智能高壓開關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)驗(yàn)

XIHARI1吳鴻雁2021年4月2目錄智能高壓開關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系智能高壓開關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容智能高壓開關(guān)設(shè)備試驗(yàn)實(shí)施情況分析智能高壓開關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的開展3十二五以來，我國提出了建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的開展目標(biāo)，構(gòu)成智能電網(wǎng)根底的智能高壓開關(guān)設(shè)備也得到了很大的開展。智能高壓開關(guān)設(shè)備屬于智能電網(wǎng)數(shù)字化體系中過程層的關(guān)鍵設(shè)備，設(shè)計中大量使用了先進(jìn)的控制和監(jiān)測單元，而這些單元多是由較易受到外界強(qiáng)磁場或強(qiáng)電場干擾的電子元器件組成，因此在產(chǎn)品投運(yùn)之前，應(yīng)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對高壓開關(guān)設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，以驗(yàn)證其可靠性和平安性。41.智能化開關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系51.智能化開關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：

GB3906-2006?3.6kV～40.5kV交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備?GB7674-2021?72.5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備?NB/T42025-2021?額定電壓72.5kV及以上智能氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備?NB/T42044-2021?3.6kV～40.5kV智能交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備?……61.智能化開關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)體系“智能高壓開關(guān)設(shè)備〞在標(biāo)準(zhǔn)中的定義：

具有較高性能的開關(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，不僅具有開關(guān)設(shè)備的根本功能，還具有附加功能，尤其在監(jiān)測和診斷方面。

7智能產(chǎn)品特點(diǎn)智能組件的核心功能是對主設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測和評估，并依據(jù)評估結(jié)果進(jìn)行控制。智能組件能與高壓開關(guān)設(shè)備相關(guān)的測量、控制、檢測、計量以及保護(hù)進(jìn)行融合設(shè)計，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)對設(shè)備狀態(tài)的可監(jiān)測，可判斷、可控制。82-1.智能化開關(guān)設(shè)備根底標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容〔GB/T11022-2021〕2-1.智能化開關(guān)設(shè)備根底標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)內(nèi)容〔GB/T11022-2021〕標(biāo)準(zhǔn)中增加關(guān)于智能化方面的型式試驗(yàn)：——原有試驗(yàn)：發(fā)射試驗(yàn)：主回路；輔助和控制回路輔助和控制回路的抗干擾試驗(yàn)：電氣快速瞬態(tài)/脈沖串試驗(yàn)；振蕩波抗擾試驗(yàn)——增加試驗(yàn)〔2項〕：輔助和控制回路附加的EMC試驗(yàn)

試驗(yàn)的目的是為了驗(yàn)證完整裝置而不是重復(fù)單個元件的試驗(yàn)。因此，符合它們相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)額定值的元件的試驗(yàn)不需要重復(fù)。〔1〕直流電源輸入接口的紋波抗擾性試驗(yàn)試驗(yàn)按照GB17626.17進(jìn)行且適用于電氣和電子元件。開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)規(guī)定此試驗(yàn)對某些元件是否必要〔例如，它不適用于電動機(jī)、電動機(jī)操作的隔離開關(guān)等〕?！?〕電源輸入接口的電壓跌落、短時中斷和電壓變化抗擾性試驗(yàn)交流電源接口的電壓跌落、短時中斷和電壓變化試驗(yàn)應(yīng)按照GB17626.11進(jìn)行，直流電源接口按照GB17626.29。

2-2.智能化開關(guān)設(shè)備根底標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容〔GB/T28810-2021〕2-2.智能化開關(guān)設(shè)備根底標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容〔GB/T28810-2021〕12具有較高性能的開關(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，不僅具有開關(guān)設(shè)備的根本功能，還具有附加功能，尤其在監(jiān)測和診斷方面。

變送器：根據(jù)確定的法那么，接收物理量形式的信息并把其轉(zhuǎn)化成相同形式或其它物理量形式，便于傳輸或使用的裝置。執(zhí)行器：輔助設(shè)備的最終控制元件。給出了修復(fù)性維修、預(yù)防性維修、狀態(tài)維修、預(yù)測性維修、可信性、可用性、可靠度、維修度等定義。一.標(biāo)準(zhǔn)給出了智能開關(guān)設(shè)備的定義：2-2.智能化開關(guān)設(shè)備根底標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容〔GB/T28810-2021〕2-2.智能化開關(guān)設(shè)備根底標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容〔GB/T28810-2021〕2-2.智能化開關(guān)設(shè)備根底標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容〔GB/T28810-2021〕2-2.智能化開關(guān)設(shè)備根底標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容〔GB/T28810-2021〕2-2.智能化開關(guān)設(shè)備根底標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容〔GB/T28810-2021〕接口和連接

