組合電器在數字化變電站中的應用

顧欣

（云南省送變電工程公司，云南 昆明 650216）

1 DI-GIS的概念

GIS的數字化、智能化按照分布式系統設計，在間隔單元就地實現，通過以太網與安裝在控制室的中心設備相連接，實現變電站的完全數字化智能控制。DI-GIS具備針對GIS一次本體設備的測量、記錄、監視、控制功能，取代了傳統的繼電器硬接線、專用測量儀表、報警光字牌等。

1.1 GIS的數字化

GIS的數字化是指在GIS間隔內將GIS一次設備的模擬量、開關量參數轉換為數字信號，并以光纖網絡由GIS上傳至變電站綜控中心，綜控中心的控制命令也以同樣的方式下傳至GIS間隔。GIS的數字化包括以下內容:

光電互感器。利用電磁感應原理的羅柯夫斯基線圈及串行感應分壓器實現對大電流、高電壓的轉變，并由采集器就地轉換為數字信號，通過光纖上傳。由于采用了非鐵磁材料，光電互感器具有無磁飽和（不會發生鐵磁諧振），頻率響應范圍寬，精度高（可達0.1級），暫態特性好(可實現5TPE)等優點。

數字化的SF6密度表、微水儀和溫度儀。該類表計采用成熟的就地A/D轉換模塊，將GIS間隔的相應參量轉換成數字信號并上傳。該類數字化儀表已在我公司110kV、220kV GIS工程中批量使用。

采用PLC等技術實現數據的采集、分析及設備控制。采用西門子PLC系統進行GIS的就地控制，軟件編程取代了常規繼電器硬接線邏輯回路，使整個控制簡單、清晰、可靠，使產品的控制實現了數字化。采用該技術的FBZ-2610 GIS智能匯控柜已在126～252kV GIS工程中大量應用，其可靠性、實用性已得到充分的驗證。

采用以太網傳送數據。上述數字技術的應用，使得數據通過以太網傳送成為必然。

1.2 GIS的智能化

GIS的智能化是指以計算機技術實現數據的運算分析，并做出智能診斷的專家系統。GIS的智能化包括以下內容。

一次設備控制邏輯的運算。即上述PLC系統實現的程序控制。

GIS運行狀態的在線監測與診斷。通過對GIS各種運行參數（如局部放電、SF6密度、斷路器通斷電流、儲能電動機電流、避雷器泄漏電流、微水量及開關室環境等）的記錄、分析及智能診斷，及早發現變電站一次設備的電氣、機械等關鍵參數的異常，為供配電部門和設備運行管理部門了解各個設備運行狀況，提供可靠的數據參考，預防事故發生，從而實現GIS的智能化運行，事件記錄等。

2 DI-GIS的應用形式

2.1 FBZ-2610 GIS智能匯控柜

2.1.1 系統簡介

FBZ-2610型GIS智能匯控柜是利用先進的檢測技術、控制技術、通信技術和多年來對封閉式組合電器的研究而成功開發的一種在線監控系統柜。它采用可編程序控制器來進行對封閉式組合電器進行在線監視和控制。本系統柜采用分散式控制，即每一間隔都有獨立的CPU微處理器進行數據處理和控制，然后各智能匯控柜組網與中控室保護廠家或DCS廠家的自動化系統進行通信。

本系統柜由PLC軟件編程控制取代了常規的繼電器組成的硬線接線邏輯控制電路，使整個控制簡單清晰可靠，達到了智能化的要求。同時因本系統對每一開關設備只需采集一個輔助信號，這會節約非常多的二次電纜，降低了生產成本；并且外圍布線簡單清晰，減少了故障點，更加保障了系統的可靠性；另外因PLC是智能型設備，在系統出現故障檢修時能夠在線查看控制回路的實時狀態，非常容易地看到系統當前的故障位置，使得檢修人員能夠有的放矢，提高檢修效率。系統同時采集了GIS封閉式組合電器中各斷路器、隔離開關和接地開關的通斷狀態，實現了一次設備位置狀態的在線監測，并通過網線與中控室通信，實現“三遙”功能。

