智能电网
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!
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