GIS高压组合电器在智能化变电站中的应用探讨

张丽

随着我国电力行业的不断发展，我国的智能电网体系正在进行大规模全方位的建设。这种电网体系以特高压电网作为基本结构网络，联接大量的分支电网形成整体的智能电网。这种电网体系的实际运行需各分支电网相互协调作用，该体系具有自动化、智能化和信息化等电网体系特征。随着高新技术的开发应用，新型的互感器技术和高效通讯技术将成为我国各级电网体系建设的热点。

一、智能化变电站的组成及特点

GIS高压组合电器智能化变电站是一种新型数字化变电站，其主要将信息采集、传输和处理输出等功能有机组合。其实际是指一次电气设备的数字化和二次装置的全数字化，同时采用全站统一的标准平台。这种变电站的技术特点大致可包括以下三点：首先是一次电气设备的数字化。这种变电站主要应用较为先进的光学互感器以及智能开关等一次电气设备。同时一次设备和二次设备的采样值、状态量和控制命令等信息的交换主要使用光纤传输数字编码信息，这使得一次电气设备具有数字接口。其次是二次装置的全数字化，这主要是指采用网络通信方式取代传统的二次装置间、二次装置和其他各种设备间、二次装置和一次电气设备间的二次电缆。这种网络通信方式发射和接受信息，可以有效保障信息传递的高效性和安全性，同时完成了信息传输的全数字化。最后是自动化管理，整个GIS智能化变电站采用全站统一的标准平台。这是一种使用统一的数据建模及数据通信的信息平台，其可以保证运行管理系统的自动化，降低人工成本。该平台主要采用自动化技术将故障分析、设备状态监测系统以及控制系统进行有机结合。

二、新技术的改造升级

随着输变电技术的不断发展，以及各企业生产和居民生活对电力实际需求的日益增长，使得现有的一些电气设备和信息传输技术相对过时，这要求各电气制造企业不断的研发新技术和淘汰旧技术。由于这种不断的更新淘汰，导致大量的新型高压电气设备的出现和应用。这些新型高压电气设备，特别是GIS智能化变电站，可以有效保障电网系统的安全稳定运行。电网系统智能化是当前电网系统发展的重要方向之一，因此对电网系统智能化进行改造升级意义十分重大，该改造升级大致可包括以下几个方面：

1、光学互感器技术

光学互感器技术将整个变电站设备监控、数据采集传输、状态保护以及故障录入等流程智能化。光学互感器技术的使用可以提升数据和设备监控系统的稳定性，完善了传统的电磁式互感器的一些缺陷，降低数据采集过程中的额外误差，提高整个GIS智能化变电站系统的精度。同时这种技术的使用可以保障保护测控装置实现全数字化的采样流程，其有力的保证了变电站的智能化发展。铁芯卡滞作为变电站设备运行中常出现的技术难题之一，其严重影响着变电站设备的正常运行，这不仅会降低变电站运行的安全稳定性，还会造成严重的经济损失。首先采用光学互感器技术，其主要监测机构的分、合闸过程中的线圈实时工作电流，并进行相应参数记录。这种实时工作电流的相关参数是计算铁芯启动和线圈通电时间等数据的依据，通过相应计算可以得到铁芯实时状态，并且可以及时检测铁芯卡滞、位置移动以及吸力大小等重要参数的变化情况。其次光学互感器技术的使用，可以实时监测机构分、合闸线圈的工作电压情况。对于这种工作电压的有效监测，可以及时掌握操作回路电压的数值变化情况。这种电压监测可作为GIS智能化变电站故障判断和处理的重要参考。

2、智能开关

首先是智能开关断路器使用，可以对线路和设备的开断电流和开断次数实现实时监测，从而计算得到实际的触头电磨损情况，并将其作为判断断路器使用寿命的重要依据，同时其也可作为及时更换触点和维修检测的重要检测标准，可根据触头电磨损情况及时对其进行处理，保证电力传输的稳定有效进行，避免因触头电磨损导致的不必要的经济损失。其次智能开关可实现对断路器的行程、时间的实时监测，并通过相关的数据分析并绘制行程—时间特性曲线，根据曲线进一步分析断路器的实时状态，如断路器的实时状态不正常，则需要采取相应措施进行调整和维修。再次是SF6气体密度的监测，SF6气体密度是保障智能开关有效运行的关键参数之一，根据SF6气体密度值可以有效分析出当前系统的运行状态，并根据这些状态发出相应指令或警告提示。这些智能化指令有利于工作人员更好的掌控后整个电网系统的运行状态。最后是智能开关的使用，可以实时监测相关分、合闸回路状态情况。这种实时监测可以避免断路器因控制回路断线故障导致的拒动现象，其可以有效的保障断的安全稳定运行。

3、系统自检

系统自检可以针对断路器以及隔离接地开关触头位置进行实时监控，同时对整个操作机构、辅助开关状态、储能情况以及电机电源情况进行有效的监测并记录，如出现异常则可及时发出警报。系统自检还可以对系统电流和电压进行实时监测，并对继电保护情况和电流信号传输进行监控。同时系统自检还可对于汇控柜的温湿度和绝缘性等相关技术参数进行实时监测。

