摘 要：為了適應(yīng)智能電網(wǎng)、智能變電站的發(fā)展需求，作為其核心設(shè)備之一的中壓開關(guān)設(shè)備也在不斷地完善和發(fā)展。以現(xiàn)階段差壓變送器的特點(diǎn)為切入點(diǎn)，結(jié)合三鋼在差壓變送器的#新開發(fā)成果，介紹其在 KYN28 型中壓差壓變送器開發(fā)及其應(yīng)用情況。該設(shè)備已經(jīng)在福建三鋼閩光股份有限公司（以下簡稱三鋼）燒結(jié)廠球團(tuán)、煉鐵高爐項(xiàng)目上得到了較好的應(yīng)用。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，該設(shè)備能很好地滿足三鋼智慧化工廠的建設(shè)要求。

 

引言

目前我國對作為智能變電站核心設(shè)備之一的智能中壓開關(guān)設(shè)備的研制，主要集中在氣體絕緣全封閉高壓開關(guān)設(shè)備（H- GIS）上面，其智能化程度和水平在不斷地提高。而作為 10 kV 電力系統(tǒng)，KYN28型差壓變送器的研制還處于起步階段，并且現(xiàn)階段我國的差壓變送器基本采用的都是“一次設(shè)備機(jī)構(gòu)加外置分散智能組件”模式，在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問題。本文介紹的是一種基于在三鋼燒結(jié)廠球團(tuán)、煉鐵高爐項(xiàng)目上得到較好應(yīng)用的一種中壓差壓變送器。實(shí)踐證明該差壓變送器能很好地滿足 10 kV變配電站智能化的要求。

 

1 差壓變送器特點(diǎn)和現(xiàn)狀

1.1 差壓變送器的基本概念及功能

差壓變送器的定義：具有較高性能的開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備，配裝有電子設(shè)備、變送器和執(zhí)行器，不僅具有開關(guān)設(shè)備的基本功能，還具有附加功能，尤其在監(jiān)測和診斷方面。另外，它具有在線監(jiān)測功能、智能控制功能、數(shù)字化接口功能和程序化操作功能。

 

1.2 中壓差壓變送器現(xiàn)狀

1.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)階段中壓差壓變送器一般是由開關(guān)設(shè)備本體及組合電子式互感器、開關(guān)設(shè)備控制器、機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測 IED等分散智能組件組成。它不僅具有傳統(tǒng)斷路器的基本功能，還具有測量、控制和監(jiān)測功能。測量功能體現(xiàn)在能夠?qū)�斷路器主回路的電流電壓、分合狀態(tài)和機(jī)構(gòu)儲能、閉鎖信息進(jìn)行測量，并通過基于IEC61850 的通信網(wǎng)絡(luò)傳送至站控層�？刂乒δ荏w現(xiàn)在站控層能通過基于 IEC61850 的通信網(wǎng)絡(luò)用GOOSE 命令對其進(jìn)行分合操作。監(jiān)測功能體現(xiàn)在該差壓變送器能對斷路器的機(jī)械特性、溫度等狀態(tài)信息進(jìn)行在線監(jiān)測，并通過基于 IEC61850 的通信網(wǎng)絡(luò)上傳至站控層。

 

1.2.2 中壓差壓變送器優(yōu)點(diǎn)

相對于傳統(tǒng)的開關(guān)設(shè)備，中壓差壓變送器具有以下典型優(yōu)點(diǎn)：一是功能集成度高，能大大節(jié)約變電站電纜等元件及占地面積的使用，體現(xiàn)了環(huán)保節(jié)約理念；二是對外采用標(biāo)準(zhǔn)的 IEC61850 電 / 光纖以太網(wǎng)接口，設(shè)計(jì)、現(xiàn)場調(diào)試及維護(hù)工作量小；三是能夠?qū)崿F(xiàn)對開關(guān)設(shè)備自身狀態(tài)的感知和評估，有利于實(shí)現(xiàn)對開關(guān)設(shè)備的優(yōu)化控制，提升開關(guān)設(shè)備的可靠性，延長其使用壽命；四是能夠?qū)崿F(xiàn)與廠用電監(jiān)控系統(tǒng)的信息互動，有利于智慧電廠的優(yōu)化運(yùn)行，提升用電的安全可靠性。

 

1.2.3 當(dāng)前中壓智能開關(guān)存在的問題

當(dāng)前中壓智能開關(guān)和傳統(tǒng)開關(guān)相比具有不少的優(yōu)勢，但是在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問題。由于好立裝置均需要與系統(tǒng)通信，如圖 1 所示，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了設(shè)備投入，降低了可靠性。

