随着数字化特殊是智能化变电站试点事情的不断推进，继电保护、自动装置等二次设备的数字化和网络化得到了足够的重视和长足的发展，基于数字化、网络化二次设备的综合自动化变电站越来越多，这大大提高了电网培植的当代化水平，增强了输配电和电网调度的灵巧性和可靠性。但由于各种缘故原由，一次设备的智能化却相对滞后了。
本文先容了洞开式智能变电站智能组件及其掌握柜较新的设计方案和设计理念，希望这种数字化变电站系统设计的新方案和新思路能为用户节省大量投资，为设计院减轻大量事情, 同时也提升了变电站培植整体的智能化水平。
1.1 智能终真个基本功能
1.1.1 智能终真个掌握功能
智能终端作为与一次设备联系的智能组件之一，必须知足目前智能变电站的基本功能哀求。智能终端是在传统操作箱上蜕变而来的，由于智能变电站网络化上风，传统操作箱的很多旗子暗记可由智能终端以数字化的办法实现，可大大简化操作回路。
因此可将智能终端操作回路设计成能与分相或三相操作的断路器合营利用，使装置具有传统操作箱功能，并实现部分测控功能，支持IEC 61850的GOOSE办法的跳合闸命令，同时又能保留了传统的硬接点跳合闸办法，能够采集并上送开关位置、隔刀及地刀位置、开关本体旗子暗记，提高装置的利用范围。
对付开关状态及跳闸命令采取GOOSE数据格式传输。为了知足GOOSE传输的实时性,GOOSE传输采取变位时立即发送，此后按照一定的存续韶光进行间隔发送，如此发送，末了采取固定时间传送。如图1。
图1 GOOSE信息发送时序图
1.1.2 智能终真个监测功能
在AIS变电站中，智能终端需就地安装，与断路器及隔离开关等设备间隔很近，可增加智能终真个就地通讯功能，合营相应的传感设备可监测操作机构分、合闸线圈事情电流及分合闸回路状态的检测。
线圈事情电流的波形，反响了铁芯运动状态和机器状态。根据电流波形的特色参数可以打算出铁芯启动韶光、运动韶光、线圈通电韶光，从而得到铁芯运动状态，从中创造是否有铁芯卡滞征象，以及铁芯的行程和铁芯吸力等参数的变革情形。
装置通过采集每次操作时流过断路器跳合闸线圈的电流和韶光，并与开关出厂时已经预置的参数进行比拟，终极得到该机器构造在操作时电流和韶光的变革百分比。
根据断路器操作机构在动作时所需的电流和动作韶光的变革可以准确推断断路器操作机构的机器磨损情形，为断路器操作机构的检修供应准确的数字依据.
智能终端通过传感器采集电机运行电流，并由此得到电机的运行韶光,与正常电机运转的电流和韶光进行比拟，从而判断是否存在电机空转和卡转等情形，并通过监控上送给运行职员。范例的电机分合闸线圈的运行电流曲线如图2所示：
图2 电机分合闸线圈的运行电流曲线
分合闸回路是否无缺，是分合闸线圈顺利动作的基本担保。对此监测可预防断路器由掌握回路断线故障而拒动。这样可以减少“拒动”征象发生的几率，有益于断路器稳定运行。如涌现非常就能报警。
其余，对付断路器、隔离接地组合开关触头位置状态的监测以及断路器和隔离接地开关的操作机构的监测，可以作为触头位置的状态指示及干系特性剖析的一个判断依据和触头位置的状态指示及干系特性剖析的一个判断依据。
1.2 智能终真个高等功能
AIS智能变电站中利用的电子式或者光学互感器的暂稳态特性和精度都高于传统电磁式互感器，因此可通过采集断路器在电网中开断不同大小的故障电流，来实现断路器电寿命的折算。
