基于中壓配電的智能電網(wǎng)案例分析

　　中壓配電方面作為智能電網(wǎng)中重要的一環(huán)，擁有的變電站及配電設(shè)備數(shù)量巨大，而中壓設(shè)備經(jīng)過(guò)近二十年的發(fā)展，技術(shù)成熟。智能設(shè)備是基于現(xiàn)代控制技術(shù)，傳感技術(shù)，通訊技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，是一次和二次設(shè)備融合的產(chǎn)物，是一個(gè)革命性的變化。建設(shè)智能電網(wǎng)，使“一次設(shè)備”與“二次設(shè)備”之間沒(méi)有明顯的界限，集成化、一體化的智能設(shè)備是發(fā)展的必然趨勢(shì)。

　　通過(guò)安裝傳感器及智能組件實(shí)現(xiàn)對(duì)操作機(jī)構(gòu)及關(guān)鍵元件、特性的監(jiān)測(cè)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而增加監(jiān)測(cè)系統(tǒng)勢(shì)必造成斷路器可靠性的降低，一些關(guān)鍵特性的監(jiān)測(cè)如真空度、局放等還沒(méi)有準(zhǔn)確可靠的監(jiān)測(cè)技術(shù)，不成熟的技術(shù)會(huì)造成誤報(bào)等問(wèn)題，如環(huán)境噪音對(duì)局放影響很大。比較國(guó)內(nèi)主要公司中壓智能電網(wǎng)設(shè)備研發(fā)方向，從表1國(guó)內(nèi)智能斷路器研發(fā)現(xiàn)狀況中可以發(fā)現(xiàn)，多數(shù)公司更加關(guān)注機(jī)構(gòu)的監(jiān)測(cè)及關(guān)鍵元件的監(jiān)測(cè)，而真正在系統(tǒng)集成方面則較少研究。

　　表1 智能斷路器研發(fā)現(xiàn)狀

　　GE公司工業(yè)系統(tǒng)集團(tuán)的中壓智能斷路器iVB

　　GE工業(yè)系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)從2008年開(kāi)始中壓智能斷路器的研發(fā)，基于一體化設(shè)計(jì)的理念，GE的iVB真空斷路器希望通過(guò)將電子傳感單元及保護(hù)系統(tǒng)高度的系統(tǒng)集成，來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化，一次設(shè)備和二次信號(hào)、保護(hù)完美結(jié)合成統(tǒng)一體，最大限度的實(shí)現(xiàn)功能集成，為客戶創(chuàng)造最大價(jià)值，有“大腦” 自脫扣的斷路器iVB 。

　　iVB智能斷路器是一臺(tái)充分系統(tǒng)集成的產(chǎn)品， 一臺(tái)斷路器取代傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜分立元件-電流互感器、綜合保護(hù)繼電器、二次接線等，斷路器總成本低于傳統(tǒng)分立元件的價(jià)格總和。一臺(tái)斷路器就是一臺(tái)出線柜。

　　iVB智能斷路器采用新型緊湊型彈簧操作機(jī)構(gòu)，可靠性高，優(yōu)質(zhì)真空滅弧室及觸頭元件，免維護(hù)，無(wú)需監(jiān)測(cè)?？蓪?shí)現(xiàn)四組常規(guī)分合閘、欠壓、過(guò)流線圈配置，及網(wǎng)絡(luò)閉鎖線圈實(shí)現(xiàn)斷路器之間的互鎖，快速脫扣裝置需要時(shí)可實(shí)現(xiàn)斷路器的快速分閘。

　　電流信號(hào)采自基于羅氏線圈原理傳感器，空氣骨架，避免磁飽和，無(wú)二次開(kāi)路危險(xiǎn)，測(cè)量范圍廣，線性度好。一種規(guī)格實(shí)現(xiàn)全范圍測(cè)量。由于傳感器是低壓元件，安裝在高壓觸臂上，電氣絕緣是重要問(wèn)題，iVB具有優(yōu)異的電場(chǎng)分析、絕緣設(shè)計(jì)，保證滿足斷路器耐壓水平。

　　斷路器機(jī)構(gòu)箱內(nèi)集成EntelliGuard?TU 電子保護(hù)單元。負(fù)責(zé)監(jiān)控一次回路中電流及電壓信號(hào)，并提供對(duì)一次回路電流、電壓、頻率、功率等的測(cè)量和保護(hù)、診斷以及通訊功能。實(shí)現(xiàn)斷路器的智能化。主要特點(diǎn)如下：

　　a. LCD顯示和下拉式菜單、觸摸式按鍵，便于顯示參數(shù)和參數(shù)設(shè)置

　　b. 故障記錄和波形捕捉、數(shù)據(jù)記錄

　　c. Modbus通訊協(xié)議，選配HMI通訊管理器，可以與上級(jí)實(shí)現(xiàn)IEC61850通訊，滿足智能電網(wǎng)通訊規(guī)約要求

　　d. 完整的保護(hù)曲線，可實(shí)現(xiàn)線路、電纜、變壓器、電容器等保護(hù)。

　　iVB智能斷路器還是一個(gè)整體設(shè)計(jì)的斷路器，避免在普通斷路器上安裝傳感單元、保護(hù)單元使結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 還可以大大簡(jiǎn)化工程技術(shù)準(zhǔn)備和訂單處理流程，實(shí)現(xiàn)快速交貨；工程設(shè)計(jì)工作簡(jiǎn)化，開(kāi)關(guān)柜主要回路已被斷路器集成，只需增加少量的輔助及信號(hào)回路；開(kāi)關(guān)柜接線顯著減少，消除了誤接線的風(fēng)險(xiǎn)和后果，變電站安裝工作也會(huì)很快；工廠化系統(tǒng)集成，斷路器完整的檢驗(yàn)保證高品質(zhì)的質(zhì)量，安全和操作可靠性得到驗(yàn)證。

