變電站開關(guān)設(shè)備的智能化

【摘要】作為變電站內(nèi)最重要的電氣設(shè)備之一，開關(guān)設(shè)備的智能化水平直接體現(xiàn)了變電站的智能化程度。分析了開關(guān)設(shè)備智能化監(jiān)測(cè)的主要狀態(tài)量，介紹了開關(guān)設(shè)備智能。組件的內(nèi)容及其系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；提出了開關(guān)設(shè)備智能化的實(shí)現(xiàn)方案；闡述了開關(guān)設(shè)備智能化發(fā)展的趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】開關(guān)設(shè)備；智能化；智能組件

引言

智能化變電站以智能一次設(shè)備和統(tǒng)一信息平臺(tái)為基礎(chǔ)，通過(guò)采用先進(jìn)的傳感器、電子、信息、通信、控制、人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、程序化自動(dòng)運(yùn)行控制、設(shè)備狀態(tài)檢修、運(yùn)行狀態(tài)自適應(yīng)、智能分析決策、網(wǎng)絡(luò)故障后的自動(dòng)重構(gòu)以及與調(diào)度中心信息的靈活交互，實(shí)現(xiàn)了一二次設(shè)備的智能化，運(yùn)行管理的自動(dòng)化。變電站智能一次設(shè)備（或稱智能設(shè)備）是由電力功能元件及其智能組件構(gòu)成，具有測(cè)量、控制、保護(hù)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)及預(yù)警、通信功能的電氣一次設(shè)備，是智能化變電站的重要組成部分。它是智能變電站的重要特征，是智能變電站區(qū)別于傳統(tǒng)變電站的重要標(biāo)志之一。作為變電站內(nèi)最重要的電氣設(shè)備，開關(guān)設(shè)備的智能化水平也直接體現(xiàn)了變電站的智能化程度。

一、開關(guān)設(shè)備智能化監(jiān)測(cè)的狀態(tài)量

根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象的不同，開關(guān)設(shè)備智能化中狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要監(jiān)測(cè)了三個(gè)方面的狀態(tài)量：局部放電狀態(tài)監(jiān)測(cè)。SF6氣體狀態(tài)監(jiān)測(cè)（壓力、微水、溫度）和操作機(jī)構(gòu)機(jī)械特性狀態(tài)監(jiān)測(cè)。表1為狀態(tài)量監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)表。

（一）局部放電狀態(tài)監(jiān)測(cè)

斷路器SF6局部放電監(jiān)測(cè)的方法主要有脈沖電流法、超聲波法、超高頻法，由于脈沖電流法和超聲波法的缺點(diǎn)比較明顯，不適用于連續(xù)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，目前市場(chǎng)上局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)除少數(shù)采用脈沖電流和超聲波傳感器進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)測(cè)外，主要還是基于超高頻法。開關(guān)設(shè)備傳感器安裝方式有兩種：（1）內(nèi)置式，即UHF傳感器安裝在組合電器本體增開檢測(cè)孔或使用組合電器手孔位置；2）外置式，即UHF傳感器安裝在組合電器的盆式絕緣子。

（二）SF6氣體監(jiān)測(cè)

開關(guān)設(shè)備的SF6氣體狀態(tài)監(jiān)測(cè)的主要監(jiān)測(cè)參量為SF6氣體壓力、SF6氣體

微水和溫度。目前市場(chǎng)上有壓力、微水、溫度一體化傳感器，因此在不改變一次設(shè)備裝配接口的情況下，可方便監(jiān)測(cè)開關(guān)設(shè)備氣室的SF6壓力、溫度以及密度。

（三）操作機(jī)構(gòu)機(jī)械特性狀態(tài)監(jiān)測(cè)

表1 開關(guān)設(shè)備監(jiān)測(cè)內(nèi)容與實(shí)現(xiàn)方法對(duì)應(yīng)表

斷路器的機(jī)械特性，又稱動(dòng)作特性和物理特性。斷路器的機(jī)械特性監(jiān)測(cè)的主要包括斷路器動(dòng)作特性監(jiān)測(cè)、電壽命診斷、機(jī)械系統(tǒng)診斷及儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

因此，機(jī)械特性的監(jiān)測(cè)需要是通過(guò)安裝于斷路器操作機(jī)構(gòu)內(nèi)的位移傳感器、霍爾小電流傳感器、溫度傳感器、電流監(jiān)測(cè)傳感器等終端傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)操作機(jī)構(gòu)的機(jī)械狀態(tài)。

二、開關(guān)設(shè)備的智能組件的內(nèi)容

智能組件（intelligent component）：由若干智能電子裝置集合組成，承擔(dān)與宿主設(shè)備相關(guān)的測(cè)量、控制和監(jiān)測(cè)等基本功能，在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，智能組件還可承擔(dān)相關(guān)計(jì)量、保護(hù)等功能。根據(jù)目前智能組件實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)分類，智能開關(guān)設(shè)備主要采用3大類基本智能組件：

（一）狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED

接收被監(jiān)測(cè)開關(guān)設(shè)備本體傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、加工、分析、轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)據(jù)符合DL/T860標(biāo)準(zhǔn)要求的智能電子裝置。

狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED利用傳感器收集到運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)時(shí)信息、自動(dòng)分析目前開關(guān)設(shè)備的工作狀態(tài)，同時(shí)將信息上傳至遠(yuǎn)方的監(jiān)控系統(tǒng)。它是實(shí)現(xiàn)智能高壓設(shè)備狀態(tài)可視化要求和狀態(tài)檢修要求的必要手段。

