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摘要：智能变电站以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，灵活、高效、可靠地完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能。作为智能变电站的核心设备之一，智能高压开关设备的发展严格遵循上述技术的基本要求，并在不断进步和完善中。本文阐述了智能高压开关设备的研究现状及技术特征，指出了智能高压开关设备演变过程及发展趋势，并结合最新研究成果，提出了智能高压开关设备在发展过程中还需重点解决的几个关键问题。
关键词：智能变电站；智能高压开关设备；智能组件；智能电子装置
智能高压开关设备是一种高性能的开关设备和控制设备，配装有传感器及智能电子装置，不仅具有开关设备的基本功能，还能够对自身和电网进行状态感知和智能评估，并能根据评估结果与智能电网进行互动，实现开关设备自身的优化控制和支撑智能电网优化运行等。
2智能高压开关设备技术内涵
智能变电站设备包括变压器、断路器、互感器、母线等一次设备和变电站自动化系统、辅助系统、智能组件等二次设备。物理结构上分为过程层、问隔层、站控层。过程层设备是联系一次设备和二次系统的桥梁，为问隔层设备提供一次设备的数据，执行问隔层和站控层对一次设备的控制、调节等功能。高压一次设备与相关智能组件的有机结合构成了智能化一次设备，智能组件是一次设备实现智能化的主要途径。
智能高压开关设备的本体、智能组件和传感器，三者之问可类比为“身体”、“大脑”和“神经”的关系。
3智能高压开关设备研究现状
IEC 62063中对智能断路器的定义为“具有较高性能的断路器和控制设备，配有电子设备、传感器和执行器，不仅具有断路器的基本功能，还具有附件功能，尤其是在监测和诊断方面”。
近年来国外已有多种智能开关产品投入市场，典型的有东芝公司C-GIS和ABB公司的EXK型智能GIS，它们都采用了先进的传感器技术和微型计算机处理技术，使整个组合电器的状态监测与二次系统运行在一个计算机监控平台上。西门子公司的HIS采用类似ABB的PASS结构，但未采用电子式互感器。在断路器智能化方面，采用了智能模块对断路器的相关参数进行监视，并通过高速现场总线传输到变电站层作进一步的分析。日本东芝公司研制的第2代C-GIS中采用传感器技术，如应用电晕传感器、压力传感器、气体传感器、温度传感器、漏电流传感器监视诊断绝缘性能；应用温度传感器、光纤温度计检测导电性能；使用了开、闭传感器检测机械性能，掌握GIS的内部状况，防止内部事故发生。此外，日本三菱电机、阿海珐、Alstom公司都有自己的智能高压开关设备。
在国内，智能高压开关方面的研究起步较晚，但由于政策的支持，产品获得了更多的实际应用（如数字化变电站的建设），相应的技术水平提高很快。随着智能电网建设的开始，国家电网公司发布了一系列智能高压开关设备的相关标准，这些标准的发布大大加快了国内智能高压开关设备的研制进度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目前平高电气、西开电气等公司均研制出智能高压开关设备样机，其解决方案为通过在一次设备附近或继电器小室保护屏上加装智能单元设备以实现一次设备智能化，智能单元同时具备与一次设备的电缆连接口和光纤以太网接口功能，自身完成信息转换以实现传统一次设备和其他基于IEC 61850标准的智能电子设备的状态监测功能，上述产品在智能变电站试点工程中得到应用。这些产品已经具备了智能高压开关设备的特征，但是其一二次设备集成度不高、网络结构较为复杂，部分高级应用功能，如顺序控制、状态评估等还不完善，状态检修尚未达到预期效果。
4新一代智能高压开关设备的结构特征及技术发展