　　通過(guò)使用集成斷路器、接地開(kāi)關(guān)功能的動(dòng)力箱設(shè)計(jì)，配有完善的機(jī)械聯(lián)鎖，可用于550mm寬緊湊型開(kāi)關(guān)柜，減少占地面積，由于集成了主要功能，柜高及深度也可減小。對(duì)合作盤廠只需制作后柜及儀表室，連接銅排，輕松組柜，更易實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，快速更換，完美設(shè)計(jì)及工裝保證開(kāi)關(guān)與柜的精準(zhǔn)配合。

　　iVB除完成普通斷路器的型式試驗(yàn)外，還通過(guò)了電磁兼容實(shí)驗(yàn)，包括沖擊電壓試驗(yàn)，電快速瞬變脈沖群試驗(yàn)，振蕩波抗擾性試驗(yàn)試驗(yàn)；以及傳感器采集電流信號(hào)，由電子脫扣驅(qū)動(dòng)斷路器脫扣試驗(yàn)及由電子脫扣器驅(qū)動(dòng)的斷路器1000次機(jī)械壽命試驗(yàn)。

　　GE公司的中壓智能開(kāi)關(guān)柜臺(tái)iPV-Dual

　　為進(jìn)一步發(fā)揮智能斷路器iVB的特點(diǎn)；GE已完成中壓金屬封閉式智能雙層開(kāi)關(guān)柜iPV-Dual的研發(fā)。基于iVB特點(diǎn)，iPV-Dual是滿足電網(wǎng)要求的下一代開(kāi)關(guān)柜，接線少，免維護(hù)。iPV-Dual型智能開(kāi)關(guān)柜主要特點(diǎn)如下：

　　每臺(tái)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的電壓互感器、零序互感器等測(cè)量值可以通過(guò)航空插頭連接到斷路器上的保護(hù)單元，斷路器、接地開(kāi)關(guān)位置也連接到保護(hù)單元上。而智能人機(jī)交互界面可以采用雙絞線或光纖通過(guò)Modbus采集10臺(tái)斷路器保護(hù)單元的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)、狀態(tài)查詢，HMI通過(guò)以太網(wǎng)IEC61850協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)與主站系統(tǒng)對(duì)接。iPV-Dual的系統(tǒng)功能見(jiàn)下圖。

　　智能人機(jī)交互界面HMI作為開(kāi)關(guān)柜的樞紐，需要作為綜合自動(dòng)化系統(tǒng)總控型子站和前置機(jī)使用，構(gòu)成自動(dòng)化系統(tǒng)的中間層，向上可與主站等各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)IEC61850/MODBUS通訊，向下可與變電站內(nèi)的終端設(shè)備MTU進(jìn)行通信MODBUS，完成終端設(shè)備數(shù)據(jù)的MTU采集和轉(zhuǎn)發(fā)。同時(shí)HMI作為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，實(shí)時(shí)顯示一次系統(tǒng)圖開(kāi)關(guān)狀態(tài)，通過(guò)觸摸屏人機(jī)交互界面，輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)的終端設(shè)備電壓、電流、功率、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查看，并可查看電流、事故曲線等，消除事故隱患。

　　iPV-Dual小型化 à緊湊設(shè)計(jì)， 只有 550mm 寬， 雙層回路

　　低成本 à一臺(tái)開(kāi)關(guān)柜有兩個(gè)出線回路， 節(jié)省成本35%

　　高性能 à12kV 主母線達(dá)2500A/31.5kA，出線1250A; 試驗(yàn)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，前置面板操作簡(jiǎn)單，人體工學(xué)設(shè)計(jì)，維護(hù)成本低。配低壓側(cè)柜，便于二次控制設(shè)備信號(hào)的集成。提供完備的聯(lián)鎖系統(tǒng)，防止誤操作，提高安全性

　　安全 à戶內(nèi)金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備，便于制造及維護(hù)。內(nèi)部隔室采用全金屬隔斷設(shè)計(jì)，留有足夠空間的電纜室，便于電纜的維護(hù)和安裝

　　結(jié)束語(yǔ)

　　中壓開(kāi)關(guān)設(shè)備作為電網(wǎng)中的重要設(shè)備，數(shù)量多，直接關(guān)系的居民用電。中壓斷路器及開(kāi)關(guān)柜技術(shù)成熟，可靠性相對(duì)較高，通過(guò)進(jìn)一步設(shè)計(jì)、工藝質(zhì)量等的提高，真正實(shí)現(xiàn)免維護(hù)是可以實(shí)現(xiàn)的。而智能電網(wǎng)作為電力發(fā)展的趨勢(shì)，需要正確的方向，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)備的一、二次整合，真正實(shí)現(xiàn)控制、保護(hù)、監(jiān)測(cè)、通訊等集成。iVB真空斷路器及iPV開(kāi)關(guān)柜是GE公司在開(kāi)關(guān)行業(yè)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)技術(shù)的革命性的變化，用戶利益的最大化。

　　** 本文曾發(fā)表于《電氣時(shí)代》 2013年10期雜志上。

　　時(shí)過(guò)境遷，GE工業(yè)系統(tǒng)集團(tuán)現(xiàn)在已不存在。該產(chǎn)品也不復(fù)存在。僅此紀(jì)念！