許繼電氣智能中壓開關(guān)有限公司 張 峰

當(dāng)前，電力系統(tǒng)的使用越來越普遍，在科技迅速發(fā)展的當(dāng)下，其自動化發(fā)展有了新的要求。為了促進電力系統(tǒng)的自動化，應(yīng)加強開關(guān)設(shè)備中智能化技術(shù)的應(yīng)用。智能化開關(guān)可以說是未來發(fā)展的趨勢所在，利用智能化技術(shù)控制開關(guān)，能夠有效促進開關(guān)設(shè)備的穩(wěn)定性，同時加強對開關(guān)的控制，降低使用成本。在智能化技術(shù)之下，開關(guān)設(shè)備的使用轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)監(jiān)測，一方面能促使工作人員及時發(fā)現(xiàn)開關(guān)中存在的問題，另一方面能夠有效促進電力系統(tǒng)智能化。

1 智能化開關(guān)概述

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，智能化這一概念被引入到人們的生活工作之中。開關(guān)智能化可以說是未來發(fā)展的必然趨勢。對于現(xiàn)代居民來講，電力系統(tǒng)使用越來越廣泛，且在信息化發(fā)展的當(dāng)下，電力系統(tǒng)使用越來越可靠，同時具有了更多的自動化。而開關(guān)作為各項電力系統(tǒng)的主要控制元件，還需不斷加強其智能化，以便更好的操控電力系統(tǒng)的相關(guān)工作。所謂智能開關(guān)，則是將相應(yīng)的計算機技術(shù)、電子技術(shù)、傳感器、開關(guān)制造技術(shù)等等全面結(jié)合，最終保證開關(guān)具有一定的智能化，一般來講，智能開關(guān)比之傳統(tǒng)開關(guān)使用更加便捷，其性能更強，且更加可靠。此外，智能開關(guān)能夠?qū)ψ陨磉\行情況進行實時監(jiān)測，智能化開關(guān)的使用進一步促進了電力發(fā)展，同時為我國居民帶來了更多便利[1]。

2 智能化技術(shù)在開關(guān)設(shè)備制造使用中的特點與功能

智能化開關(guān)與傳統(tǒng)開關(guān)相比更加方便可靠，不僅具有著傳統(tǒng)開關(guān)所擁有的功能，還有著較多智能化特色。

2.1 開關(guān)工作狀態(tài)的在線監(jiān)測與診斷

智能開關(guān)所擁有的監(jiān)測功能能夠?qū)﹂_關(guān)設(shè)備運行過程中各項性能進行監(jiān)測，其中包括磁性能、溫度、電性能等，對相關(guān)因素進行分析監(jiān)測，能夠有效對其狀態(tài)進行評估，確保在第一時間發(fā)現(xiàn)開關(guān)設(shè)備中存在的問題，合理安排檢修工作。

2.2 開關(guān)設(shè)備的智能控制功能

該功能可有效實現(xiàn)對開關(guān)的操控，保證開關(guān)設(shè)備在最合適的狀態(tài)之下開斷，同時能夠自動實現(xiàn)合閘、分閘等操作，智能控制有效促進了操控的便捷以及合理性，保證其能夠按照相應(yīng)程序?qū)﹂_關(guān)進行控制。

2.3 開關(guān)設(shè)備的智能操動功能

該功能的實現(xiàn)還需在機械儲能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙輧δ艿臈l件下進行，同時還需轉(zhuǎn)變原本的機械傳動變，將其變?yōu)樽冾l器，保證其能夠通過電機直接驅(qū)動相關(guān)設(shè)備。在這一基礎(chǔ)下，開關(guān)設(shè)備的相關(guān)部件得到有效減少，最終只剩下開關(guān)分合閘，智能操動功能的實現(xiàn)，有效加強了開關(guān)設(shè)備的可靠性。