從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，如果認(rèn)為任何裝置都是用來實(shí)現(xiàn)一些功能的，那么可以標(biāo)識一些組件，以便整個系統(tǒng)的分解和模塊化。這樣，就可發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)是由實(shí)現(xiàn)一組功能的、可進(jìn)行信息交換的內(nèi)部連接的裝置組成。從概念上講，此處的信息可以具有邏輯或〔和〕模擬性質(zhì)。為了從物理上交換信息，有必要采用一種物理連接路徑把這些裝置連接起來，使其能以直接方式或多路復(fù)合方式進(jìn)行信息交換。2-2.智能化開關(guān)設(shè)備根底標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容〔GB/T28810-2021〕絕緣方面：如果考慮開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的輔助和控制回路的絕緣，即使采用了電子式輔助回路，GB/T11022的適用，按照配有EMC保護(hù)的每條回路的規(guī)定，如壓敏電阻或瞬態(tài)吸收裝置，不能認(rèn)為是獨(dú)立的，因此，EMC試驗(yàn)應(yīng)優(yōu)先于耐壓試驗(yàn)進(jìn)行。對于臨時連接，允許較低的絕緣水平。

運(yùn)行中可觸及的試驗(yàn)連接和用戶接口應(yīng)有防止電擊的保護(hù)〔GB/T17045-2021，GB/T3805-2021〕。最高電壓不應(yīng)超過所選接口類型的最大額定值。

接近臨時連接時不應(yīng)導(dǎo)致誤動作、誤報警或錯誤的遠(yuǎn)方信號。182-3.智能化開關(guān)設(shè)備根底標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容〔GB/T28811-2021〕此標(biāo)準(zhǔn)主要包括高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備以及它們構(gòu)成的成套設(shè)備和與變電站其它局部進(jìn)行數(shù)字通信的專用設(shè)備以及對它們的試驗(yàn)要求。該數(shù)字通信設(shè)備可代替金屬并行導(dǎo)線并可以集成到高壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備及其成套設(shè)備中，也可以作為外部設(shè)備使現(xiàn)有的開關(guān)設(shè)備、控制設(shè)備及其成套設(shè)備和IEC61850相兼容。2-3.智能化開關(guān)設(shè)備根底標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容〔GB/T28811-2021〕〔1〕額定值和分類

——高壓變電站過程層的邏輯節(jié)點(diǎn)；——開關(guān)設(shè)備監(jiān)測的附加數(shù)據(jù)和邏輯節(jié)點(diǎn)；——通信效勞；——時間要求；——數(shù)據(jù)分辨率和準(zhǔn)確度的額定等級；——數(shù)據(jù)平安；——數(shù)據(jù)完整性；——性能要求?！?〕設(shè)計與結(jié)構(gòu)

通過介紹開關(guān)設(shè)備控制器和通信裝置的幾種典型布置來說明各控制器如何實(shí)現(xiàn)其功能并對變電站自動化系統(tǒng)提出要求。2-3.智能化開關(guān)設(shè)備根底標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容〔GB/T28811-2021〕〔3〕型式試驗(yàn)和例行試驗(yàn)主要包括：——開關(guān)設(shè)備通信接口一致性測試；——開關(guān)設(shè)備的時間測量。

通過這些根底標(biāo)準(zhǔn)的制定，使得智能開關(guān)設(shè)備的開發(fā)、生產(chǎn)、試驗(yàn)、運(yùn)行有了依據(jù)，使得高壓開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)檢測成為可能，實(shí)現(xiàn)了高壓開關(guān)設(shè)備過程層與站控層之間的數(shù)字通訊。2-4.智能化成套開關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容一.NB/T42025-2021〔智能GIS〕24一.NB/T42025-2021〔智能GIS〕〔1〕電子式互感器：

電子式互感器應(yīng)符合GB/T20840.7、GB/T20840.8、IEC62271-3的有關(guān)規(guī)定。電子式電流互感器保護(hù)精度不低于5TPE,測量精度不低于0.2S；電子式電壓互感器保護(hù)精度不低于3P,測量精度不低于0.2。配置原那么如下：——由線圈〔電流互感器〕、傳感器〔電壓互感器〕、采集器〔數(shù)據(jù)處理單元〕、合并單元組成；——對于252kV以下智能GIS推薦采用單套配置，對電子式電流互感器，采用一個保護(hù)用線圈、一個測量用線圈，共用一個采集器、一個合并單元；電子式電壓互感器采用一個電壓傳感器、一個采集器，一個合并單元。對于252kV及以上電壓等級開關(guān)設(shè)備推薦采用雙重化配置；——采集器的每路采樣系統(tǒng)應(yīng)采用雙A/D模塊，接入合并單元，每個合并單元輸出兩路數(shù)字采樣值，由同一路通道進(jìn)入一套保護(hù)裝置；——電子式互感器的采集器與合并單元的接口、傳輸協(xié)議統(tǒng)一，符合GB/T20840.7、GB/T20840.8、IEC62271-3標(biāo)準(zhǔn)要求。

