tǒng)采用無線通信技術(shù)與溫度傳感器之間實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，不需要對開關(guān)柜做任何的物理結(jié)構(gòu)改變，也不需要進行施工布線，很好地解決高壓隔離的問題，同時采用超低功耗設計和屏蔽技術(shù)解決了測溫終端的使用壽命和抗強電磁干擾的問題。一臺 RKS-K28融合系統(tǒng)可以接收 24 個無線測溫傳感器數(shù)據(jù)。
無線測溫傳感器外殼是耐高溫絕緣材料，并由絕緣材料密封。體積小、重量輕。如下圖：
圖 5-6 無線測溫圖
技術(shù)參數(shù)：
l 溫度測量范圍：-35℃~+150℃
l 工作溫度：-40℃~+85℃
l 精度：±0.5℃
l 分辨率：0.5℃
l 溫度測量周期：每 2 分鐘（可定制為大于 1 分鐘的任意時間間隔）
l 供電方式：感應供電
l 射頻標準：433M
l 最大發(fā)射功率：+20dBm
l 安裝方式：硅鋼片，螺釘固定。
5.7 外接傳感器
RKS-K28智能開關(guān)柜一鍵順控融合系統(tǒng)，可以連接以下外接傳感器：
5.7.1 溫濕度控制器
外接傳感器通過RKS-IED綜合監(jiān)控單元的測溫接收器上擴展出的RS485總線進行ModBus通訊。各傳感器通訊參數(shù)需預先設置為 4800，8，N，1，并設置不同物理地址。
為確保正常通訊，傳感器的物理地址必須與RKS-IED綜合監(jiān)控單元的配置工具中各外接傳感器配置的物理地址保持一致。當傳感器與裝置通訊異常時，RKS-IED綜合監(jiān)控單元會發(fā)出連接中斷告警。
5.7.2 溫濕度傳感器：
l 工作電源：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 地址設置：斷路器室-1 、 電纜室-2 、母排室-3。
l 工作溫度：-40 ～ +85℃。
l 溫度采集范圍：-40℃~+125℃。
l 濕度采集范圍：0~ 100%RH。
l 安裝：支持定位孔、導軌安裝。
圖 5-7 外接傳感器數(shù)據(jù)
5.8 網(wǎng)絡視頻顯示
RKS-K28根據(jù)網(wǎng)絡攝像機的 IP 地址，對網(wǎng)絡攝像機進行訪問，實時監(jiān)控開關(guān)柜里的情況，并可對圖像資料實時編輯和存儲， 同時還可以控制攝像機的云臺和鏡頭，進行全方位地監(jiān)控。
攝像頭采用廣角攝像頭，電源和視頻信號都通過網(wǎng)線方式傳輸(網(wǎng)線需選用6類8芯線)。接口采用 RJ45接口。攝像頭本地可錄像，錄像時長取決于TF卡大小和選擇的錄像分辨率，最大支持 64GTF卡，錄像功能采用觀測時同步記錄的方式，默認 IP 地址為：192.168.1.10。其他參數(shù)如下：
l 工作電源： DC 12V。
l 分辨率：1920*1080。
l 可視角度：長邊 FOV130 度。
l 圖像翻轉(zhuǎn)：垂直、水平圖像翻轉(zhuǎn)。
l 有線網(wǎng)絡接口：標準 10/100Mbps 快速以太網(wǎng)， 自動 MDIX。
l 網(wǎng)絡協(xié)議：TCP/IP,DHCP,HTTP,UPNP， RTSP，ONVIF。
l 圖像存儲：錄像、圖片存儲回放（保存TF卡中，不低于8G ，存儲時間不低于30分鐘,在PC端可調(diào)用錄像），圖像緩存，可在移動偵測觸發(fā)錄像時，獲取觸發(fā)條件前一段時間的圖像（即能獲取到觸發(fā)錄像的動作）。
l 工作溫度：-25℃～55℃ , 20％-80％無水汽凝結(jié)。
l 儲存溫度：-40℃～60℃ ,0%-90%無水汽凝結(jié)。
l 安裝：支持定位孔、導軌安裝。
5.9 環(huán)境參數(shù)
主要檢測開關(guān)柜內(nèi)斷路器室和電纜頭出線室內(nèi)的溫度與濕度。
5.10 通訊
RKS-K28智能開關(guān)柜一鍵順控系統(tǒng)具有4路RS-485接口的標準通訊接口和4路以太網(wǎng)標準通訊接口。
RS-485通信接口使用差分信號傳輸方式，可以有效抑制共模干擾信號，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性。接口采用間距為5.08mm的5位工業(yè)接線端子。RS-485接 口參數(shù)：
l 工作方式：半雙工；
l 通信速率：2400、4800、9600、19200、38400bps；
l 通信協(xié)議：標準 MODBUS；
以太網(wǎng)接口類型為RJ45，連接采用非屏蔽雙絞線（UTP）或屏蔽雙絞線（STP），連接距離不超過100m。100Mbps連接采用120Ω的5類線，而10Mbps連接采用的是20Ω的3、4、5類線。以太網(wǎng)接口參數(shù)：
l 通信協(xié)議：MODBUS-TCP
l 默認 ID：192.168.0.88（可自行更改）
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