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在日益电气化的世界中，对于几乎所有想像得到的应用，开关柜都在提供稳定可靠的电力上发挥着关键作用。开关柜的任务是安全有效地将来自发电厂和公用电网的中压 (MV)（高 40.5 kV）电力输送至低压 (LV)（高 690 V）配电网络。开关柜包括许多电气设备，例如：断路器、电力监视器、电机和馈线控制装置，以及保护装置。
传统开关柜技术的隐性成本
传统开关柜会产生许多隐性成本，在整个生命周期内，这些成本不断累积，其总金额可能会达到一个相当可观的水平，例如：
• 设备实施和正确参数值设置的初始成本，如果难以找到必要信息，这可能会很耗时。
• 当设计与现场实际情况无法完全匹配时，工程和调试团队之间会产生协调摩擦。
• 开关柜测试，包括人工操作的数据收集和报告创建，可能需要买方、运营商和制造商之间进行成本高昂且耗时的协调。
运行成本也是传统开关柜的一项重大开销。相关支出包括定期的目视检测、功能检查和维护，这些都是在预防性而非必要性的基础上进行的。更糟糕的是，缺乏对设备状况的了解意味着运营商往往被迫执行反应性维护、保留一系列昂贵的备件，或长期保持一支训练有素的维护团队，以防设备出现故障。尽管反应式维护成本更高且破坏性更强，但它仍然比预防性维护更为普遍。
此外，开关柜的平均寿命为 30 年。随着电力需求的变化，运营商可能很难计算现有开关柜中是否有足够的电容量和热容量来支持新组件。这可能会导致在不必要的情况下购买了新设备。
释放数据，解锁成本节约的密码
电力基础设施已经可产生数据。例如，保护继电器可计算运行周期和跳闸周期，这些数据随后会被用于估计触点磨损和其他断路器状况。在从工业操作到空气调节的各种应用中，电机控制器可收集有关电机负载状况的数据，以帮助操作员检测电机或配套机器中的问题。然而，这些智能设备所创建数据的实用性仅与用户收集、访问和对其采取行动的能力一样。
在许多情况下，由于缺乏必要的专业知识，无法对所需的智能设备、现场总线和以太网通信进行设置和编程，所以数据仍保留在原来的位置。然而，如果访问这些数据并将其整合到单个系统中，则可利用它们来确定正确的阈值设置、监控持续性能，并基于实际情况信息，帮助推动具有成本效益的预测性开关柜维护，这比等待代价高昂的故障发生要好得多。
数字化开关柜大大简化了将数据从设备孤岛中解放出来以供分析的任务，从而能够确定节约成本的措施 →01。（01 与传统方法相比，数字化开关柜可大大降低成本。）
数字化开关柜的优势
借助数字化开关柜解决方案，运营商不仅可以自动收集数据，还可以存储和分析数据，以促进数据驱动的决策，同时应用生命周期分析来进一步创造价值。举例来说，这些数据可用于提供状态监测，从而：
• 在进行工厂验收测试之前，验证开关柜的功能和性能
• 在工厂验收测试和调试期间，通过状态报告说明开关柜的状态
• 运行期间，在发生故障之前，识别出需要修理的元件
• 分析性能数据以确定基于条件的维护要求
• 提前进行更好的维护规划，从预防性维护转向预测性维护
此外，数字化开关柜解决方案通过在开关柜的整个使用寿命内收集现场数据，为资产管理解决方案提供基础，从而更好地估计电气设备的剩余使用寿命和故障概率。
有一种更有效的方法是为开关柜或现场的整个电气组件添加全面的状态监测，例如采用 ABB Ability™ 解决方案。这些解决方案使用复杂的数据分析和算法，自动连续地将设备中的数据转换为可操作的见解，维护人员可通过仪表板轻松访问这些见解。与生命周期的历史数据（如调试日期、维护日期和已执行维护）一起，这些数据将成为推动决策的可操作信息。开关柜数字化不仅适用于新装置，任何开关柜都可根据需要，添加智能设备和传感器，以实现数字化。
适用于数字化开关柜的智能通信、设备和传感器
开关柜的数字化涉及一系列技术。例如，出于监控目的，数字化中压和低压开关柜通过基于以太网的数字通信链路进行连接，这包括广泛使用的 IEC 61850 以及Modbus TCP 或 OPC UA →02。（02 如图所示，中压开关柜的监控通过基于以太网的通信链路实现）这些通信协议常用于工业物联网 (IIoT) 平台。
断路器以及智能电子设备 (IED)，例如 ABB的 Relion® 继电器或用于低压断路器的Ekip 控制和保护装置，是开关柜数字化的核心要素。IED 不仅可执行控制和保护操作，还具备断路器状态监测功能，为操作员提供可分析的数据，这些数据还可用于安排断路器维护或功能测试。同时，运行时间计数器可以为连接的电机或变压器安排基于时间的维护。收集的数据包括：
• 电流、电压、功率等电气参数
• 带时间戳的警报和事件
• 断路器状态数据，带实时计数器和数值
• 负载水平的变化
随着越来越多的传感技术出现，断路器本身的数字化程度变得更高，并且可以提供有关其状况的更准确信息。此外，收集并监控来自其他开关柜组件和传感器（例如接地开关、隔离开关和门锁位置指示器）的数据，可以进一步了解组件的电气和机械状态，而无需进入配电室，进而提高了操作和维护团队的整体安全性。
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