《一種800kV智慧型斷路器》是河南平高電氣股份有限公司、平高集團有限公司和國家電網公司於2012年9月19日申請的專利，該專利的申請號為2012103487655，公布號為CN102891533A，授權公布日為2013年1月23日，發明人是鐘建英、尹軍華、彭在興、寇新民、張軍民、張一茗、張在平、陳志勇、劉俊傑、李健、李環、衛慧娟、謝曉燕、魏明、晁永傑、宋敬國。
《一種800kV智慧型斷路器》包括斷路器本體、保護測控系統，800kV智慧型斷路器還包括狀態監測系統，狀態監測系統包括：與斷路器本體分離、就地設定有匯控櫃，匯控櫃內安裝有狀態監測主IED，在每一相機構箱內安裝有對應相的狀態監測子IED，各狀態監測子IED與狀態監測主IED通訊連線；狀態監測主IED通過光纖連線主控室中的狀態監測後台系統。該發明的智慧型斷路器能夠全面監控設備狀態，不用像傳統設備那樣不管設備是否故障都必須定時檢修，可以根據系統採集信息獲得的評估結果，合理安排檢修方案，實現狀態檢修。所採用的系統方案結構簡單，具有普遍性，可以套用於其他電壓等級的智慧型開關設備。
2016年12月7日，《一種800kV智慧型斷路器》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種800kV智慧型斷路器》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種800kV智慧型斷路器
- 公布號：CN102891533A
- 授權日：2013年1月23日
- 申請號：2012103487655
- 申請日：2012年9月19日
- 申請人：河南平高電氣股份有限公司、平高集團有限公司、國家電網公司
- 地址：河南省平頂山市南環東路23號
- 發明人：鐘建英、尹軍華、彭在興、寇新民、張軍民、張一茗、張在平、陳志勇、劉俊傑、李健、李環、衛慧娟、謝曉燕、魏明、晁永傑、宋敬國
- Int.Cl.：H02J13/00(2006.01)I
- 代理機構：鄭州睿信智慧財產權代理有限公司
- 代理人：陳浩
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
傳統的斷路器系統如圖1所示，由現場的傳統高壓開關設備、保護室和主控室構成。傳統高壓開關設備中的二次信號和其他信號（如隔離刀閘輔助觸頭的開關量信息）通過電纜連線到保護室的保護櫃和測控櫃。保護櫃安裝相關保護設備，負責對斷路器進行保護，同時將信息通過光纖上傳到主控室中的後台系統。測控櫃主要用於採集二次信號，上傳給後台系統，並且接受後台系統的命令，控制斷路器分合閘。
未來的高壓智慧型開關係統如圖2所示，主要趨勢是通過各種新技術將保護與測控設備就地化，後台系統通過IEC61850規約與高壓智慧型開關通訊、控制連線。採用電子式電壓電流互感器替代電磁式電壓電流互感器測量一次電壓電流，用IEC61850規約替代各個裝置廠家採用私有通信協定。逐步滿足堅強智慧型電網的要求。
申請號為201110004758.9的中國專利申請，披露了一種HGIS智慧型化開關，其對於傳統HGIS的改進主要在於，將傳統互感器替換為電子式電流電壓互感器，並在傳統HGIS開關設備上安裝智慧型組件櫃，智慧型組件櫃中包括：智慧型控制器、開關線上監測裝置和數位化電能表三部分。
所述智慧型控制器包括保護功能模組、測控功能模組、合併單元模組和操作箱模組，其中合併單元模組連線並接收分相組合式電子電流電壓互感器一次側的電流和電壓信號，並進行各相電流和電壓值的數據同步；保護功能模組通過接合併單元功能模組獲取一次側的電流和電壓信號進行保護算法處理；測控功能模組通過合併單元功能模組獲取一次側的電流和電壓信號進行數值運算；操作箱模組通過內部匯流排從保護和測控模組獲取命令然後進行相關斷路器和刀閘的控制，並通過開入外掛程式獲取斷路器和刀閘的狀態信息；