2.4 開關(guān)設(shè)備的數(shù)字化通信接口

數(shù)字化通信接口的存在主要是為了傳輸相關(guān)信息，如開關(guān)位置、設(shè)備運行狀態(tài)以及開斷命令等。通過這一接口設(shè)備能夠有效將信息傳遞給終端，以此對開關(guān)進行操控。再者開關(guān)設(shè)備相關(guān)信息能夠及時傳遞給相關(guān)工作人員，保證在發(fā)生問題的情況下能夠及時發(fā)現(xiàn)且及時解決。此外，接口處一般會存在著傳感器設(shè)備，相關(guān)傳感器分為兩種，一種為有電量的，另一種則是非電量的。非電量傳感器往往用于對開關(guān)的溫度、濕度等數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，同時對電氣進行在線診斷，在能夠確定電氣狀態(tài)正常時對其進行操控。若是傳感器數(shù)據(jù)異常，則需報警閉鎖相關(guān)設(shè)備，對開關(guān)進行檢修。這一過程之中所涉及的保護與控制算法往往不是簡單的反時限動作，而是將當(dāng)前數(shù)據(jù)與以往的數(shù)據(jù)進行比對，最終采用較為先進的保護措施進行“智能操作”[2]。

3 智能化開關(guān)工作原理

將開關(guān)設(shè)備智能化過程中涉及的部件主要有設(shè)備本體、傳感器以及部分零部件，對這一設(shè)備進行使用能夠有效促進開關(guān)控制的信息化，同時保證操作可視化。在使用過程中，開關(guān)設(shè)備以及設(shè)備所涉及到的監(jiān)測、控制等智能性能被整體稱之為智能組件，這一組件在設(shè)備中可以稱之為關(guān)鍵零部件，往往借助網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)層之間進行連接，在這一過程中保證與開關(guān)中所涉及的各個部件設(shè)備之間有效交流。此外，智能化開關(guān)同時能夠通過對各個部位的信息進行感知，以更好的評價各個部位的狀態(tài)，從而及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備中存在的問題，并對故障加以預(yù)防，這能夠有效促進開關(guān)設(shè)備的安全使用，同時保證該設(shè)備的健康狀態(tài)，并在這一基礎(chǔ)下對設(shè)備進行維修處理。另外，智能化開關(guān)設(shè)備有效促進了電網(wǎng)的安全使用，促進電網(wǎng)自動化操作的發(fā)展，所以進一步發(fā)展開關(guān)設(shè)備的智能化是必要且有效的。而要加強開關(guān)設(shè)備的智能化研究，還需對其原理加以全面分析。

3.1 重合器

重合器這一設(shè)備的使用能夠保證在開關(guān)設(shè)備使用過程中，及時發(fā)現(xiàn)其中存在的電流故障，并在固定時間內(nèi)對故障電流進行截斷，一般來講這一控制過程實行重合定次數(shù)控制。當(dāng)前，在實施過程中重合多是3次或者是4次。不過若是發(fā)生永久性故障，則不需要再進行重合這一操作，而是直接實施閉鎖操作，這能夠有效保證故障線路對其他部件使用不產(chǎn)生影響，及時隔絕供電系統(tǒng)與故障線路。對于部分瞬間產(chǎn)生的故障，可以利用多次重合提升重合閘來進行處理，避免停電問題的發(fā)生[3]。

3.2 自動線路分段器

電力系統(tǒng)使用過程中應(yīng)用分段器能夠有效對設(shè)備加以保護。這一過程中還需與重合器結(jié)合進行使用，將發(fā)生故障的線路分離之后，對其他線路進行保護，以減少停電。分段器并不能夠及時切斷出現(xiàn)故障的電流，所以在線路出現(xiàn)故障之后，還需充分利用電源保護裝置對其進行處理。其中，分段器中涉及的計數(shù)最主要的功能是進行統(tǒng)計，在工作前設(shè)備內(nèi)會設(shè)置固定次數(shù)，若是達(dá)到這一次數(shù)，則分段器會自動斷開，以此實現(xiàn)故障線路的分離。若沒有達(dá)到相應(yīng)次數(shù)，則分段器會在故障線路斷開的同時自行斷開，保證開關(guān)設(shè)備的穩(wěn)定性。

3.3 自動配電開關(guān)

這一設(shè)備與其他設(shè)備有所不同，這一開關(guān)涉及的是真空斷路器，利用自動配電開關(guān)能夠有效保證配電網(wǎng)的自動化。工作原理是通過對網(wǎng)絡(luò)電壓的檢測保證開關(guān)使用的合理性，在使用過程中，可以觀測是否有電壓對電路有所影響，自用配電開關(guān)一般根據(jù)負(fù)荷斷開與電流的接通進行有效設(shè)計，在開關(guān)設(shè)備使用中占據(jù)著重要地位。

