【摘 要】文章针对传统10 kV开关柜依赖人工巡检、故障响应滞后及数据孤岛化等问题，提出一种基于多源信息融合与边缘计算的新型开关柜智能化解决方案。通过植入光学编码器、无线测温传感器、霍尔传感器、高清摄像头、局放传感器等各种智能组件，利用终端装置进行多维数据采集和控制；智能边缘计算系统与终端装置进行数据交互，利用人工智能融合工业机理算法构建故障模型专家库，完成机械特性分析、电气寿命预测、健康状态评估、运维检修建议及故障预警等一系列智能化功能，并具备云平台数据运维功能。通过智能边缘计算系统进行智能诊断和分析，有效提高了电力系统的安全可靠性，减少了事故发生风险，降低了维护成本，延长了设备寿命，实现了被动运维到智能预测性运维的跨越性转型。

【关键词】智能化；边缘计算；智能监控；一键顺控

引言

随着智能电网与能源互联网的快速发展，电力系统对配电设备的可靠性、实时性与智能化提出了更高要求。10 kV开关柜作为配电网的核心设备，其运行状态直接关系到供电安全与质量。开关柜在运行中的状态是评估开关柜性能、保障操作安全的基础。传统开关柜中常见的发热温升故障、局部放电故障及机械故障造成的拒分、拒合、误动等情况不仅会导致开关设备损坏，增加运行安全隐患，严重的还会影响电力系统的稳定性[1]。因此，本文提出有效降低上述故障发生概率、提高开关设备可靠性、减少日常维护检修所需人力和物力，实现10 kV开关设备智能运维和全生命周期监测的开关柜智能化解决方案，以保障电力系统运行的安全性。

一、10 kV开关柜智能化解决方案

（一）10 kV智能开关柜监控系统

采用先进的传感、物联网、大数据分析等技术构建端、网、系统级的智能开关柜，通过布置多种传感器，采集开关柜环境、电气设备运行、机械结构等多维信息，实现开关柜运行监测、故障预警及分析诊断等智能化管理功能[2]。

通过采集光学编码器、无线测温传感器、霍尔传感器、高清摄像头、局放传感器等各种智能组件，实现对开关设备一次开断电压电流、运行状态、线圈及电机电流、分/合闸动触头行程、关键点温度、环境温湿度、视频、局部放电、电动底盘车和电动接地开关远程控制等的实时在线监测和控制。

智能开关柜监控系统应用架构如图1所示。

感知层由开关柜内关键节点安装的各类传感器单元组成，主要采集温度、湿度、电流、位移、图像、电磁波、声波等参数，对开关柜进行多维度监控。终端层则是智能电子装置（Intelligent Electronic Device，IED）的监控装置，具备信息采集功能，对各类传感器监测的相关数据进行接收。人机界面（Human Machine Interface，HMI）屏接收智能边缘计算系统分析后的数据，就地显示开关柜监测的各类数据、运行状态及诊断结果。网络层的主要设备是网络交换机，用于构建IED监控装置与智能边缘计算系统之间的数据局域通信，采用有线或无线4G、5G通信传输至站端。平台应用层是智能边缘计算系统，实现整个系统的数据计算处理、诊断分析、故障预警、健康状态评估、云端服务等功能[3]。

（二）10 kV开关柜智能组件及其布局

10 kV智能开关柜监测的数据包含断路器分合闸线圈电流、底盘车及储能电机电流、接地开关电机电流、开关柜一次主回路各关键节点温度、环境温湿度、开关柜局放、断路器室及电缆室视频图像信息等。智能组件中的部分传感器和终端均配备了通信模块，能够将相应的数据信息实时传递给IED监控装置及智能边缘计算系统进行计算分析，其智能化开关柜智能组件布局如图2所示。

IED监控装置安装在开关柜上侧的低压室，传感器通过有线或无线的方式将数据传输至IED监控装置。