影响开关电寿命的随机成分太多, 如不同产品构造相异, 对同样的开断电流却表现出不同的电磨损：同一产品在不同试验站也有不同的试验结果，乃至同一产品在同一试验站做两个系列的电寿命试验也可能得到不同的结果。但是, 诸如燃弧韶光、触头及喷嘴的构造与材料等随机成分对灭弧室烧蚀的影响, 从累计的角度考虑, 都可加以简化, 从而可以得到一个比较可行的近似折算公式。
断路器可配置一组独立的电子式CT线圈，智能终端通过采集器采集每次开关时拉开故障电流和开断韶光进行累计，根据1.1.2中监测到的相开关的故障切除时的电流，打算每相断路器的累加值，并根据此累加值对开关寿命进行科学评估，显示剩余寿命。
为了延长开关设备寿命，可通过采集器采集本间隔的电压，开关跳闸时按电压波形掌握合闸角，按最佳灭弧韶光掌握跳闸，以减少操作过电压。
开关寿命的折算须要理解各型号断路器的特性，并须要有大量的实验数据供剖析利用，目前智能终端紧张由二次厂家研发，智能终端该部分功能还未能实际运用。
须要一二次设备厂家相互互换合营，根据断路器厂家供应开断电流的实验数据，同时还要结合海内电网的故障率进行剖析，由于目前没有可靠海内电网的故障率统计数据，要实现实现断路器寿命的折算还须要进行大量的事情，但是可根据国外的数据参考，从而进行侧面推测。
2 设备的状态检测2.1 断路器动作特色监测
作为智能掌握柜，柜内可集成安装断路器动作特色监测IED，实现储能电机电流的监测，得到储能电机的事情信息；监测合（分）闸回路的状态，推测是否有打仗不良、断线等情形发生，反响电磁本身和所掌握的锁闩或阀门，以及连锁触头在操作过程中的事情情形；动触头行程和速率的监测。
2.2 SF6断路器的微水密度监测
SF6微水及密度监测IED中的传感器单元通过高精度压力、湿度及温度变送器，经由A/D转换成数字量，再经由微处理器进行补偿运算及处理，通过电缆接口将采集数据发送到SF6微水及密度监测IED；SF6微水及密度监测IED通过显示器直接显示被测高压设备中SF6气体的温度、压力、密度、体积比和露点。
2.3 电流电压互感器的监测
监测电流互感器、电压互感器电气设备的绝缘状况，包括介损、泄露电流、电容量、电容量变革率、相对介损等各项主要指标。
传感器的旗子暗记取样采取穿芯构造的有源零磁通设计技能，选用起始导磁率较高、损耗较小的坡莫合金作铁芯，采取独特的深度负反馈补偿技能，能够对铁芯的激磁磁势进行全自动补偿，保持铁芯事情在靠近空想的零磁通状态，使其基本不受环境温度及电磁滋扰的影响，从根本上办理了末屏电流旗子暗记的精确取样问题。
高精度的有源零磁通传感器将透露电流经A/D转换成数字量，再经由微处理器进行DFT运算及处理,通过485接口将采集到的数据发送到容性设备监测IED。
目前利用的状态监测IED还是按类型设置不同IED，造成了掌握柜内设备较多，监测系统组网也相对繁芜，由于监测传感器供应的是RS485接口或者是小仿照量旗子暗记，因此可将上述类型的监测装置集成为一台针对本间隔的集中监测的IED，IED采取IEC61850协议，与状态监测系统通讯，特殊是现在智能变电站利用一体化监控平台，监测IED可将监测数据文件在召唤时以文件做事办法传送至站控层网络，简化系统组网构造。
3 智能掌握柜3.1 智能掌握柜的构造优化
户外AIS变电站，由于一次设备没有组合电气那样集成，就地除了须要有安装智能终端和状态监测装置的柜体外，还有供应动力电源的电源端子箱以及断路器本身的旗子暗记端子箱，为了方便不雅观察运行办法还须要在掌握柜上集成仿照主接线，占用了大量的掌握柜空间，施工也较麻烦，集成度不高。因此可将各端子箱的功能集成，由一壁智能掌握柜知足以上功能的哀求。如图3。
图3 一体化掌握柜实物图
