許繼電氣智能中壓開關(guān)有限公司 張 峰
當(dāng)前,電力系統(tǒng)的使用越來越普遍,在科技迅速發(fā)展的當(dāng)下,其自動(dòng)化發(fā)展有了新的要求。為了促進(jìn)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化,應(yīng)加強(qiáng)開關(guān)設(shè)備中智能化技術(shù)的應(yīng)用。智能化開關(guān)可以說是未來發(fā)展的趨勢(shì)所在,利用智能化技術(shù)控制開關(guān),能夠有效促進(jìn)開關(guān)設(shè)備的穩(wěn)定性,同時(shí)加強(qiáng)對(duì)開關(guān)的控制,降低使用成本。在智能化技術(shù)之下,開關(guān)設(shè)備的使用轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)監(jiān)測(cè),一方面能促使工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)開關(guān)中存在的問題,另一方面能夠有效促進(jìn)電力系統(tǒng)智能化。
隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展,智能化這一概念被引入到人們的生活工作之中。開關(guān)智能化可以說是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。對(duì)于現(xiàn)代居民來講,電力系統(tǒng)使用越來越廣泛,且在信息化發(fā)展的當(dāng)下,電力系統(tǒng)使用越來越可靠,同時(shí)具有了更多的自動(dòng)化。而開關(guān)作為各項(xiàng)電力系統(tǒng)的主要控制元件,還需不斷加強(qiáng)其智能化,以便更好的操控電力系統(tǒng)的相關(guān)工作。所謂智能開關(guān),則是將相應(yīng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、傳感器、開關(guān)制造技術(shù)等等全面結(jié)合,最終保證開關(guān)具有一定的智能化,一般來講,智能開關(guān)比之傳統(tǒng)開關(guān)使用更加便捷,其性能更強(qiáng),且更加可靠。此外,智能開關(guān)能夠?qū)ψ陨磉\(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),智能化開關(guān)的使用進(jìn)一步促進(jìn)了電力發(fā)展,同時(shí)為我國居民帶來了更多便利[1]。
智能化開關(guān)與傳統(tǒng)開關(guān)相比更加方便可靠,不僅具有著傳統(tǒng)開關(guān)所擁有的功能,還有著較多智能化特色。
智能開關(guān)所擁有的監(jiān)測(cè)功能能夠?qū)﹂_關(guān)設(shè)備運(yùn)行過程中各項(xiàng)性能進(jìn)行監(jiān)測(cè),其中包括磁性能、溫度、電性能等,對(duì)相關(guān)因素進(jìn)行分析監(jiān)測(cè),能夠有效對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估,確保在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)開關(guān)設(shè)備中存在的問題,合理安排檢修工作。
該功能可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)的操控,保證開關(guān)設(shè)備在最合適的狀態(tài)之下開斷,同時(shí)能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)合閘、分閘等操作,智能控制有效促進(jìn)了操控的便捷以及合理性,保證其能夠按照相應(yīng)程序?qū)﹂_關(guān)進(jìn)行控制。
該功能的實(shí)現(xiàn)還需在機(jī)械儲(chǔ)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙輧?chǔ)能的條件下進(jìn)行,同時(shí)還需轉(zhuǎn)變?cè)镜臋C(jī)械傳動(dòng)變,將其變?yōu)樽冾l器,保證其能夠通過電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)相關(guān)設(shè)備。在這一基礎(chǔ)下,開關(guān)設(shè)備的相關(guān)部件得到有效減少,最終只剩下開關(guān)分合閘,智能操動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn),有效加強(qiáng)了開關(guān)設(shè)備的可靠性。