電子式互感器的采集器及合并單元由智能組件柜提供DC220V或DC110V電源。一.NB/T42025-2021〔智能GIS〕26一.NB/T42025-2021〔智能GIS〕〔2〕合并單元：

具備多個光纖接口，滿足直接采樣要求。與變電站輸出采樣速率統(tǒng)一，額定數(shù)據(jù)速率符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。具有完善的閉鎖告警功能，能保證在電源中斷、電壓異常、采集器異常、通信中斷、通訊異常、裝置內(nèi)部異常等情況下不誤動作。合并單元與采集器之間沒有硬同步信號時，合并單元應(yīng)具備前端采樣、處理和采樣傳輸時延的補(bǔ)償功能。合并單元之間的同步性能應(yīng)滿足保護(hù)要求，采樣的同步誤差應(yīng)不大于±1μs。同一合并單元應(yīng)能同時接入電子式電流、電壓采集器信號。合并單元可接入常規(guī)電磁互感器或模擬小信號互感器輸出的模擬信號。合并單元推薦安裝在智能組件柜內(nèi)，其結(jié)構(gòu)應(yīng)便于檢修和更換。27〔3〕開關(guān)設(shè)備控制器：

開關(guān)設(shè)備控制器配置，252kV以下智能GIS推薦采用單套配置，252kV及以上智能GIS推薦采用雙重配置。能接收測控裝置和保護(hù)裝置的指令，對開關(guān)設(shè)備發(fā)出分、合閘操作指令，并對開關(guān)設(shè)備相關(guān)參量進(jìn)行測量。有完善的閉鎖告警功能，包括電源中斷、通訊中斷、通訊異常、GOOSE斷鏈、裝置內(nèi)部異常等自檢測功能。應(yīng)支持以GOOSE方式進(jìn)行信息傳輸；GOOSE信息處理時延應(yīng)小于1ms；能接入站內(nèi)時間同步網(wǎng)絡(luò)，通過光纖接受站內(nèi)時間同步信號；具備GOOSE命令記錄功能，記錄收到GOOSE命令時刻，GOOSE命令來源及出口動作時刻等內(nèi)容，并提供查看方法。開關(guān)控制器安裝在智能組件柜內(nèi),其結(jié)構(gòu)應(yīng)便于檢修和更換。一.NB/T42025-2021〔智能GIS〕28〔4〕選相控制器：

選相合閘控制器與斷路器各極配合，斷路器的固有合閘時間應(yīng)穩(wěn)定，偏差不應(yīng)大于±1ms，能夠使實(shí)際合閘相位與期望合閘相位之間的平均偏差不大于±18電度。選相合閘控制器自身不確定度不大于0.1ms。通常選相合閘控制器應(yīng)具有環(huán)境溫度修正、操作頻率修正、控制回路電壓修正等功能。從合并單元采集系統(tǒng)電壓數(shù)據(jù)，據(jù)此判斷電壓相位。接收測控裝置的合閘命令，計算所需時延，并將時延后的合閘命令發(fā)送到開關(guān)設(shè)備控制器實(shí)現(xiàn)在預(yù)期合閘相位的合閘操作。選相合閘控制器可通過IEC61850通訊協(xié)議接收測控裝置的合閘命令，并將合閘命令直接發(fā)送到開關(guān)設(shè)備控制器，開關(guān)設(shè)備控制器不確定度不大于0.1ms。一.NB/T42025-2021〔智能GIS〕〔5〕狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)：狀態(tài)在線監(jiān)測主要包括監(jiān)測功能組主IED、氣體狀態(tài)監(jiān)測、局放在線監(jiān)測、斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測、避雷器在線監(jiān)測的傳感器和其IED，見以下圖。一.NB/T42025-202130智能組件性能檢測整體聯(lián)合調(diào)試智能氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備型式試驗(yàn)本體性能檢測一.NB/T42025-2021〔智能GIS〕

