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(kāi)關(guān)設備也在不斷地完善和發(fā)展。以現階段差壓變送器的特點(diǎn)為切入點(diǎn)，結合三鋼在差壓變送器的#新開(kāi)發(fā)成果，介紹其在 KYN28 型中壓差壓變送器開(kāi)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(jiǎn)稱(chēng)三鋼）燒結廠(chǎng)球團、煉鐵高爐項目上得到了較好的應用。經(jīng)實(shí)踐檢驗，該設備能很好地滿(mǎn)足三鋼智慧化工廠(chǎng)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(kāi)關(guān)設備的研制，主要集中在氣體絕緣全封閉高壓開(kāi)關(guān)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，KYN28型差壓變送器的研制還處于起步階段，并且現階段我國的差壓變送器基本采用的都是“一次設備機構加外置分散智能組件”模式，在實(shí)際應用中還存在一些問(wèn)題。本文介紹的是一種基于在三鋼燒結廠(chǎng)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(shí)踐證明該差壓變送器能很好地滿(mǎn)足 10 kV變配電站智能化的要求。

 

1 差壓變送器特點(diǎn)和現狀

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(kāi)關(guān)設備和控制設備，配裝有電子設備、變送器和執行器，不僅具有開(kāi)關(guān)設備的基本功能，還具有附加功能，尤其在監測和診斷方面。另外，它具有在線(xiàn)監測功能、智能控制功能、數字化接口功能和程序化操作功能。

 

1.2 中壓差壓變送器現狀

1.2.1 系統結構

現階段中壓差壓變送器一般是由開(kāi)關(guān)設備本體及組合電子式互感器、開(kāi)關(guān)設備控制器、機械狀態(tài)監測 IED等分散智能組件組成。它不僅具有傳統斷路器的基本功能，還具有測量、控制和監測功能。測量功能體現在能夠對斷路器主回路的電流電壓、分合狀態(tài)和機構儲能、閉鎖信息進(jìn)行測量，并通過(guò)基于IEC61850 的通信網(wǎng)絡(luò )傳送至站控層�？刂乒δ荏w現在站控層能通過(guò)基于 IEC61850 的通信網(wǎng)絡(luò )用GOOSE 命令對其進(jìn)行分合操作。監測功能體現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(jìn)行在線(xiàn)監測，并通過(guò)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)

相對于傳統的開(kāi)關(guān)設備，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，能大大節約變電站電纜等元件及占地面積的使用，體現了環(huán)保節約理念；二是對外采用標準的 IEC61850 電 / 光纖以太網(wǎng)接口，設計、現場(chǎng)調試及維護工作量��；三是能夠實(shí)現對開(kāi)關(guān)設備自身狀態(tài)的感知和評估，有利于實(shí)現對開(kāi)關(guān)設備的優(yōu)化控制，提升開(kāi)關(guān)設備的可靠性，延長(cháng)其使用壽命；四是能夠實(shí)現與廠(chǎng)用電監控系統的信息互動(dòng)，有利于智慧電廠(chǎng)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(kāi)關(guān)存在的問(wèn)題

當前中壓智能開(kāi)關(guān)和傳統開(kāi)關(guān)相比具有不少的優(yōu)勢，但是在實(shí)際應用中還存在一些問(wèn)題。由于好立裝置均需要與系統通信，如圖 1 所示，網(wǎng)絡(luò )結構復雜，增加了設備投入，降低了可靠性。

狀態(tài)檢測技術(shù)還不能完全滿(mǎn)足狀態(tài)檢修和優(yōu)化運行的要求。對中壓開(kāi)關(guān)設備運行狀態(tài)的識別缺乏有效的數學(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(kāi)發(fā)針對三鋼智慧化工廠(chǎng)用電中壓開(kāi)關(guān)的運行要求，解決當前中壓差壓變送器存在的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了KYN28- EV型中壓差壓變送器，并在三鋼煉鐵高爐、燒結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成：