數(shù)字化通信接口的存在主要是為了傳輸相關(guān)信息,如開關(guān)位置、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及開斷命令等。通過這一接口設(shè)備能夠有效將信息傳遞給終端,以此對(duì)開關(guān)進(jìn)行操控。再者開關(guān)設(shè)備相關(guān)信息能夠及時(shí)傳遞給相關(guān)工作人員,保證在發(fā)生問題的情況下能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)且及時(shí)解決。此外,接口處一般會(huì)存在著傳感器設(shè)備,相關(guān)傳感器分為兩種,一種為有電量的,另一種則是非電量的。非電量傳感器往往用于對(duì)開關(guān)的溫度、濕度等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控,同時(shí)對(duì)電氣進(jìn)行在線診斷,在能夠確定電氣狀態(tài)正常時(shí)對(duì)其進(jìn)行操控。若是傳感器數(shù)據(jù)異常,則需報(bào)警閉鎖相關(guān)設(shè)備,對(duì)開關(guān)進(jìn)行檢修。這一過程之中所涉及的保護(hù)與控制算法往往不是簡(jiǎn)單的反時(shí)限動(dòng)作,而是將當(dāng)前數(shù)據(jù)與以往的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì),最終采用較為先進(jìn)的保護(hù)措施進(jìn)行“智能操作”[2]。
將開關(guān)設(shè)備智能化過程中涉及的部件主要有設(shè)備本體、傳感器以及部分零部件,對(duì)這一設(shè)備進(jìn)行使用能夠有效促進(jìn)開關(guān)控制的信息化,同時(shí)保證操作可視化。在使用過程中,開關(guān)設(shè)備以及設(shè)備所涉及到的監(jiān)測(cè)、控制等智能性能被整體稱之為智能組件,這一組件在設(shè)備中可以稱之為關(guān)鍵零部件,往往借助網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)層之間進(jìn)行連接,在這一過程中保證與開關(guān)中所涉及的各個(gè)部件設(shè)備之間有效交流。此外,智能化開關(guān)同時(shí)能夠通過對(duì)各個(gè)部位的信息進(jìn)行感知,以更好的評(píng)價(jià)各個(gè)部位的狀態(tài),從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備中存在的問題,并對(duì)故障加以預(yù)防,這能夠有效促進(jìn)開關(guān)設(shè)備的安全使用,同時(shí)保證該設(shè)備的健康狀態(tài),并在這一基礎(chǔ)下對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修處理。另外,智能化開關(guān)設(shè)備有效促進(jìn)了電網(wǎng)的安全使用,促進(jìn)電網(wǎng)自動(dòng)化操作的發(fā)展,所以進(jìn)一步發(fā)展開關(guān)設(shè)備的智能化是必要且有效的。而要加強(qiáng)開關(guān)設(shè)備的智能化研究,還需對(duì)其原理加以全面分析。
重合器這一設(shè)備的使用能夠保證在開關(guān)設(shè)備使用過程中,及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的電流故障,并在固定時(shí)間內(nèi)對(duì)故障電流進(jìn)行截?cái)?,一般來講這一控制過程實(shí)行重合定次數(shù)控制。當(dāng)前,在實(shí)施過程中重合多是3次或者是4次。不過若是發(fā)生永久性故障,則不需要再進(jìn)行重合這一操作,而是直接實(shí)施閉鎖操作,這能夠有效保證故障線路對(duì)其他部件使用不產(chǎn)生影響,及時(shí)隔絕供電系統(tǒng)與故障線路。對(duì)于部分瞬間產(chǎn)生的故障,可以利用多次重合提升重合閘來進(jìn)行處理,避免停電問題的發(fā)生[3]。
電力系統(tǒng)使用過程中應(yīng)用分段器能夠有效對(duì)設(shè)備加以保護(hù)。這一過程中還需與重合器結(jié)合進(jìn)行使用,將發(fā)生故障的線路分離之后,對(duì)其他線路進(jìn)行保護(hù),以減少停電。分段器并不能夠及時(shí)切斷出現(xiàn)故障的電流,所以在線路出現(xiàn)故障之后,還需充分利用電源保護(hù)裝置對(duì)其進(jìn)行處理。其中,分段器中涉及的計(jì)數(shù)最主要的功能是進(jìn)行統(tǒng)計(jì),在工作前設(shè)備內(nèi)會(huì)設(shè)置固定次數(shù),若是達(dá)到這一次數(shù),則分段器會(huì)自動(dòng)斷開,以此實(shí)現(xiàn)故障線路的分離。若沒有達(dá)到相應(yīng)次數(shù),則分段器會(huì)在故障線路斷開的同時(shí)自行斷開,保證開關(guān)設(shè)備的穩(wěn)定性。