開關線上監測裝置是物理獨立的開關線上監測裝置，包括安裝的位移感測器、SF6微水壓力溫度感測器和電流感測器是對開關行程曲線、跳閘速度、合閘速度、跳閘時間、合閘時間、SF6微水指標、SF6壓力指標、SF6密度指標、SF6溫度指標、開關跳圈電流、開關合圈電流、開關儲能電機電流、開關隔刀電機電流、開關地刀電機電流多項指標監視的感測器，並同智慧型控制器一起進行開關自我診斷；物理獨立的數位化電能表通過多模光纖和所述智慧型控制器的合併單元模組連線，從合併單元模組獲取電壓電流信號進行計量方面的相關運算。
上述方案的HGIS是三相一體設備，而且由於電壓等級低，設備較小，可以將智慧型化組件櫃集成並就地安裝。但是，在於800kV智慧型斷路器中，由於電壓等級太高，每相之間距離很大，智慧型組件不能採用上述安裝方式，2012年9月前也沒有適合800kV智慧型斷路器的安裝方式。而且，上述方案中的線上監測裝置涉及多種感測器，但在800kV智慧型斷路器中，仍然不夠完善。
發明內容
專利目的
《一種800kV智慧型斷路器》的目的是提供一種800kV智慧型斷路器，用以解決2012年9月前尚沒有超高壓等級的智慧型斷路器，也沒有成熟的智慧型組件安裝方式的問題。
技術方案
《一種800kV智慧型斷路器》包括斷路器本體、保護測控系統和狀態監測系統，狀態監測系統包括各相機構箱內設定的感測器，感測器包括操作線圈電流感測器、儲能電機電流感測器、位移感測器、氣體微水密度感測器和機構箱內溫度感測器；狀態監測系統還包括：與斷路器本體分離、就地設定的匯控櫃，匯控櫃內安裝有狀態監測主IED，在每一相機構箱內安裝有對應相的狀態監測子IED，狀態監測子IED連線所述機構箱內設定的感測器；各相的狀態監測子IED與狀態監測主IED通訊連線；狀態監測主IED通過光纖連線主控室中的狀態監測後台系統。
所述狀態監測系統還包括用於監測每相隔離刀閘狀態的紅外探測成像裝置，紅外探測成像裝置安裝在斷路器本體的罐體觀察窗處，各相的紅外探測成像裝置與對應相的狀態監測子IED連線。
所述狀態監測系統還包括，每一相的機構箱中，在操動機構儲壓器上安裝有用於監測操動機構液壓系統的油壓的液壓感測器，各相的液壓感測器與對應相的狀態監測子IED連線。
所述狀態監測系統還包括，各相的、用於檢測高頻電磁波以判斷漏電的局放感測器，局放感測器安裝在滅弧室罐體把口處或者絕緣盆子的外緣，各相的局放感測器與對應相的狀態監測子IED連線。
匯控櫃內設定有匯控櫃內溫度感測器，機構箱外設定有環境溫度感測器。
所述狀態監測主IED和狀態監測子IED通過RS485匯流排連線。
各相互感器包括電子式互感器與光學互感器，分別安裝在進線側與出線側；電子式互感器通過光纖連線主控室中的合併單元，光學互感器通過用於信號轉換的電氣箱連線所述合併單元。由於與HGIS不同，相間距離很遠，從安全性、可靠性方面考慮，同時為了不浪費每相機構箱的空間，在每相機構箱中安裝子IED，匯控櫃與斷路器本體分離，就地安裝在安全距離以外的地面上，匯控櫃內設定主IED，子IED與主IED通訊連線。這種安裝方式既能夠保證三相中，每相就地信息採集，並且保證主IED與每相距離不會過遠，其意義在於：如果不將主IED與子IED分離設定，則採集量太大，需要大量的引線引出，同時浪費了每相的空間；如果主IED也安裝在某相機構箱內，當需要檢修主IED時必須關閉斷路器。將主IED安裝在安全距離以外的匯控櫃內，便於對主IED的檢修測試。