試驗(yàn)時，智能開關(guān)設(shè)備主回路保持閉合導(dǎo)通狀態(tài)，所有智能組件帶電工作；將智能單元信息通過設(shè)備自帶的程控交換機(jī)或控制器利用光纖傳輸至后臺監(jiān)測系統(tǒng)；當(dāng)峰值電流和短時耐受電流出現(xiàn)時，監(jiān)測系統(tǒng)正常采集到全部狀態(tài)信息，如試驗(yàn)電流波形，開關(guān)狀態(tài)顯示，SF6狀態(tài)信息以及應(yīng)顯示的告警信息等。31試驗(yàn)工程智能組件性能檢測考核智能組件的功能性和可靠性IED電源適應(yīng)性外觀與結(jié)構(gòu)絕緣性能電磁兼容性能(EMC)環(huán)境耐受性能機(jī)械耐受性能連續(xù)通電試驗(yàn)測量基本誤差控制功能測試地電位暫態(tài)升高試驗(yàn)通信網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)一致性試驗(yàn)互操作試驗(yàn)32試驗(yàn)工程整體聯(lián)合調(diào)試驗(yàn)證智能元件的功能與一次本體結(jié)合后是否正常整體聯(lián)調(diào)機(jī)械特性IED局放狀態(tài)IEDSF6氣體狀態(tài)IED開關(guān)設(shè)備控制器智能高壓開關(guān)設(shè)備的型式試驗(yàn)：智能高壓開關(guān)設(shè)備的型式試驗(yàn)：35智能高壓開關(guān)設(shè)備的型式試驗(yàn)：36智能高壓開關(guān)設(shè)備的型式試驗(yàn)：特點(diǎn)智能中壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備在智能組件的功能選擇、集成度以及兼容方式上與智能GIS有不同的要求。與智能GIS相比，智能中壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備由于體積原因，要求智能化元件具有更高的集成度，對其兼容性的要求也更高。目前智能中壓金屬封閉開關(guān)設(shè)備主要的實(shí)現(xiàn)方式一般是“一次設(shè)備+智能組件+檢測組件〞，其中智能組件通常集成在柜體。二.NB/T42044-2021〔智能開關(guān)柜〕38二.NB/T42044-2021〔智能開關(guān)柜〕——符合GB3906-2006要求，并具備完善的控制、測量、保護(hù)、計量，尤其是狀態(tài)監(jiān)測和診斷功能；——IED是智能交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備不可分割的一局部，應(yīng)與智能交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備一體化設(shè)計。IED的設(shè)計安裝不應(yīng)降低其性能；——智能交流金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備數(shù)字接口應(yīng)符合GB/T28811-2021標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。電子式電流互感器，電子式電壓互感器，合并單元，對選相控制器的要求〔如果有〕，金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備控制器，狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，電動執(zhí)行單元，聯(lián)鎖。39狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的根本構(gòu)成二.NB/T42044-2021〔智能開關(guān)柜〕二.NB/T42044-2021〔智能開關(guān)柜〕二.NB/T42044-2021〔智能開關(guān)柜〕二.NB/T42044-2021〔智能開關(guān)柜〕二.NB/T42044-2021〔智能開關(guān)柜〕考核要求46試驗(yàn)工程絕緣試驗(yàn)短路性能試驗(yàn)溫升試驗(yàn)機(jī)械壽命整體性能測試電磁兼容試驗(yàn)(EMC)NB/T42044-2021〔智能開關(guān)柜〕防護(hù)等級檢查47產(chǎn)品類型智能GIS智能金屬封閉開關(guān)設(shè)備智能隔離斷路器智能斷路器其他智能元件3.試驗(yàn)實(shí)施情況分析482012年2013年2014年2015年智能GIS718114智能開關(guān)柜3

－116智能瓷柱式斷路器及智能隔離斷路器12862021年～2021年在XIHARI委托試驗(yàn)的智能高壓開關(guān)設(shè)備智能GIS、智能瓷柱式斷路器、智能隔離斷路器、智能中壓開關(guān)柜等產(chǎn)品

49一.智能GIS整體聯(lián)合調(diào)試試驗(yàn)結(jié)果計算方法亟待明確；智能組件監(jiān)測功能有待完善；儲能電機(jī)電流參數(shù)測量存在偏差；斷路器根本短路試驗(yàn)中直流電源屢次損壞，應(yīng)在設(shè)計時充分考慮電源系統(tǒng)的可靠性，保證一次本體與二次回路之間的電源可靠隔離；隔離開關(guān)母線充電電流試驗(yàn)對智能組件影響較大，出現(xiàn)IED死機(jī)、損壞、輸出波形異常等現(xiàn)象，分析認(rèn)為是隔離開關(guān)切合母線操作時產(chǎn)生