這一設(shè)備與其他設(shè)備有所不同,這一開關(guān)涉及的是真空斷路器,利用自動(dòng)配電開關(guān)能夠有效保證配電網(wǎng)的自動(dòng)化。工作原理是通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)電壓的檢測(cè)保證開關(guān)使用的合理性,在使用過程中,可以觀測(cè)是否有電壓對(duì)電路有所影響,自用配電開關(guān)一般根據(jù)負(fù)荷斷開與電流的接通進(jìn)行有效設(shè)計(jì),在開關(guān)設(shè)備使用中占據(jù)著重要地位。
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)智能化的使用過程中,為了保證其能夠有效安全使用,往往采用電磁互感器。當(dāng)前,人們對(duì)電力需求越來越高,促使著電力系統(tǒng)電壓不斷升高,同時(shí)其電力容量有所增大,在這一背景下,某些繼電保護(hù)裝置較為復(fù)雜,反映出更多的短路電流大小以及相位、波形等,甚至反映出了電流的突變率,這使得傳統(tǒng)的互感器漸漸失去了其應(yīng)有的作用,不再滿足人們生活工作的需要?,F(xiàn)代傳感器慢慢摒棄了過往的電磁互感器,將光纖使用納入到傳感器建設(shè)之中,制作出了相應(yīng)的光電傳感器。該傳感器使用時(shí),能夠保證同一個(gè)螺線管與多個(gè)線圈有效連接,同時(shí)能夠有效將電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)進(jìn)行信息的傳遞,保證信息的有效傳播,且不受干擾。當(dāng)下所使用的較多光電互感器均有著簡(jiǎn)潔可靠、便于使用、安裝方便等特點(diǎn),將其應(yīng)用于開關(guān)設(shè)備之中能夠有效保證智能開關(guān)的使用。
微機(jī)處理技術(shù)可以說是保證開關(guān)設(shè)備能夠智能化的關(guān)鍵所在,這一技術(shù)能夠有效將運(yùn)算、保護(hù)、控制等功能集于一體,具有較強(qiáng)的綜合性。將相應(yīng)的技術(shù)運(yùn)用于開關(guān)設(shè)備上,能夠有效保證繼電的安全性,同時(shí)能夠?qū)﹄娏俊⒃O(shè)備狀態(tài)等進(jìn)行記錄分析。此外,微機(jī)處理技術(shù)可以應(yīng)用于計(jì)算機(jī)分層網(wǎng)絡(luò)之中,這一技術(shù)能夠?yàn)槠涮峁┒鄠€(gè)接口,能夠?qū)ο嚓P(guān)信息進(jìn)行全面分析,對(duì)開關(guān)同時(shí)能夠進(jìn)行監(jiān)視,以此保障開關(guān)系統(tǒng)的安全性,適應(yīng)變電站自動(dòng)化。
例如,將相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于智能化柜之中,首先相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠有效對(duì)該設(shè)備的使用進(jìn)行監(jiān)測(cè),獲取到相關(guān)信息,之后利用微機(jī)處理技術(shù)對(duì)該信息進(jìn)行判斷處理。在處理過程中運(yùn)用到的處理機(jī)構(gòu)往往分為兩個(gè)部分。其一是前置處理單元,該單元能夠?qū)⑺@取的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量,最終對(duì)數(shù)字量進(jìn)行運(yùn)算,并在這一基礎(chǔ)下將得到的運(yùn)算數(shù)據(jù)與報(bào)警、跳閘等條件進(jìn)行比較,若是滿足相關(guān)條件,則執(zhí)行對(duì)應(yīng)命令。其二是后置處理單元,這一單元之下能夠?qū)ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、打印,兩者相互結(jié)合,最終保證數(shù)據(jù)處理以及開關(guān)使用的穩(wěn)定性。對(duì)于微機(jī)處理裝置來講,在使用過程中還需預(yù)留出相應(yīng)接口,以便該裝置能夠與其他軟件進(jìn)行連接。
對(duì)于電力設(shè)備而言,其狀態(tài)檢修一向是相關(guān)技術(shù)人員研究的重點(diǎn)之一,開關(guān)設(shè)備之中的狀態(tài)檢修往往采用傳感技術(shù),以及計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)開關(guān)進(jìn)行相關(guān)監(jiān)測(cè),以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)開關(guān)中是否存在問題,同時(shí)對(duì)其健康狀態(tài)加以評(píng)估。一般來講,開關(guān)設(shè)備的監(jiān)測(cè)包含著三個(gè)內(nèi)容:絕緣性能監(jiān)測(cè)、電氣性能監(jiān)測(cè)以及機(jī)械性能監(jiān)測(cè)。其中,絕緣狀態(tài)檢測(cè)往往包含著漏電流、介損等,這一監(jiān)測(cè)內(nèi)容一向被列為專題研究。
