高压智能化开关设备.docx

1、高压智能化开关设备高压智能化开关设备1、智能化开关电器的概念 对“智能化开关电器”的一般表述是：智能化开关电器是将计算机技术、数字信息处理技术、电力电子技术、传感器技术、网络技术、通信技术和新型开关制造技术在传统电器上进行有机融合，使其具备智能化核心。2、普通高压开关设备（1）高压开关柜基本组成 主要由高压断路器、负荷开关、接触器、高压熔断器、隔离开关、接地开关、互感器、变压器，以及控制、测量、保护、调节装置，内部连接件、辅件、外壳和支持件等组成的成套配电装，其内部空间以空气或复合绝缘材料作为绝缘和灭弧介质，用作接受和分配电网的电能，或用作对高压用电设备的保护和控制。（2）操作程序：1.送电操

2、作步骤（1）先装好后封板,再关好前下门。（2）操作接地开关主轴并且使之分闸。（3）用转运车(平台车)将手车(处于分闸状态)推入柜内(试验位置)。（4）把二次插头插到静插座上(试验位置指示器亮)，关好前中门。（5）用手柄将手车从试验位置(分闸状态)推入到工作位置(工作位置指示器亮, 试验位置指示器灭)。（6）合闸断路器手车。2.停电(检修)操作步骤（1）将断路器手车分闸。（2）用手柄将手车从工作位置(分闸状态)退出到试验位置。（3）工作位置指示器灭, 试验位置指示器亮)。（4）打开前中门。（5）把二次插头拔出静插座(试验位置指示器灭)。（6）用转运车将手车(处于分闸状态)退出柜外。（7）操作接地

3、开关主轴并且使之合闸。（8）打开后封板和前下门。（2）高压开关设备的工作情况高压电器设备是电力电网中的重要设备，一旦发生事故，将会引起局部或较大地区的停电，造成巨大的经济损失和社会影响，因此这此设备运行一段时间后或运行中必须进行必要的检查和维护。迄今为止，电力部门一直采用传统的维护方式：即定期维护技术，经过规定的一段时间(如5年)，对设备进行规定项维护，这些项目是更换零部件、解体检查等。定期维护技术对减少和防止设备的故障发生起到了良好的作用，但是这种定期维护方式存在不少缺陷，例如在设备解体检查时，不但作业时需要停电，而且还需要可观的人员和零部件更换费用；另外停电后设备状态(如温度、电压等)和设

4、备运行中的状态不一致，会影响一些数据判定。 短路开断电流和次数是高压开关设备的关键性技术指标，是经过仔细验算之后提出的参数指标。而这些技术参数的形成均是考虑在最严酷的使用条件下依照相关国际和国家标准规定，并通过试验验证之后确定的。3、智能化高压开关设备 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

5、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。 4、智能化高压开关设备和普通设备的比较 高压开关设备正在向智能化方向发展。相当多的中、高压断路器以及气体绝缘全封闭组合电器(GIS)智

6、能化程度的不断提高，将使供电可靠性提高、监测能力增强、恢复供电加快、运行维护更经济、方便。并能及时、有效、自动地完成各种功能控制。由于传感技术的发展，人们可利用光纤和微电子元件解决高电压隔离和传感器系统内部小型化问题，而微处理技术可完成智能判断功能。综合运用这两项技术可实现高压开关设备的状态检测和故障诊断，从而提高高压开关设备的智能化水平。（一）智能化高压开关设备的特征 （1）控制网络化。智能化高压开关设备不仅能够完成继电保护控制命令，还能够根据IEC 61850规约通信，CB/DS/ES/FES能够正确执行网络遥控命令。 （2）测量数字化。根据IEC 61850规约通信，高压开关设备控制器、

7、光电压互感器、光电流互感器和合成单元，能够通过网络传输相关数字化测量和检测信息，分别在就地和远方显示一次主设备接线形式、状态信息、报警信号及状态监测结果。 （3）功能一体化。智能化高压开关设备的功能是高度集成的，具体说来：相关测量、控制和监测的融合设计，传感器植入技术和光互感器的一体化设计，各监测IED的集成设计。 （4）操作程序化。智能化高压开关设备能够接受程序化操作命令，自动按照规定的时间和逻辑闭锁要求逐一完成各指令所规定的操作。 （5）信息互动化。智能化高压开关设备包括过程层网络通信和站控层网络通信，遵循IEC 61850规约通信协议。智能组件内所有IED都接入过程层网络，需要与站控层网

8、络有信息交互需要的IED，还要接入站控层网络，如测控装置等。 （6）状态可视化。各监测IED的监测结果，按照“唯一性标识、故障部位、故障类型、风险程度”的报文格式，通过过程层网络向主IED报告自评估结果。 （7）监控诊断远程化。通过无线网络通信可以实现与智能化高压开关设备的信息交互，从而达到远程监控诊断功能。（二）气体绝缘全封闭组合电器（GIS）的智能化 GIS的智能化是一个跨学科的综合课题，其是具有众多功能和丰富通信接口的系统。在GIS智能化的实施中，关键问题主要包括： （1） 智能操控回路。传统变电站中，GIS机构操作回路和操作箱的控制回路分别由一次、二次回路厂家设计，这容易造成寄生回路和

