高壓斷路器智能化的意義及在電力系統的實際應用

孟令文

（國網陜西省電力公司銅川供電公司銅川　727031）

高壓斷路器智能化的意義及在電力系統的實際應用

孟令文

（國網陜西省電力公司銅川供電公司銅川727031）

本文對高壓智能斷路器在電網中的重要性做出了闡述，并且對其結構原理進行了剖析，分析了在智能電網中的應用前景，并針對在智能電網中應用中，其體現智能性的重要技術要求提出了具體的要求，可供選用高壓智能斷路器的相關人員進行參考。

高壓；智能斷路器；選用

隨著我國國民經濟的快速發展，建立堅強智能電網已經迫在眉睫，加快智能電網的建設，確保電網發展速度適度超前于國民經濟的發展速度，才能確保國家各項生產和經濟的又好又快的發展，近年來，東部沿海用電緊缺的矛盾日益突出，尤其是部分內陸省份負荷高峰期間的缺點情況也時有發生，都極大的影響了各項工農業的生產生活用電，因此電網建設不能再局限于常規的常態發展，必須著眼于大電網、智能化的跨越發展，只有這樣才能確保電網發展適度領先于經濟的發展。

逐步建立智能高壓電網，智能斷路器是其中必不可少的主要元件。和傳統的斷路器相比較，智能斷路器有著其自身的優點，其將計量、控制、通訊、狀態監測等多功能融于一身體，使得在系統中實現了數字化、模塊化、系統化，能夠實現實時狀態的監測，可以實現全數字化的控制，性能及可靠性大大提高，從而服務于智能化的高壓電網中。

1　高壓智能斷路器的結構特點及原理

目前，高壓斷路器種類可分為：油斷路器、六氟化硫斷路器、真空斷路器、壓縮空氣斷路器等，但就智能斷路器而言，和傳統的斷路器相比較，智能斷路器有著其自身的優點，其具有較高性能的斷路器和控制設備，配有電子設備、傳感器和執行器，不僅具有斷路器的基本功能，還具有附加功能，尤其在檢測和診斷方面，智能斷路器實現電子操動，具有數字化的接口，可以將位置信息、狀態信息、分合閘命令通過網絡方式傳輸，控制回路中電子電路的壽命、可靠性是智能斷路器技術的的關鍵。智能斷路器是在現有斷路器的基礎上引入智能控制單元，它由數據采集、智能識別和調節裝置3個基本模塊構成。智能識別模塊是智能控制單元的核心，由微處理器構成的微機控制系統，能根據操作前所采集到的電網信息和主控制室發出的操作信號，自動地識別操作時斷路器所處的電網工作狀態，根據對斷路器仿真分析的結果決定出合適的動作特性，并對執行機構發出調節信息，待調節完成后再發出分合閘信號；數據采集模塊主要由新型傳感器組成，隨時把電網的數據以數字信號的形式提供給智能識別模塊，以進行處理分析；執行機構由能接收定量控制信息的部件和驅動執行器組成，用來調整操動機構的參數，以便改變每次操作時的運動特性。此外，還可根據需要加裝顯示模塊、通信模塊以及各種檢測模塊，以擴大智能操作斷路器的智能化功能。智能操作斷路器在系統故障由繼電保護裝置發出分閘信號或由操作人員發出操作信號后，首先啟動智能識別模塊工作，判斷當前斷路器所處的工作條件，對調節裝置發出不同的定量控制信息而自動調整操動機構的參數，以獲得與當前系統工作狀態相適應的運動特性，然后使斷路器及時迅速準確的動作，切斷負荷電流或故障電流。

2　高壓智能斷路器的應用

高壓智能斷路器已將計量、控制及通信等功能融于一體，使電力設備的模塊化、系統化成為可能。微控制器技術的不斷發展又為智能斷路器功能的多樣化，可靠性的提高，性能優化提供了技術保障。智能斷路器的核心是智能控制器，其性能的高低是判斷智能斷路器是否先進的主要依據。近年來，智能斷路器不斷引入微電子技術、計算機技術、網絡通信技術和新型傳感器技術，使得智能斷路器的應用出現了突飛猛進的發展。作為高壓智能斷路器技術的補充，斷路器智能監視和控制技術得到了相應的發展并在工程上得到廣泛的利用，配合智能斷路器的局部放電技術、紅外測溫技術、機械特性檢測技術、氣體密度水分監測技術等相關技術不斷發展完善，以及通過對各種參數的采集和結果的分析處理軟件，最終完成狀態信息和分析結果的顯示以及相應的控制操作系統的不斷完善，使得高壓智能斷路器在數字化變電站的應用更加廣泛，總而言之、高壓智能斷路器是電網智能化的一項重要的工作，它涉及到很多領域的技術進步和創新發展，同時也促進了數字化變電站及智能電網的發展，必將替代常規斷路器而作為智能電網發展的重要元件。

