高壓斷路器智能化的意義及在電力系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

孟令文

（國網(wǎng)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(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

孟令文

（國網(wǎng)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(wǎng)中的重要性做出了闡述，并且對其結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行了剖析，分析了在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用前景，并針對在智能電網(wǎng)中應(yīng)用中，其體現(xiàn)智能性的重要技術(shù)要求提出了具體的要求，可供選用高壓智能斷路器的相關(guān)人員進(jìn)行參考。

高壓；智能斷路器；選用

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建立堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)已經(jīng)迫在眉睫，加快智能電網(wǎng)的建設(shè)，確保電網(wǎng)發(fā)展速度適度超前于國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度，才能確保國家各項(xiàng)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)的又好又快的發(fā)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(nèi)陸省份負(fù)荷高峰期間的缺點(diǎn)情況也時(shí)有發(fā)生，都極大的影響了各項(xiàng)工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)生活用電，因此電網(wǎng)建設(shè)不能再局限于常規(guī)的常態(tài)發(fā)展，必須著眼于大電網(wǎng)、智能化的跨越發(fā)展，只有這樣才能確保電網(wǎng)發(fā)展適度領(lǐng)先于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

逐步建立智能高壓電網(wǎng)，智能斷路器是其中必不可少的主要元件。和傳統(tǒng)的斷路器相比較，智能斷路器有著其自身的優(yōu)點(diǎn)，其將計(jì)量、控制、通訊、狀態(tài)監(jiān)測等多功能融于一身體，使得在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、模塊化、系統(tǒng)化，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)狀態(tài)的監(jiān)測，可以實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化的控制，性能及可靠性大大提高，從而服務(wù)于智能化的高壓電網(wǎng)中。

1　高壓智能斷路器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(tǒng)的斷路器相比較，智能斷路器有著其自身的優(yōu)點(diǎn)，其具有較高性能的斷路器和控制設(shè)備，配有電子設(shè)備、傳感器和執(zhí)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(shí)現(xiàn)電子操動(dòng)，具有數(shù)字化的接口，可以將位置信息、狀態(tài)信息、分合閘命令通過網(wǎng)絡(luò)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(shù)的的關(guān)鍵。智能斷路器是在現(xiàn)有斷路器的基礎(chǔ)上引入智能控制單元，它由數(shù)據(jù)采集、智能識別和調(diào)節(jié)裝置3個(gè)基本模塊構(gòu)成。智能識別模塊是智能控制單元的核心，由微處理器構(gòu)成的微機(jī)控制系統(tǒng)，能根據(jù)操作前所采集到的電網(wǎng)信息和主控制室發(fā)出的操作信號，自動(dòng)地識別操作時(shí)斷路器所處的電網(wǎng)工作狀態(tài)，根據(jù)對斷路器仿真分析的結(jié)果決定出合適的動(dòng)作特性，并對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出調(diào)節(jié)信息，待調(diào)節(jié)完成后再發(fā)出分合閘信號；數(shù)據(jù)采集模塊主要由新型傳感器組成，隨時(shí)把電網(wǎng)的數(shù)據(jù)以數(shù)字信號的形式提供給智能識別模塊，以進(jìn)行處理分析；執(zhí)行機(jī)構(gòu)由能接收定量控制信息的部件和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器組成，用來調(diào)整操動(dòng)機(jī)構(gòu)的參數(shù)，以便改變每次操作時(shí)的運(yùn)動(dòng)特性。此外，還可根據(jù)需要加裝顯示模塊、通信模塊以及各種檢測模塊，以擴(kuò)大智能操作斷路器的智能化功能。智能操作斷路器在系統(tǒng)故障由繼電保護(hù)裝置發(fā)出分閘信號或由操作人員發(fā)出操作信號后，首先啟動(dòng)智能識別模塊工作，判斷當(dāng)前斷路器所處的工作條件，對調(diào)節(jié)裝置發(fā)出不同的定量控制信息而自動(dòng)調(diào)整操動(dòng)機(jī)構(gòu)的參數(shù)，以獲得與當(dāng)前系統(tǒng)工作狀態(tài)相適應(yīng)的運(yùn)動(dòng)特性，然后使斷路器及時(shí)迅速準(zhǔn)確的動(dòng)作，切斷負(fù)荷電流或故障電流。

2　高壓智能斷路器的應(yīng)用

高壓智能斷路器已將計(jì)量、控制及通信等功能融于一體，使電力設(shè)備的模塊化、系統(tǒng)化成為可能。微控制器技術(shù)的不斷發(fā)展又為智能斷路器功能的多樣化，可靠性的提高，性能優(yōu)化提供了技術(shù)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(jìn)的主要依據(jù)。近年來，智能斷路器不斷引入微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和新型傳感器技術(shù)，使得智能斷路器的應(yīng)用出現(xiàn)了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。作為高壓智能斷路器技術(shù)的補(bǔ)充，斷路器智能監(jiān)視和控制技術(shù)得到了相應(yīng)的發(fā)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(shù)、紅外測溫技術(shù)、機(jī)械特性檢測技術(shù)、氣體密度水分監(jiān)測技術(shù)等相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展完善，以及通過對各種參數(shù)的采集和結(jié)果的分析處理軟件，最終完成狀態(tài)信息和分析結(jié)果的顯示以及相應(yīng)的控制操作系統(tǒng)的不斷完善，使得高壓智能斷路器在數(shù)字化變電站的應(yīng)用更加廣泛，總而言之、高壓智能斷路器是電網(wǎng)智能化的一項(xiàng)重要的工作，它涉及到很多領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新發(fā)展，同時(shí)也促進(jìn)了數(shù)字化變電站及智能電網(wǎng)的發(fā)展，必將替代常規(guī)斷路器而作為智能電網(wǎng)發(fā)展的重要元件。

