基于中压配电的智能电网案例分析

　　中压配电方面作为智能电网中重要的一环，拥有的变电站及配电设备数量巨大，而中压设备经过近二十年的发展，技术成熟。智能设备是基于现代控制技术，传感技术，通讯技术发展的产物，是一次和二次设备融合的产物，是一个革命性的变化。建设智能电网，使“一次设备”与“二次设备”之间没有明显的界限，集成化、一体化的智能设备是发展的必然趋势。

　　通过安装传感器及智能组件实现对操作机构及关键元件、特性的监测可以实现对断路器状态的实时监测，而增加监测系统势必造成断路器可靠性的降低，一些关键特性的监测如真空度、局放等还没有准确可靠的监测技术，不成熟的技术会造成误报等问题，如环境噪音对局放影响很大。比较国内主要公司中压智能电网设备研发方向，从表1国内智能断路器研发现状况中可以发现，多数公司更加关注机构的监测及关键元件的监测，而真正在系统集成方面则较少研究。

　　表1 智能断路器研发现状

　　GE公司工业系统集团的中压智能断路器iVB

　　GE工业系统研发团队从2008年开始中压智能断路器的研发，基于一体化设计的理念，GE的iVB真空断路器希望通过将电子传感单元及保护系统高度的系统集成，来实现设备的智能化，一次设备和二次信号、保护完美结合成统一体，最大限度的实现功能集成，为客户创造最大价值，有“大脑” 自脱扣的断路器iVB 。

　　iVB智能断路器是一台充分系统集成的产品， 一台断路器取代传统开关柜分立元件-电流互感器、综合保护继电器、二次接线等，断路器总成本低于传统分立元件的价格总和。一台断路器就是一台出线柜。

　　iVB智能断路器采用新型紧凑型弹簧操作机构，可靠性高，优质真空灭弧室及触头元件，免维护，无需监测。可实现四组常规分合闸、欠压、过流线圈配置，及网络闭锁线圈实现断路器之间的互锁，快速脱扣装置需要时可实现断路器的快速分闸。

　　电流信号采自基于罗氏线圈原理传感器，空气骨架，避免磁饱和，无二次开路危险，测量范围广，线性度好。一种规格实现全范围测量。由于传感器是低压元件，安装在高压触臂上，电气绝缘是重要问题，iVB具有优异的电场分析、绝缘设计，保证满足断路器耐压水平。

　　断路器机构箱内集成EntelliGuard™TU 电子保护单元。负责监控一次回路中电流及电压信号，并提供对一次回路电流、电压、频率、功率等的测量和保护、诊断以及通讯功能。实现断路器的智能化。主要特点如下：

　　a. LCD显示和下拉式菜单、触摸式按键，便于显示参数和参数设置

　　b. 故障记录和波形捕捉、数据记录

　　c. Modbus通讯协议，选配HMI通讯管理器，可以与上级实现IEC61850通讯，满足智能电网通讯规约要求

　　d. 完整的保护曲线，可实现线路、电缆、变压器、电容器等保护。

　　iVB智能断路器还是一个整体设计的断路器，避免在普通断路器上安装传感单元、保护单元使结构复杂， 还可以大大简化工程技术准备和订单处理流程，实现快速交货；工程设计工作简化，开关柜主要回路已被断路器集成，只需增加少量的辅助及信号回路；开关柜接线显著减少，消除了误接线的风险和后果，变电站安装工作也会很快；工厂化系统集成，断路器完整的检验保证高品质的质量，安全和操作可靠性得到验证。

　　通过使用集成断路器、接地开关功能的动力箱设计，配有完善的机械联锁，可用于550mm宽紧凑型开关柜，减少占地面积，由于集成了主要功能，柜高及深度也可减小。对合作盘厂只需制作后柜及仪表室，连接铜排，轻松组柜，更易实现模块化设计，快速更换，完美设计及工装保证开关与柜的精准配合。

　　iVB除完成普通断路器的型式试验外，还通过了电磁兼容实验，包括冲击电压试验，电快速瞬变脉冲群试验，振荡波抗扰性试验试验；以及传感器采集电流信号，由电子脱扣驱动断路器脱扣试验及由电子脱扣器驱动的断路器1000次机械寿命试验。

　　GE公司的中压智能开关柜台iPV-Dual

　　为进一步发挥智能断路器iVB的特点；GE已完成中压金属封闭式智能双层开关柜iPV-Dual的研发。基于iVB特点，iPV-Dual是满足电网要求的下一代开关柜，接线少，免维护。iPV-Dual型智能开关柜主要特点如下：

　　每台开关柜内的电压互感器、零序互感器等测量值可以通过航空插头连接到断路器上的保护单元，断路器、接地开关位置也连接到保护单元上。而智能人机交互界面可以采用双绞线或光纤通过Modbus采集10台断路器保护单元的数据，实现本地数据、状态查询，HMI通过以太网IEC61850协议可以实现与主站系统对接。iPV-Dual的系统功能见下图。

　　智能人机交互界面HMI作为开关柜的枢纽，需要作为综合自动化系统总控型子站和前置机使用，构成自动化系统的中间层，向上可与主站等各个系统进行计算机IEC61850/MODBUS通讯，向下可与变电站内的终端设备MTU进行通信MODBUS，完成终端设备数据的MTU采集和转发。同时HMI作为现场数据采集装置，实时显示一次系统图开关状态，通过触摸屏人机交互界面，轻松实现对变电站内的终端设备电压、电流、功率、开关状态等数据的实时查看，并可查看电流、事故曲线等，消除事故隐患。

　　iPV-Dual小型化 à紧凑设计， 只有 550mm 宽， 双层回路

　　低成本 à一台开关柜有两个出线回路， 节省成本35%

　　高性能 à12kV 主母线达2500A/31.5kA，出线1250A; 试验符合国家标准，前置面板操作简单，人体工学设计，维护成本低。配低压侧柜，便于二次控制设备信号的集成。提供完备的联锁系统，防止误操作，提高安全性

　　安全 à户内金属封闭开关设备，便于制造及维护。内部隔室采用全金属隔断设计，留有足够空间的电缆室，便于电缆的维护和安装

　　结束语

　　中压开关设备作为电网中的重要设备，数量多，直接关系的居民用电。中压断路器及开关柜技术成熟，可靠性相对较高，通过进一步设计、工艺质量等的提高，真正实现免维护是可以实现的。而智能电网作为电力发展的趋势，需要正确的方向，通过系统设备的一、二次整合，真正实现控制、保护、监测、通讯等集成。iVB真空断路器及iPV开关柜是GE公司在开关行业的创新设计，实现了开关技术的革命性的变化，用户利益的最大化。

　　** 本文曾发表于《电气时代》 2013年10期杂志上。

　　时过境迁，GE工业系统集团现在已不存在。该产品也不复存在。仅此纪念！