高压断路器智能化的意义及在电力系统的实际应用

2015-04-16孟令文

建材与装饰 2015年50期

关键词：开关设备合闸断路器

孟令文

（国网陕西省电力公司铜川供电公司铜川　727031）

高压断路器智能化的意义及在电力系统的实际应用

孟令文

（国网陕西省电力公司铜川供电公司铜川727031）

本文对高压智能断路器在电网中的重要性做出了阐述，并且对其结构原理进行了剖析，分析了在智能电网中的应用前景，并针对在智能电网中应用中，其体现智能性的重要技术要求提出了具体的要求，可供选用高压智能断路器的相关人员进行参考。

高压；智能断路器；选用

随着我国国民经济的快速发展，建立坚强智能电网已经迫在眉睫，加快智能电网的建设，确保电网发展速度适度超前于国民经济的发展速度，才能确保国家各项生产和经济的又好又快的发展，近年来，东部沿海用电紧缺的矛盾日益突出，尤其是部分内陆省份负荷高峰期间的缺点情况也时有发生，都极大的影响了各项工农业的生产生活用电，因此电网建设不能再局限于常规的常态发展，必须着眼于大电网、智能化的跨越发展，只有这样才能确保电网发展适度领先于经济的发展。

逐步建立智能高压电网，智能断路器是其中必不可少的主要元件。和传统的断路器相比较，智能断路器有着其自身的优点，其将计量、控制、通讯、状态监测等多功能融于一身体，使得在系统中实现了数字化、模块化、系统化，能够实现实时状态的监测，可以实现全数字化的控制，性能及可靠性大大提高，从而服务于智能化的高压电网中。

1　高压智能断路器的结构特点及原理

目前，高压断路器种类可分为：油断路器、六氟化硫断路器、真空断路器、压缩空气断路器等，但就智能断路器而言，和传统的断路器相比较，智能断路器有着其自身的优点，其具有较高性能的断路器和控制设备，配有电子设备、传感器和执行器，不仅具有断路器的基本功能，还具有附加功能，尤其在检测和诊断方面，智能断路器实现电子操动，具有数字化的接口，可以将位置信息、状态信息、分合闸命令通过网络方式传输，控制回路中电子电路的寿命、可靠性是智能断路器技术的的关键。智能断路器是在现有断路器的基础上引入智能控制单元，它由数据采集、智能识别和调节装置3个基本模块构成。智能识别模块是智能控制单元的核心，由微处理器构成的微机控制系统，能根据操作前所采集到的电网信息和主控制室发出的操作信号，自动地识别操作时断路器所处的电网工作状态，根据对断路器仿真分析的结果决定出合适的动作特性，并对执行机构发出调节信息，待调节完成后再发出分合闸信号；数据采集模块主要由新型传感器组成，随时把电网的数据以数字信号的形式提供给智能识别模块，以进行处理分析；执行机构由能接收定量控制信息的部件和驱动执行器组成，用来调整操动机构的参数，以便改变每次操作时的运动特性。此外，还可根据需要加装显示模块、通信模块以及各种检测模块，以扩大智能操作断路器的智能化功能。智能操作断路器在系统故障由继电保护装置发出分闸信号或由操作人员发出操作信号后，首先启动智能识别模块工作，判断当前断路器所处的工作条件，对调节装置发出不同的定量控制信息而自动调整操动机构的参数，以获得与当前系统工作状态相适应的运动特性，然后使断路器及时迅速准确的动作，切断负荷电流或故障电流。