開(kāi)關(guān)柜：內裝母線(xiàn)銅排、斷路器、電動(dòng)底盤(pán)車(chē)、電動(dòng)接地刀、IED、DP 等。斷路器：由 3 相滅弧室、動(dòng)力機構、傳動(dòng)機構等組成。

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

IED：安裝在斷路器內。具有保護測控、斷路器控制、同步分斷與合分閘功能、在線(xiàn)機械特性分析、電動(dòng)底盤(pán)車(chē)控制、電動(dòng)接地刀控制、觸頭無(wú)線(xiàn)測溫、故障錄波、永磁機構或彈簧機構分合控制及在線(xiàn)監測等功能。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、系統集成和專(zhuān)業(yè)集成的設計原則，在不改變站控層網(wǎng)絡(luò )的基礎上，將原來(lái)間隔層設備和過(guò)程層設備進(jìn)行有效集成，模塊化設計集成到一個(gè)裝置中。該裝置是通過(guò)站控層網(wǎng)絡(luò )與站控層設備交互的非常好設備，并通過(guò)直連方式與開(kāi)關(guān)本體交互，對變電站系統來(lái)說(shuō)僅有兩層一網(wǎng)，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò )結構和系統復雜度，大大簡(jiǎn)化斷路器內接線(xiàn)和開(kāi)關(guān)柜內接線(xiàn)。#終建立緊湊化結構的新一代中壓智能設備網(wǎng)絡(luò )信息流。二是，它將傳統二次設備進(jìn)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)監測等二次設備的功能，可以實(shí)現站控層設備與開(kāi)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）的應用擴展。三是，它實(shí)現主斷路器、電動(dòng)底盤(pán)車(chē)、電動(dòng)接地刀機械聯(lián)鎖、電氣聯(lián)鎖和軟件聯(lián)鎖，實(shí)現“一鍵停 /送電”程序化控制。電動(dòng)執行單元shou次實(shí)現控制電機軟起軟停、堵轉保護、超時(shí)保護及全過(guò)程錄波等功能；shou次實(shí)現三相機械聯(lián)動(dòng)斷路器基于電壽命累積選擇shou開(kāi)相功能，提高開(kāi)關(guān)設備的使用壽命；shou次實(shí)現滅弧室斷口實(shí)時(shí)監測功能；shou次實(shí)現基于開(kāi)關(guān)主觸頭累積燃弧燒蝕計算預測電壽命功能；shou次實(shí)現基于監測量的智能控制功能，包括基于電流電壓監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(kāi)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據綜合處理手段。通過(guò)預置的多種傳感器進(jìn)行斷路器在線(xiàn)斷口監測、機械特性監測、燃弧電流計算及滅弧室壽命預測、觸頭溫升監測及柜體溫濕度監測等功能，將這些反映不同位置和不同類(lèi)型狀態(tài)特征的信號有效地綜合，對設備機械狀態(tài)的轉換過(guò)程和細部特征可以更準確地辨識；同時(shí)，通過(guò)不同信號提取相同特征量并作分析比對，增加了監測系統的冗余能力，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(xiàn)圖、實(shí)時(shí)數據、歷史數據、保護整定、狀態(tài)監測、裝置設置和系統幫助等內容，如圖5 和圖 6。

六是，它具備在線(xiàn)監測 WEB 頁(yè)面功能。如圖 7所示，該中壓差壓變送器提供 WEB 網(wǎng)頁(yè)服務(wù)功能，可以通過(guò)普通手持終端（智能手機、平板電腦等）或 PC 對設備進(jìn)行系統參數設置、實(shí)時(shí)狀態(tài)監視、開(kāi)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)監測及專(zhuān)家系統的建立