當(dāng)下使用較為成功的主要是介損的在線監(jiān)測(cè),而對(duì)于部分封閉式高壓開關(guān)絕緣的在線監(jiān)測(cè)使用起來較為困難。對(duì)于機(jī)械狀態(tài)的診斷,往往采用診斷機(jī)械振動(dòng)的方式,利用這一方式能夠獲取到想要的信息。例如聲譜色度變換方式,這一方式能夠有效獲取到信號(hào)的波動(dòng),從而對(duì)開關(guān)是否穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)行研究。對(duì)于開關(guān)設(shè)備中較為容易出現(xiàn)的一些故障來講,由于開關(guān)中的較多動(dòng)作都是通過機(jī)電轉(zhuǎn)換完成的,所以對(duì)電量變化進(jìn)行相應(yīng)監(jiān)控,能夠有效獲取機(jī)械系統(tǒng)的變化信息。
同時(shí),相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題,其電流就會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化,另外在脫扣系統(tǒng)有卡滯現(xiàn)象時(shí),其電流波形會(huì)有所變化。在信號(hào)監(jiān)測(cè)過程中識(shí)別這些變化,能夠有效發(fā)現(xiàn)開關(guān)設(shè)備中存在的問題,并及時(shí)預(yù)警。電氣監(jiān)測(cè)方面最難處理的是開關(guān)電弧的狀態(tài)監(jiān)測(cè),雖然當(dāng)下還在不斷研究該狀態(tài)的監(jiān)測(cè)方式,但遇到電弧出現(xiàn)大幅度變化時(shí),還是難以處理。當(dāng)下還須不斷研究電弧電壓與其狀態(tài)之間存在的關(guān)聯(lián)性,以此進(jìn)一步加強(qiáng)電弧診斷。
對(duì)于智能化開關(guān)來講,其最主要的中心點(diǎn)是信號(hào)的測(cè)量以及控制系統(tǒng)。在信息化不斷發(fā)展下,已經(jīng)為智能開關(guān)的應(yīng)用提供了較為完備的理論以及實(shí)踐,但是在開關(guān)設(shè)備使用過程之中,往往會(huì)遇到電磁兼容問題,尤其是在高電場(chǎng)進(jìn)行開關(guān)使用時(shí),電磁兼容問題突出,還須進(jìn)一步加強(qiáng)研究[4]。
電磁式互感器在開關(guān)設(shè)備智能化之中使用較為廣泛,往往用于對(duì)電參數(shù)進(jìn)行測(cè)量,但這一方式容易受到鐵芯磁飽和的影響,其不具備較強(qiáng)的可靠性,導(dǎo)致智能化發(fā)展受到了阻礙。在這一情況下,利用電量傳感器進(jìn)行操作更加便捷。一般來講,在智能化開關(guān)使用之中,其執(zhí)行過程并未對(duì)檢測(cè)信號(hào)提出任何功率方面的要求,這一過程只需利用電量傳感器進(jìn)行操作。如磁位計(jì)、電阻式分壓器等,兩者都具有較強(qiáng)的檢測(cè)能力,在檢測(cè)過程中能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量。同時(shí),兩者進(jìn)行結(jié)合能夠建立相應(yīng)的組合傳感器,主要利用絕緣樹脂將其澆注成為一個(gè)整體,實(shí)現(xiàn)傳感器的有效使用。此外,光電傳感器的廣泛傳播能夠有效代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁互感器,這能夠有效防止電磁兼容問題的產(chǎn)生。
一般來講在常規(guī)的開關(guān)使用中,其中能夠有效反應(yīng)工作位置的輔助開關(guān)往往由多個(gè)觸點(diǎn)構(gòu)成,這導(dǎo)致開關(guān)不具有穩(wěn)定的通斷時(shí)間,且其中涉及的觸電容易被破壞,這使得開關(guān)智能化難以完善。而利用感應(yīng)臨近開關(guān)將原本的輔助開關(guān)進(jìn)行替代,能夠優(yōu)化以上問題,將觸點(diǎn)消除,進(jìn)一步提升了開關(guān)智能化控制的可靠性。此外,開關(guān)處往往會(huì)引用部分導(dǎo)電材料,而這些材料的使用容易引起渦流,對(duì)電路造成破壞,這一問題可以利用元件密封的方式解決。將開關(guān)處的所有元件都密封在相應(yīng)的金屬管內(nèi),能夠有效解決磁場(chǎng)、溫升等各個(gè)因素導(dǎo)致的使用不穩(wěn)定問題,同時(shí)在這一狀況下,信號(hào)能夠有效融入控制系統(tǒng)之中,保證開關(guān)設(shè)備使用的穩(wěn)定性。再者,智能化開關(guān)還需提高信號(hào)的接收能力,解決信號(hào)干擾問題,針對(duì)這一問題,可以將光電轉(zhuǎn)化引入到設(shè)備之中,利用這一方式能夠有效將高電場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生的信號(hào)轉(zhuǎn)至低場(chǎng)區(qū),之后再向高場(chǎng)區(qū)傳送信號(hào)。
