一、智能配電概述

1.1智能電網(wǎng)配電規(guī)劃

2010年2月，國家電網(wǎng)公司起草了《堅強智能電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備(系統(tǒng))研制規(guī)劃》，根據(jù)該研制規(guī)劃，在配電環(huán)節(jié)，擬設(shè)立智能配電設(shè)備、配電自動化與配網(wǎng)規(guī)劃、分布式電源和微網(wǎng)控制保護及接入三個研究領(lǐng)域。研制和開發(fā)配電開關(guān)、節(jié)能配電變壓器、控制保護一體化終端等關(guān)鍵設(shè)備;通過系統(tǒng)設(shè)計完善自動化系統(tǒng)和消除信息屏障，滿足智能化的發(fā)展目標。

研制分布式電源和微網(wǎng)標準化換流裝置、電能質(zhì)量治理裝置、保護計量及監(jiān)測裝置、大容量、高可靠快速切換固態(tài)開關(guān)，最終研制技術(shù)領(lǐng)先、切實可行、認識一致的智能配電網(wǎng)系統(tǒng)及設(shè)備，保障試點工程，為全面建設(shè)智能電網(wǎng)奠定堅實基礎(chǔ)。

圖(配電環(huán)節(jié)智能化規(guī)劃)技術(shù)標準和關(guān)鍵設(shè)備規(guī)劃

1.2智能電網(wǎng)智能配電設(shè)備發(fā)展趨勢

通用性、免維護、智能化、小型化、操作方便、外觀精美、低成本金屬封閉開關(guān)將向著高可靠性的方向發(fā)展。開發(fā)新一代全工況、免維護、高可靠性、小型化的負荷開關(guān)以及環(huán)網(wǎng)柜，可實現(xiàn)配電自動化，是環(huán)網(wǎng)柜發(fā)展的重要方向。

配電網(wǎng)測控保護技術(shù)將向廣域信息、自適應(yīng)、可邏輯重組、支持動態(tài)在整定的方向發(fā)展，以適應(yīng)多元化電源和靈活供、配電的要求。各種保護、控制技術(shù)將進一步與配電一次設(shè)備相互滲透、融合，發(fā)展為一體化智能設(shè)備。

二、智能開關(guān)設(shè)備

智能開關(guān)設(shè)備是整合所有智能組件的高壓開關(guān)設(shè)備，實現(xiàn)對開關(guān)設(shè)備狀態(tài)進行就地實時監(jiān)測和評估，依據(jù)評估結(jié)果進行控制或以智能電網(wǎng)相關(guān)系統(tǒng)可識別的語言廣播設(shè)備的狀態(tài)。

智能化開關(guān)設(shè)備除滿足常規(guī)設(shè)備的原有功能外，還應(yīng)具備以下功能：

n靈敏準確地獲取信息的感知功能;

n對獲取信息的處理能力;

n對處理結(jié)果的思維判斷能力;

n對判斷結(jié)果進行有效操作的能力。

智能電網(wǎng)對電力開關(guān)設(shè)備要求：

n可觀測：全面反映系統(tǒng)宏觀和微觀信息

n可控制：對觀測到的狀態(tài)可進行調(diào)節(jié)和控制

n分布式：集中與分散相結(jié)合，大范圍統(tǒng)一監(jiān)測和控制

n智能分析狀態(tài)評估和主動預(yù)警：

自診斷、專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘、模糊推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

開關(guān)設(shè)備智能化功能的界定：

智能化的開關(guān)設(shè)備至少應(yīng)當具備有:

a)多個參數(shù)的在線監(jiān)測、診斷和調(diào)節(jié)功能;

b)具備標準的數(shù)據(jù)通信接口，支持遠程功能調(diào)用和數(shù)據(jù)召喚。

智能開關(guān)設(shè)備的特征：

1)全面的狀態(tài)監(jiān)測;

2)嵌入式自診斷，主動式狀態(tài)檢修;

3)標準的分布式通信結(jié)構(gòu)(兼容);

4)設(shè)備的自我描述能力(通信);

5)設(shè)備的自我管理能力(運行數(shù)據(jù)、歷史檔案管理);

6)可配置(模塊化結(jié)構(gòu)、界面、功能、通信等可配置);

7)設(shè)備的自我調(diào)節(jié)(如：溫濕度調(diào)節(jié)，斷路器進/出，分合控制，地刀控制等);

8)維修和維護操作指導(dǎo);

9)高可靠性(堅強、自愈);

10)良好的兼容性和可擴展性。

智能開關(guān)設(shè)備主要應(yīng)用技術(shù)：

智能開關(guān)設(shè)備的發(fā)展趨勢

1)集成化多種單一的狀態(tài)監(jiān)測功能裝置被取代;