9、成本上升。而智能变电站中，开关智能终端的就地化使得操控回路的一体化设计成为可能，并带来如下益处：智能GIS设计时，考虑在开关智能终端的防跳回路基础上增加机械故障防跳机制，防跳回路在印制板上实现，能够提高一次设备的集成化和智能化程度，同时占用空间更小；在智能GIS中，由开关智能终端统一采集位置结点信息并通过GOOSE服务转发给各二次设备，可以大大减少辅助结点的数量；断路器总位置信号、三相不一致信号可以在开关智能终端内通过软件逻辑实现，不需要额外的继电器串、并联合成回路；取消电气联闭锁的硬件回路，减少对厂家的依赖。 （2） 在线监测。目前国内GIS的故障率较高，主要运行问题集中在内绝缘、气密性和操

10、作机构等几个方面，在线监测需要重点开展GIS局部放电监测、断路器机械故障在线监测、电寿命监测等方面的工作。 （3） 电子式互感器的应用。近年来电子式互感器在我国的应用日益增多，取得了一定的工程应用经验，但同时也暴露出如下问题：常规二次设备电磁兼容试验不能完全满足要求，需要对试验手段进行完善；与继电保护装置的分工和配合问题；相关计量规程的修订和合并单元的定位。 （4） 汇控柜方案。GIS的智能化伴随着电子设备的就地化，这意味着传统的汇控柜已经不能满足需求，需要从以下几个方面进行改进：完备的信息交互、全环境适应性、温湿度控制系统可靠性的提高。 （三）高压断路器的智能化 日本富士公司在原来的真空断路

11、器上添加了过电流继电器、检测用电流互感器以及各种传感器，使断路器具备了自诊断功能及传输功能，构成了集监视、通信、控制和保护为一体的智能单元，从而强化了断路器的功能，提高了可靠性。 （四）高压开关柜的智能化 智能化高压开关柜集保护、监测、控制与故障诊断为一体，具备数字显示、高压开关显示和对外的双向数据通信等。ABB公司近期推出的高压开关柜智能化控制/保护单元如图1所示，将控制、信号、保护、测量和监视等功能组合起来，使高压开关柜具有连接自监视以及与变电站控制系统直接连接等功能。智能化高压开关柜是用新的传感器采集信息，用计算机处理信息，用计算机网络传输信息和用数字与波形显示信息，并对开关设备的重要参

12、数进行连续的在线监测，不仅可以提供设备现有的状态，而且还能分析各种重要参数的变化趋势，识别存在的故障，为设备的状态维修提供依据，从而增大设备的维修保养周期，提高设备的利用率，减少维修保养的费用。 （五）高压熔断器的智能化 现有的高压熔断器存在以下缺点：一是往往都是针对大过载电流的情况，即在大电流过载情况下，通过熔体自行熔断实现分断保护；而在低过载电流情况下，老式的喷逐式熔断器在分段较小的短路电流时可能出现不能灭弧，甚至爆炸等问题。二是熔断器的时间电流特性（安秒特性）的稳定性和运行性相对较差，并且适应性单一。近年来，国内外推出了智能化熔断器，美国通用电气公司研究的“智能化高压限流熔断器”已经可以

13、达到外形尺寸小、额定电流大和高分断能力的要求，并且可以从外来控制熔断器动作。 智能化熔断器结构如图2所示。图2-a为熔体部件布置示意图，熔体的中部有一个过电流传感器（OC)，数个化学炸药包沿着熔体长度方向布置。在正常工作情况下，触发电路由空气间隙进行隔离。当主熔体在某种情况下任意一处熔断时，断开处的电弧电压使空气间隙击穿引起电流流过触发电路，从而在低过载电流下点燃化学炸药包，在熔体上产生多个串联电弧来开断电流。在大电流情况下，其开断与一般限流熔断器相似。智能化熔断器的保护系统如图2-b由多个智能化熔断器和一个保护控制中心(PCC)组成。以往的熔断器电弧是靠低熔点的“M”效应和特殊的熔体狭颈设计

14、来实现的，因而其时间-电流特性是固定不变的，而智能化的熔断器沿熔体长度方向多处布置有化学炸药包，并设有智能检测单元对线路供电状况进行检测和判定，再通过触发化学炸药包按要求动作，从而实现熔断器时间电流特性的智能控制。5、智能化设备发展方向及存在问题我国政府已经制定了在十二五期间高压开关行业的发展规划，其中重点提到了加强开关智能化的研制工作，其技术发展也与电器元件的智能化惜惜相关。目前，电气产品的更新换代非常频繁，往往在短时间内，就可以淘汰很多旧式的产品系列。在电器元件智能化的同时，高压开关也不断向智能化方向推进。目前在国际上处于领先地位的高压开关柜产品具有脱扣回路断线监测、动作时间检测、接触部件

15、检测、弹簧的储能时间检测等功能，综合这些功能就构成了智能化高压开关。“十二五”期间，高压开关行业大型骨干企业，进一步深入开展特高压开关设备核心技术与关键部件的技术研究，实现特高压装备立足国内、自主研发、全面实现国产化的目标。结合智能电网、数字变电站、配网自动化等的建设，大力推进开关设备智能化。然而智能化开关设备也存在着一些问题：一是集成到智能化一次设备的传感器抗干扰问题。集成到智能一次设备中的各种传感器在高电压强磁场的环境下很容易受干扰。二是智能化设备的可靠性问题。很多一次设备厂家集成二次设备厂家的智能元件到一次设备上，导致部分备在投运后出现寿命短、维护频繁等现象。三是智能化设备的试验方法和试验标准问题。智能设备（包含智能组件）的检测与试验标准尚未建立，国内缺少智能化装置的权威检测机构。并且智能设备的可靠性、稳定性、整体技术性能还需要时间验证。