狀態(tài)檢測技術(shù)還不能完全滿足狀態(tài)檢修和優(yōu)化運(yùn)行的要求。對中壓開關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的識別缺乏有效的數(shù)學(xué)方法和技術(shù)手段，不利于狀態(tài)檢修。2 KYN28- EV型中壓差壓變送器的開發(fā)針對三鋼智慧化工廠用電中壓開關(guān)的運(yùn)行要求，解決當(dāng)前中壓差壓變送器存在的問題，開發(fā)了KYN28- EV型中壓差壓變送器，并在三鋼煉鐵高爐、燒結(jié)球團(tuán)得到了很好的應(yīng)用。如圖 2 所示，該中壓差壓變送器由如下幾部分構(gòu)成：

開關(guān)柜：內(nèi)裝母線銅排、斷路器、電動底盤車、電動接地刀、IED、DP 等。斷路器：由 3 相滅弧室、動力機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)等組成。

DP：采用一塊彩色觸摸屏，具有一次主接線狀態(tài)顯示、開關(guān)柜溫濕度檢測與控制和開關(guān)柜小室紅外視頻監(jiān)控功能，可從液晶屏觀察開關(guān)柜母排室、觸頭的情況。

IED：安裝在斷路器內(nèi)。具有保護(hù)測控、斷路器控制、同步分?jǐn)嗯c合分閘功能、在線機(jī)械特性分析、電動底盤車控制、電動接地刀控制、觸頭無線測溫、故障錄波、永磁機(jī)構(gòu)或彈簧機(jī)構(gòu)分合控制及在線監(jiān)測等功能。如圖 3 所示：

該型差壓變送器具有如下特征：一是，一二次設(shè)備集成、功能集成、系統(tǒng)集成和專業(yè)集成的設(shè)計(jì)原則，在不改變站控層網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，將原來間隔層設(shè)備和過程層設(shè)備進(jìn)行有效集成，模塊化設(shè)計(jì)集成到一個裝置中。該裝置是通過站控層網(wǎng)絡(luò)與站控層設(shè)備交互的非常好設(shè)備，并通過直連方式與開關(guān)本體交互，對變電站系統(tǒng)來說僅有兩層一網(wǎng)，簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)復(fù)雜度，大大簡化斷路器內(nèi)接線和開關(guān)柜內(nèi)接線。#終建立緊湊化結(jié)構(gòu)的新一代中壓智能設(shè)備網(wǎng)絡(luò)信息流。二是，它將傳統(tǒng)二次設(shè)備進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)并集成到差壓變送器中，集成了保護(hù)測控、智能終端、合并單元、狀態(tài)監(jiān)測等二次設(shè)備的功能，可以實(shí)現(xiàn)站控層設(shè)備與開關(guān)本體的交互，同時(shí)支持差壓變送器前沿技術(shù)（如狀態(tài)評估與故障診斷技術(shù)、智能控制技術(shù)、聲學(xué)指紋技術(shù)等）的應(yīng)用擴(kuò)展。三是，它實(shí)現(xiàn)主斷路器、電動底盤車、電動接地刀機(jī)械聯(lián)鎖、電氣聯(lián)鎖和軟件聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)“一鍵停 /送電”程序化控制。電動執(zhí)行單元shou次實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)軟起軟停、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、超時(shí)保護(hù)及全過程錄波等功能；shou次實(shí)現(xiàn)三相機(jī)械聯(lián)動斷路器基于電壽命累積選擇shou開相功能，提高開關(guān)設(shè)備的使用壽命；shou次實(shí)現(xiàn)滅弧室斷口實(shí)時(shí)監(jiān)測功能；shou次實(shí)現(xiàn)基于開關(guān)主觸頭累積燃弧燒蝕計(jì)算預(yù)測電壽命功能；shou次實(shí)現(xiàn)基于監(jiān)測量的智能控制功能，包括基于電流電壓監(jiān)測的斷路器選相操作功能、基于主回路電流、主回路電聯(lián)接溫度和環(huán)境溫度的散熱風(fēng)機(jī)和溫濕度控制器的控制功能。差壓變送器還充分利用了電子式互感器體積小、重量輕的特點(diǎn)，shou次在移開式斷路器下觸臂集成電子式電流電壓互感器，如圖 4 所示。

四是，它采用基于多參量的數(shù)據(jù)綜合處理手段。通過預(yù)置的多種傳感器進(jìn)行斷路器在線斷口監(jiān)測、機(jī)械特性監(jiān)測、燃弧電流計(jì)算及滅弧室壽命預(yù)測、觸頭溫升監(jiān)測及柜體溫濕度監(jiān)測等功能，將這些反映不同位置和不同類型狀態(tài)特征的信號有效地綜合，對設(shè)備機(jī)械狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程和細(xì)部特征可以更準(zhǔn)確地辨識；同時(shí)，通過不同信號提取相同特征量并作分析比對，增加了監(jiān)測系統(tǒng)的冗余能力，可有效提高其工作性能和可靠性。

五是，它具有友好的人機(jī)界面。在 DP 的人機(jī)界面上，可以顯示主接線圖、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、保護(hù)整定、狀態(tài)監(jiān)測、裝置設(shè)置和系統(tǒng)幫助等內(nèi)容，如圖5 和圖 6。