4 智能化技術(shù)在開關(guān)設(shè)備制造中的應(yīng)用

4.1 現(xiàn)代傳感技術(shù)

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)智能化的使用過程中，為了保證其能夠有效安全使用，往往采用電磁互感器。當(dāng)前，人們對電力需求越來越高，促使著電力系統(tǒng)電壓不斷升高，同時其電力容量有所增大，在這一背景下，某些繼電保護裝置較為復(fù)雜，反映出更多的短路電流大小以及相位、波形等，甚至反映出了電流的突變率，這使得傳統(tǒng)的互感器漸漸失去了其應(yīng)有的作用，不再滿足人們生活工作的需要。現(xiàn)代傳感器慢慢摒棄了過往的電磁互感器，將光纖使用納入到傳感器建設(shè)之中，制作出了相應(yīng)的光電傳感器。該傳感器使用時，能夠保證同一個螺線管與多個線圈有效連接，同時能夠有效將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘栠M行信息的傳遞，保證信息的有效傳播，且不受干擾。當(dāng)下所使用的較多光電互感器均有著簡潔可靠、便于使用、安裝方便等特點，將其應(yīng)用于開關(guān)設(shè)備之中能夠有效保證智能開關(guān)的使用。

4.2 微機處理技術(shù)

微機處理技術(shù)可以說是保證開關(guān)設(shè)備能夠智能化的關(guān)鍵所在，這一技術(shù)能夠有效將運算、保護、控制等功能集于一體，具有較強的綜合性。將相應(yīng)的技術(shù)運用于開關(guān)設(shè)備上，能夠有效保證繼電的安全性，同時能夠?qū)﹄娏俊⒃O(shè)備狀態(tài)等進行記錄分析。此外，微機處理技術(shù)可以應(yīng)用于計算機分層網(wǎng)絡(luò)之中，這一技術(shù)能夠為其提供多個接口，能夠?qū)ο嚓P(guān)信息進行全面分析，對開關(guān)同時能夠進行監(jiān)視，以此保障開關(guān)系統(tǒng)的安全性，適應(yīng)變電站自動化。

例如，將相關(guān)技術(shù)應(yīng)用于智能化柜之中，首先相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠有效對該設(shè)備的使用進行監(jiān)測，獲取到相關(guān)信息，之后利用微機處理技術(shù)對該信息進行判斷處理。在處理過程中運用到的處理機構(gòu)往往分為兩個部分。其一是前置處理單元，該單元能夠?qū)⑺@取的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，最終對數(shù)字量進行運算，并在這一基礎(chǔ)下將得到的運算數(shù)據(jù)與報警、跳閘等條件進行比較，若是滿足相關(guān)條件，則執(zhí)行對應(yīng)命令。其二是后置處理單元，這一單元之下能夠?qū)ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)進行記錄、打印，兩者相互結(jié)合，最終保證數(shù)據(jù)處理以及開關(guān)使用的穩(wěn)定性。對于微機處理裝置來講，在使用過程中還需預(yù)留出相應(yīng)接口，以便該裝置能夠與其他軟件進行連接。

4.3 狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)

對于電力設(shè)備而言，其狀態(tài)檢修一向是相關(guān)技術(shù)人員研究的重點之一，開關(guān)設(shè)備之中的狀態(tài)檢修往往采用傳感技術(shù)，以及計算機技術(shù)對開關(guān)進行相關(guān)監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)開關(guān)中是否存在問題，同時對其健康狀態(tài)加以評估。一般來講，開關(guān)設(shè)備的監(jiān)測包含著三個內(nèi)容：絕緣性能監(jiān)測、電氣性能監(jiān)測以及機械性能監(jiān)測。其中，絕緣狀態(tài)檢測往往包含著漏電流、介損等，這一監(jiān)測內(nèi)容一向被列為專題研究。

