新形势下智能化高压开关设备发展

新形势下智能化高压开关设备的发展摘要：高压开关设备智能化是智能电网的重要组成部分。文章介绍了高压智能化开关设备的主要技术与发展方向。

关键词：智能化高压开关设备

0 引言

信息技术和微电子技术的不断发展，智能家电、智能机器人、智能建筑不断涌现，建设智能电网已被提到国家电力发展规划，智能变电站是统一坚强智能电网的重要基础和支撑。高压开关设备智能化是智能电网的重要组成部分。

1 智能变电站及特征

智能变电站包含：一次设备智能化，开关、变压器的状态检测；站控高级功能应用，设备状态可视化、故障信息综合分析决策、与外部系统交互信息。

智能变电站的体系分层：过程层、间隔层和站控层。保护、测控等二次设备属间隔层。站控层包括自动化站级监控系统、站域控制、通信系统、对时系统等，实现面向全站的监视、控制、告警及信息交互功能。

智能变电站的特征：一次设备智能化、信息交换标准化、系统高度集成化、运行控制自动化、保护控制协同化、分析决策在线化。高可靠性的设备是变电站坚强的基础，综合分析、自动协同控制是变电站智能化的关键，设备信息数字化、功能集成化、结构紧凑化是发展方向。

2 智能化高压开关设备结构

智能设备是智能电网的重要组成部分，也是区别传统电网的主要标志之一。智能设备smart equipment，由高压设备本体和智能组件组成，具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化特征的高压设备，是高压设备智能化的简称。

组成架构：高压设备；传感器或/和执行器；智能组件，通过传感器或/和执行器与高压设备形成有机整体，实现与宿主设备相关的测量、控制、计量、监测、保护等全部或部分功能。

智能设备是含传感器的一次设备与智能组件的结合体。

一次设备指变压器开关互感器等。设备应具备高可靠性，外绝缘宜采用复合材料，并与运行环境相适应，智能化所需各种传感器、执行器与一次设备本体可采用集成化设计。

智能组件是面向单一一次设备的综合测控集，强调功能实现的一体化。智能组件(intelligent component)由若干智能电子装置(ied)集合组成，在满足相关标准要求时，还可承担计量、保护等功能。

根据目前智能设备技术现状及发展趋势，高压设备与智能组件结合方式可采用以下三种方案：

目前设备组成过渡阶段未来智能设备

高压设备高压设备（检测单元可内置）

智能组件（分散布置）智能组件（一体化）保护单元

测量单元

控制

计量

检测

保护单元

测量单元

控制

计量

检测保护单元

测量单元

控制

计量

一般性通信要求：智能组件包括过程层网络通信和站控层网络通信，遵循iec61850通信协议；组件内可有不同的交换机配置方案，应采用优先设置、流量控制、vlan划分等技术优化过程层网络通信。

3 智能化功能实现

智能化开关设备应针对智能化变电站而设计，具有全电动操作，对开关成套设备进行全面的在线监测、智能分析和判断的功能。利用先进的数字化通讯系统使变电站实现完全无人值守成为可能。

1）全电动操作：能对断路器、负荷开关和接地开关等进行远程

分合控制。对手车底盘加装电动推进机构，进行电动进出操作。手动操作与电动操作互不影响，并可随时转换。

2）信号测量与状态监测：电子技术的发展使传感器技术日趋成熟，在开关设备的适当部位安装相应的传感器可进行各种信号的监测。断路器机械特性在线监测，gis局放的监测，气体成分监测，触头烧蚀状态

在导电连接的薄弱环节，安装温度在线监测器可实时监测该部位的温升。防止过热引起的烧损。

断路器机械特性的测量：测量断路器的机械特性较理想的方法就是在机构主转轴上安装旋转式位移传感器。再通过主轴转动角度与动触头的运动过程的对应关系计算出触头分合闸的时间—行程曲线，并由此计算各机械参数。

还可以监测断路器机构的储能电机电流，脱扣线圈电流，电机启动次数入间隔时间，位置信号等。

断路器电寿命的在线监测：每一型号规格的断路器都有各自的电寿命。电子式ct采用罗氏线圈，无磁饱和缺陷，可以在工作电流至短路电流范围内线性精确地测量电流，并且瞬态响应快，为开关柜的事故分析及电寿命检测提供准确的数据。通过时间—行程曲线监测分闸时间，对i2t的进行累加，从而判断触头烧损情况，实现电寿命的监测。

弧光检测及快速灭弧：据统计，电力系统在运的约33万面中压开关柜中，存在故障电弧防护不足的占相当在的比例，开关柜折安

全隐患亟待重视。iac级高压开关柜内部故障电弧允许持续时间应不小于0.5s试验电流为额定短时耐受电流。确保运行人员的人身安全和开关设备的安全，为迅速排除故障恢复供电创造条件。

3）智能控制：智能组件应支持所属断路器开关设备的网络化控制。控制应满足所属各开关设备的逻辑闭锁和保护闭锁要求。合闸选相控制是指断路器智能选择合适的相位进行合闸操作。在需要减少合闸暂态电压和涌流等场合，宜选择合闸选相控制器。

4）功能集成：将所有测量模块，在线监测数据采集模块，控制模块集成于智能组件中；考虑到系统层网络的数据量问题，所有在线监测数据的处理及判断集成于智能组件中；所有在线监测的数据通过独立的网线上传至后台。

5）综合故障评估与分析：对自诊断结果进行综合分析及判断，并以故障模式，故障的影响和故障的发生几率进行表述。

如机构发生故障时：曲线超出会正常曲线包络线，分合闸时间超标，分合闸速度不达标，可能是负载增加或油缓冲失效等。

4 未来展望

目前我国电力设备基本满足电网建设和发展的常规需求，智能电网的前期技术试点工作已取得各项技术领域的一大批可喜成果，具有了向智能化发展的基础。

根据规划，“十二五”期间进入智能电网的全面建设阶段，将加快城市配电网的建设，初步形成智能电网运行控制和互动体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用。国内智能电网建设前景看