傳統的斷路器中，監測隔離刀閘的閉合、打開主要是通過輔助開關觸頭提供開關狀態量。由於隔離刀閘與其輔助開關觸頭之間僅僅是機械連線關係，往往並不能真實反映隔離刀閘的狀態。《一種800kV智慧型斷路器》中採用紅外探測成像真實地反映隔離刀閘的動作情況，進而能夠實現“順序控制”——即在後台系統發出命令之後，獲得真實的狀態反饋，再發出下一步命令。如果獲得的狀態反饋符合命令要求，則繼續，如果不符合，則進行報警。
《一種800kV智慧型斷路器》採用了測量驅動機構油壓的油壓感測器，實時監測液壓系統的油壓。
《一種800kV智慧型斷路器》採用了檢測高頻電磁波以判斷漏電的局放感測器，局放感測器通常安裝在滅弧室罐體把口（安裝分子篩的位置稱為把口）處或者絕緣盆子的外緣。
《一種800kV智慧型斷路器》的監測系統相對於保護、測控系統獨立，並不直接參與斷路器的控制與保護，這樣設計的原因是：在電網、特別是高壓領域，為了安全考慮，各種新技術從開發到真正套用，往往需要很長時間的驗證，即使是我們熟知的繼電保護技術，也是經歷了十幾年到二十多年的磨練，才逐步成熟套用的電網中。智慧型斷路器仍不成熟，必須經過長時間的試驗和試運行，才能夠最終毫無顧慮地使用。所以，現階段的智慧型斷路器的重要任務還包括，將採集的大量數據採集起來，送入後台系統進行分析和設備狀態評估，並將評估結果與實際運行情況相比較，以考察監測系統的可靠性與穩定性，為了智慧型斷路器進一步的發展，參與控制和保護做準備。
改善效果
《一種800kV智慧型斷路器》的智慧型斷路器能夠全面監控設備狀態，不用像傳統設備那樣不管設備是否故障都必須定時檢修，可以根據系統採集信息獲得的評估結果，合理安排檢修方案，實現狀態檢修。系統中的通訊部分使用了國際通用的通信協定，減輕了安裝調試的工作量。所採用的系統方案結構簡單，具有普遍性，可以廣泛套用於其他電壓等級的智慧型開關設備。
附圖說明
圖1是傳統斷路器結構示意圖；
圖2是智慧型斷路器結構要求；
圖3是《一種800kV智慧型斷路器》的800kV智慧型斷路器系統圖；
圖4是該發明的800kV智慧型斷路器感測器布置結構圖；
圖5是該發明的外觀圖；
圖6是局放感測器原理圖；
圖3、圖4中，IC—操作線圈電流感測器；IM—儲能電機電流感測器；OP—油壓感測器；DPE—位移感測器；PTM—氣體微水密度感測器；TI—機構箱內溫度感測器；PD—局放感測器；TO—環境溫度感測器；OLM2或者S_IED—狀態監測子IED；M_IED—狀態監測主IED；M—操動機構；ISC—開關設備控制器。
技術領域
《一種800kV智慧型斷路器》涉及一種智慧型斷路器，特別是800kV智慧型斷路器。
權利要求
1.《一種800kV智慧型斷路器》包括斷路器本體、保護測控系統和狀態監測系統，狀態監測系統包括各相機構箱內設定的感測器，感測器包括操作線圈電流感測器、儲能電機電流感測器、位移感測器、氣體微水密度感測器和機構箱內溫度感測器；其特徵在於，狀態監測系統還包括：與斷路器本體分離、就地設定的匯控櫃，匯控櫃內安裝有狀態監測主IED，在每一相機構箱內安裝有對應相的狀態監測子IED，狀態監測子IED連線所述機構箱內設定的感測器；各相的狀態監測子IED與狀態監測主IED通訊連線；狀態監測主IED通過光纖連線主控室中的狀態監測後台系統；所述狀態監測系統還包括用於監測每相隔離刀閘狀態的紅外探測成像裝置，紅外探測成像裝置安裝在斷路器本體的罐體觀察窗處，各相的紅外探測成像裝置與對應相的狀態監測子IED連線；紅外探測成像真實地反映隔離刀閘的動作情況，進而能夠實現順序控制；所述狀態監測系統還包括，各相的、用於檢測高頻電磁波以判斷漏電的局放感測器，局放感測器安裝在滅弧室罐體把口處或者絕緣盆子的外緣，各相的局放感測器與對應相的狀態監測子IED連線，局放感測器上還留有接線端，用於與攜帶型局放監測儀連線，便於人工隨時採集數據。