當(dāng)下使用較為成功的主要是介損的在線監(jiān)測，而對于部分封閉式高壓開關(guān)絕緣的在線監(jiān)測使用起來較為困難。對于機械狀態(tài)的診斷，往往采用診斷機械振動的方式，利用這一方式能夠獲取到想要的信息。例如聲譜色度變換方式，這一方式能夠有效獲取到信號的波動，從而對開關(guān)是否穩(wěn)定運行進行研究。對于開關(guān)設(shè)備中較為容易出現(xiàn)的一些故障來講，由于開關(guān)中的較多動作都是通過機電轉(zhuǎn)換完成的，所以對電量變化進行相應(yīng)監(jiān)控，能夠有效獲取機械系統(tǒng)的變化信息。

同時，相應(yīng)轉(zhuǎn)動系統(tǒng)出現(xiàn)問題，其電流就會發(fā)生相應(yīng)變化，另外在脫扣系統(tǒng)有卡滯現(xiàn)象時，其電流波形會有所變化。在信號監(jiān)測過程中識別這些變化，能夠有效發(fā)現(xiàn)開關(guān)設(shè)備中存在的問題，并及時預(yù)警。電氣監(jiān)測方面最難處理的是開關(guān)電弧的狀態(tài)監(jiān)測，雖然當(dāng)下還在不斷研究該狀態(tài)的監(jiān)測方式，但遇到電弧出現(xiàn)大幅度變化時，還是難以處理。當(dāng)下還須不斷研究電弧電壓與其狀態(tài)之間存在的關(guān)聯(lián)性，以此進一步加強電弧診斷。

5 智能化開關(guān)的測控系統(tǒng)與電磁兼容

對于智能化開關(guān)來講，其最主要的中心點是信號的測量以及控制系統(tǒng)。在信息化不斷發(fā)展下，已經(jīng)為智能開關(guān)的應(yīng)用提供了較為完備的理論以及實踐，但是在開關(guān)設(shè)備使用過程之中，往往會遇到電磁兼容問題，尤其是在高電場進行開關(guān)使用時，電磁兼容問題突出，還須進一步加強研究[4]。

5.1 信號的檢測、變換與輸出

電磁式互感器在開關(guān)設(shè)備智能化之中使用較為廣泛，往往用于對電參數(shù)進行測量，但這一方式容易受到鐵芯磁飽和的影響，其不具備較強的可靠性，導(dǎo)致智能化發(fā)展受到了阻礙。在這一情況下，利用電量傳感器進行操作更加便捷。一般來講，在智能化開關(guān)使用之中，其執(zhí)行過程并未對檢測信號提出任何功率方面的要求，這一過程只需利用電量傳感器進行操作。如磁位計、電阻式分壓器等，兩者都具有較強的檢測能力，在檢測過程中能夠進行動態(tài)測量。同時，兩者進行結(jié)合能夠建立相應(yīng)的組合傳感器，主要利用絕緣樹脂將其澆注成為一個整體，實現(xiàn)傳感器的有效使用。此外，光電傳感器的廣泛傳播能夠有效代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁互感器，這能夠有效防止電磁兼容問題的產(chǎn)生。

一般來講在常規(guī)的開關(guān)使用中，其中能夠有效反應(yīng)工作位置的輔助開關(guān)往往由多個觸點構(gòu)成，這導(dǎo)致開關(guān)不具有穩(wěn)定的通斷時間，且其中涉及的觸電容易被破壞，這使得開關(guān)智能化難以完善。而利用感應(yīng)臨近開關(guān)將原本的輔助開關(guān)進行替代，能夠優(yōu)化以上問題，將觸點消除，進一步提升了開關(guān)智能化控制的可靠性。此外，開關(guān)處往往會引用部分導(dǎo)電材料，而這些材料的使用容易引起渦流，對電路造成破壞，這一問題可以利用元件密封的方式解決。將開關(guān)處的所有元件都密封在相應(yīng)的金屬管內(nèi)，能夠有效解決磁場、溫升等各個因素導(dǎo)致的使用不穩(wěn)定問題，同時在這一狀況下，信號能夠有效融入控制系統(tǒng)之中，保證開關(guān)設(shè)備使用的穩(wěn)定性。再者，智能化開關(guān)還需提高信號的接收能力，解決信號干擾問題，針對這一問題，可以將光電轉(zhuǎn)化引入到設(shè)備之中，利用這一方式能夠有效將高電場內(nèi)產(chǎn)生的信號轉(zhuǎn)至低場區(qū)，之后再向高場區(qū)傳送信號。

