一、智能配電概述

1.1智能電網配電規(guī)劃

2010年2月，國家電網公司起草了《堅強智能電網關鍵設備(系統(tǒng))研制規(guī)劃》，根據該研制規(guī)劃，在配電環(huán)節(jié)，擬設立智能配電設備、配電自動化與配網規(guī)劃、分布式電源和微網控制保護及接入三個研究領域。研制和開發(fā)配電開關、節(jié)能配電變壓器、控制保護一體化終端等關鍵設備;通過系統(tǒng)設計完善自動化系統(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標準化換流裝置、電能質量治理裝置、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，最終研制技術領先、切實可行、認識一致的智能配電網系統(tǒng)及設備，保障試點工程，為全面建設智能電網奠定堅實基礎。

圖(配電環(huán)節(jié)智能化規(guī)劃)技術標準和關鍵設備規(guī)劃

1.2智能電網智能配電設備發(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、小型化的負荷開關以及環(huán)網柜，可實現(xiàn)配電自動化，是環(huán)網柜發(fā)展的重要方向。

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

二、智能開關設備

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

智能化開關設備除滿足常規(guī)設備的原有功能外，還應具備以下功能：

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對處理結果的思維判斷能力;

n對判斷結果進行有效操作的能力。

智能電網對電力開關設備要求：

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)可進行調節(jié)和控制

n分布式：集中與分散相結合，大范圍統(tǒng)一監(jiān)測和控制

n智能分析狀態(tài)評估和主動預警：

自診斷、專家系統(tǒng)、數據挖掘、模糊推理、神經網絡模型

開關設備智能化功能的界定：

智能化的開關設備至少應當具備有:

a)多個參數的在線監(jiān)測、診斷和調節(jié)功能;

b)具備標準的數據通信接口，支持遠程功能調用和數據召喚。

智能開關設備的特征：

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構(兼容);

4)設備的自我描述能力(通信);

5)設備的自我管理能力(運行數據、歷史檔案管理);

6)可配置(模塊化結構、界面、功能、通信等可配置);

7)設備的自我調節(jié)(如：溫濕度調節(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;

9)高可靠性(堅強、自愈);

10)良好的兼容性和可擴展性。

智能開關設備主要應用技術：

智能開關設備的發(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)網絡化開關設備具有符合現(xiàn)場總線標準的狀態(tài)監(jiān)測和診斷接口，支持遠程功能調用

3)模塊化智能開關設備狀態(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)智能診斷開關設備將具有一定程度的嵌入式診斷和報警能力

5)將能夠實現(xiàn)設備全生命周期數據的管理

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，如設備物料管理、設備文檔管理、SOE等

8)本地和遠程接口更加豐富：USB,藍牙,串口，網口。。。

9)支持本地視頻顯示和網絡視頻(圖像)服務器功能

10)與開關設備一次、二次更緊密結合，共同通過系列化測試，保證設備的絕緣、精度和可靠性。

三、智能環(huán)網柜

智能交流金屬封閉開關設備和控制設備

具有較高性能的金屬封閉開關設備和控制設備，配裝有電子設備、變送器和執(zhí)行器，不僅具有金屬封閉開關設備和控制設備的基本功能，還具有附加功能，尤其在監(jiān)測和診斷方面。(NB/T 42044-2014 3.6kV~40.5kV智能交流金屬封閉開關設備和控制設備)

有關標準

nGB/T 28811-2012《高壓開關設備和控制設備基于IEC 61850的數字接口》

nGB/T 28810-2012

《高壓開關設備和控制設備電子及其相關技術在開關設備和控制設備的輔助設備中的應用》

nGB/T 11022-2011

《高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求》

nGB/T 17626-2002系列《電磁兼容試驗和測量技術》

nNB/T 42044-2014《3.6kV～40.5kV智能交流金屬封閉開關設備和控制設備》;

nDL/T 860-2006《變電站通信網絡和系統(tǒng)》

將開關柜常見的故障類型

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)為外絕緣對地閃絡擊穿，相間絕緣閃絡擊穿，雷電過電壓閃絡擊穿，瓷瓶套管、電容套管閃絡、污閃、擊穿、爆炸，提升桿閃絡，CT閃絡、擊穿、爆炸、瓷瓶斷裂等。

Ø開斷與關合故障：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致觸頭燒融等。

Ø外力及其他故障：包括異物撞擊，自然災害，小動物短路等。

技術研究現(xiàn)狀—絕緣狀態(tài)監(jiān)測

Ø介質損耗

ü介質的功率損耗與介質損失角正切成正比，能反映電介質內單位體積中能量的損耗;

ü測量介質損耗角的方法有平衡電橋法、不平衡電橋法、全數字測量法等。

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、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累積法。

ØC-GIS高壓開關柜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、預測SF6氣體泄漏趨勢;

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

Ø隔離開關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將感溫元件裝在導體上，轉換成信號傳到低電位再換原成溫度信號。

技術研究現(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并進行前后對照。

Ø開關的機械部分磨損、疲勞老化等故障

ü行程、分合速度和時間監(jiān)測(直線、旋轉和直線加旋轉位移傳感器、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內速度平均值、速度最大值等;

Ø彈簧機構彈簧壓縮狀態(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的變化，從而反應彈簧狀態(tài)的變化。

Ø儲能電機參數監(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、彈簧機構狀態(tài)異常等故障。

技術研究現(xiàn)狀—保護功能

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

Ø高壓開關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)建設統(tǒng)一堅強智能電網的總目標，國網公司將建設工作分為三階段，其中第三階段(2016-2020)的主要內容就是全面建成統(tǒng)一的堅強智能電網，管理、技術和裝備全面達到國際先進水平。

目前我國配電網平均自動化率僅為10%左右，十分薄弱，設備相對落后，且配電網的網架結構基本上為放射狀(部分縣城電網已構成手拉手環(huán)網供電)，大部分通信調度手段落后，配電網沒有處于最經濟、可靠的運行狀態(tài)。

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

我國智能電網建設將在部分地區(qū)實行試點，然后在全國范圍內逐步推廣，最終到2020年建設完成。預計到2020年智能電網總投資或將超過1.2萬億元。在智能電網的投資構成上，智能配電網和智能變電站大約有20%的市場份額。