摘 要：為了適應智能電網(wǎng)、智能變電站的發(fā)展需求，作為其核心設備之一的中壓開關設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為切入點，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)及其應用情況。該設備已經(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、煉鐵高爐項目上得到了較好的應用。經(jīng)實踐檢驗，該設備能很好地滿足三鋼智慧化工廠的建設要求。

 

引言

目前我國對作為智能變電站核心設備之一的智能中壓開關設備的研制，主要集中在氣體絕緣全封閉高壓開關設備（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“一次設備機構(gòu)加外置分散智能組件”模式，在實際應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、煉鐵高爐項目上得到較好應用的一種中壓差壓變送器。實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設備和控制設備，配裝有電子設備、變送器和執(zhí)行器，不僅具有開關設備的基本功能，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設備本體及組合電子式互感器、開關設備控制器、機械狀態(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��、分合狀態(tài)和機構(gòu)儲能、閉鎖信息進行測量，并通過基于IEC61850 的通信網(wǎng)絡傳送至站控層�？刂乒δ荏w現(xiàn)在站控層能通過基于 IEC61850 的通信網(wǎng)絡用GOOSE 命令對其進行分合操作。監(jiān)測功能體現(xiàn)在該差壓變送器能對斷路器的機械特性、溫度等狀態(tài)信息進行在線監(jiān)測，并通過基于 IEC61850 的通信網(wǎng)絡上傳至站控層。

 

1.2.2 中壓差壓變送器優(yōu)點

相對于傳統(tǒng)的開關設備，中壓差壓變送器具有以下典型優(yōu)點：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；二是對外采用標準的 IEC61850 電 / 光纖以太網(wǎng)接口，設計、現(xiàn)場調(diào)試及維護工作量��；三是能夠?qū)崿F(xiàn)對開關設備自身狀態(tài)的感知和評估，有利于實現(xiàn)對開關設備的優(yōu)化控制，提升開關設備的可靠性，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)化運行，提升用電的安全可靠性。

 

1.2.3 當前中壓智能開關存在的問題

當前中壓智能開關和傳統(tǒng)開關相比具有不少的優(yōu)勢，但是在實際應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)絡結(jié)構(gòu)復雜，增加了設備投入，降低了可靠性。

狀態(tài)檢測技術還不能完全滿足狀態(tài)檢修和優(yōu)化運行的要求。對中壓開關設備運行狀態(tài)的識別缺乏有效的數(shù)學方法和技術手段，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的運行要求，解決當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)球團得到了很好的應用。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、動力機構(gòu)、傳動機構(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、開關柜溫濕度檢測與控制和開關柜小室紅外視頻監(jiān)控功能，可從液晶屏觀察開關柜母排室、觸頭的情況。

