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高压开关设备智能化发展分析

摘要：智能化是近些年中高压开关设备的主要发展方向，其能显著提升开关设备运行的安全性、可靠性。文章在介绍高压开关设备概念、作用的基础上，分条论述了智能化高压开关设备的特征，较为详细的探究设备的智能化发展方向。
关键词：高压开关设备；智能化；特征；发展方向

引言
在科学技术日新月异的时代中，学科之间的交叉、渗透情况十分常见，涌现出大量的边缘学科，综合化、交叉化、定量化等均是科技未来发展的主要方向。以上这些改变均给电气学科发展创造了优势环境，使高压开关设备智能化有更大的动力。传感技术的开发与应用，使人们能够应用光纤与微电子元件处理既往高电压隔离及传感器内部小型化问题，配合微处理技术能执行智能判断功能，使设备的智能化水平进一步提升。
1. 高压开关设备的介绍
高压开关设备是指额定电压1kV及以上，这种开关装置主要被用在电力系统的控制与保护领域，是一种十分重要的输配电设备。高压开关设备不仅能结合电网的实际运行需求，投入或退出运行一些电力设备或线路，也能在电力线路或设备突发故障问题时，由电网内快速切除故障，进而确保电网内无故障位置能正常运行及运维人员生命安全。
2. 智能化高压开关柜的特征
1. 调控网络化：不仅能执行继电保护控制命令，还能根据IEC61850规定精准执行网络遥控指令。
2. 检测数字化：依照相关规范，高压开关设备控制器、互感器及相应的合成单元，可以经网络传送部分数字化检测信息，在设备本身和检测终端都可以呈现出主设备接线方式、运行状态及报警信息等。
3. 功能一体化：高度集成化是这种开关设备的功能特性，融合设计了遥测、遥控、遥信、遥调，四遥功能，实现了传感器植入技术与光互感器的一体化设计。
4. 操作程序化：这种智能化设备能精准的接收程序化操控指令，及时做出应答，具体是按照设定时间与逻辑闭锁要求一一执行各项操作[1]。
5. 信息交互化：智能化开关有两种通信模式，一是过程层网络通信，二是站控层网络通信，均遵循IEC61850规定。智能组件中全部IED均被接到过程层网络，存在着和站控层网络进行信息互动、互通时所需的IED。
6. 状态可视化：针对各监测位置IED所得的监测结果，依照设定的报文格式，经过程层网络将IED报告自评结果输送给主设备。
7. 监控远程化：应用无线网络通信和智能化设备完成信息交互任务，进而执行远程监控、诊断任务。
3. 高压开关设备的智能化发展
3.1气体绝缘全封闭式组合电器（GIS）
电磁式电器是传统GIS二次回路内主要应用的技术类型，各类电器设备功能单一化，为了实现各种复杂功能需要配置很多电器设备，应用千余条硬导线衔接这些电器，为安装大型控制柜创造便利，GIS壳体上的柜体仅被作为母线室应用。
在现代化GIS技术内，数字化继电器将传统继电器取而代之，增设了自监视程序，进一步提升了其运行的可靠性。GIS二次回路在应用中持续改进，将串行光纤技术用于联络不同间隔逐渐及间隔和变电站控制计算机之间，明显减少了器件的配置数目。将具有四遥功能的设备组装在GIS壳体上的控制柜内，这样就无需为二次回路建设控制室。通过应用光纤通信总线使电气设备之间的衔接状态更具精简性，并消除了电磁频繁干扰的问题，控制柜中电子器件有自动化控制、自监视等功能，明显提升了GIS的自动化水平[2]。
在智能化GIS内，串行光纤总线把所有一、二次回路接进控制箱内，完全摒弃了既往硬件导线的连接方式，为各个传感器配置了传感器和执行器处理接口（PISE）的电子化接口，其功能有转换A/D、预处理测量信号、利用总线或串接总线执行命令。在PISE技术的协助下，明显短缩了连锁、电压等信号的传输时间，并能快速做出控制、保护等动作，提升了线路保护与监控的时效性、可靠性。
3.2智能熔断器
美国通用公司自主研发的限流容电器的额定电压、电流分别是5.5~26kV、65~175A，有规格微小、额定电流大、分断能力高等优点，还可以智能化调控熔断器的时间—电流特性。能化熔断器结构见图1。图1（a）呈现出熔体部件安装情况，熔体中间存在着一个过电流传感器（O.C），顺着熔体长度走向均匀地分布着多个化学炸药包。在常态化工况下，空气间隙A1隔离触发电路，若主熔体某处突然发生熔断情况时，断离位置的电弧电压会击穿A1，这样便会有电流流经触发电路，进而在低过载电流下点燃炸药包，于熔体上形成数个串联电弧去断离电流。在大电流工况下，其断离原理和普通限流熔断器之间的相似度很高。
图1（b）为熔断器的保护系统，其是数个熔断器与单个保护控制中心（PCC）构成的。因沿熔体长度走向布设了数个炸药包，并增设了智能检测单元用于检测、判断线路供电状况，随后触发炸药包，进而实现对熔断器时间—电流特性的有效调控
[3]。

