組合電器在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用

顧欣

（云南省送變電工程公司，云南 昆明 650216）

1 DI-GIS的概念

GIS的數(shù)字化、智能化按照分布式系統(tǒng)設(shè)計，在間隔單元就地實現(xiàn)，通過以太網(wǎng)與安裝在控制室的中心設(shè)備相連接，實現(xiàn)變電站的完全數(shù)字化智能控制。DI-GIS具備針對GIS一次本體設(shè)備的測量、記錄、監(jiān)視、控制功能，取代了傳統(tǒng)的繼電器硬接線、專用測量儀表、報警光字牌等。

1.1 GIS的數(shù)字化

GIS的數(shù)字化是指在GIS間隔內(nèi)將GIS一次設(shè)備的模擬量、開關(guān)量參數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并以光纖網(wǎng)絡(luò)由GIS上傳至變電站綜控中心，綜控中心的控制命令也以同樣的方式下傳至GIS間隔。GIS的數(shù)字化包括以下內(nèi)容:

光電互感器。利用電磁感應(yīng)原理的羅柯夫斯基線圈及串行感應(yīng)分壓器實現(xiàn)對大電流、高電壓的轉(zhuǎn)變，并由采集器就地轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過光纖上傳。由于采用了非鐵磁材料，光電互感器具有無磁飽和（不會發(fā)生鐵磁諧振），頻率響應(yīng)范圍寬，精度高（可達(dá)0.1級），暫態(tài)特性好(可實現(xiàn)5TPE)等優(yōu)點。

數(shù)字化的SF6密度表、微水儀和溫度儀。該類表計采用成熟的就地A/D轉(zhuǎn)換模塊，將GIS間隔的相應(yīng)參量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并上傳。該類數(shù)字化儀表已在我公司110kV、220kV GIS工程中批量使用。

采用PLC等技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析及設(shè)備控制。采用西門子PLC系統(tǒng)進(jìn)行GIS的就地控制，軟件編程取代了常規(guī)繼電器硬接線邏輯回路，使整個控制簡單、清晰、可靠，使產(chǎn)品的控制實現(xiàn)了數(shù)字化。采用該技術(shù)的FBZ-2610 GIS智能匯控柜已在126～252kV GIS工程中大量應(yīng)用，其可靠性、實用性已得到充分的驗證。

采用以太網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)。上述數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，使得數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳送成為必然。

1.2 GIS的智能化

GIS的智能化是指以計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的運(yùn)算分析，并做出智能診斷的專家系統(tǒng)。GIS的智能化包括以下內(nèi)容。

一次設(shè)備控制邏輯的運(yùn)算。即上述PLC系統(tǒng)實現(xiàn)的程序控制。

GIS運(yùn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測與診斷。通過對GIS各種運(yùn)行參數(shù)（如局部放電、SF6密度、斷路器通斷電流、儲能電動機(jī)電流、避雷器泄漏電流、微水量及開關(guān)室環(huán)境等）的記錄、分析及智能診斷，及早發(fā)現(xiàn)變電站一次設(shè)備的電氣、機(jī)械等關(guān)鍵參數(shù)的異常，為供配電部門和設(shè)備運(yùn)行管理部門了解各個設(shè)備運(yùn)行狀況，提供可靠的數(shù)據(jù)參考，預(yù)防事故發(fā)生，從而實現(xiàn)GIS的智能化運(yùn)行，事件記錄等。

2 DI-GIS的應(yīng)用形式

2.1 FBZ-2610 GIS智能匯控柜

2.1.1 系統(tǒng)簡介

FBZ-2610型GIS智能匯控柜是利用先進(jìn)的檢測技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和多年來對封閉式組合電器的研究而成功開發(fā)的一種在線監(jiān)控系統(tǒng)柜。它采用可編程序控制器來進(jìn)行對封閉式組合電器進(jìn)行在線監(jiān)視和控制。本系統(tǒng)柜采用分散式控制，即每一間隔都有獨(dú)立的CPU微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制，然后各智能匯控柜組網(wǎng)與中控室保護(hù)廠家或DCS廠家的自動化系統(tǒng)進(jìn)行通信。

本系統(tǒng)柜由PLC軟件編程控制取代了常規(guī)的繼電器組成的硬線接線邏輯控制電路，使整個控制簡單清晰可靠，達(dá)到了智能化的要求。同時因本系統(tǒng)對每一開關(guān)設(shè)備只需采集一個輔助信號，這會節(jié)約非常多的二次電纜，降低了生產(chǎn)成本；并且外圍布線簡單清晰，減少了故障點，更加保障了系統(tǒng)的可靠性；另外因PLC是智能型設(shè)備，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障檢修時能夠在線查看控制回路的實時狀態(tài)，非常容易地看到系統(tǒng)當(dāng)前的故障位置，使得檢修人員能夠有的放矢，提高檢修效率。系統(tǒng)同時采集了GIS封閉式組合電器中各斷路器、隔離開關(guān)和接地開關(guān)的通斷狀態(tài)，實現(xiàn)了一次設(shè)備位置狀態(tài)的在線監(jiān)測，并通過網(wǎng)線與中控室通信，實現(xiàn)“三遙”功能。

