变电站高压室断路器智能化改造研究与应用

陶可鹏 倪惠浩 何雄辉

摘要：变电站高压室是主网中的重要组成部分，其特点是内部结构复杂，安全距离短，故障缺陷及安全隐患较多。根据国家能源局“十三五”规划要求，推进智能电网建设，现对变电站高压室断路器进行了智能化改造，实现了全电动操作、在线监测、智能分析及故障报警等功能，提高了智能化运维和安全操作水平。

关键词：高压室;断路器;在线监测;智能化

0    引言

随着“云大物移智”等新一代智能技术的快速发展，我国已将智能技术提升到国家发展战略层面。根据国家能源局“十三五”规划要求，推进智能电网建设，南方电网公司也提出了构建智能、高效、可靠电网体系的发展计划。智能电网包括智能发、输、变、配、用电、调度六大环节，其中变电环节占据着相当重要的地位，其核心目标是建设智能变电站，而智能变电站最基本、关键条件之一是智能化开关柜，开关柜智能化是智能电网建设的重要组成部分。

本文对变电站高压室断路器进行了智能化改造，使其具有全电动操作、在线监测、智能分析及故障报警等功能。利用先进的智能技术不仅可以提高开关柜设备可靠性，减少现场操作风险，确保人身安全，还可节约成本与减少停电时间，达到提高安全生产水平和电网运营效益的目标。

1    技术方案

某变电站10 kV高压室小车式断路器改造主要包括以下部分：小车式断路器程序化操作电动底盘改造，小车式断路器的状态在线可视监测，断路器梅花触头的温度在线监测，断路器分合闸机械特性、动作电压和电流检测，断路器室、母线室、电缆室等可视化视频和热成像资料接收。

（1）拉出断路器手车，拆除原有底盘小车，改造前中门，安装电动操作机构，改造开关柜的二次接线，安装电动操作机构控制器，在开关柜的接地开关操作轴上安装电动操作机构，电动底盘车结构如图1所示，增加电动地刀控制器及相关二次走线，以实现电动底盘车及电动接地刀的电动控制。

（2）增加底盘车手动优先联锁功能、电动地刀手动操作优先联锁功能、电动关门操作联锁功能，整体更改开关柜仪表门及端子室内的二次控制线，然后调试断路器小车及接地开关的手电动联动，现场进行回路电阻、工频耐压试验，手动电动分、合闸试验。

（3）完善电动底盘的相关二次控制回路，该站主变变低测控装置的遥控接点数量足够，只需对10 kV主变进线柜的接线进行改造并完善遥控回路。10 kV保护测控装置为南瑞科技NSR系列保护，遥控接点数量不够，需增加遥控板卡以及更换CPU插件，完善远方遥控回路，并对站内监控系统、保信系统及主站端进行扩容调试。

（4）通过红外位移传感器采集并分析柜内开关机构开距、反弹、超程、分合闸时间、分合闸速度等机械特性指标，利用霍尔元件采集分合闸线圈电流波形、储能电机电流、电动底盘车电机电流等电气特性指标，其在线监测数据界面如图2所示。

（5）通过测温传感器采集开关柜内关键部位温度，通过超温分析、温升趋势分析及对比历史记录判断整个开关柜的健康状态。当开关柜内某部位的温度处于异常升高状态时，测温装置能够触发高温报警指令，保证及时发现开关柜内异常发热状况和损坏部位。

（6）接收断路器室、母线室、电缆室等可视化视频和热成像资料，将其传输到智能显示装置上，从而实现设备的操作监控与动态监视，便于观测人员掌握高压室开关柜内情况、断路器和接地开关的分合、避雷器和绝缘子等重要运行元器件的外观状态等。

对高压室开关柜进行智能化改造时，相应母线需依次停电。建议停电时间安排在节假日，在该开关柜停电期间，调度部门需做好合理安排，把停电损失降至最少。

本技术方案可以实现电动控制断路器手车摇入摇出，运行人员的倒闸等操作可由手动操作升级为电动操作，最大限度地提升人员的安全;可通过视频服务器监控开关、母线室、电缆室状态;通过实时感知动触指触头温度，并自动进行开关柜健康状态分析，尽早发现设备存在的潜在缺陷，及时消缺以确保设备和系统可靠安全运行，降低非预期停电的风险。

2    主要创新点

（1）电动手动可靠操作。采用高工艺水平的智能蜗轮蜗杆传动设计，实现智能操控和传动平稳输出，使断路器触头结合、分离迅速平稳，动作可靠，同时可实现手动和电动在任何工况下的自由切换，监测电机运转电流和时间，准确预测早期故障，使电机驱动系统始终处于健康状态。

（2）柜内状态可视捕捉。采用自带补光LED灯的广角摄像头，即使在封闭无光的柜内环境也能清晰捕捉开关状态，远程操作完成后，可在后台通过手动切换到相应的开关柜柜内视频画面，远程实时在线判断动作是否到位，真正实现无人操控，提高工作效率，摄像机具有360°旋转功能，视频画面清晰无死角。

（3）电气性能实时检测。通过对现有断路器线圈、储能电机等部件进行升级改造，实现对断路器的分合闸机械特性、动作电压和电流的实时检测，掌握其运行特性和发展趋势，辨识其存在的故障，预测并避免可能发生的问题，提高可靠性，降低故障率，延长生命周期，减少检修维护费用。

（4）温度报警故障判断。通过加装红外和可见光雙视测温装置，对大电流设备母线室无法观察到的部位进行红外测温和可见光检查，并设置报警温度，及时发现异常发热状况和损坏部位，是保证高压开关柜安全运行的重要手段。

（5）智能终端高效传输。将断路器的实时监测数据通过内部网络系统传输至智能终端，实时掌控断路器运行状态，有利于对其主要性能参数开展有效的状态监测，制定相关控制指标，提高状态检修的科学性。

3    结语

本文通过对变电站高压室断路器进行智能化改造，将断路器原来存在安全风险的手动操作改成电动操作，安全可靠且实现了在线监测、智能分析及故障报警等功能，能实时掌控断路器的运行状态，无需停电检查，就能及时发现设备部位发热、损伤和电气参数超标等异常现象。高压室断路器智能化改造是电力技术发展的趋势，其对保障电力系统安全稳定运行具有较大的意义，不仅提高了供电可靠性，还具有显著的经济效益和社会效益，必将在电网系统内得到推广应用。

[参考文献]

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[2] 李耀杰，张辉.KYN28型手车式开关柜智能化的探究与分析[J].电气传动自动化，2017，39（4）：30-32.

[3] 张显聪，苏海博，李徽胜，等.一种高性能智能开关柜在线监测装置的探讨[J].中国电业（技术版），2013（9）：58-61.

收稿日期：2019-11-06

作者简介：陶可鹏（1993—），男，广东江门人，硕士研究生，主要从事110 kV及以上变电站一次电气设备的检修、维护工作。