2)網(wǎng)絡(luò)化開關(guān)設(shè)備具有符合現(xiàn)場總線標準的狀態(tài)監(jiān)測和診斷接口，支持遠程功能調(diào)用

3)模塊化智能開關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、診斷和控制所需要的各個功能逐漸模塊化，標準化，具有高度的可互換性和可配置性

4)智能診斷開關(guān)設(shè)備將具有一定程度的嵌入式診斷和報警能力

5)將能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備全生命周期數(shù)據(jù)的管理

6)將發(fā)展出更多狀態(tài)監(jiān)測功能，例如局放、電弧光、SF6泄漏、避雷器監(jiān)測、CT開路監(jiān)測等。。。

7)將發(fā)展出一系列的輔助功能，如設(shè)備物料管理、設(shè)備文檔管理、SOE等

8)本地和遠程接口更加豐富：USB,藍牙,串口，網(wǎng)口。。。

9)支持本地視頻顯示和網(wǎng)絡(luò)視頻(圖像)服務(wù)器功能

10)與開關(guān)設(shè)備一次、二次更緊密結(jié)合，共同通過系列化測試，保證設(shè)備的絕緣、精度和可靠性。

三、智能環(huán)網(wǎng)柜

智能交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備

具有較高性能的金屬封閉開關(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，不僅具有金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(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。(NB/T 42044-2014 3.6kV~40.5kV智能交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備)

有關(guān)標準

nGB/T 28811-2012《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備基于IEC 61850的數(shù)字接口》

nGB/T 28810-2012

《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備電子及其相關(guān)技術(shù)在開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的輔助設(shè)備中的應(yīng)用》

nGB/T 11022-2011

《高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標準的共用技術(shù)要求》

nGB/T 17626-2002系列《電磁兼容試驗和測量技術(shù)》

nNB/T 42044-2014《3.6kV～40.5kV智能交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》;

nDL/T 860-2006《變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》

將開關(guān)柜常見的故障類型

Ø拒分、拒合和誤動故障：其原因：一類是因操動機構(gòu)及傳動系統(tǒng)的機械故障造成;另一類是因電氣控制和輔助回路造成。

Ø絕緣故障：表現(xiàn)為外絕緣對地閃絡(luò)擊穿，相間絕緣閃絡(luò)擊穿，雷電過電壓閃絡(luò)擊穿，瓷瓶套管、電容套管閃絡(luò)、污閃、擊穿、爆炸，提升桿閃絡(luò)，CT閃絡(luò)、擊穿、爆炸、瓷瓶斷裂等。

Ø開斷與關(guān)合故障：滅弧室絕緣強度下降，電磨損超限等。

Ø載流故障：隔離插頭接觸不良導(dǎo)致觸頭燒融等。

Ø外力及其他故障：包括異物撞擊，自然災(zāi)害，小動物短路等。

技術(shù)研究現(xiàn)狀—絕緣狀態(tài)監(jiān)測

Ø介質(zhì)損耗

ü介質(zhì)的功率損耗與介質(zhì)損失角正切成正比，能反映電介質(zhì)內(nèi)單位體積中能量的損耗;

ü測量介質(zhì)損耗角的方法有平衡電橋法、不平衡電橋法、全數(shù)字測量法等。

Ø局部放電

ü電氣測量法：無線電干擾測量、介損測量、脈沖電流測量法等;

ü非電檢測法：超聲波法、光檢測法和絕緣油的氣相色譜分析法等。

Ø泄漏電流

ü在設(shè)備接地線串入取樣電阻或微安表、在接地線上加套小電流零磁通傳感器等。

技術(shù)研究現(xiàn)狀—溫濕度監(jiān)測、凝露監(jiān)測

ü溫、濕度監(jiān)測：柜內(nèi)、母線連接處等工作狀態(tài)監(jiān)測。

ü凝露監(jiān)測：凝露傳感器，或利用溫度、濕度傳感器可以測量顯示相對濕度;自動加熱除濕控制器防止凝露。

Ø滅弧室真空度：真空壓力值檢測

ü在線監(jiān)測：電光變換法、耦合電容法等。

ü離線檢測：磁控發(fā)電法測試、工頻耐壓法、火花計法、高頻預(yù)擊穿電流法、分子吸附時間法等;

Ø滅弧室觸頭電磨損情況

ü開斷電流的有效值監(jiān)測(由高壓電流互感器和二次電流傳感器測量)：基于電壽命曲線的開斷電流加權(quán)累積法。

ØC-GIS高壓開關(guān)柜SF6氣體監(jiān)測

ü主要是對SF6氣體在不同溫度、濕度、壓力下密度的監(jiān)測、預(yù)測SF6氣體泄漏趨勢;