图1 熔断器结构
3.3断路器及开关柜
国外有公司在原有真空断路器增设了过电流继电器、多种传感器设备，组建了集监视、通信、控制与维护等诸多功能为一体的新单元，借此方式提高断路器的使用功能，保证其运行可靠性。
在电器元件智能化水平不断提升的背景下，高压开关柜也朝着智能化方向持续发展、进军，当前在国际范围中占据领先地位的高压开关柜产品类型较多，从形式功能上可以分为三种，分别是配电型、电动机控制型、其它控制功能型。这些高压开关柜产品都具备一定的自诊断和自动控制性能，并且还有网络通信功能[4]。
近些年ABB公司开发了新品——高压开关柜智能化集控/保护单位（图2），把调控、信号、保护、检测等功能整合为一，进而使高压柜具备连贯自监视及和电站控制系统直接连接等功能，其中电气软件的自诊断辅助回路，电动开关的电源、跳闸线圈；机械软件负责监视断路器储能弹簧状态、机械操作频次、气体压力波动过程等。控/保护单元的保护功能较多，比如限流、过电压与欠电压、过热及接地故障等，并结合现场需求进行组合配合。集控/保护单元也具备智能诊断功能，分析与处理检测到的数据、预测故障问题的发生率、判断开关装置的剩余使用寿命及测算出维修期。为提升智能化设备运行的可靠性，一定要重视完善设备的抗干扰性，通过利用新标准进行约束，增强智能化开关柜在各类复杂电磁环境下的适应性[5]。

图2 智能集控/保护单元
结束语
和国外发达国家相比较，国内智能化开关柜正处于发展阶段，不断提升通信网络功能、提升软件配置先进性、结构模块化，最后组建成综合自动化控制系统。进而使高压开关设备依照运行状况在操作上实现智能化控制，并依照在线监测与故障诊断结果高效率的执行状态检修工作，使产业持续发展有更强大的动力。
参考文献
[1]方兴.高低压成套开关柜电气设计现状分析及智能化发展方向分析[J]. 江西建材， 2019, No.250(11):8-9.
[2]刘德湛.高低压成套开关设备智能化控制系统的设计与运用分析[J]. 电子测试， 2019, 000(013):102-103.
[3]顾冬铭. 高压开关柜发热和放电原因分析和改进措施[J]. 水电水利， 2021, 5(3):13-14.
[4]张德秀. 高低压成套开关柜电气设计现状分析及智能化发展方向[J]. 数字化用户， 2019, 025(017):224.
[5]盛利东，何佳.高低压开关柜的结构和工艺特点分析[J]. 湖北农机化， 2020, No.239(02):163-163.

-全文完-