3　高壓智能斷路器的選用要點

選用高壓智能斷路器時，除常規的額定電壓、額定電流、短路電流等技術參數外，還應注意以下要點：

（1）對于126～550kV瓷柱式、罐式交流斷路器，局部放電傳感器宜采用UHF傳感器。

（2）對于斷路器智能組件的通信協議：應遵循DL/T860通信協議。智能組件內所有IED都應接入內部過程層網絡，監測功能組主IED、測控裝置等，還應接入站控層網絡。對于同時接入站控層和過程層網絡的IED，兩個網絡端口必須采用獨立的數據控制器。

（3）對于開關設備控制器：可集成選相合閘功能和支持程序化控制的開關物理位置感知功能。其中，物理位置感知信息由開關設備控制器采集。開關設備控制器以DL/T860 GOOSE服務接入過程層網絡。關于選相合閘，要求實際合閘相位與預期合閘相位之間的平均偏差應不大于1ms，合閘時間的分散性（σ）應不大于1ms。應具有環境溫度修正、操作頻率修正、控制回路電壓修正等功能。

（4）對于開關設備監測功能：故障幾率的參考是，專業人員判定需盡快退出運行的，故障幾率可定為90%，超過注意值要求時，故障幾率可定為10%。監測主IED定時（1次/24h）主動向站控層報送統一格式監測數據，當評估的故障幾率每增大5%，立即主動上送報文一次。

（5）對于開關設備監測數據模型要求，主IED應根據DL/T860原則進行數據建模。

（6）對于開關設備局部放電監測：局部放電監測IED采集氣室內部的局部放電信號，并根據當前放電信號強度、趨勢等信息，對放電性缺陷是否存在及嚴重程度做出定量評估，將定量評估結果“故障幾率”以MMS服務、通過過程層網絡向主IED報送。每2h報送1次，故障幾率每增大5%立即主動上送報文1次。

局部放電監測IED以連續50個工頻周期的測量數據為依據，按“放電強度（MV或dbm）、放電頻次（超過最小可測量的頻次，次/s），相位”的統一格式測量數據，每24h將日放電強度最大一組監測數據向主IED報送1次。等值放電強度變化10pC時，立即主動上送報文一次。

局部放電監測IED應有足夠的數據存儲空間，合適的存儲策略，以服務于深度分析的需要。

①技術指標

局部放電IED最小可測不大于50pC的放電信號，最大可測5000pC的放電信號。局部放電監測IED所測的放電信號強度能夠反映實際放電量的變化。

②數據模型要求

監測主IED應根據DL/T860原則進行數據建模。

（7）對于開關設備機械狀態監測的要求：采集反應開關設備機械狀態的參量值，通過計算、分析，評估開關設備的機構狀態、儲能系統狀態、機構電源狀態等。

（8）對于開關設備氣室狀態監測功能要求：氣室狀態監測IED兼有測量IED的功能。氣室狀態監測IED采集氣體壓力、溫度和水分（露點），根據所采集的數據，計算20℃時的氣體壓力，計算水分含量（μL/L），并對是否存在氣體泄漏、水分超標缺陷及嚴重程度做出定量評估。

（9）對于開關設備觸頭溫度：測量不確定度不大于5℃；環境溫度的測量不確定度不大于1℃。電流有效值的誤差不大于1%。各低壓報警值偏差不大于5%。

4　結語

本文就高壓智能斷路器的結構與案例進行剖析，并就其在電力系統的應用前景進行了分析，重點就在其選用過程中的要點進行了詳細的描述，可用于智能電網的設計、施工、監理等技術人員，在建設智能電網工程中的參考資料。

[1]《交流高壓短路器技術標準》.國家電網生［2004］34號.

[2]《國家電網公司電力變壓器、高壓開關設備智能化技術條件》.國家電網公司智能二［2010］1號.

TM561

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1673-0038（2015）50-0189-02

2015-11-20