智能型开关电器的研发现状与分析

崔晓科　崔哲

【摘  要】随着对电力系统可靠性的日益提高，以及能源互联网技术的发展需求，配电网核心设备——断路器的实时在线监测、一二次融合集成智能及实现互联成为其技术发展的最新方向，也是该电器行业产业升级的重点技术领域。基于此，本文主要介绍智能型开关电器的研发现状，并探讨提高开关电气智能化水平的有效路径。

【关键词】智能型开关电器;断路器;实时在线监测

引言

开关电器是整个电网组织以及电力系统运行的最重要原件之一，也是基礎性元件，大多数开关电器在前期设计以及安装当中耗资巨大，时间较长，其运行稳定性与安全性直接决定了电力系统是否能够可靠安全的运行。目前随着智能化技术、数字化技术的发展，电力系统也迎来了发展的高峰。

一、智能型开关电器的研发现状

相对于电网系统传统的开关电器来说，智能型开关电器最大的优势就是其搭载了智能芯片，基于网络化设计和智能化设计，智能开关既具有传统的电器开关的功能，又可以实现远程控制以及自主学习。例如电网系统当中比较常见的自动重合器、自动分段器，就适应了这种智能化的发展状态，可以通过遥控系统来进行控制。电站主端控制器可以对电站层面和开关层面进行不同程度的智能化调节剂，可以获得周围大量的信息，完成状态的感知，又可以进行灵活的定位，提高整个电网设计的思维能力。

从目前发展的整体情况来看，智能开关设备已经有了较大的进展，具有高性能、安全可靠、后期维护少、硬件软件一体化、自动在线监测、自动维修诊断、自动远程接口以及功能自适应等一系列特点。在未来，随着智能GIS产品、智能断路器以及自我学习能力更强的智能开关系统的出现，电网运行的安全可靠程度将会进一步提高，运行维修的成本也会更加低廉，这将为后期管理人员创造极大的便利，进一步推动我国智慧电网的发展。

二、提高开关电气智能化水平的路径

（一）智能断路器的优化设计

（1）智能断路器是最主要的一种智能开关类型，高性能的智能断路器可以配合终端控制系统对设备的运行状态进行实时地调节。现代化的智能断路器一般具有高学习性能的传感器、高水平运行的执行器以及电子设备控制系统。并且，终端系统可以利用远程技术，来对智能断路器的运行进行监测和诊断。智能断路器的设计已经有了将近20年的历史，早在1992年，我国成都、沈阳以及杭州等地的电器厂，就已经在进行智能断路器的相关研究，近些年来发展技术已经比较成熟，大多数国内的厂家都已经安装了智能断路器系统，可以在户内和户外进行一体化的操作，并且不断提高智能断路器产品的智能化等级。

（2）ABB公司在智能断路器设计方面也具有多项专利技术，可以进行远程在线监测、自动化的数据采集，并且对断路器的开断和保护。进行了专项设计和系统性研究，拥有真空断路器、集成断路器等一系列拳头产品，ABB公司的智能断路器在原有的设计基础之上增加了系统保护功能，通过通信模块的自主选择，可以实现比较高速的全面控制。在近五年的研究当中，ABB公司还推出了拥有人工智能学习能力的断路器系统，它是专门在闭合状态下运行的一种高性能智能断路器。通过不同模块的相互拆分和配合，可以实现独立操作，避免出现电流对设备的瞬间应力而造成不安全的现象，整个电流互感器、电压互感器、断路器辅助接点和操作脉冲配合流畅，运行的学习能力强，可以实现联动控制的效果。

（3）我国企业在智能断路器方面也拥有多项专利技术，目前该项技术的发展已经趋于成熟，在原有的智能断路器真空控制的基础之上，增加了各种传感器，可以实现在线监测、在线通信、在线控制、在线保护，尽可能提高断路器的运行可靠性。例如，上海电信科技研究所推出的dw45型万能断路器，就与ABB公司的f系列和e系列共同属于该产品类型的明星产品，在低压配电网当中应用率超过75%，替代了传统的断路器，对于智能电网的建设起到了支撑作用。

