组合电器在数字化变电站中的应用

顾欣

（云南省送变电工程公司，云南 昆明 650216）

1 DI-GIS的概念

GIS的数字化、智能化按照分布式系统设计，在间隔单元就地实现，通过以太网与安装在控制室的中心设备相连接，实现变电站的完全数字化智能控制。DI-GIS具备针对GIS一次本体设备的测量、记录、监视、控制功能，取代了传统的继电器硬接线、专用测量仪表、报警光字牌等。

1.1 GIS的数字化

GIS的数字化是指在GIS间隔内将GIS一次设备的模拟量、开关量参数转换为数字信号，并以光纤网络由GIS上传至变电站综控中心，综控中心的控制命令也以同样的方式下传至GIS间隔。GIS的数字化包括以下内容:

光电互感器。利用电磁感应原理的罗柯夫斯基线圈及串行感应分压器实现对大电流、高电压的转变，并由采集器就地转换为数字信号，通过光纤上传。由于采用了非铁磁材料，光电互感器具有无磁饱和（不会发生铁磁谐振），频率响应范围宽，精度高（可达0.1级），暂态特性好(可实现5TPE)等优点。

数字化的SF6密度表、微水仪和温度仪。该类表计采用成熟的就地A/D转换模块，将GIS间隔的相应参量转换成数字信号并上传。该类数字化仪表已在我公司110kV、220kV GIS工程中批量使用。

采用PLC等技术实现数据的采集、分析及设备控制。采用西门子PLC系统进行GIS的就地控制，软件编程取代了常规继电器硬接线逻辑回路，使整个控制简单、清晰、可靠，使产品的控制实现了数字化。采用该技术的FBZ-2610 GIS智能汇控柜已在126～252kV GIS工程中大量应用，其可靠性、实用性已得到充分的验证。

采用以太网传送数据。上述数字技术的应用，使得数据通过以太网传送成为必然。

1.2 GIS的智能化

GIS的智能化是指以计算机技术实现数据的运算分析，并做出智能诊断的专家系统。GIS的智能化包括以下内容。

一次设备控制逻辑的运算。即上述PLC系统实现的程序控制。

GIS运行状态的在线监测与诊断。通过对GIS各种运行参数（如局部放电、SF6密度、断路器通断电流、储能电动机电流、避雷器泄漏电流、微水量及开关室环境等）的记录、分析及智能诊断，及早发现变电站一次设备的电气、机械等关键参数的异常，为供配电部门和设备运行管理部门了解各个设备运行状况，提供可靠的数据参考，预防事故发生，从而实现GIS的智能化运行，事件记录等。

2 DI-GIS的应用形式

2.1 FBZ-2610 GIS智能汇控柜

2.1.1 系统简介

FBZ-2610型GIS智能汇控柜是利用先进的检测技术、控制技术、通信技术和多年来对封闭式组合电器的研究而成功开发的一种在线监控系统柜。它采用可编程序控制器来进行对封闭式组合电器进行在线监视和控制。本系统柜采用分散式控制，即每一间隔都有独立的CPU微处理器进行数据处理和控制，然后各智能汇控柜组网与中控室保护厂家或DCS厂家的自动化系统进行通信。

本系统柜由PLC软件编程控制取代了常规的继电器组成的硬线接线逻辑控制电路，使整个控制简单清晰可靠，达到了智能化的要求。同时因本系统对每一开关设备只需采集一个辅助信号，这会节约非常多的二次电缆，降低了生产成本；并且外围布线简单清晰，减少了故障点，更加保障了系统的可靠性；另外因PLC是智能型设备，在系统出现故障检修时能够在线查看控制回路的实时状态，非常容易地看到系统当前的故障位置，使得检修人员能够有的放矢，提高检修效率。系统同时采集了GIS封闭式组合电器中各断路器、隔离开关和接地开关的通断状态，实现了一次设备位置状态的在线监测，并通过网线与中控室通信，实现“三遥”功能。

2.1.2 系统功能

控制功能。断路器的断开、闭合操作，隔离开关的断开，闭合操作，接地开关的断开、闭合操作，自动投退加热器。

检测功能。各开关状态自动检测、断路器闭合次数自动检测、各开关闭合次数自动检测、通断超时自动检测和保护、断路器气室压力闭锁、告警监测其他气室压力告警监测、储能信号监测系统“三遥”功能。通过系统备有的RS-485通信口完成遥控、遥测和遥信功能，或与中继器相连，实现远距离的“三遥”（采用Modbus规约或西门子PPI组网）。

系统联锁功能。采用西门子S7-200系列PLC来完成断路器与隔离开关、接地开关等所有联锁功能，将常规的硬接线闭锁改为数字联锁，减少了现场的电缆连接和故障节点，提高了系统的可靠性。

PLC上设置就地/检修/远控3个位置选择开关，在变电站设备调试、检修时可进行就地和检修操作，设备运行时处于远控状态，从控制室进行操作。

2.2 FBZ-2620 GIS智能监控与诊断系统

系统功能:SF6气体密度监测。断路器特性监测模块。机构箱的温度、环境温度和湿度。通过对该特征量的检测,能够反映变电站周围环境温度状态，可计算SF6气体密度,还可在需要时提供变电站的年气温变化曲线。通断线圈是控制断路器动作的关键元件，应用霍尔电流传感器可以方便地测出电流波形。避雷器监测模块（可选）。微水在线监测模块（可选）。开关室环境监控（可选）。采集、控制、和“三遥”功能。监控系统软件部分。

系统软件采用图形化设计，各设备的监测量均能实时显示，软件结构清晰，查询数据简便快捷。FBZ-2620系统是以分布式实时多数据库为核心的复杂的网络应用系统，利用面向方案的SCADA平台系统，易于扩展。系统提供数据接口，可方便纳入变电站微机保护监控系统。

2.3 TKHD-2000GIS局部放电在线监测系统

TKHD-2000系列GIS局部放电在线监测系统适用于现场运行的各电压等级的GIS设备，采用基于特高频监测方法的介质窗口式GIS在线监测与诊断专利技术，彻底解决了目前各类在线监测GIS局部放电方法中存在的诸如灵敏度低，无法实现24h实时监测，影响一次设备绝缘等缺陷，成为拥有发明专利、国际先进的在线监测系统，其创新特点如下:

创造性的提出在GIS本体开介质窗口的方法，使得监测系统与一次本体从机械上、电气上实现完全的隔离，监测过程对一次运行无任何影响。灵敏度＜5pC。通过对监测信号图谱的统计分析，对局部放电类型及危害作出诊断。全面实现全天候实时在线监测。系统同时具备向互联网发送数据的功能，从而实现远程监测。

系统以Windows为平台，采用美国NI公司Labview等强大、可靠的编程软件，操作界面友好，专家系统可自动分析诊断监测参量的危害程度，使得GIS准确实现按运行状态实施维修，可靠避免事故的发生。该系统的应用，将极大地提高GIS系统的可靠性，最大限度地减少检修工作量。

3 结束语

数字化、智能化组合电器DI-GIS的应用，将可靠发现设备内部隐患。由于采用智能软件分辨系统，可实现全天候实时在线检测，系统操作界面友好，可自动分析运行状态及安全程度，使得GIS准确实现按运行状态实施维修，避免事故的发生。系统同时具备向互联网发送数据的功能，从而实现远程监测。DI-GIS的应用，将极大地提高了GIS系统的可靠性，大大减少检修工作量。

[1]陈宇鹏，邓雪梅，陈徽，张厚勇.高压组合电器(GIS)及其智能化变电站[J].现代制造技术与装备，2009-11-15.