（二）智能終端

與開關(guān)本體采用電纜連接，與保護(hù)、測(cè)控等二次設(shè)備采用光纖連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)設(shè)備的測(cè)量和控制等功能的一種智能組件。

（三）合并單元

用以來(lái)對(duì)二次轉(zhuǎn)化器的電流和/或電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)組合，使電流和/或電壓數(shù)據(jù)最終符合DL/T860標(biāo)準(zhǔn)要求的物理元件。

三、智能組件系統(tǒng)網(wǎng)路架構(gòu)

在智能變電中，設(shè)備按照三層設(shè)備兩層網(wǎng)絡(luò)的模式設(shè)計(jì)，三層設(shè)備指過(guò)程層設(shè)備、間隔層設(shè)備以及站控層設(shè)備；兩層網(wǎng)絡(luò)指過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)和站控層網(wǎng)絡(luò)。智能組件包括過(guò)程層通信和站控層網(wǎng)絡(luò)，組件內(nèi)所有的IED均接入過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)，其中主IED同時(shí)與站控層網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互。將智能組件中的裝置合并單元、智能終端和監(jiān)測(cè)IED集成到同一開關(guān)柜中，從而一次設(shè)備的智能化。智能組件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架如圖1所示。

四、開關(guān)設(shè)備智能化的方案探討

智能開關(guān)對(duì)開關(guān)設(shè)備的智能化水平提出了較高要求，模糊了傳統(tǒng)意義上的一次設(shè)備和二次設(shè)備的界線。國(guó)家電網(wǎng)公司在總結(jié)近幾年試點(diǎn)智能變電站的建設(shè)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出了企業(yè)對(duì)高壓設(shè)備智能化的標(biāo)準(zhǔn)，《高壓設(shè)備智能化技術(shù)導(dǎo)則》，對(duì)高壓設(shè)備的智能化方向作出了指導(dǎo)性的規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)中明確提出了智能設(shè)備所要實(shí)現(xiàn)的五大基本功能，即測(cè)量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化、信息互動(dòng)化。

從已經(jīng)建設(shè)的智能變電站來(lái)看，智能化的開關(guān)設(shè)備采用開關(guān)本體+整合型智能組件+傳感器模式。智能組件柜通過(guò)符合DL/T860標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)和站控層網(wǎng)絡(luò)與其他設(shè)備或站控系統(tǒng)進(jìn)行交互。圖2為開關(guān)設(shè)備的智能化實(shí)現(xiàn)框圖。

開關(guān)設(shè)備智能化分為三個(gè)部分：開關(guān)設(shè)備本體、智能組件柜和監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)。

智能組件柜配置的監(jiān)測(cè)IED 包括監(jiān)測(cè)主IED、局部放電監(jiān)測(cè)IED、氣體監(jiān)測(cè)IED及機(jī)械特性監(jiān)測(cè)IED。組件柜內(nèi)也可根據(jù)需求配置智能終端與合并單元。安裝在開關(guān)設(shè)備本體的傳感器通過(guò)RS485或CAN總線將監(jiān)

測(cè)到的信息傳送到對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)IED，并通過(guò)主IED上送到監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)。智能終端與合并單元完成開關(guān)設(shè)備的電流測(cè)量和控制，該類設(shè)備應(yīng)支持直采直跳的功能。

智能控制柜應(yīng)采用智能溫控型匯控柜，以滿足智能組件室外長(zhǎng)期運(yùn)行要求，并能保證能夠在惡劣環(huán)境或極端環(huán)境和變電站強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下其內(nèi)部IED裝置安全可靠運(yùn)行

五、結(jié)語(yǔ)

智能化開關(guān)設(shè)備由開關(guān)設(shè)備本體和智能組件實(shí)現(xiàn)，并在智能變電站的建設(shè)中得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化和信息互動(dòng)化。但從目前的實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，智能開關(guān)的功能一體化程度較低，基本是每個(gè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)量都配有一個(gè)獨(dú)立的智能電子裝置，開關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)IED的大部分產(chǎn)品還不能實(shí)現(xiàn)根據(jù)傳感器信息分析出所監(jiān)測(cè)設(shè)備目前的運(yùn)行狀態(tài)，或者說(shuō)只能實(shí)現(xiàn)部分的信息參量的分析。

隨著智能變電站技術(shù)的發(fā)展以及在線監(jiān)測(cè)高級(jí)應(yīng)用功能的進(jìn)一研究，開關(guān)設(shè)備的智能化程度將會(huì)越來(lái)越高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉有為，周華.智能高壓開關(guān)設(shè)備信息流方案設(shè)計(jì)[J].高壓電器，2011，01：1-4.

[2] 李剛，劉有為，王冬青，鄧彥國(guó).智能高壓設(shè)備與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探討[J].電力建設(shè)，2011，06（32）：9-12.

[3] 劉有為，鄧彥國(guó)，吳立遠(yuǎn).高壓設(shè)備智能化方案及技術(shù)特征[J].電網(wǎng)技術(shù)，2010，07（34）：1-4.

[4] 徐清，張敏. 基于IED的變電站一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011，07：88，90.

[5] 張曉華，劉越新，劉永欣，孫嘉，邱俊宏.智能變電站二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[J].電氣技術(shù)，2011，04：41-44.

[6] 魯東海，孫純軍，王曉虎.智能變電站中在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2011，01（31）：134-137.

[7] 張斌，倪益民，馬曉軍，陳麗紅，徐石明，黃國(guó)方.變電站綜合智能組件探討[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，11：91-94.

[8] 閆敬東.智能組件技術(shù)在智能變電站中的應(yīng)用[J].寧夏電力，2012，01：18-22.