本方案除了安装各智能组件外，还集成了互换端子箱及断路器的旗子暗记箱，各设备间的联系可在柜内完成，对外通过光纤与过程层网络通讯，实现一次设备的掌握和信息采集，并且智能终端面板可集本钱间隔的仿照主接线，如图4。
图4 智能终端面板的仿照接线
智能掌握柜的构造优化节约了电缆等设备投资以及相应的施工投资，基于一二次整合的AIS智能掌握柜能够有效地取消和简化冗余回路，提高了全体二次回路的可靠性，大大简化了设计和现场施工的事情量，同时使得变电站的整体也更加简洁。
如果和固定的一次设备厂家合营，还能将断路器等一次设备与掌握柜的接口改成航空插头连接，使AIS变电站掌握柜也能和GIS或者PASS组合电气一样高度集成化。
集成化的智能掌握柜在河南鄢陵220kV智能变电站中已经运用，柜内安装了智能终端、合并单元、断路器监测IED和断路器的旗子暗记端子箱以及机构的电源端子箱，采取了温湿度掌握器合营加热器和风扇实现温湿度掌握。
原来变电站一次开关与二次智能终端之间的连线都已在出厂前完成。根据现场理解的情形，该智能柜的方案大大缩短了设计和施工的事情量，简化了掩护事情，同时也使得变电站整体效果很简洁。
3.2 智能掌握柜的温湿度掌握
AIS掌握柜都在户外安装，且靠近高压设备，因此抗电磁滋扰的IP等级很高，一样平常都采取双层不锈钢构造，同时还有二次设备在内部安装，因此
智能掌握柜内的温湿度无法通过自然透风办法实现，须要通过其他赞助设备来完成，可利用以下办法实现：
1）温湿度传感器合营加热器和风扇，由于柜内温度由上至下梯度递减，因此需将温湿度传感器安装在柜内上部，风扇安装于柜顶，高温时启动透风，低温高湿度时启动加热器。需根据柜内安装的设备和空间选用得当的风扇及加热器。该方案在目前智能变电站中已利用较多，本钱较低。
2）选用热交流器内嵌在柜门上，完成柜内外的热交流，热交流由高导热材料做成，通过内外风扇实现导热，可使柜内外温差掌握在5～8℃，但是在夏天高温时，由于外部温度较高，热交流器掌握的柜内温度相对不是很空想。而且相对付加热器和风扇本钱较高。
选用工业空调，和热交流器一样内嵌于柜门上，可快速的实现柜内的温度掌握，由于工业空调效率较高，因此会造成空调频繁启动，加大了变电站的负荷，也对空调的利用寿命带来不良影响，同时空调制冷时对装置吹冷风，随意马虎在装置表面形成凝露，不利于电子设备的运行，并且空调还需常常掩护空气滤网，日常掩护较麻烦。目前户外智能柜利用空调的不多，还须要根据实际需求，进行选择性利用。
3）在柜内利用相变材料掌握温度，相变保温材料是指随温度变革而改变形态并能供应潜热的物质，相变材料由固态变为液态或由液态变为固态的过程称为相变过程，这时相变材料将接管或开释大量的潜热。
4）由于不须要外接电源，而是通过物理状态的改变实现温度调节，因此可节约大量电能。但是相变材料在调节温度时会涌现液态的状态，因此在掌握柜内安装相变材料的容器必须完备密封，否则会造成泄露，影响设备的安全运行。相变材料在已投运的智能站中还未利用，有厂家已在进行干系的实验。
为了实时监控掌握柜体及柜内的温湿度情形，可在柜内配置相应的传感器，将柜体门的状态、柜内的温湿度情形、风扇的运行状态等通过智能终端进行采集，上送至监控系统，方便运行职员监测掌握的状态。
4 结论智能变电站中智能组件和掌握柜虽已广泛利用，由于一次设备厂家的技能限定，其智能化程度还是相对较低，随着技能的发展和智能站的不断实践，上述智能掌握柜的方案将会大大提高智能站中设备的智能化程度，并能简化设计和施工事情，很好的表示了智能变电站的上风。
本文编自《电气技能》，作者为陈小卫、张成松等。