3　高壓智能斷路器的選用要點(diǎn)

選用高壓智能斷路器時(shí)，除常規(guī)的額定電壓、額定電流、短路電流等技術(shù)參數(shù)外，還應(yīng)注意以下要點(diǎn)：

（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(xié)議：應(yīng)遵循DL/T860通信協(xié)議。智能組件內(nèi)所有IED都應(yīng)接入內(nèi)部過程層網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測功能組主IED、測控裝置等，還應(yīng)接入站控層網(wǎng)絡(luò)。對于同時(shí)接入站控層和過程層網(wǎng)絡(luò)的IED，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口必須采用獨(dú)立的數(shù)據(jù)控制器。

（3）對于開關(guān)設(shè)備控制器：可集成選相合閘功能和支持程序化控制的開關(guān)物理位置感知功能。其中，物理位置感知信息由開關(guān)設(shè)備控制器采集。開關(guān)設(shè)備控制器以DL/T860 GOOSE服務(wù)接入過程層網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于選相合閘，要求實(shí)際合閘相位與預(yù)期合閘相位之間的平均偏差應(yīng)不大于1ms，合閘時(shí)間的分散性（σ）應(yīng)不大于1ms。應(yīng)具有環(huán)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(guān)設(shè)備監(jiān)測功能：故障幾率的參考是，專業(yè)人員判定需盡快退出運(yùn)行的，故障幾率可定為90%，超過注意值要求時(shí)，故障幾率可定為10%。監(jiān)測主IED定時(shí)（1次/24h）主動(dòng)向站控層報(bào)送統(tǒng)一格式監(jiān)測數(shù)據(jù)，當(dāng)評估的故障幾率每增大5%，立即主動(dòng)上送報(bào)文一次。

（5）對于開關(guān)設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)模型要求，主IED應(yīng)根據(jù)DL/T860原則進(jìn)行數(shù)據(jù)建模。

（6）對于開關(guān)設(shè)備局部放電監(jiān)測：局部放電監(jiān)測IED采集氣室內(nèi)部的局部放電信號，并根據(jù)當(dāng)前放電信號強(qiáng)度、趨勢等信息，對放電性缺陷是否存在及嚴(yán)重程度做出定量評估，將定量評估結(jié)果“故障幾率”以MMS服務(wù)、通過過程層網(wǎng)絡(luò)向主IED報(bào)送。每2h報(bào)送1次，故障幾率每增大5%立即主動(dòng)上送報(bào)文1次。

局部放電監(jiān)測IED以連續(xù)50個(gè)工頻周期的測量數(shù)據(jù)為依據(jù)，按“放電強(qiáng)度（MV或dbm）、放電頻次（超過最小可測量的頻次，次/s），相位”的統(tǒng)一格式測量數(shù)據(jù)，每24h將日放電強(qiáng)度最大一組監(jiān)測數(shù)據(jù)向主IED報(bào)送1次。等值放電強(qiáng)度變化10pC時(shí)，立即主動(dòng)上送報(bào)文一次。

局部放電監(jiān)測IED應(yīng)有足夠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，合適的存儲(chǔ)策略，以服務(wù)于深度分析的需要。

①技術(shù)指標(biāo)

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(jiān)測IED所測的放電信號強(qiáng)度能夠反映實(shí)際放電量的變化。

②數(shù)據(jù)模型要求

監(jiān)測主IED應(yīng)根據(jù)DL/T860原則進(jìn)行數(shù)據(jù)建模。

（7）對于開關(guān)設(shè)備機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測的要求：采集反應(yīng)開關(guān)設(shè)備機(jī)械狀態(tài)的參量值，通過計(jì)算、分析，評估開關(guān)設(shè)備的機(jī)構(gòu)狀態(tài)、儲(chǔ)能系統(tǒng)狀態(tài)、機(jī)構(gòu)電源狀態(tài)等。

（8）對于開關(guān)設(shè)備氣室狀態(tài)監(jiān)測功能要求：氣室狀態(tài)監(jiān)測IED兼有測量IED的功能。氣室狀態(tài)監(jiān)測IED采集氣體壓力、溫度和水分（露點(diǎn)），根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)，計(jì)算20℃時(shí)的氣體壓力，計(jì)算水分含量（μL/L），并對是否存在氣體泄漏、水分超標(biāo)缺陷及嚴(yán)重程度做出定量評估。

（9）對于開關(guān)設(shè)備觸頭溫度：測量不確定度不大于5℃；環(huán)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(bào)警值偏差不大于5%。

4　結(jié)語

本文就高壓智能斷路器的結(jié)構(gòu)與案例進(jìn)行剖析，并就其在電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析，重點(diǎn)就在其選用過程中的要點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的描述，可用于智能電網(wǎng)的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等技術(shù)人員，在建設(shè)智能電網(wǎng)工程中的參考資料。

[1]《交流高壓短路器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》.國家電網(wǎng)生［2004］34號.

[2]《國家電網(wǎng)公司電力變壓器、高壓開關(guān)設(shè)備智能化技術(shù)條件》.國家電網(wǎng)公司智能二［2010］1號.

TM561

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1673-0038（2015）50-0189-02

2015-11-20