为深化智能变电站的技术发展，解决当前智能变电站存在的问题，国网北京经济技术研究院于2012年初起草了《新一代智能变电站概念设计可行性报告》，指出了新一代智能变电站的设计原则思想：①提高一二次设备的集成度和智能化水平；②实现站内测量、控制、计量、监测、保护等横向功能集成。
4.1新一代智能高压开关设备的结构特点
基于新一代智能变电站的设计原则及要求，开展了新一代智能高压开关设备的设计。文中的设计思路是在现有智能开关基础上，将智能组件进行集成化、模块化设计，采用分布式控制，用智能机构取代断路器、隔离开关、接地开关等传统机构，尽最大程度的打破一二次设备的界限，实现一二次设备有机融合，同时简化了网络结构和系统复杂度。
其中，智能机构用控制器取代传统控制回路，控制器通过光纤与上层设备通讯，可将对应断路器或刀闸的分合状态、闭锁信息等数字化后上传，也可接收命令进行分合操作，同时，它还具备实现对应元件的状态监测功能。即对目前所用的智能终端、状态监测IED，合并单元等智能组件进行模块化设计，集成为智能主机，负责该间隔的智能控制、状态评估等，也可将测控、保护、计量等功能集成其中。
根据目前技术水平及研制情况，基于上述对新一代智能变电站用高压开关设备的技术分析和设计思路，新一代智能高压开关设备具备以下结构特征：（1）基于新一代智能变电站设备集成、功能集成、系统集成和专业集成的设计原则，对目前智能变电站的三层两网结构进行优化，在不改变站控层网络的基础上，将原来间隔层设备和过程层设备进行有效集成，模块化设计集成到一个装置中，该装置是通过站控层交换机与站控层设备交互的唯一设备，并通过光纤直连方式与开关木体交互，对变电站系统来说仅有两层一网，简化了网络结构和系统复杂度。最终建立紧凑化结构的新一代智能高压开关设备网络信息流。（2）在研究二次设备功能的基础上，将传统二次设备进行模块化设计并集成到一个装置中，即上述所指的智能主机。智能主机各模块间通过背板总线进行通信。智能主机集成了测控保护、智能终端、合并单元、局放监测IED、状态监测主IED等二次设备的功能，可以实现站控层设备与开关木体的交互，同时可支持智能高压开关前沿技术（如状态评估与故障诊断技术、智能控制技术、声学指纹技术等）的应用扩展，是新一代智能高压开关的核心设备之一。二次设备的模块化设计与集成减少了设备投资，提高了设备集成度，为简化新一代智能高压开关的系统复杂度和网络信息流起到了决定性作用。
4.2未来智能高压开关设备的技术发展趋势
在新一代智能高压开关设备技术发展的基础上，未来智能高压开关设备还会继续进行更多的技术革新，最终还将会实现以下功能：（1）搭建以开关设备木体状态为核心的具有强大数据处理能力及可扩展功能的综合分析平台，能够实现开关设备综合监测、评估、诊断及运行趋势的综合分析，且综合分析过程基于多参量，多元化，多评判标准。（2）开关设备运行状态数据具有完善的集中管理功能及部分共享功能，能够实现开关设备的多点监控，远程诊断，专家会议等多维度，全方位的信息展现和互动平台。（3）具有基于原始开关设备木体数据的多相祸合，潜在信息挖掘，二次信息再处理的综合分析和诊断能力。
结语
本文分析智能高压开关设备研究现状及当前智能变电站用高压开关设备功能，阐述了智能高压开关设备演变趋势及发展方向，并就智能高压开关设备发过程中需解决的结果关键问题进行分析，指出了智能高压开关设备的总体发展趋势是提高高压开关设备的智能化水平、提高智能电了装置的准确性和可靠性、降低智能化高压开关设备的成本。
参考文献：
[1]余贻鑫．智能电网技术[J]．中国电机工程学报2013
[2]陈树勇，宋书芳．智能电网技术综述[J]．电网技术2014
论文作者:姜山
论文发表刊物:《电力设备》2016年第24期
论文发表时间:2017/1/18
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