對于開(kāi)關(guān)設備的狀態(tài)監測，主要通過(guò)對其動(dòng)作特性來(lái)實(shí)現。其中包含兩個(gè)方面：一是動(dòng)作過(guò)程中每個(gè)事件的時(shí)間點(diǎn)，二是動(dòng)作過(guò)程中信號的波形。以永磁開(kāi)關(guān)設備為例，每一次合閘操作要經(jīng)歷如下的事件（見(jiàn)表 1）：

系統會(huì )先對以上事件的時(shí)間點(diǎn)，作實(shí)時(shí)計算。而采集到的信號波形，通常不會(huì )是一條“干凈”的曲線(xiàn)。如線(xiàn)圈電流會(huì )充斥著(zhù)毛刺，導致無(wú)法很輕易地得到拐點(diǎn)的時(shí)間點(diǎn)。又如飽和后的線(xiàn)圈電流會(huì )表現得很起伏�？啬鸽妷阂矔�(huì )有毛刺、紋波或畸變。而觸點(diǎn)信號也會(huì )因為彈跳而有畸變。信號的噪聲特征歸結為毛刺、噪聲、紋波等。這些信號會(huì )先經(jīng)過(guò)模擬和數字濾波，把噪聲濾除后，才能作為專(zhuān)家系統的輸入量。

以上兩個(gè)方面的特性，會(huì )輸入到專(zhuān)家系統。專(zhuān)家系統會(huì )把它們與系統內建立起的開(kāi)關(guān)設備數據庫進(jìn)行比對，從而對超出動(dòng)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(shí)現低成本、低消耗、低污染，化解產(chǎn)能過(guò)剩，2016 年各種政策方案相繼頒布，大力推進(jìn)供給側結構性改革。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(kāi)關(guān)的要求也越來(lái)越高，操作人員現場(chǎng)操作、維護這些中壓開(kāi)關(guān)也面臨著(zhù)一些風(fēng)險，采用新型中壓差壓變送器能夠較好地解決這些問(wèn)題。

如下頁(yè)圖 8 所示，采用 KYN28- EV 型中壓差壓變送器的煉鐵高爐、燒結廠(chǎng)球團實(shí)現了用電“信息采集數字化、一次設備智能化、二次設備網(wǎng)絡(luò )化、設備狀態(tài)可視化、監控系統一體化”。

10 kV 開(kāi)關(guān)間隔采用間隔層和過(guò)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 側真正實(shí)現了一次設備的測量數字化、控制網(wǎng)絡(luò )化、狀態(tài)可視化、功能一體化和信息互動(dòng)化。

站控層與間隔層保護測控裝置采用 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、燒結廠(chǎng)球團項目中得到較好的應用，以其清晰的界面操作、一體化的監控系統平臺（包括機械特性分析系統、觸頭無(wú)線(xiàn)測溫系統、視頻監控系統、一鍵順控系統等）、可靠的操控性能，更高的可靠性，得了用戶(hù)的好評。

 

5 結語(yǔ)

如上所述，該中壓智能開(kāi)關(guān)在間隔層和過(guò)程層設備的有效集成，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )結構和系統的復雜度、一二次設備的有機融合、智能組件的模塊化、集成化、IEC61850 應用的規范化等方面都進(jìn)行了有突破性的創(chuàng )新和嘗試。

當然，在開(kāi)關(guān)設備的綜合監測、評估、診斷及運行趨勢的分析方面仍有很大的改進(jìn)空間，設備所監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)行監測，如行程、分合線(xiàn)圈電流等信號，通過(guò)這些信號提取的參數只能反映部分零部件的工作情況和有限的狀態(tài)特征，不能完整展現設備實(shí)時(shí)機械狀態(tài)，不利于高壓開(kāi)關(guān)設備的狀態(tài)評估和故障診斷。另外開(kāi)關(guān)設備的多點(diǎn)監控、遠程診斷、專(zhuān)家會(huì )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。這些將是未來(lái)智能開(kāi)關(guān)技術(shù)發(fā)展的趨勢。