智能变电站中断路器智能单元的设计

田 超（国网河南原阳县供电公司，河南 新乡 453500）

智能变电站中断路器智能单元的设计

田 超
（国网河南原阳县供电公司，河南 新乡 453500）

近年来，智能变电站正在各地如火如荼的建设，其中的断路器智能单元，对于变电站设计、施工、调试、运行以及后期维护起着至关重要的作用。作者结合近年来与调试人员的一些交流，以及运行中实际问题，提出了断路器智能单元设计的一些思路。

智能变电站；断路器；智能单元

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

0　引言

一次设备智能化是智能变电站的主要特点，即要实现断路器等高压设备的数字化。其主要方式无外乎两种，一种是将智能控制模块形成一个单独的智能终端中，并将其附加到断路器上，另一种则是直接将智能控制和通信设备内嵌到现有的断路器中。

由于一次设备的智能化比较困难，目前为实现变电站数字化的进度，国内的变电站基本采用常规断路器加智能终端的方案进行过渡，常规断路器通过附加组件实现部分智能化，如有需要，还可加装通信组件和诊断组件，设备示意图如图1。

图1　

其中，S为传感器。

1　智能单元的特点分析

智能单元作为过程层的一部分，为过去的常规设备提供了数字化的接口。过程层智能单元通过光纤与间隔层通信的数字信号，决定断路器、隔离开关等设备的开合，实现保护和控制。过程层采用的光纤网络传输数字信号较以往的模拟信号有更强的抗干扰能力，信息交互和上传比传统的二次大量线缆连接都更为简化，是一种较为经济和快速的解决方案。

智能单元的主要任务和特点是数字化的接口、在线监测、智能控制和电子操作。数字化接口实现的主要功能是采集、上传断路器、隔离开关（包括地刀闸）的位置、开关本体信号和其他状态信息；智能控制主要采取一定的策略设计控制程序，实现断路器的最佳开断、顺序控制等。同时，传感器采集电、磁、开关机械、控制回路及温度等数据采集，在线监测的同时支持部分在线修复，根据状态评估指导技术人员制定检修计划。智能控制的开关组件主要是通过电容储能加变频器直接驱动电机，机械运动部件较少，可靠性显著提高。

2　智能单元取代常规二次连线的优势

相对于以往复杂的二次回路，采用智能终端可以在基本不改变变电站现有设备的情况下实现一次设备的智能控制和间隔层设备的数字化通信，具体优点有：

（1）节约了电缆等设备的使用和相应的工程投资。智能变电站主要特点之一就是二次电缆数量极大的减少，控制电缆数字化以及多信道复用起到了很大的作用。

（2）光纤数字信号具有很好的电磁兼容性，且信息传输带宽上限很高，可靠性比电缆也有显著提高。

（3）一次线路上的传感器所采集的信号不仅可以为变电站技术人员掌握线路情况、制定维修计划，还可以通过外网传输到信息中心进行大数据的收集和分析，制定更合理的发电、输电策略。

（4）经过优化的二次回路的功能结构，可以有效的简化传统电缆的冗余回路。光纤以太网的冗余相对于电缆冗余设计十分简单方便。

（5）智能单元和数字信息化使得系统的互操作、运行和控制更容易实现和修改。

（6）大大减少了技术人员对线路进行调试的工作量，更多的调试可以通过控制台进行，也减少了技术人员到现场调试的时间。

3　智能变电站断路器智能控制单元的功能与结构

断路器智能单元是应用于智能变电站一次开关设备操控的智能终端。支持实时的GOOSE通信，通过保护装置、控制装置的配合实现对断路器、隔离开关等刀闸设备的操作，并定期采集间隔内一次开关设备的开关量信号。断路器智能单元可以将传统的一次断路器设备改造为满足数字化需求的智能断路器设备，具体配置如下：

（1）支持数字化变电站IEC61850通信标准。断路器应配备多个100M带宽的以太网端口，通过网络实现GOOSE命令的收发和网络校时。

（2）能够将GOOSE命令转换为硬接点触发，同时保留人工开合，满足各类情况的需求。

（3）具有IEC61058标准中要求的快速响应能力，一般认为小于4ms。

（4）智能检测单元应具有自检功能，以及报告和保存系统日志的功能。

综合上述要求，断路器智能单元的基本参数应符合或高于以下数值：额定电压DC110-220V，分合闸电流0.5-4A，功耗为30-100W。出口时间：继电器出口时间为3-5ms，平均延时4ms，接收信号到出口动作小于8ms，刀闸控制时间小于10ms。开关量参数为至少20路开入12路开除，均为DC220/110V无源接点，光耦隔离。4路冗余出口，可采用额外开入开除插件。通讯接口应包括5组以上的RS-485接口和100M以太网通信功能。

［1］王璐.智能变电站过程层组网分析与应用［J］.电力系统保护与控制，2012（02）.

［2］黄灿，肖驰夫，方毅，郑建勇.智能变电站中采样值传输延时的处理［J］.电网技术，2011（01）.

［3］王德文，王艳，邸剑.智能变电站状态监测系统的设计方案［J］.电力系统自动化，2011（18）.

［4］胡建斌，常晓杰，黄荣辉，史宏光.智能变电站过程层“三网合一”组网方案及VLAN划分［J］.电工技术，2011（09）.

田超（1988-），男，河南新乡人，本科，初级，研究方向：智能变电站。