2.智能电器的研究热点与进展
2.1高压开关设备的智能化
智能变电站是构建智能电网的重要支撑节点。智能高压开关设备是智能变电站的核心设备,其通过装设各类传感器,采集设备运行状态,对数字化信息进行就地处理,实现自适应控制和故障诊断等功能。此外,其具有高速网络交互接口,能够为智能电网的优化运行提供信息支撑。
2.1.1智能高压开关设备的信息化建模
IEC61850标准是变电站自动化领域的国际标准,其应用涉及发电、输变电、配用电和调度等领域,已成为智能电网重要的基础性标准。基于IEC61850标准,采用面向对象技术对智能高压开关设备的物理结构和功能(服务)进行抽象,建立智能高压开关设备的信息模型,实现现场参量的测量信息流、状态数据的监测信息流和操作控制信息流的集成,是智能高压开关设备的重要研究内容。
自IEC61850标准颁布以来,在智能高压开关设备的数字化方面取得了很大的发展。国际上ABB、GE、AREVA、SIEMENS、TOSHIBA等公司开发了集数字化测量、控制、监测于一体的新型开关设备。当前,智能高压开关设备的产品解决方案主要是通过在一次设备附近装设智能电子装置(IED),其具备与一次设备的电缆接口和光纤以太网接口,完成信息格式转换,实现传统一次设备和后台在线监测系统(或其他IED)的信息交互功能。典型产品如:ABB公司的PASS、SIEMENS公司的HIS/SICAM、TOSHIBA公司的H-GIS产品。
随着2009年国内智能电网建设的开展,国家电网公司发布了一系列相关标准,加快了智能高压开关设备的研制进度。2012年国家科技部批准,由中国电力科学研究院作为承担单位,西开电气、平高电气、清华大学、西安交通大学、华北电力大学作为参与单位,启动863课题“高压开关设备智能化关键技术”的研究,提出了高压开关设备智能组件设计和质检标准,建立了智能开关设备的技术标准体系。目前已研制出252kV智能GIS、550kV智能GIS、800kV智能断路器,并获得试点应用。
IEC61850作为变电站内部通信网络的技术标准,主要偏重于继电保护、测量与监视等领域的应用。虽然IEC61850中定义了液体介质绝缘SIML、气体介质绝缘SIMG、电弧监视与诊断SARC和局部放电SPDC等专门的逻辑节点,但仍然无法满足高压开关设备状态监测集成平台的需要。
我国电网企业基于DL/T860标准,制订了变电设备在线监测装置数据建模及通信规范、变电设备在线监测系统数据库规范,其内容涵盖变压器、GIS、断路器、电流互感器、电压互感器等重要电力设备的常用监测参量。另外,国内也已具备智能开关设备的一次设备与二次设备的一体化试验能力。
2.1.2智能高压开关设备状态检测、诊断技术
运行数据表明SF6气体泄漏、内部绝缘缺陷、操作机构故障、导电回路异常发热以及二次控制回路失灵是高压开关设备的主要故障类型。智能高压开关设备通过装设局部放电、SF6气体状态、机械特性、主回路温度等监测模块,实现对自身运行状态的感知和诊断,并适时地通过网络接口向后台监控系统发出状态或告警信息。
依据状态信息对设备进行科学地评价,从而制定合理的检修策略。例如,TOSHIBA公司研制的C-GIS中采用了电晕、压力、气体、泄漏电流等多种传感器监测绝缘性能;利用光纤温度传感器检测导电性能。SIEMENS公司开发的SICAM系统,实现了对SF6断路器及隔离开关的数字化控制、状态监测和故障诊断。