4、传感器和通信方式

可根据各级变电站的操作控制目的和方式的差异，采用相关的传感器可以实现数据采集和录入的数字化，其既可以保证采集和录入的精确性，避免人为误差，同时其在极大程度上降低了人工操作强度和人力成本。采用新的通信网络方式取代传统的二次电缆，既可以节省建设投资成本，节省材料和保护环境，又可简化二次接线方式，使其实际应用性更好。

5、新数据平台

GIS智能化变电站采用全站统一的标准平台。既实现数据建模及数据通信，又保证运行管理系统的自动化，降低人工成本。

通过上述新技术对高压电器组合的改造升级，可以实现智能化的高压电器组合设备有效的集成高电压、传感器、计算机、数字信号处理和网络通信等高新技术，其可以有效保证这个电网体系监控和测量的精确性、安全性和稳固性。

三、实际应用情况分析

目前，世界很多大型的电力设备公司，如西门子、阿西布朗勃法瑞公司等，对GIS技术研究较早并取得了一定的研究成果。有些公司已经研发出相应的GIS智能化变电站技术和配套使用设备。还有些电力设备公司的数字化变电站的一次、二次设备已进行相应的实际工作运行，并取得良好的运行效果。与国外相关研究相比，我国的变电站智能化起步较晚，技术相对落后。从我国2001年起相继进行数字化变电站的可行性研究，并根据相关部门制定的EC61850标准对变电站进行数字化建设，目前我国建设大量的110kV等各种数字化变电站，部分变电站已完工并投入使用。随着我国变电站数字化技术的不断进步，数字化技术、信息化技术和自动化技术也将相应的应用于我国的变电站建设。就目前而言，变电站数字化技术是当前我国变电站研究的技术热点。

金属封闭式气体绝缘高压组合电器的应用已将近三十年，这种高压组合电器的特点主要包括：首先是其设备使用面积要求小，建设和运行投入成本低。其次是实际运行的稳定性好，可实现运行操作的安全性。接下来是这种电器安装较为简单，同时维护方便。最后是一体化设计，其空间利用率高，不额外占用空间，同时其可以智能化便捷升级。高压组合电器因其上述特点已在各级电网建设得到大规模的应用。GIS高压组合电器的智能化一次设备，主要是由互感器等硬件以及开关操作、系统控制等软件系统组合构成的。其中高压组合电器智能化的关键问题是对高压组合电器运行的相关信息进行采集和录入，而电子和光电技术的开发利用有效解决了上述问题。其主要采用气体密度、压力、光栅弹簧储能、温湿度以及局部放电等传感器，利用日渐完善的技术和产品功能，有效维护高压组合电器的运行状态，尽可能的降低高压组合电器的故障维修频次。

我国传统变电站的不同功能所使用的通信技术、传输方式各不相同，一次与二次设备的信息交换主要使用的是模拟信号和电平信号，并且需要铺设大量的电缆进行信息传输，同时变电站的不同功能，需建立起相应的信息采集、录入、传输、判断和执行系统，这也需要与之配套的硬件和线路的支持，这无形中增加了变电站建设和运行的复杂程度，同时也提高了相应的建设运行成本。而实现变电站的智能化、数字化可以有效的解决上述问题。这种变电站的远程监控、实时保护、精确计量以及VQC等系统采用同一通信网络进行接收相应的电信号参数、温湿度和设备状态等各种信息，并对各种信息进行判断分析，再采用同一网络发送调控命令。这既不需要为不同功能建立其配套系统，也不需要设置相应的硬件和线路，降低了变电站系统的复杂性，同时也在很大程度上降低变电站的建设运行成本。

GIS高压组合电器智能化变电站，其具体应该包括系统保护、调度和设备状态监控等自动化功能。一次设备的智能化，其具体指信息的采集、录入、处理和通信的智能化。同时将自动化、保护和设备状态监控等元件的使用，主要依靠硬件的有效支撑。二次系统的信息处理和远程控制采用相关软件支持。智能化系统在保证基本的微机保护基础上，增设相应的防误操作的开关装置、运行状态和环境监测以及故障检测处理等自动化装置集成在接地控制柜中，既可以节约设备的使用空间，同时也节约了相应的投资成本，又达到智能化系统的多种功能的有效组合的目的。

四、结语

本文通过对GIS高压组合电器智能化变电站的组成及特点的阐述，并对新技术的改造升级以及GIS在智能化变电站中的应用分析，不难看出，GIS高压组合电器具有良好的通信性能和安全稳定性，大量的相关智能化设备，以及多种智能化、自动化和数字化技术的大量应用，使得GIS高压组合电器成为我国当前的智能化变电站建设的热点技术。但是也需要对GIS高压组合电器的不断研究改进，才能保证其可在我国大规模智能化变电站建设得到广泛应用。