10kV智能開關(guān)站的關(guān)鍵技術(shù)

1、隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市用電量增長(zhǎng)迅猛，配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)模迅速擴(kuò)大，電力用戶對(duì)電力供應(yīng)的可靠性和電力服務(wù)的要求越來越高，對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性提出更高的要求。傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)維管理模式已不滿足電網(wǎng)發(fā)展需要，加快智能配電網(wǎng)的建設(shè)和提升配電網(wǎng)智能化水平，已經(jīng)迫在眉睫。10kV開關(guān)站作為配電網(wǎng)絡(luò)一級(jí)站房應(yīng)首率先智能化，智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)開關(guān)站設(shè)備的狀態(tài)預(yù)估和無人值守，提高開關(guān)站的安全可靠性，提高生產(chǎn)效率降低不良成本。110kV智能開關(guān)站的關(guān)鍵技術(shù)1.1 嵌入式無線射頻測(cè)溫技術(shù)測(cè)溫模塊采用嵌入式的設(shè)計(jì)方式，使得該部分完全裝于觸臂的絕緣層內(nèi)，同時(shí)在安裝時(shí)采取了隔熱、抗震等措施，使得原有的絕緣距離不受影響

2、，保障了原有的絕緣水平。無線射頻測(cè)溫技術(shù)的原理是通過溫度傳感器的單片微處理器控制將測(cè)量設(shè)備溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過無線發(fā)射接收模塊傳遞至接收器，通過微處理器將采集到的溫度信息，然后上傳到后臺(tái)顯示。1.2 Ekey技術(shù)每個(gè)TR測(cè)溫模塊均具有全球唯一的ID號(hào)，智能監(jiān)控單元能自動(dòng)搜索各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度。同時(shí)，配合eKey的技術(shù)設(shè)計(jì)，為了防止柜間的頻率沖突，使用編碼開關(guān)將相鄰和相近的開關(guān)柜設(shè)置成不同頻段，保證無線信號(hào)傳輸正常。1.3 開關(guān)柜溫度狀態(tài)預(yù)估技術(shù)智能管理系統(tǒng)可以內(nèi)嵌開關(guān)柜的溫升數(shù)學(xué)建模公式。系統(tǒng)可以根據(jù)保護(hù)或自動(dòng)化裝置上傳的電流值計(jì)算出開關(guān)柜的理論溫升情況，在加上智能監(jiān)控單元上實(shí)際測(cè)量的開關(guān)室

3、環(huán)境溫度，就可以計(jì)算出測(cè)溫點(diǎn)的理論計(jì)算溫度。再對(duì)比智能監(jiān)控單元實(shí)際測(cè)量的溫度，系統(tǒng)就可以判斷出當(dāng)前開關(guān)柜的溫度狀態(tài)情況。這樣的溫度狀態(tài)預(yù)估系統(tǒng)就可以準(zhǔn)確的依照當(dāng)前的運(yùn)行工況判斷開關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)，從而做到開關(guān)柜的狀態(tài)預(yù)估，將開關(guān)柜故障消滅在萌芽狀態(tài)。1.4智能程序化一鍵操作技術(shù)智能操控技術(shù)配合智能管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)設(shè)備的一鍵式或全站程序化操作，預(yù)先依據(jù)操作票定義好操作序列，使用遠(yuǎn)方遙控技術(shù)、遙信監(jiān)視技術(shù)、程序分析技術(shù)、系統(tǒng)處理技術(shù)等將原來由現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的多個(gè)單步操作由遠(yuǎn)方一鍵操作實(shí)現(xiàn)。1.5IEC61850/GOOSE弧光保護(hù)技術(shù)利用IEC61850/GOOSE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以極小的成本實(shí)現(xiàn)電弧故障保護(hù)

4、，大大降低了電弧故障對(duì)開關(guān)設(shè)備損傷并實(shí)現(xiàn)了母線保護(hù)的時(shí)效性。2 10kV智能開關(guān)站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)10kV智能開站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按邏輯可分為過程層（設(shè)備層）、間隔層、站控層。過程層包含由一次設(shè)備和智能組件構(gòu)成的智能設(shè)備、合并單元和智能終端。間隔層設(shè)備一般指繼電保護(hù)裝置、測(cè)控裝置等二次設(shè)備。站控層包含自動(dòng)化系統(tǒng)、站域控制、通信系統(tǒng)、對(duì)時(shí)系統(tǒng)等子系統(tǒng)。10kV智能開站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)按物理可分為智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備。開關(guān)柜的斷路器、斷路器手車（隔離開關(guān)）和接地刀等一次開關(guān)設(shè)備的電動(dòng)操作技術(shù)是智能開關(guān)站的必要條件，適應(yīng)了無人職守智能開關(guān)站的需求。開關(guān)柜的在線監(jiān)測(cè)裝置、智能監(jiān)控單元、多功能微機(jī)裝置、智能管理

