智能高压开关设备工程应用相关问题分析

智能高压开关设备工程应用相关问题分析

李聪

（广西电网有限责任公司北海供电局广西北海市536000）

摘要：随着电网的不断发展，智能电网对高压开关设备提出了新的技术要求，传统的高压开关已不能满足智能电网建设的需求，迫切需要研发智能高压开关设备。智能高压开关设备肩负着坚强智能电网输变电系统的控制和保护作用，是坚强智能电网输变电系统中最重要的关键设备之一。本文首先介绍了智能化高压开关设备及其基本特征，针对智能高压开关设备具体情况，阐述了作为智能电网关键设备支撑的智能高压开关设备在工程应用中的几个关键问题。

关键词：智能电网；高压开关设备；应用；问题

1智能化高压开关设备的概述

1.1智能高压开关设备的定义

智能高压开关设备由高压开关设备本体和智能组件组成，在开关设备本体上安装各种传感器（包括电子式互感器、分合闸线圈电流传感器、储能电机电流传感器、位移传感器、局放传感器、振动传感器、触头温升传感器、SF6气体状态传感器和环境温度传感器等）和操动机构。传感器通过感知开关设备本体的各种状态参量，通过数字或模拟的方式传送给智能组件，再由智能组件上报给智能电网的其他系统；智能电网其他系统可根据获取的状态信息，实现对高压开关设备状态的可观测，进而支撑智能电网的优化运行，同时智能电网的相关系统根据观测的结果对智能组件发指令，智能组件经过逻辑判断后发出指令给操动机构执行分合操作，达到对智能电网优化控制的目的。

1.2智能化高压开关设备的结构

智能设备是含传感器的一次设备与智能组件的结合体，智能化高压开关设备的组成包括以下部分：高压开关设备、传感器/执行器、智能组件，其中智能组件通过传感器/执行器与高压开关设备形成有机整体，实现与宿主设备相关的测量、控制、监测、计量和保护等功能。智能组件是面向单一一次设备的综合测控集，由若干智能电子装置（IED）集合组成，在满足相关标准要求时，还能够承担保护、计量等功能，强调功能实现的一体化。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，应该采用优先设置、流量控制、VLAN划分等技术优化过程层网络通信。

2高压开关设备智能化的基本特征

2.1测量数字化

根据IEC61850规约通信，高压开关设备控制器、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。

2.2控制网络化

基于DL/T860，实现高压开关设备的智能控制。主要完成本间隔内断路器以及隔离刀闸、接地刀闸的操作控制和状态监视，直接或通过过程层网络基于GOOSE服务发布采集信息；直接或通过过程层网络基于GOOSE服务接收指令，驱动执行器完成控制功能，并具有防误操作功能。通常由开关设备控制器完成。

2.3状态可视化

状态可视化指的是设备的状态监测和自诊断功能，了解各设备的实时状态，分析开关设备各种特性的变化趋势，并对设备的状态进行总体评估，将评估结果告知上层系统，以保证上层系统对开关设备的状态可视。

2.4功能一体化

功能一体化指的是将传感器、电子式互感器与开关设备本体进行一体化设计，同时也将智能组件进行一体化设计，促进一次设备和二次设备的融合，保证智能高压开关设备的整体性能。带来的变化有：减少保护小室占地面积，提高产品的集成度，节约成本。

2.5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IEC61850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。

3智能高压开关设备的几个关键技术问题

3.1传感器（包含电子式互感器）的集成问题

传感器将高压开关设备的状态信号转化为可测量信息，是设备状态的感知元件，在自监测功能中具有关键作用。以往传感器大多数是在定型的高压开关设备产品上由监测厂家或业主加装的，未能充分考虑加装传感器对主设备绝缘安全影响，以及开关设备本体运行过程中产生的电磁干扰、振动对传感器的影响。综合这些情况，高压开关设备智能化应从高压设备的设计开始，充分考虑自监测的需求，对不同传感器进行分类：对需要内置的传感器，例如局放传感器，在传感器选型以及安装设计时，就应根据高压开关产品结构，通过试验与仿真计算相结合来确定传感器与高压开关本体一体化的技术方案，达到满足高压开关设备主绝缘要求的目的，同时既满足传感器监测精度的要求又兼顾智能高压开关设备的经济性；对于外置传感器，在满足使用要求的前提下，尽量使多种传感器小型化和集成化。

3.2电子式互感器可靠性问题

电子式互感器可以实现系统电压、电流测量的数字化、数据传输的网络化，具有无磁饱和、频率响应范围宽、精度高、暂态特性好等优点，大大提高了保护系统、测量系统和计量系统的准确性。因此，在智能变电站的试点工程中，被大量应用。同时也暴露出一些问题，主要表现为电子式互感器采用了一些光学器件和电子器件等相对易耗元件，现场试运行的运行时间又不长，具有一定的故障率（尚处于产品的早期故障阶段），其稳定性和可靠性有待进一步检验。同时，对电子式互感器可靠性的研究仅限于事前和事中分析阶段，且主要是在事前研究阶段，并不完善。因此，在继续加强电子式互感器可靠性研究的同时，有必要将互感器与高压开关设备作为一个整体进行性能试验，特别是对于高电压等级开关设备，更需要找出影响电子式互感器可靠性的关键环节。

3.3状态监测高级应用问题

目前，智能高压开关设备能够实现机械状态、SF6气体状态、局部放电等基本在线监测功能，还未完全建立多参量综合评估和诊断系统。高压开关设备状态变化复杂，影响因素多，监测数据易受干扰，难点是如何实现多参量监测信息的聚合，实现高压开关设备多种状态的评估及诊断，分别支撑于智能电网的不同系统。这就需要收集高压开关设备现场运行数据，并进行统计分析，确定高压开关设备主要故障类型；研究神经网络、模糊识别及专家系统等各种故障诊断及评估算法，通过试验的方式确定故障类型与相应状态监测参量之间关系。研究不同参量综合评估和诊断方法，建立高压智能开关设备多参量的状态综合评估及故障诊断系统，进而实现高压设备的状态化检修。

3.4缺乏试验调试规范和试验设备

目前，在智能高压开关设备研制以及工程应用中，缺乏针对智能化系统的试验调试规范和测试设备，特别是对各类传感器测试、各类智能组件测试、网络测试、子系统测试和系统联调测试，涵盖功能检查、性能检查、通信检查和互操作性检查等方面。只有加快试验技术研究和相关测试设备的研制，通过对试验项目、试验方法和考核指标的明确，编制高压开关设备智能化系统试验规范，将试验工作流程化，并对每个试验环节进行量化评估，降低试验误操作，提高现场试验的效率。

4结束语

智能高压开关设备打破了传统高压开关的概念，将一次主设备和二次智能组件集成到一起，具有测量、控制及互动等功能，有利于实现产品的自动控制及故障预测诊断，提高产品的运行可靠性。然而，目前智能高压开关设备的应用还处于初级阶段，许多方面还有待加以完善，如传感器（包含电子式互感器）的集成、电子式互感器可靠性、状态监测高级应用及试验调试等方面还需进一步提高。

参考文献：

[1]智能化中压开关设备的应用及发展前景[J].陈志胜.中国高新技术企业.2014（05）

[2]配电智能开关设备的集成设计研究[J].骆虎，刘宇.中国电业（技术版）.2014（06）

[3]基于互联网+的智能高压开关设备[J].王伟，张熙杰，李贞.科技风.2017（06）