2　高压智能断路器的应用

高压智能断路器已将计量、控制及通信等功能融于一体，使电力设备的模块化、系统化成为可能。微控制器技术的不断发展又为智能断路器功能的多样化，可靠性的提高，性能优化提供了技术保障。智能断路器的核心是智能控制器，其性能的高低是判断智能断路器是否先进的主要依据。近年来，智能断路器不断引入微电子技术、计算机技术、网络通信技术和新型传感器技术，使得智能断路器的应用出现了突飞猛进的发展。作为高压智能断路器技术的补充，断路器智能监视和控制技术得到了相应的发展并在工程上得到广泛的利用，配合智能断路器的局部放电技术、红外测温技术、机械特性检测技术、气体密度水分监测技术等相关技术不断发展完善，以及通过对各种参数的采集和结果的分析处理软件，最终完成状态信息和分析结果的显示以及相应的控制操作系统的不断完善，使得高压智能断路器在数字化变电站的应用更加广泛，总而言之、高压智能断路器是电网智能化的一项重要的工作，它涉及到很多领域的技术进步和创新发展，同时也促进了数字化变电站及智能电网的发展，必将替代常规断路器而作为智能电网发展的重要元件。

3　高压智能断路器的选用要点

选用高压智能断路器时，除常规的额定电压、额定电流、短路电流等技术参数外，还应注意以下要点：

（1）对于126～550kV瓷柱式、罐式交流断路器，局部放电传感器宜采用UHF传感器。

（2）对于断路器智能组件的通信协议：应遵循DL/T860通信协议。智能组件内所有IED都应接入内部过程层网络，监测功能组主IED、测控装置等，还应接入站控层网络。对于同时接入站控层和过程层网络的IED，两个网络端口必须采用独立的数据控制器。

（3）对于开关设备控制器：可集成选相合闸功能和支持程序化控制的开关物理位置感知功能。其中，物理位置感知信息由开关设备控制器采集。开关设备控制器以DL/T860 GOOSE服务接入过程层网络。关于选相合闸，要求实际合闸相位与预期合闸相位之间的平均偏差应不大于1ms，合闸时间的分散性（σ）应不大于1ms。应具有环境温度修正、操作频率修正、控制回路电压修正等功能。

（4）对于开关设备监测功能：故障几率的参考是，专业人员判定需尽快退出运行的，故障几率可定为90%，超过注意值要求时，故障几率可定为10%。监测主IED定时（1次/24h）主动向站控层报送统一格式监测数据，当评估的故障几率每增大5%，立即主动上送报文一次。

（5）对于开关设备监测数据模型要求，主IED应根据DL/T860原则进行数据建模。

（6）对于开关设备局部放电监测：局部放电监测IED采集气室内部的局部放电信号，并根据当前放电信号强度、趋势等信息，对放电性缺陷是否存在及严重程度做出定量评估，将定量评估结果“故障几率”以MMS服务、通过过程层网络向主IED报送。每2h报送1次，故障几率每增大5%立即主动上送报文1次。

局部放电监测IED以连续50个工频周期的测量数据为依据，按“放电强度（MV或dbm）、放电频次（超过最小可测量的频次，次/s），相位”的统一格式测量数据，每24h将日放电强度最大一组监测数据向主IED报送1次。等值放电强度变化10pC时，立即主动上送报文一次。

局部放电监测IED应有足够的数据存储空间，合适的存储策略，以服务于深度分析的需要。

①技术指标

局部放电IED最小可测不大于50pC的放电信号，最大可测5000pC的放电信号。局部放电监测IED所测的放电信号强度能够反映实际放电量的变化。

②数据模型要求

监测主IED应根据DL/T860原则进行数据建模。

（7）对于开关设备机械状态监测的要求：采集反应开关设备机械状态的参量值，通过计算、分析，评估开关设备的机构状态、储能系统状态、机构电源状态等。

（8）对于开关设备气室状态监测功能要求：气室状态监测IED兼有测量IED的功能。气室状态监测IED采集气体压力、温度和水分（露点），根据所采集的数据，计算20℃时的气体压力，计算水分含量（μL/L），并对是否存在气体泄漏、水分超标缺陷及严重程度做出定量评估。

（9）对于开关设备触头温度：测量不确定度不大于5℃；环境温度的测量不确定度不大于1℃。电流有效值的误差不大于1%。各低压报警值偏差不大于5%。