5、系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)開關(guān)站智能化的核心。3 10kV智能開關(guān)站實(shí)例廈門10kV保生堂開關(guān)站采用單母線分段接線方式，采用廈門ABB開關(guān)有限公司生產(chǎn)UnigearZS1型鎧裝式金屬封閉開關(guān)柜，開關(guān)柜配置電動(dòng)操作的真空斷路器手車和接地刀，與REF620、REF615智能保護(hù)裝置相配合，使用COM600變電站管理系統(tǒng)作為通訊網(wǎng)關(guān)和就地管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)開關(guān)站的智能化。3.1開關(guān)柜智能設(shè)備UnigearZS1型鎧裝式金屬封閉開關(guān)柜配備性能優(yōu)良的VD4真空斷路器、在線監(jiān)測(cè)裝置和控制保護(hù)單元，見圖1。圖1開關(guān)柜斷面圖Iifc動(dòng)爭(zhēng)不甲+-1EMI丨分茫肝注-j.K.'11.1.一次兒件狀懇濫沁HLWUW監(jiān)漲3

6、.2COM600管理系統(tǒng)COM600管理系統(tǒng)，作為通訊網(wǎng)關(guān)和就地管理系統(tǒng)，對(duì)全站設(shè)備進(jìn)行就地在線監(jiān)測(cè)和控制并作為SNTP網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)服務(wù)器，完成對(duì)保護(hù)裝置的同步對(duì)時(shí)。保護(hù)裝置與COM600系統(tǒng)之間使用網(wǎng)絡(luò)連接方式，并遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)為了接入直流屏、電度表等必須可以支持多種通訊協(xié)議（如：Modbus,103等）。COM600與上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)使用光纖通訊方式，采用標(biāo)準(zhǔn)的IEC60870-5-104通訊規(guī)約。COM600系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2。圖2COM600系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖=3.3開關(guān)柜在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)GCXJSf訂嗨甘時(shí)爪丘REF62QREF615RFI-615即F62O開關(guān)柜在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

7、，以底層按照IEC61850通訊協(xié)議開發(fā)的開關(guān)柜管理系統(tǒng)COM600為基礎(chǔ)，以MDC4作為開關(guān)柜狀態(tài)檢測(cè)裝置，支持TR溫升實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)及判斷；斷路器狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)；斷路器電壽命及機(jī)械壽命在線監(jiān)測(cè)等的整體解決方案。1）溫升實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)及判斷在開關(guān)柜一次回路中，對(duì)于母排和電纜頭關(guān)鍵搭接部位，以及斷路器觸指與開關(guān)柜靜觸頭插入接觸部位，容易溫度急升高，導(dǎo)致絕緣放電等故障的發(fā)生。因此，在上述部位的測(cè)溫，為開關(guān)柜運(yùn)行工況提供判據(jù)，并在發(fā)熱缺陷初期就發(fā)出預(yù)警，以便進(jìn)行必要的消缺處理。測(cè)溫模塊采用無線射頻測(cè)溫技術(shù)嵌入智能觸觸臂內(nèi)，每個(gè)TR測(cè)溫模塊具有全球唯一的ID號(hào),MDC4智能監(jiān)控單元能自動(dòng)搜索各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度

8、。同時(shí)，配合eKey技術(shù)，既便是在現(xiàn)場(chǎng)更換備用斷路器或智能觸臂，保證歷史數(shù)據(jù)的可追溯及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的邊續(xù)性。COM600管理系統(tǒng)會(huì)根據(jù)保護(hù)裝置測(cè)量實(shí)時(shí)運(yùn)行電流，根據(jù)開關(guān)柜的柜型的阻抗值計(jì)算出理論運(yùn)行溫度，做分析計(jì)算處理的工作。2）斷路器狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)根據(jù)真空斷路器多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，真空斷路器中的二次元器件（包括儲(chǔ)能電機(jī)、分合閘脫扣器等）現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的故障率，相對(duì)于其它關(guān)鍵部件較高。因此，對(duì)斷路器二次器件實(shí)時(shí)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視，對(duì)早期潛在的故障做出診斷。MDC4智能在線裝置通過霍爾（HALL）電壓和電流傳感器，分別采集儲(chǔ)能電機(jī)、分閘線圈、合閘線圈的工作時(shí)的電壓電流信號(hào)，通過一系列的算法，可以獲得儲(chǔ)能電機(jī)的儲(chǔ)能

9、時(shí)間和電機(jī)電流，根據(jù)顯示出的電壓電流曲線，來判斷被監(jiān)測(cè)的二次元器件是否存在潛在的風(fēng)險(xiǎn)，圖3、圖4為斷路儲(chǔ)能電機(jī)在不同狀態(tài)時(shí)的電流波形圖：圖3齒輪組狀態(tài)良好時(shí)電流波形圖4齒輪組磨損后電流波形3）電動(dòng)手車、電動(dòng)地刀、儲(chǔ)能電機(jī)保護(hù)模塊MDC4智能在線裝置內(nèi)置對(duì)與電動(dòng)手車、電動(dòng)地刀、儲(chǔ)能電機(jī)保護(hù)模塊。通過對(duì)于電動(dòng)手車、電動(dòng)地刀、儲(chǔ)能電機(jī)的實(shí)時(shí)工作電流監(jiān)視，以達(dá)到保護(hù)作用。當(dāng)手車在運(yùn)行過程中發(fā)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象時(shí)，MDC4即會(huì)監(jiān)視到電流突變，為了保護(hù)電動(dòng)手車MDC4會(huì)切斷電流并倒轉(zhuǎn)500毫秒同時(shí)發(fā)出報(bào)警。4）IEC61850/GOOSE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用GOOSE是IEC61850中定義的一種通用變電站事件模型，它以