（二）智能化GIS的优化设计

第一，智能GIS可以将微电子技术、网络技术、传感技术以及云计算技术高度联合在一起，通过GIS系统的内部组织来对不同的参数进行随时调整，配合智能断路器的在线传感、在线监测、在线操控，来实现对智慧电网的实时调节，本质上来说他是应用一种新型的传感器来代替传统的电流互感器和电压互感器，在这种新的操控模式之下，智能传感器采集数据的频率可以提高200%-400%，数据通过光纤总线运送到其他的操控部门，可以配合后台操作系统对不同的元器件进行控制保护计量。智能化GIS还可以对整个系统的运行进行良好的揭示，通过自身定期的检查来发现运行过程当中存在的一些故障。

第二，西门子公司在智能GIS方面拥有多项专利研究技术，其后台在线监测系统可以对各个模块单元进行优化监测，通过智能传感器代替传统的互压电感器，通过间隔数字处理的方式提高监测的时效性，并且将所有监测的数据录入到后台。对比基层运行参数分析，就可以及时发现整个设备运行的状态，做出趋势判断，一旦发现异常就可以提醒后台维修人员进行在线监测。

第三，我国的研究人员在智能GIS方面也取得了显著的成效，例如上海致新研究集团推出的智能技术，就利用新的传感器和操纵系统替代了原本的辅助开关和电磁感应装置，拥有高效执行处理的效果，在分散存储的PSA上可以进行电信号的随时转换，并且通过有效的预处理方式来对测量信号进行全时段的控制，通过总线发送来提高保护能力。基于智能GIS，可以对间隔控制箱的运行状态进行全时段的把握，尽可能减少异常电压和异常电流，降低故障发生的风险与概率。

（三）其他智能型开关产品

除上述两种智能型开关产品之外，电力系统当中的智能设备还包含智能高压开关柜、智能隔离开关、智能气体绝缘断路器、智能接地开关等等。

1.智能高压开关柜

智能高压开关柜就是一种比较成熟的设备，应用在智能电网当中可以配合高压断路器提高整个系统运行的安全性，其通过接触部件自动化的检测以及弹簧的储能时间优化测算，来起到实时在线监测的功能。

2.智能隔离开关

智能隔离开关可以起到更加精准的隔离保护效果。例如我国沈阳某电力公司推出的智能隔离开关ref547，就具有上述智能诊断的能力。该设备可以通过自动化的监测获得弹簧的状态以及机械操作的次数，一旦装置工作状态出现故障，显示数据就可以通过远程切换的方式来对紧急分闸按钮和合闸按钮进行自动化的调节。

3.智能气体绝缘断路器

智能气体绝缘断路器相对于常规绝缘断路器来说，绝缘保护等级提升，反应速度提升190%，可以在更短的时间内，对短路问题进行反应，并提供有效的绝缘保护，设备具有的自我感知能力和自我学习能力，可以对不同的电气设备运行故障进行分析，并整合电网运行数据，做出智能判断。

4.智能接地开关

智能接地开关具有数据分析系统，对外界的电路变化感知灵敏度高，当外壳内部的绝缘子产生爬电现象或外壳内部燃弧时，快速接地开关将降主回路快速接地，通过断路器来切除故障电流。

结论：综上所述，在智慧电网当中应用智能型开关具有传统设备所不具有的优势，但是实际上也需要调节网络的发展，提高远程设计与智能学习的一致性程度，才能够更好的提高智能化水平。从本文分析可知，研究智能型开关有利于我们从技术发展的角度看待目前电网运行可靠性的提升，因而我们要为智能化开关的运行创造一个良好的外部环境减少强电磁干扰，提高其运行的可靠性。

参考文献：

[1]汤世源.智能型开关电器的意义与开发现状[J].科技展望，2016，26（26）：168.

（作者单位：河南森源电气股份有限公司）