2.1.2 系統(tǒng)功能

控制功能。斷路器的斷開、閉合操作，隔離開關(guān)的斷開，閉合操作，接地開關(guān)的斷開、閉合操作，自動投退加熱器。

檢測功能。各開關(guān)狀態(tài)自動檢測、斷路器閉合次數(shù)自動檢測、各開關(guān)閉合次數(shù)自動檢測、通斷超時自動檢測和保護(hù)、斷路器氣室壓力閉鎖、告警監(jiān)測其他氣室壓力告警監(jiān)測、儲能信號監(jiān)測系統(tǒng)“三遙”功能。通過系統(tǒng)備有的RS-485通信口完成遙控、遙測和遙信功能，或與中繼器相連，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的“三遙”（采用Modbus規(guī)約或西門子PPI組網(wǎng)）。

系統(tǒng)聯(lián)鎖功能。采用西門子S7-200系列PLC來完成斷路器與隔離開關(guān)、接地開關(guān)等所有聯(lián)鎖功能，將常規(guī)的硬接線閉鎖改為數(shù)字聯(lián)鎖，減少了現(xiàn)場的電纜連接和故障節(jié)點，提高了系統(tǒng)的可靠性。

PLC上設(shè)置就地/檢修/遠(yuǎn)控3個位置選擇開關(guān)，在變電站設(shè)備調(diào)試、檢修時可進(jìn)行就地和檢修操作，設(shè)備運(yùn)行時處于遠(yuǎn)控狀態(tài)，從控制室進(jìn)行操作。

2.2 FBZ-2620 GIS智能監(jiān)控與診斷系統(tǒng)

系統(tǒng)功能:SF6氣體密度監(jiān)測。斷路器特性監(jiān)測模塊。機(jī)構(gòu)箱的溫度、環(huán)境溫度和濕度。通過對該特征量的檢測,能夠反映變電站周圍環(huán)境溫度狀態(tài)，可計算SF6氣體密度,還可在需要時提供變電站的年氣溫變化曲線。通斷線圈是控制斷路器動作的關(guān)鍵元件，應(yīng)用霍爾電流傳感器可以方便地測出電流波形。避雷器監(jiān)測模塊（可選）。微水在線監(jiān)測模塊（可選）。開關(guān)室環(huán)境監(jiān)控（可選）。采集、控制、和“三遙”功能。監(jiān)控系統(tǒng)軟件部分。

系統(tǒng)軟件采用圖形化設(shè)計，各設(shè)備的監(jiān)測量均能實時顯示，軟件結(jié)構(gòu)清晰，查詢數(shù)據(jù)簡便快捷。FBZ-2620系統(tǒng)是以分布式實時多數(shù)據(jù)庫為核心的復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)，利用面向方案的SCADA平臺系統(tǒng)，易于擴(kuò)展。系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口，可方便納入變電站微機(jī)保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)。

2.3 TKHD-2000GIS局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)

TKHD-2000系列GIS局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)適用于現(xiàn)場運(yùn)行的各電壓等級的GIS設(shè)備，采用基于特高頻監(jiān)測方法的介質(zhì)窗口式GIS在線監(jiān)測與診斷專利技術(shù)，徹底解決了目前各類在線監(jiān)測GIS局部放電方法中存在的諸如靈敏度低，無法實現(xiàn)24h實時監(jiān)測，影響一次設(shè)備絕緣等缺陷，成為擁有發(fā)明專利、國際先進(jìn)的在線監(jiān)測系統(tǒng)，其創(chuàng)新特點如下:

創(chuàng)造性的提出在GIS本體開介質(zhì)窗口的方法，使得監(jiān)測系統(tǒng)與一次本體從機(jī)械上、電氣上實現(xiàn)完全的隔離，監(jiān)測過程對一次運(yùn)行無任何影響。靈敏度＜5pC。通過對監(jiān)測信號圖譜的統(tǒng)計分析，對局部放電類型及危害作出診斷。全面實現(xiàn)全天候?qū)崟r在線監(jiān)測。系統(tǒng)同時具備向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)的功能，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測。

系統(tǒng)以Windows為平臺，采用美國NI公司Labview等強(qiáng)大、可靠的編程軟件，操作界面友好，專家系統(tǒng)可自動分析診斷監(jiān)測參量的危害程度，使得GIS準(zhǔn)確實現(xiàn)按運(yùn)行狀態(tài)實施維修，可靠避免事故的發(fā)生。該系統(tǒng)的應(yīng)用，將極大地提高GIS系統(tǒng)的可靠性，最大限度地減少檢修工作量。

3 結(jié)束語

數(shù)字化、智能化組合電器DI-GIS的應(yīng)用，將可靠發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部隱患。由于采用智能軟件分辨系統(tǒng)，可實現(xiàn)全天候?qū)崟r在線檢測，系統(tǒng)操作界面友好，可自動分析運(yùn)行狀態(tài)及安全程度，使得GIS準(zhǔn)確實現(xiàn)按運(yùn)行狀態(tài)實施維修，避免事故的發(fā)生。系統(tǒng)同時具備向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)的功能，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測。DI-GIS的應(yīng)用，將極大地提高了GIS系統(tǒng)的可靠性，大大減少檢修工作量。

[1]陳宇鵬，鄧雪梅，陳徽，張厚勇.高壓組合電器(GIS)及其智能化變電站[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2009-11-15.