10、高速網(wǎng)絡(luò)通訊為基礎(chǔ)，為整個(gè)變電站裝置間的通訊提供了快速且高效可靠的方法。通過GOOSE技術(shù)實(shí)現(xiàn)開關(guān)站母線弧光保護(hù)，在進(jìn)線柜與出線均配置保護(hù)裝置REF620、REF615，在三個(gè)高壓分隔室分別裝設(shè)傳感器檢測(cè)電弧信號(hào)。采用REF620、EF615裝置自帶的弧光保護(hù)功能,可通過GOOSE以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的母線弧光保護(hù)，GOOSE以太網(wǎng)弧光保護(hù)動(dòng)作時(shí)間：23ms，及時(shí)消除弧光故障。3.4智能程序化一鍵操作智能操控技術(shù)配合COM600管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)設(shè)備的一鍵式或全站程序化操作，大大簡(jiǎn)化變電站操作步驟，提高遠(yuǎn)程操作效率，并有效防止誤操作的發(fā)生，保證操作人員安全。程序化操作分12組命令，即：運(yùn)行轉(zhuǎn)熱備、運(yùn)行

11、轉(zhuǎn)冷備、運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修、熱備轉(zhuǎn)運(yùn)行、熱備轉(zhuǎn)冷備、熱備轉(zhuǎn)檢修、冷備轉(zhuǎn)運(yùn)行、冷備轉(zhuǎn)熱備、冷備轉(zhuǎn)檢修、檢修轉(zhuǎn)運(yùn)行、檢修轉(zhuǎn)熱備、檢修轉(zhuǎn)冷備。例如：操作員對(duì)進(jìn)線柜H902進(jìn)行"運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修”操作時(shí)，首先選擇H902柜號(hào)按鈕，屏幕右下角將出現(xiàn)H902柜當(dāng)前狀態(tài)，即“運(yùn)行位”，然后選擇命令組按鈕“運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修”，確認(rèn)無誤后，開始"執(zhí)行”，此時(shí)COM600發(fā)"運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修”的遙控命令到H902柜的REF620保護(hù)裝置，保護(hù)裝置即開始“分”斷路器。當(dāng)確定斷路器處于分閘位置后，斷路器手車就開始從工作位移到試驗(yàn)位，經(jīng)過一定時(shí)間后，確定手車到達(dá)試驗(yàn)位后，接地刀閘開始從斷開位置合上，則結(jié)束本次操作，

12、并將“程序化操作成功”信息反饋到COM600系統(tǒng)。操作程序圖見圖5。圖5線路運(yùn)行轉(zhuǎn)檢操作修流程圖命令組一開始執(zhí)行開關(guān)柜狀態(tài)校驗(yàn)IN*斷路器分閘XN斷路器手車到試驗(yàn)位!N：地刀合閘kn|程序化操作結(jié)束滬曲*多柜程序化和母線程序化是在線路程序化的技術(shù)基礎(chǔ)上，由監(jiān)控主站下發(fā)的對(duì)多個(gè)開關(guān)柜的程序化操作命令或者整條母線開關(guān)柜的程序化操作命令。COM600系統(tǒng)在接收到監(jiān)控主站下發(fā)的遙控命令后，根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行工況進(jìn)行分析判斷，批次處理遙控命令。在執(zhí)行過程中實(shí)時(shí)監(jiān)視每一步的程序化操作步驟，智能的對(duì)于操作過程中的問題進(jìn)行判斷處理，并上報(bào)給監(jiān)控人員。多柜程序化和母線程序化可以在最大程度上提升開關(guān)站的智能化程度。4存在問題廈門配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)采用DMS1000E系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)了配電SCADA、饋線自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⑴潆姺抡?、統(tǒng)計(jì)分析等功能，因此，開關(guān)柜在線預(yù)警的信號(hào)無法發(fā)送到主站分析處理，主站現(xiàn)只能實(shí)現(xiàn)智能程序化一鍵操作及傳統(tǒng)三遙功能。COM600管理系統(tǒng)可遵循IEC61850協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，但由于廈門配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)的通信協(xié)議采用IEC-60870-5-104，因此，10kV智能開關(guān)站COM600只能實(shí)現(xiàn)底層對(duì)保護(hù)等裝置采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，與配電自動(dòng)化主站IEC-60870-5-104協(xié)議，未能真正實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)采用IEC61850協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。智能開關(guān)站設(shè)備廠家由于自身知識(shí)產(chǎn)權(quán)的意志，未