一体化集成的智能柱上开关产品来源于科技项目，是在输配电联盟的积极运作下，科技项目于2017年由南方电网科学研究院总部立项，项目总经费240余万，2018年、2019年研究试制并挂网试点运行，项目主要解决柱上开关的开关本体整体结构，解决机构室凝露、开关整体防护等问题；采用新型环保气体绝缘取代SF6气体绝缘，减少或者避免SF6气体的排放；开展FTU测量、保护、单相接地故障识别功能一体集成方案的研究；开展一二次电缆连接技术和数据通信技术研究；研究运用现代传感技术实现设备关键部件的状态监测；研究通过远程配置和移动运维相结合的柱上开关智能运维方案。

项目在研制的过程中取得了以下成果，联合设备制造商、检测机构共同制定检测大纲，获第三方独立检测机构的检测报告四份分别是一次开关本体检验报告、二次FTU馈线终端检验报告、一二次成套联调检验报告和环境及性能检验报告；在电网核心期刊发表论文3篇，分别是《一体化集成的智能柱上开关高可靠性研究与设计》（电气应用2018.19）、《一体化集成的智能柱上开关弹簧操作机构综合状态诊断方法》（电工电气2019.7）、《智能柱上开关一二次融合连接关键技术的研究》（中国科技信息2019.18）；，申报5项，其中3项项发明、2项实用新型；软件著作权1项。

二、一体化集成柱上开关本体实现方案

项目研究制定适应高污秽、高盐分、高寒冷、高湿热等恶劣环境下可靠运行的一体化集成柱上开关，同时柱上开关集成一、二次多项功能，需重新研究制定一体化集成柱上开关本体架构。一体化集成的一体化集成柱上开关设备由开关本体、馈线终端、外置电源PT、连接电缆等构成。开关本体、馈线终端、电源PT之间通过航空接插件和户外型全绝缘电缆连接，暴露在空气中的航空接插件采用密封材料对金属导体进行密封，提高其抗凝露性能。

2.1 结构设计与实现

（1） 整体结构实现方案

将真空灭弧室、内部连接导体、电子式传感器置于封闭的箱体内，采用共箱式结构，真空灭弧，环保气体绝缘的方式。柱上开关的绝缘套管采用抗紫外线能力强、具有憎水性等性能的复合绝缘材料。整体结构设计图如图所示：

图：一体化集成的智能柱上开关本体整体结构图

（1）电缆套管出线外图形

箱体外形尺寸（宽*高）：617mm*390mm

底部安装孔距：540mm*350mm，安装孔：4-14mm*24mm。

（2）端子套管出线外图形

箱体外形尺寸（长*宽*高）：1180mm*617mm*390mm

底部安装孔距：540mm*350mm，安装孔4-14mm*24mm

（2）内部结构设计实现

将机构室与开关室作为一个整体，从原来的二个铸模冲压箱改为一体化铸模冲压箱；取消了顶盖板处与侧面机构罩处密封圈，密封圈改为底盖板处；配合机构位置的改变，机构进行了小型化设计，结构更简单,零部件更少；底部盖板作为安装、检修口，不作应力支撑，开关顶部满焊；开关本体内将每个单相都进行绝缘处理，同时三相整体装配在不锈钢箱体内上部，安全防护等级超过IP67技术指标要求。内部结构设计如图所示：

图：一体化集成的智能柱上开关本体内部结构图

（3）操作面板实现方案

本项目研制的一体化集成的智能柱上开关面板有清晰、可靠的开关位置指示，开关断开、合上位置及弹簧机构储能指示清晰易见并有标志颜色表示，同时附带中文指示标识。操作开关手动分合闸手柄以及手动储能手柄装置等均有明确的、的标志。

2.2 安装方式设计实现

柱上开关安装可采用坐装及吊装二种方式。开关杆上吊装时按照图3-32、3-33安装。将安装螺栓上的螺母松到螺栓的末端，并将线绳挂在两边的开关吊钩上。在抬到横担位置时，使吊架与横担接触，放好吊架螺栓和弯板后，拧紧螺母（线呢长度大于80cm，断路器允许稍有倾斜）。解开线绳，并*拧紧螺母，断路器可以单杆架设，也可以双杆架设，可参照安装示意图3-34、3-35所示。

图： 起吊方法示意图 图3-33 吊装方法示意图

图：吊装尺寸示意图 图3-35 坐装尺寸示意图

2.3 主要材料配置清单

一体化集成的智能柱上开关本体的装配原材料主要有弹簧操作机构、真空管、套管绝缘件等，配置三相全绝缘组合电压互感器采集线路电压和设备取电、在气箱内置电子式零序电压互感器用于采集线缆零序电压判断故障，配置三相+零序一体电流互感器用户采集线缆电流和故障判断处理，每套一体化集成的智能柱上开关本体配置的主要原材料如下表所示：

表3-7 开关本体主要原材料配置清单

小结

一体化集成柱上开关可靠性提升技术，项目仿真优化了真空灭弧室结构及电场，同时重新设计开关本体结构，将操动机构置于开关下方，用于增强操作机构性能，本章也通过底部防爆盖板密封优化、操作手柄密封优化和开干本体工艺保障三种方式加强了开关本体密封性能。此外，本章研究了环保气体取代SF₆绝缘技术，通过环保气体绝缘性能指标分析、电场强度优化和气室温升分析，验证了环保气体绝缘的可行性并优化降低了环保气体局部放电问题，进一步提升智能柱上开关环境友好度。通过本章相关技术的研究应用，将有效提升柱上开关可靠性和环境友好度，能够进一步降低配电网设备的运维难度和运维压力，提高配电网设备运行可靠性。

3 一体化集成柱上开关FTU设备

一体化集成的智能柱上开关二次FTU馈线终端以高性能32位微处理器和实时嵌入式操作系统为平台，综合使用了各种硬件、软件的前沿技术，具有高性能、高精度、高可靠性、高稳定性等特点。配有10M/100M自适应以太网，可满足大流量、高速率数据传输要求。装置机箱结构紧凑、密封性好、抗干扰、抗震动能力强。装置功能完善、配置灵活，在满足用户要求的前提下，达到了性价比。

二次FTU馈线终端采用了推出的超高性能数字信号控制器，具有浮点运算能力和增强的DSP处理指令；高达1M字节的片上闪存和高达196K字节的内嵌SRAM；片内资源的访问周期真正达到单周期指令访问，以168MHz速度运行时可达到210DMIPS的处理能力；此外还具有灵活的外部存储器接口和丰富的内置外设功能, 一体化集成的智能柱上开关二次FTU馈线终端具有以下功能特点。

1) 存储大容量扩展

2) 模拟输入量采集

3) 开关量输入

4) 开关量输出

5) 事件记录

6) 运行状态指示灯

7) 故障检测及保护功能

8) 分合闸线圈、储能电机电流监控

9) 温湿度状态监测

10) 多样化的通讯方式

11) 便携的维护软件

3.1 技术参数

一体化集成的智能柱上开关成套设备二次FTU馈线终端的技术参数满足以下参数表：

1）6芯航空插座、插头端子定义

2）6芯防开路航空插座、插头端子定义

3）19芯航空插座、插头端子定义

1.1.2. 一次开关本体侧航插信号定义

1）37芯航空插座、插头端子定义