5.2 控制指令系統(tǒng)及電磁兼容

傳統(tǒng)開關(guān)在使用過程中往往利用各種繼電器完成其控制命令，而智能化技術(shù)使用之下，開關(guān)設(shè)備更多的采用計算機技術(shù)以及半導(dǎo)體元件等組建成控制系統(tǒng)，從而操控開關(guān)狀態(tài)。在這一智能化下，使用指令系統(tǒng)最需要關(guān)注到的是電磁兼容問題。在開關(guān)設(shè)備使用過程中，一次回路中若是形成短路故障或者是產(chǎn)生載波通訊信號，都會最終傳入到二次系統(tǒng)中對信號傳輸產(chǎn)生影響。另外，在高電場使用中往往會引起污閃，這也會產(chǎn)生相應(yīng)的電磁輻射，而在二次控制過程中，經(jīng)常容易受到噪聲干擾，對電量傳輸帶來不便。此外大功率電磁鐵使用過程中容易對空間磁場查產(chǎn)生影響，造成磁場變化，從而在導(dǎo)電過程中產(chǎn)生電流。

上文所述均對控制電路產(chǎn)生了阻礙。從這一情況下分析，若要進一步解決電磁兼容問題，還需對各種干擾源加以監(jiān)測并隔離。利用數(shù)字化傳輸能夠有效解決大部分干擾問題，同時光電的轉(zhuǎn)換方式能夠有效保證信息傳輸過程中不再受電磁干擾。電磁兼容是整個開關(guān)智能化發(fā)展的重要問題所在，所以在智能化開關(guān)納入使用前，不僅要對其進行傳統(tǒng)的例行試驗，還需針對其電磁兼容問題加以試驗，以保證其使用的安全性以及穩(wěn)定性。

6 智能化開關(guān)應(yīng)用意義及發(fā)展方向

開關(guān)智能化的發(fā)展，能夠有效促進變電站的自動化運行發(fā)展，對于未來我國電力系統(tǒng)的發(fā)展同樣具有較為深遠(yuǎn)的意義。從技術(shù)方面進行思考，智能化技術(shù)在開關(guān)之中的應(yīng)用能夠有效減少設(shè)備的退出次數(shù)以及時間，在智能化背景下，將以往的定期維修轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)檢修，一方面能夠有效促進設(shè)備利用率，同時能夠節(jié)省較多時間與檢修成本。此外這一方式能夠有效保證開關(guān)系統(tǒng)的可靠性，延長其使用壽命。相關(guān)工作人員能夠在第一時間發(fā)現(xiàn)開關(guān)中存在的問題，減少了因開關(guān)不穩(wěn)定造成的安全事故。

從經(jīng)濟方面進行分析，智能化在開關(guān)之中的應(yīng)用能夠有效促進信息共享，減少了在開關(guān)方面的投入，降低了建設(shè)成本。相對來講，智能化開關(guān)的使用并非是獨立的，這一方面的發(fā)展涉及傳感技術(shù)、計算機技術(shù)等多個領(lǐng)域的創(chuàng)新，在智能化發(fā)展之中，還需投入較多的研發(fā)精力。雖然當(dāng)下開關(guān)智能化依然存在著較多難題，但隨著技術(shù)進步，智能化開關(guān)有著較大的優(yōu)化空間。

7 結(jié)語

智能化技術(shù)在開關(guān)設(shè)備之中的應(yīng)用，進一步推動了我國各項技術(shù)的進步，傳感器、電子科技等方面的技術(shù)應(yīng)用都在不斷開發(fā)之中。智能化開關(guān)為我國群眾的生活帶來了較多便利，同時推動了電力系統(tǒng)發(fā)展的進程，積極利用這一開關(guān)技術(shù)，能夠有效解決電力系統(tǒng)存在的各種硬件方面的問題，提高開關(guān)設(shè)備穩(wěn)定性。相關(guān)技術(shù)人員還需加強對智能化開關(guān)的理解，同時認(rèn)識到智能化技術(shù)的應(yīng)用重點，加強研究建設(shè)，促進我國電力行業(yè)的發(fā)展。