智能型開關電器的研發(fā)現(xiàn)狀與分析

崔曉科　崔哲

【摘??要】隨著對電力系統(tǒng)可靠性的日益提高，以及能源互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展需求，配電網(wǎng)核心設備——斷路器的實時在線監(jiān)測、一二次融合集成智能及實現(xiàn)互聯(lián)成為其技術發(fā)展的最新方向，也是該電器行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級的重點技術領域?；诖?，本文主要介紹智能型開關電器的研發(fā)現(xiàn)狀，并探討提高開關電氣智能化水平的有效路徑。

【關鍵詞】智能型開關電器;斷路器;實時在線監(jiān)測

引言

開關電器是整個電網(wǎng)組織以及電力系統(tǒng)運行的最重要原件之一，也是基礎性元件，大多數(shù)開關電器在前期設計以及安裝當中耗資巨大，時間較長，其運行穩(wěn)定性與安全性直接決定了電力系統(tǒng)是否能夠可靠安全的運行。目前隨著智能化技術、數(shù)字化技術的發(fā)展，電力系統(tǒng)也迎來了發(fā)展的高峰。

一、智能型開關電器的研發(fā)現(xiàn)狀

相對于電網(wǎng)系統(tǒng)傳統(tǒng)的開關電器來說，智能型開關電器最大的優(yōu)勢就是其搭載了智能芯片，基于網(wǎng)絡化設計和智能化設計，智能開關既具有傳統(tǒng)的電器開關的功能，又可以實現(xiàn)遠程控制以及自主學習。例如電網(wǎng)系統(tǒng)當中比較常見的自動重合器、自動分段器，就適應了這種智能化的發(fā)展狀態(tài)，可以通過遙控系統(tǒng)來進行控制。電站主端控制器可以對電站層面和開關層面進行不同程度的智能化調節(jié)劑，可以獲得周圍大量的信息，完成狀態(tài)的感知，又可以進行靈活的定位，提高整個電網(wǎng)設計的思維能力。

從目前發(fā)展的整體情況來看，智能開關設備已經(jīng)有了較大的進展，具有高性能、安全可靠、后期維護少、硬件軟件一體化、自動在線監(jiān)測、自動維修診斷、自動遠程接口以及功能自適應等一系列特點。在未來，隨著智能GIS產(chǎn)品、智能斷路器以及自我學習能力更強的智能開關系統(tǒng)的出現(xiàn)，電網(wǎng)運行的安全可靠程度將會進一步提高，運行維修的成本也會更加低廉，這將為后期管理人員創(chuàng)造極大的便利，進一步推動我國智慧電網(wǎng)的發(fā)展。

二、提高開關電氣智能化水平的路徑

（一）智能斷路器的優(yōu)化設計

（1）智能斷路器是最主要的一種智能開關類型，高性能的智能斷路器可以配合終端控制系統(tǒng)對設備的運行狀態(tài)進行實時地調節(jié)?，F(xiàn)代化的智能斷路器一般具有高學習性能的傳感器、高水平運行的執(zhí)行器以及電子設備控制系統(tǒng)。并且，終端系統(tǒng)可以利用遠程技術，來對智能斷路器的運行進行監(jiān)測和診斷。智能斷路器的設計已經(jīng)有了將近20年的歷史，早在1992年，我國成都、沈陽以及杭州等地的電器廠，就已經(jīng)在進行智能斷路器的相關研究，近些年來發(fā)展技術已經(jīng)比較成熟，大多數(shù)國內的廠家都已經(jīng)安裝了智能斷路器系統(tǒng)，可以在戶內和戶外進行一體化的操作，并且不斷提高智能斷路器產(chǎn)品的智能化等級。

（2）ABB公司在智能斷路器設計方面也具有多項專利技術，可以進行遠程在線監(jiān)測、自動化的數(shù)據(jù)采集，并且對斷路器的開斷和保護。進行了專項設計和系統(tǒng)性研究，擁有真空斷路器、集成斷路器等一系列拳頭產(chǎn)品，ABB公司的智能斷路器在原有的設計基礎之上增加了系統(tǒng)保護功能，通過通信模塊的自主選擇，可以實現(xiàn)比較高速的全面控制。在近五年的研究當中，ABB公司還推出了擁有人工智能學習能力的斷路器系統(tǒng)，它是專門在閉合狀態(tài)下運行的一種高性能智能斷路器。通過不同模塊的相互拆分和配合，可以實現(xiàn)獨立操作，避免出現(xiàn)電流對設備的瞬間應力而造成不安全的現(xiàn)象，整個電流互感器、電壓互感器、斷路器輔助接點和操作脈沖配合流暢，運行的學習能力強，可以實現(xiàn)聯(lián)動控制的效果。

（3）我國企業(yè)在智能斷路器方面也擁有多項專利技術，目前該項技術的發(fā)展已經(jīng)趨于成熟，在原有的智能斷路器真空控制的基礎之上，增加了各種傳感器，可以實現(xiàn)在線監(jiān)測、在線通信、在線控制、在線保護，盡可能提高斷路器的運行可靠性。例如，上海電信科技研究所推出的dw45型萬能斷路器，就與ABB公司的f系列和e系列共同屬于該產(chǎn)品類型的明星產(chǎn)品，在低壓配電網(wǎng)當中應用率超過75%，替代了傳統(tǒng)的斷路器，對于智能電網(wǎng)的建設起到了支撐作用。