傳統(tǒng)開關(guān)在使用過程中往往利用各種繼電器完成其控制命令,而智能化技術(shù)使用之下,開關(guān)設(shè)備更多的采用計(jì)算機(jī)技術(shù)以及半導(dǎo)體元件等組建成控制系統(tǒng),從而操控開關(guān)狀態(tài)。在這一智能化下,使用指令系統(tǒng)最需要關(guān)注到的是電磁兼容問題。在開關(guān)設(shè)備使用過程中,一次回路中若是形成短路故障或者是產(chǎn)生載波通訊信號(hào),都會(huì)最終傳入到二次系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)傳輸產(chǎn)生影響。另外,在高電場(chǎng)使用中往往會(huì)引起污閃,這也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電磁輻射,而在二次控制過程中,經(jīng)常容易受到噪聲干擾,對(duì)電量傳輸帶來不便。此外大功率電磁鐵使用過程中容易對(duì)空間磁場(chǎng)查產(chǎn)生影響,造成磁場(chǎng)變化,從而在導(dǎo)電過程中產(chǎn)生電流。
上文所述均對(duì)控制電路產(chǎn)生了阻礙。從這一情況下分析,若要進(jìn)一步解決電磁兼容問題,還需對(duì)各種干擾源加以監(jiān)測(cè)并隔離。利用數(shù)字化傳輸能夠有效解決大部分干擾問題,同時(shí)光電的轉(zhuǎn)換方式能夠有效保證信息傳輸過程中不再受電磁干擾。電磁兼容是整個(gè)開關(guān)智能化發(fā)展的重要問題所在,所以在智能化開關(guān)納入使用前,不僅要對(duì)其進(jìn)行傳統(tǒng)的例行試驗(yàn),還需針對(duì)其電磁兼容問題加以試驗(yàn),以保證其使用的安全性以及穩(wěn)定性。
開關(guān)智能化的發(fā)展,能夠有效促進(jìn)變電站的自動(dòng)化運(yùn)行發(fā)展,對(duì)于未來我國電力系統(tǒng)的發(fā)展同樣具有較為深遠(yuǎn)的意義。從技術(shù)方面進(jìn)行思考,智能化技術(shù)在開關(guān)之中的應(yīng)用能夠有效減少設(shè)備的退出次數(shù)以及時(shí)間,在智能化背景下,將以往的定期維修轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)檢修,一方面能夠有效促進(jìn)設(shè)備利用率,同時(shí)能夠節(jié)省較多時(shí)間與檢修成本。此外這一方式能夠有效保證開關(guān)系統(tǒng)的可靠性,延長(zhǎng)其使用壽命。相關(guān)工作人員能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)開關(guān)中存在的問題,減少了因開關(guān)不穩(wěn)定造成的安全事故。
從經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行分析,智能化在開關(guān)之中的應(yīng)用能夠有效促進(jìn)信息共享,減少了在開關(guān)方面的投入,降低了建設(shè)成本。相對(duì)來講,智能化開關(guān)的使用并非是獨(dú)立的,這一方面的發(fā)展涉及傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng)新,在智能化發(fā)展之中,還需投入較多的研發(fā)精力。雖然當(dāng)下開關(guān)智能化依然存在著較多難題,但隨著技術(shù)進(jìn)步,智能化開關(guān)有著較大的優(yōu)化空間。
智能化技術(shù)在開關(guān)設(shè)備之中的應(yīng)用,進(jìn)一步推動(dòng)了我國各項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步,傳感器、電子科技等方面的技術(shù)應(yīng)用都在不斷開發(fā)之中。智能化開關(guān)為我國群眾的生活帶來了較多便利,同時(shí)推動(dòng)了電力系統(tǒng)發(fā)展的進(jìn)程,積極利用這一開關(guān)技術(shù),能夠有效解決電力系統(tǒng)存在的各種硬件方面的問題,提高開關(guān)設(shè)備穩(wěn)定性。相關(guān)技術(shù)人員還需加強(qiáng)對(duì)智能化開關(guān)的理解,同時(shí)認(rèn)識(shí)到智能化技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn),加強(qiáng)研究建設(shè),促進(jìn)我國電力行業(yè)的發(fā)展。