IED：安裝在斷路器內(nèi)。具有保護測控、斷路器控制、同步分斷與合分閘功能、在線機械特性分析、電動底盤車控制、電動接地刀控制、觸頭無線測溫、故障錄波、永磁機構(gòu)或彈簧機構(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，一二次設備集成、功能集成、系統(tǒng)集成和專業(yè)集成的設計原則，在不改變站控層網(wǎng)絡的基礎上，將原來間隔層設備和過程層設備進行有效集成，模塊化設計集成到一個裝置中。該裝置是通過站控層網(wǎng)絡與站控層設備交互的非常好設備，并通過直連方式與開關本體交互，對變電站系統(tǒng)來說僅有兩層一網(wǎng)，簡化了網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)復雜度，大大簡化斷路器內(nèi)接線和開關柜內(nèi)接線。#終建立緊湊化結(jié)構(gòu)的新一代中壓智能設備網(wǎng)絡信息流。二是，它將傳統(tǒng)二次設備進行模塊化設計并集成到差壓變送器中，集成了保護測控、智能終端、合并單元、狀態(tài)監(jiān)測等二次設備的功能，可以實現(xiàn)站控層設備與開關本體的交互，同時支持差壓變送器前沿技術（如狀態(tài)評估與故障診斷技術、智能控制技術、聲學指紋技術等）的應用擴展。三是，它實現(xiàn)主斷路器、電動底盤車、電動接地刀機械聯(lián)鎖、電氣聯(lián)鎖和軟件聯(lián)鎖，實現(xiàn)“一鍵停 /送電”程序化控制。電動執(zhí)行單元shou次實現(xiàn)控制電機軟起軟停、堵轉(zhuǎn)保護、超時保護及全過程錄波等功能；shou次實現(xiàn)三相機械聯(lián)動斷路器基于電壽命累積選擇shou開相功能，提高開關設備的使用壽命；shou次實現(xiàn)滅弧室斷口實時監(jiān)測功能；shou次實現(xiàn)基于開關主觸頭累積燃弧燒蝕計算預測電壽命功能；shou次實現(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)境溫度的散熱風機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，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。通過預置的多種傳感器進行斷路器在線斷口監(jiān)測、機械特性監(jiān)測、燃弧電流計算及滅弧室壽命預測、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，對設備機械狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程和細部特征可以更準確地辨識；同時，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，它具有友好的人機界面。在 DP 的人機界面上，可以顯示主接線圖、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、保護整定、狀態(tài)監(jiān)測、裝置設置和系統(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)頁服務功能，可以通過普通手持終端（智能手機、平板電腦等）或 PC 對設備進行系統(tǒng)參數(shù)設置、實時狀態(tài)監(jiān)視、開關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

對于開關設備的狀態(tài)監(jiān)測，主要通過對其動作特性來實現(xiàn)。其中包含兩個方面：一是動作過程中每個事件的時間點，二是動作過程中信號的波形。以永磁開關設備為例，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間點，作實時計算。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，導致無法很輕易地得到拐點的時間點。又如飽和后的線圈電流會表現(xiàn)得很起伏�？啬鸽妷阂矔�有毛刺、紋波或畸變。而觸點信號也會因為彈跳而有畸變。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)建立起的開關設備數(shù)據(jù)庫進行比對，從而對超出動作特性的情況作出預警。4 KYN28- EV型中壓差壓變送器在三鋼的應用為了實現(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，大力推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。三鋼為響應guojia號召，淘汰落后產(chǎn)能，新增和改造設備的大型化對用電負荷容量也隨之增大，對控制配電的中壓開關的要求也越來越高，操作人員現(xiàn)場操作、維護這些中壓開關也面臨著一些風險，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)廠球團實現(xiàn)了用電“信息采集數(shù)字化、一次設備智能化、二次設備網(wǎng)絡化、設備狀態(tài)可視化、監(jiān)控系統(tǒng)一體化”。

10 kV 開關間隔采用間隔層和過程層合一的方式進行配置，即按一體化差壓變送器的方式進行配置，從而在 10 kV 側(cè)真正實現(xiàn)了一次設備的測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡化、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測控裝置采用 IEC61850-8- 1 協(xié)議進行通信。

GOOSE 則采用各裝置之間直接光纖連接，實現(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)廠球團項目中得到較好的應用，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，該中壓智能開關在間隔層和過程層設備的有效集成，簡化網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的復雜度、一二次設備的有機融合、智能組件的模塊化、集成化、IEC61850 應用的規(guī)范化等方面都進行了有突破性的創(chuàng)新和嘗試。

當然，在開關設備的綜合監(jiān)測、評估、診斷及運行趨勢的分析方面仍有很大的改進空間，設備所監(jiān)測的信號還大多局限于對部分關鍵零部件的部分信號進行監(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)設備實時機械狀態(tài)，不利于高壓開關設備的狀態(tài)評估和故障診斷。另外開關設備的多點監(jiān)控、遠程診斷、專家會議等方面也還有很大的改進空間，二次信息再處理的綜合分析和診斷能力還需進一步加強。這些將是未來智能開關技術發(fā)展的趨勢。