智能一次开关类设备配置方案研究

智能一次开关类设备配置方案研究

李福俊1栾松涛2谷鸣3

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（1山东电力工程咨询院有限公司山东济南250013;2,3国家电网山东省电力公司山东济南250001）

摘要：文章针对智能一次设备的定义，从兼具经济性和可实施性角度分析，介绍了目前智能一次设备的实现方案。提出现阶段智能一次设备配置方案为：一次设备本体配置在线监测传感器，同时外置智能组件。各类智能单元就地安装于智能组件柜，取消了大量端子排连接设计，提高了设备运行的可靠性和安全性。智能一次设备实施推荐采用甲招乙购方式，由一家实力较大的状态监测集成商负责全站后台系统的统一工作，并与一次设备厂家共同协调解决安装配合问题。

关键词：智能设备智能组件开关集成

1.智能设备概述

1.1定义

智能设备的定义为：“高压设备与相关智能组件的有机结合体”。何谓智能组件，文中解释为“以测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化为特征，具备测量、控制、保护、计量、检测中全部或部分功能的设备组件”。[1]

方式一：独立运行的一次设备加上远端的一个或多个智能综合组件组成；

方式二：一次设备加上就地的包含状态监测单元的智能综合组件加上远端的一个或多个智能综合组件组成；

方式三：一次设备加上就地的智能综合组件组成。该方式必须在设备设计之初，就把测量单元、控制单元、保护单元、计量单元、检测单元、通信单元等智能组件融入设备本体，使其成为具有测量、控制、保护、计量和监测等功能的实体，也即是未来理想的智能一次设备。

1.3智能设备特点

（1）随着一次设备智能化的不断发展，传统意义上的一、二次设备间的界限也将逐步模糊。

（2）通过安装智能组件，一次设备本身将逐步集成测量、控制、电能质量监测、自诊断、保护等功能，成为电力功能元件。

（3）在智能变电站中实现信息共享：每个设备采集的信息及其本身的状态信息都可以被网络上的其他设备获取。

（4）基于多参量信息的功能应用：如采用多参量综合检测的智能预警功能、综合分析决策功能、状态检修功能、设备寿命周期管理等等将得到加强和拓展。

（5）智能化改变了同一间隔内设备的组成结构，比如原有的电磁式互感器、辅助开关都取消或减少了，新增了合并单元、交换机等设备。

（6）同一间隔内本体和装置之间的二次电缆线减少了，但与网络设备有着密切联系，减少屏间光纤数量，提高通信可靠性，减少维护工作量有着积极作用。

（7）智能设备之间应实现进一步的互联互通，支持采用系统级的运行控制策略。

（8）从传统关注设备可靠性转变为关注电网的可靠性。

2.智能一次开关类设备的实现方式

2.1智能开关结构分析

智能开关是在传统开关设备中引入计算机技术、数字处理技术和网络通信技术而发展起来的新一代开关电气设备。在智能开关中，实现微机测量、保护和控制，部分或全部取代传统开关设备的二次系统；引入网络通信功能，实现电气设备之间和电气设备与电力自动化系统之间的信息交换及信息共享；利用现代传感器技术对开关电器的运行状态进行在线监测。

智能开关设备整体结构如图3所示：开关设备本体+智能组件，基本功能有：测量，控制和监测，可集成保护和计量。技术特征包括：测量数字化，控制网络化，状态可视化，功能一体化，信息互动化。

方案三：采用全电子式的智能机构，完全取消开关机构中由继电器、电气接点搭接的机电控制回路，开关的监测、控制全部由智能机构完成，智能机构以标准的数字接口接入上级网络（过程层GOOSE网络、在线监测用MMS网络）。

虽然方案三是最接近真正意义上的智能开关设备方案，一定程度上代表了未来智能开关设备的发展趋势。但方案三中所描述的智能开关设备的开发目前具有一定的限制性，必须同时具备一次设备的生产能力和二次设备的开发能力。此外，还应具备强大的网络技术能力，即在开关设计之初，就已经考虑把智能传感器、控制设备融入开关，结构更加紧凑、设计更加合理、绝缘更加可靠。除此之外，由于方案三的实现需要对现有开关机构做根本性的改动，目前只有一些国际厂商如ABB、西门子、阿海珐等，部分实现智能机构，国内厂商如平高、西开等目前也正积极开展相关研究，离成熟产品问世仍有较长的距离。

方案二中智能单元可以实现一次设备的状态监测及控制，所以在不改变电气一次设备本体结构的前提下，在间隔端子箱或汇控柜内安装智能单元实现对本间隔所有断路器、刀闸的集中监视与控制，可操作性和经济性较高。

结合以上分析，在现阶段，变电站过开关类设备智能化采用方案二实现。

3.智能一次开关类设备的配置方案

3.1变电站开关类设备智能化项目应用

配合国家电网一次设备智能化的开展，根据现阶段变电站大量工程应用的实施经验，目前，智能变电站500kV开关类设备智能化项目应用见表1。

对于变电站内的220kV设备，智能化技术与500kVHGIS设备基本一致，但增设合并单元。

3.2变电站开关类设备智能化实施方案

为满足开关类设备智能化的顺利实施，避免设备之间接口过多，建议全站在线监测设备由一家实力较大的厂家调试/供货，对于重要参量的监测设备，采用甲招乙购方式（由建设单位通过邀请招标或其他方式确定品牌、型号，由状态监测集成商统一采购），其余监测设备由状态监测集成商统一调试/供货。状态监测集成商负责全站后台系统的统一工作，并与一次设备厂家共同协调解决的安装配合问题。其中，全站在线监测后台整合由在线监测设备系统供应商来做，并在一次设备供货前完成配合安装和整体调试工作，要求该供应商在国内外电力系统具有一定的安装运行经验及业绩。

4结论

本专题根据从经济性和可实施性分析，形成了变电站智能开关类设备的配置方案：即一次设备本体配置在线监测的传感器，同时外置智能组件。方案结合了一次设备的特点，同时充分考虑技术水平的现状和发展具备较好的可实施性。

实施方案推荐采用甲招乙购方式，由一家实力较大的状态监测集成商负责全站后台系统的统一工作，并与一次设备厂家共同协调解决安装配合问题。

参考文献

［1］国家电网公司.智能变电站技术导则Q／GDW_383-2009［S］.北京：中国电力出版社，2009.

第一作者:李福俊，女，硕士研究生，工程师，注册电气师，主要从事变电站一次设计工作。