（二）智能化GIS的優(yōu)化設計

第一，智能GIS可以將微電子技術、網(wǎng)絡技術、傳感技術以及云計算技術高度聯(lián)合在一起，通過GIS系統(tǒng)的內部組織來對不同的參數(shù)進行隨時調整，配合智能斷路器的在線傳感、在線監(jiān)測、在線操控，來實現(xiàn)對智慧電網(wǎng)的實時調節(jié)，本質上來說他是應用一種新型的傳感器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電流互感器和電壓互感器，在這種新的操控模式之下，智能傳感器采集數(shù)據(jù)的頻率可以提高200%-400%，數(shù)據(jù)通過光纖總線運送到其他的操控部門，可以配合后臺操作系統(tǒng)對不同的元器件進行控制保護計量。智能化GIS還可以對整個系統(tǒng)的運行進行良好的揭示，通過自身定期的檢查來發(fā)現(xiàn)運行過程當中存在的一些故障。

第二，西門子公司在智能GIS方面擁有多項專利研究技術，其后臺在線監(jiān)測系統(tǒng)可以對各個模塊單元進行優(yōu)化監(jiān)測，通過智能傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的互壓電感器，通過間隔數(shù)字處理的方式提高監(jiān)測的時效性，并且將所有監(jiān)測的數(shù)據(jù)錄入到后臺。對比基層運行參數(shù)分析，就可以及時發(fā)現(xiàn)整個設備運行的狀態(tài)，做出趨勢判斷，一旦發(fā)現(xiàn)異常就可以提醒后臺維修人員進行在線監(jiān)測。

第三，我國的研究人員在智能GIS方面也取得了顯著的成效，例如上海致新研究集團推出的智能技術，就利用新的傳感器和操縱系統(tǒng)替代了原本的輔助開關和電磁感應裝置，擁有高效執(zhí)行處理的效果，在分散存儲的PSA上可以進行電信號的隨時轉換，并且通過有效的預處理方式來對測量信號進行全時段的控制，通過總線發(fā)送來提高保護能力。基于智能GIS，可以對間隔控制箱的運行狀態(tài)進行全時段的把握，盡可能減少異常電壓和異常電流，降低故障發(fā)生的風險與概率。

（三）其他智能型開關產(chǎn)品

除上述兩種智能型開關產(chǎn)品之外，電力系統(tǒng)當中的智能設備還包含智能高壓開關柜、智能隔離開關、智能氣體絕緣斷路器、智能接地開關等等。

1.智能高壓開關柜

智能高壓開關柜就是一種比較成熟的設備，應用在智能電網(wǎng)當中可以配合高壓斷路器提高整個系統(tǒng)運行的安全性，其通過接觸部件自動化的檢測以及彈簧的儲能時間優(yōu)化測算，來起到實時在線監(jiān)測的功能。

2.智能隔離開關

智能隔離開關可以起到更加精準的隔離保護效果。例如我國沈陽某電力公司推出的智能隔離開關ref547，就具有上述智能診斷的能力。該設備可以通過自動化的監(jiān)測獲得彈簧的狀態(tài)以及機械操作的次數(shù)，一旦裝置工作狀態(tài)出現(xiàn)故障，顯示數(shù)據(jù)就可以通過遠程切換的方式來對緊急分閘按鈕和合閘按鈕進行自動化的調節(jié)。

3.智能氣體絕緣斷路器

智能氣體絕緣斷路器相對于常規(guī)絕緣斷路器來說，絕緣保護等級提升，反應速度提升190%，可以在更短的時間內，對短路問題進行反應，并提供有效的絕緣保護，設備具有的自我感知能力和自我學習能力，可以對不同的電氣設備運行故障進行分析，并整合電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，做出智能判斷。

4.智能接地開關

智能接地開關具有數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對外界的電路變化感知靈敏度高，當外殼內部的絕緣子產(chǎn)生爬電現(xiàn)象或外殼內部燃弧時，快速接地開關將降主回路快速接地，通過斷路器來切除故障電流。

結論：綜上所述，在智慧電網(wǎng)當中應用智能型開關具有傳統(tǒng)設備所不具有的優(yōu)勢，但是實際上也需要調節(jié)網(wǎng)絡的發(fā)展，提高遠程設計與智能學習的一致性程度，才能夠更好的提高智能化水平。從本文分析可知，研究智能型開關有利于我們從技術發(fā)展的角度看待目前電網(wǎng)運行可靠性的提升，因而我們要為智能化開關的運行創(chuàng)造一個良好的外部環(huán)境減少強電磁干擾，提高其運行的可靠性。

參考文獻：

[1]湯世源.智能型開關電器的意義與開發(fā)現(xiàn)狀[J].科技展望，2016，26（26）：168.

（作者單位：河南森源電氣股份有限公司）