ü其原理是根據(jù)繪制壓力、溫度和密度的狀態(tài)參數(shù)曲線的經(jīng)驗公式根據(jù)測量的參數(shù)求解方程式得出其實時密度。

Ø隔離開關(guān)觸頭接觸部位溫升監(jiān)測

ü電子式、光纖光柵式等溫升傳感器;

ü利用紅外光的輻射強度或?qū)⒏袦卦b在導(dǎo)體上，轉(zhuǎn)換成信號傳到低電位再換原成溫度信號。

技術(shù)研究現(xiàn)狀—機械監(jiān)測

Ø線圈是否接通、鐵芯是否卡澀、脫扣是否有障礙、傳動機構(gòu)運行和連接狀態(tài)

ü分/合線圈電流、電壓波形監(jiān)測(補償式霍爾電流傳感器、小電流零磁通傳感器)：分析波形中特征點的時間參數(shù)并進行前后對照。

Ø開關(guān)的機械部分磨損、疲勞老化等故障

ü行程、分合速度和時間監(jiān)測(直線、旋轉(zhuǎn)和直線加旋轉(zhuǎn)位移傳感器、振動傳感器)：操作過程中行程和速度隨時間的變化關(guān)系;

ü計算動觸頭行程、分合閘同期性、平均速度、剛分后及剛合前10ms內(nèi)速度平均值、速度最大值等;

Ø彈簧機構(gòu)彈簧壓縮狀態(tài)、鎖扣部分的工作狀態(tài)

ü直接監(jiān)測(壓力傳感器)：通過測量合閘彈簧壓力值的大小，判斷彈簧壓縮狀態(tài)，這種方法需要在機構(gòu)上安裝壓力傳感器。

ü間接監(jiān)測(電流傳感器)：通過測量儲能電動機的工作電流變換及工作時間，監(jiān)測合閘彈簧的狀態(tài)，通過分析電流波形得到電流特征參數(shù)的變化，從而反應(yīng)彈簧狀態(tài)的變化。

Ø儲能電機參數(shù)監(jiān)測

ü油泵打壓頻度增加，彈簧儲能不到位電機過負荷報警等來預(yù)告儲能系統(tǒng)液壓油不清潔、閥口密封破壞及系統(tǒng)異常、彈簧機構(gòu)狀態(tài)異常等故障。

技術(shù)研究現(xiàn)狀—保護功能

Ø開關(guān)本體可對過電流、短路故障進行檢測與判斷，并發(fā)出指令使開關(guān)可靠分閘。

Ø高壓開關(guān)柜的保護單元將控制、信號、保護、測量和監(jiān)視等功能組合起來，使之具有連續(xù)自監(jiān)視以及與變電站控制系統(tǒng)直接連接等功能。

真空斷路器的分斷操作：小負載時觸頭以較低的速度分斷，接到短路信號時全速分斷，以獲得最佳的開斷效果。

四、智能配電市場的前景

為實現(xiàn)建設(shè)統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)的總目標，國網(wǎng)公司將建設(shè)工作分為三階段，其中第三階段(2016-2020)的主要內(nèi)容就是全面建成統(tǒng)一的堅強智能電網(wǎng)，管理、技術(shù)和裝備全面達到國際先進水平。

目前我國配電網(wǎng)平均自動化率僅為10%左右，十分薄弱，設(shè)備相對落后，且配電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基本上為放射狀(部分縣城電網(wǎng)已構(gòu)成手拉手環(huán)網(wǎng)供電)，大部分通信調(diào)度手段落后，配電網(wǎng)沒有處于最經(jīng)濟、可靠的運行狀態(tài)。

由于配電網(wǎng)中的變電站數(shù)量甚為巨大，若采用光纖通訊，建設(shè)成本與現(xiàn)在的輸電網(wǎng)光纖通訊的投資相比將呈幾何級數(shù)的規(guī)律增長;相比而言，3G技術(shù)具有帶寬高、傳輸速度快、可傳輸視頻等優(yōu)點，且可靠性高、成本低，因此可為配電網(wǎng)提供最佳的通信模式。

我國智能電網(wǎng)建設(shè)將在部分地區(qū)實行試點，然后在全國范圍內(nèi)逐步推廣，最終到2020年建設(shè)完成。預(yù)計到2020年智能電網(wǎng)總投資或?qū)⒊^1.2萬億元。在智能電網(wǎng)的投資構(gòu)成上，智能配電網(wǎng)和智能變電站大約有20%的市場份額。