田 超（國網(wǎng)河南原陽縣供電公司，河南 新鄉(xiāng) 453500）

智能變電站中斷路器智能單元的設(shè)計

田 超
（國網(wǎng)河南原陽縣供電公司，河南 新鄉(xiāng) 453500）

近年來，智能變電站正在各地如火如荼的建設(shè)，其中的斷路器智能單元，對于變電站設(shè)計、施工、調(diào)試、運行以及后期維護起著至關(guān)重要的作用。作者結(jié)合近年來與調(diào)試人員的一些交流，以及運行中實際問題，提出了斷路器智能單元設(shè)計的一些思路。

智能變電站；斷路器；智能單元

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.129

0　引言

一次設(shè)備智能化是智能變電站的主要特點，即要實現(xiàn)斷路器等高壓設(shè)備的數(shù)字化。其主要方式無外乎兩種，一種是將智能控制模塊形成一個單獨的智能終端中，并將其附加到斷路器上，另一種則是直接將智能控制和通信設(shè)備內(nèi)嵌到現(xiàn)有的斷路器中。

由于一次設(shè)備的智能化比較困難，目前為實現(xiàn)變電站數(shù)字化的進度，國內(nèi)的變電站基本采用常規(guī)斷路器加智能終端的方案進行過渡，常規(guī)斷路器通過附加組件實現(xiàn)部分智能化，如有需要，還可加裝通信組件和診斷組件，設(shè)備示意圖如圖1。

圖1　

其中，S為傳感器。

1　智能單元的特點分析

智能單元作為過程層的一部分，為過去的常規(guī)設(shè)備提供了數(shù)字化的接口。過程層智能單元通過光纖與間隔層通信的數(shù)字信號，決定斷路器、隔離開關(guān)等設(shè)備的開合，實現(xiàn)保護和控制。過程層采用的光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)字信號較以往的模擬信號有更強的抗干擾能力，信息交互和上傳比傳統(tǒng)的二次大量線纜連接都更為簡化，是一種較為經(jīng)濟和快速的解決方案。

智能單元的主要任務(wù)和特點是數(shù)字化的接口、在線監(jiān)測、智能控制和電子操作。數(shù)字化接口實現(xiàn)的主要功能是采集、上傳斷路器、隔離開關(guān)（包括地刀閘）的位置、開關(guān)本體信號和其他狀態(tài)信息；智能控制主要采取一定的策略設(shè)計控制程序，實現(xiàn)斷路器的最佳開斷、順序控制等。同時，傳感器采集電、磁、開關(guān)機械、控制回路及溫度等數(shù)據(jù)采集，在線監(jiān)測的同時支持部分在線修復(fù)，根據(jù)狀態(tài)評估指導(dǎo)技術(shù)人員制定檢修計劃。智能控制的開關(guān)組件主要是通過電容儲能加變頻器直接驅(qū)動電機，機械運動部件較少，可靠性顯著提高。

2　智能單元取代常規(guī)二次連線的優(yōu)勢

相對于以往復(fù)雜的二次回路，采用智能終端可以在基本不改變變電站現(xiàn)有設(shè)備的情況下實現(xiàn)一次設(shè)備的智能控制和間隔層設(shè)備的數(shù)字化通信，具體優(yōu)點有：

（1）節(jié)約了電纜等設(shè)備的使用和相應(yīng)的工程投資。智能變電站主要特點之一就是二次電纜數(shù)量極大的減少，控制電纜數(shù)字化以及多信道復(fù)用起到了很大的作用。

（2）光纖數(shù)字信號具有很好的電磁兼容性，且信息傳輸帶寬上限很高，可靠性比電纜也有顯著提高。

（3）一次線路上的傳感器所采集的信號不僅可以為變電站技術(shù)人員掌握線路情況、制定維修計劃，還可以通過外網(wǎng)傳輸?shù)叫畔⒅行倪M行大數(shù)據(jù)的收集和分析，制定更合理的發(fā)電、輸電策略。

（4）經(jīng)過優(yōu)化的二次回路的功能結(jié)構(gòu)，可以有效的簡化傳統(tǒng)電纜的冗余回路。光纖以太網(wǎng)的冗余相對于電纜冗余設(shè)計十分簡單方便。

（5）智能單元和數(shù)字信息化使得系統(tǒng)的互操作、運行和控制更容易實現(xiàn)和修改。

（6）大大減少了技術(shù)人員對線路進行調(diào)試的工作量，更多的調(diào)試可以通過控制臺進行，也減少了技術(shù)人員到現(xiàn)場調(diào)試的時間。

3　智能變電站斷路器智能控制單元的功能與結(jié)構(gòu)

斷路器智能單元是應(yīng)用于智能變電站一次開關(guān)設(shè)備操控的智能終端。支持實時的GOOSE通信，通過保護裝置、控制裝置的配合實現(xiàn)對斷路器、隔離開關(guān)等刀閘設(shè)備的操作，并定期采集間隔內(nèi)一次開關(guān)設(shè)備的開關(guān)量信號。斷路器智能單元可以將傳統(tǒng)的一次斷路器設(shè)備改造為滿足數(shù)字化需求的智能斷路器設(shè)備，具體配置如下：

（1）支持數(shù)字化變電站IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)。斷路器應(yīng)配備多個100M帶寬的以太網(wǎng)端口，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)GOOSE命令的收發(fā)和網(wǎng)絡(luò)校時。

（2）能夠?qū)OOSE命令轉(zhuǎn)換為硬接點觸發(fā)，同時保留人工開合，滿足各類情況的需求。

（3）具有IEC61058標(biāo)準(zhǔn)中要求的快速響應(yīng)能力，一般認為小于4ms。

（4）智能檢測單元應(yīng)具有自檢功能，以及報告和保存系統(tǒng)日志的功能。

綜合上述要求，斷路器智能單元的基本參數(shù)應(yīng)符合或高于以下數(shù)值：額定電壓DC110-220V，分合閘電流0.5-4A，功耗為30-100W。出口時間：繼電器出口時間為3-5ms，平均延時4ms，接收信號到出口動作小于8ms，刀閘控制時間小于10ms。開關(guān)量參數(shù)為至少20路開入12路開除，均為DC220/110V無源接點，光耦隔離。4路冗余出口，可采用額外開入開除插件。通訊接口應(yīng)包括5組以上的RS-485接口和100M以太網(wǎng)通信功能。

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田超（1988-），男，河南新鄉(xiāng)人，本科，初級，研究方向：智能變電站。