2.1.2 系統功能

控制功能。斷路器的斷開、閉合操作，隔離開關的斷開，閉合操作，接地開關的斷開、閉合操作，自動投退加熱器。

檢測功能。各開關狀態自動檢測、斷路器閉合次數自動檢測、各開關閉合次數自動檢測、通斷超時自動檢測和保護、斷路器氣室壓力閉鎖、告警監測其他氣室壓力告警監測、儲能信號監測系統“三遙”功能。通過系統備有的RS-485通信口完成遙控、遙測和遙信功能，或與中繼器相連，實現遠距離的“三遙”（采用Modbus規約或西門子PPI組網）。

系統聯鎖功能。采用西門子S7-200系列PLC來完成斷路器與隔離開關、接地開關等所有聯鎖功能，將常規的硬接線閉鎖改為數字聯鎖，減少了現場的電纜連接和故障節點，提高了系統的可靠性。

PLC上設置就地/檢修/遠控3個位置選擇開關，在變電站設備調試、檢修時可進行就地和檢修操作，設備運行時處于遠控狀態，從控制室進行操作。

2.2 FBZ-2620 GIS智能監控與診斷系統

系統功能:SF6氣體密度監測。斷路器特性監測模塊。機構箱的溫度、環境溫度和濕度。通過對該特征量的檢測,能夠反映變電站周圍環境溫度狀態，可計算SF6氣體密度,還可在需要時提供變電站的年氣溫變化曲線。通斷線圈是控制斷路器動作的關鍵元件，應用霍爾電流傳感器可以方便地測出電流波形。避雷器監測模塊（可選）。微水在線監測模塊（可選）。開關室環境監控（可選）。采集、控制、和“三遙”功能。監控系統軟件部分。

系統軟件采用圖形化設計，各設備的監測量均能實時顯示，軟件結構清晰，查詢數據簡便快捷。FBZ-2620系統是以分布式實時多數據庫為核心的復雜的網絡應用系統，利用面向方案的SCADA平臺系統，易于擴展。系統提供數據接口，可方便納入變電站微機保護監控系統。

2.3 TKHD-2000GIS局部放電在線監測系統

TKHD-2000系列GIS局部放電在線監測系統適用于現場運行的各電壓等級的GIS設備，采用基于特高頻監測方法的介質窗口式GIS在線監測與診斷專利技術，徹底解決了目前各類在線監測GIS局部放電方法中存在的諸如靈敏度低，無法實現24h實時監測，影響一次設備絕緣等缺陷，成為擁有發明專利、國際先進的在線監測系統，其創新特點如下:

創造性的提出在GIS本體開介質窗口的方法，使得監測系統與一次本體從機械上、電氣上實現完全的隔離，監測過程對一次運行無任何影響。靈敏度＜5pC。通過對監測信號圖譜的統計分析，對局部放電類型及危害作出診斷。全面實現全天候實時在線監測。系統同時具備向互聯網發送數據的功能，從而實現遠程監測。

系統以Windows為平臺，采用美國NI公司Labview等強大、可靠的編程軟件，操作界面友好，專家系統可自動分析診斷監測參量的危害程度，使得GIS準確實現按運行狀態實施維修，可靠避免事故的發生。該系統的應用，將極大地提高GIS系統的可靠性，最大限度地減少檢修工作量。

3 結束語

數字化、智能化組合電器DI-GIS的應用，將可靠發現設備內部隱患。由于采用智能軟件分辨系統，可實現全天候實時在線檢測，系統操作界面友好，可自動分析運行狀態及安全程度，使得GIS準確實現按運行狀態實施維修，避免事故的發生。系統同時具備向互聯網發送數據的功能，從而實現遠程監測。DI-GIS的應用，將極大地提高了GIS系統的可靠性，大大減少檢修工作量。

[1]陳宇鵬，鄧雪梅，陳徽，張厚勇.高壓組合電器(GIS)及其智能化變電站[J].現代制造技術與裝備，2009-11-15.