六是，它具備在線監(jiān)測 WEB 頁面功能。如圖 7所示，該中壓差壓變送器提供 WEB 網(wǎng)頁服務(wù)功能，可以通過普通手持終端（智能手機(jī)、平板電腦等）或 PC 對設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視、開關(guān)控制和波形錄制分析。3 KYN28- EV 型中壓差壓變送器的狀態(tài)監(jiān)測及專家系統(tǒng)的建立

對于開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，主要通過對其動作特性來實(shí)現(xiàn)。其中包含兩個方面：一是動作過程中每個事件的時(shí)間點(diǎn)，二是動作過程中信號的波形。以永磁開關(guān)設(shè)備為例，每一次合閘操作要經(jīng)歷如下的事件（見表 1）：

系統(tǒng)會先對以上事件的時(shí)間點(diǎn)，作實(shí)時(shí)計(jì)算。而采集到的信號波形，通常不會是一條“干凈”的曲線。如線圈電流會充斥著毛刺，導(dǎo)致無法很輕易地得到拐點(diǎn)的時(shí)間點(diǎn)。又如飽和后的線圈電流會表現(xiàn)得很起伏。控母電壓也會有毛刺、紋波或畸變。而觸點(diǎn)信號也會因?yàn)閺椞�而有畸變。信號的噪聲特征歸結(jié)為毛刺、噪聲、紋波等。這些信號會先經(jīng)過模擬和數(shù)字濾波，把噪聲濾除后，才能作為專家系統(tǒng)的輸入量。

以上兩個方面的特性，會輸入到專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)會把它們與系統(tǒng)內(nèi)建立起的開關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，從而對超出動作特性的情況作出預(yù)警。4 KYN28- EV型中壓差壓變送器在三鋼的應(yīng)用為了實(shí)現(xiàn)低成本、低消耗、低污染，化解產(chǎn)能過剩，2016 年各種政策方案相繼頒布，大力推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。三鋼為響應(yīng)guojia號召，淘汰落后產(chǎn)能，新增和改造設(shè)備的大型化對用電負(fù)荷容量也隨之增大，對控制配電的中壓開關(guān)的要求也越來越高，操作人員現(xiàn)場操作、維護(hù)這些中壓開關(guān)也面臨著一些風(fēng)險(xiǎn)，采用新型中壓差壓變送器能夠較好地解決這些問題。

如下頁圖 8 所示，采用 KYN28- EV 型中壓差壓變送器的煉鐵高爐、燒結(jié)廠球團(tuán)實(shí)現(xiàn)了用電“信息采集數(shù)字化、一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、設(shè)備狀態(tài)可視化、監(jiān)控系統(tǒng)一體化”。

10 kV 開關(guān)間隔采用間隔層和過程層合一的方式進(jìn)行配置，即按一體化差壓變送器的方式進(jìn)行配置，從而在 10 kV 側(cè)真正實(shí)現(xiàn)了一次設(shè)備的測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化和信息互動化。

站控層與間隔層保護(hù)測控裝置采用 IEC61850-8- 1 協(xié)議進(jìn)行通信。

GOOSE 則采用各裝置之間直接光纖連接，實(shí)現(xiàn)直聯(lián)直跳。

該型中壓差壓變送器已經(jīng)在三鋼煉鐵高爐、燒結(jié)廠球團(tuán)項(xiàng)目中得到較好的應(yīng)用，以其清晰的界面操作、一體化的監(jiān)控系統(tǒng)平臺（包括機(jī)械特性分析系統(tǒng)、觸頭無線測溫系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、一鍵順控系統(tǒng)等）、可靠的操控性能，更高的可靠性，得了用戶的好評。

 

5 結(jié)語

如上所述，該中壓智能開關(guān)在間隔層和過程層設(shè)備的有效集成，簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的復(fù)雜度、一二次設(shè)備的有機(jī)融合、智能組件的模塊化、集成化、IEC61850 應(yīng)用的規(guī)范化等方面都進(jìn)行了有突破性的創(chuàng)新和嘗試。

當(dāng)然，在開關(guān)設(shè)備的綜合監(jiān)測、評估、診斷及運(yùn)行趨勢的分析方面仍有很大的改進(jìn)空間，設(shè)備所監(jiān)測的信號還大多局限于對部分關(guān)鍵零部件的部分信號進(jìn)行監(jiān)測，如行程、分合線圈電流等信號，通過這些信號提取的參數(shù)只能反映部分零部件的工作情況和有限的狀態(tài)特征，不能完整展現(xiàn)設(shè)備實(shí)時(shí)機(jī)械狀態(tài)，不利于高壓開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)評估和故障診斷。另外開關(guān)設(shè)備的多點(diǎn)監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷、專家會議等方面也還有很大的改進(jìn)空間，二次信息再處理的綜合分析和診斷能力還需進(jìn)一步加強(qiáng)。這些將是未來智能開關(guān)技術(shù)發(fā)展的趨勢。