2.根據權利要求1所述的一種800kV智慧型斷路器，其特徵在於，所述狀態監測系統還包括，每一相的機構箱中，在操動機構儲壓器上安裝有用於監測操動機構液壓系統的油壓的液壓感測器，各相的液壓感測器與對應相的狀態監測子IED連線。
3.根據權利要求2所述的一種800kV智慧型斷路器，其特徵在於，匯控櫃內設定有匯控櫃內溫度感測器，機構箱外設定有環境溫度感測器。
4.根據權利要求3所述的一種800kV智慧型斷路器，其特徵在於，所述狀態監測主IED和狀態監測子IED通過RS485匯流排連線。
5.根據權利要求1-4中任一項所述的一種800kV智慧型斷路器，其特徵在於，各相互感器包括電子式互感器與光學互感器，分別安裝在進線側與出線側；電子式互感器通過光纖連線主控式中的合併單元，光學互感器通過用於信號轉換的電氣箱連線所述合併單元。
實施方式
如圖3，《一種800kV智慧型斷路器》包括斷路器本體、保護測控系統，800kV智慧型斷路器還包括狀態監測系統，狀態監測系統包括各相機構箱內的各種感測器，如：操作線圈電流感測器；儲能電機電流感測器；位移感測器；氣體微水密度感測器；機構箱內溫度感測器；《一種800kV智慧型斷路器》的特點在於，狀態監測系統還包括：與斷路器本體分離、就地設定有匯控櫃，匯控櫃內安裝有狀態監測主IED，在每一相機構箱內安裝有對應相的狀態監測子IED，各狀態監測子IED與狀態監測主IED通訊連線；上述各種感測器與對應相的狀態監測子IED連線；狀態監測主IED通過光纖連線主控室中的狀態監測後台系統。如圖5所示，匯控櫃40安裝在正對中間一相處，保證與中間一相距離最短，與其他兩相距離相同。中間一相為B相斷路器20，其它為A相斷路器10與C相斷路器30，11為A相機構箱，12為A相狀態監測子IED，如圖3所示，匯控櫃40通過電纜與光纜連線各自斷路器的相應設備以及主控室。
狀態監測系統還包括用於監測每相隔離刀閘狀態的紅外探測成像裝置，各相的紅外探測成像裝置與對應相的狀態監測子IED連線。每一相的機構箱中，在操動機構儲壓器組連線塊上安裝有用於監測操動機構液壓系統的油壓的液壓感測器，各相的液壓感測器與對應相的狀態監測子IED連線。
各相設有用於檢測高頻電磁波以判斷漏電的局放感測器，局放感測器安裝在滅弧室罐體把口處或者絕緣盆子的外緣，各相的局放感測器與對應相的狀態監測子IED連線。局放感測器原理如圖6所示，探頭深入滅弧室內的為UHF內置感測器61，探頭安裝在把口60上的為UHF外置感測器62。因導體69上的突出物66、殼體上的突出物65、懸浮微粒67、絕緣子上的微粒64、絕緣子中的氣泡68、懸浮電極63等造成的放電，局放感測器都能夠監測到。局放感測器上還留有接線端，用於與攜帶型局放監測儀連線，便於人工隨時採集數據。
匯控櫃內安裝有匯控櫃內溫度感測器，機構箱外安裝有環境溫度感測器。
各相的互感器包括電子式互感器與光學互感器，分別安裝在進線側與出線側，電子式互感器通過光纖連線主控室中的合併單元，光學互感器通過用於信號轉換的電氣箱連線所述合併單元。安裝電學與光學感測器，提高了採集準確性。
狀態監測主IED和狀態監測子IED通過RS485匯流排連線，主IED與後台監控之間的協定採用IEC61850規約。電子式互感器（電學和光學）採集器與合併單元之間採用光纜（光學）或電纜（電學）實現通信，合併單元對外採用IEC61850規約。開關設備控制器通過普通電纜控制操動機構，對後台及測保裝置採用IEC61850規約進行通信。如圖，監測中心主機（即監測後台系統）運行狀態監測和評估軟體。
圖4中，明確了感測器及各個裝置的安裝位置及系統結構。電子式互感器及採集器、操作線圈電流感測器（IC）、儲能電機電流感測器（IM）、油壓感測器（OP）、位移感測器（DPE）、氣體微水密度感測器（PTM）、機構箱內溫度感測器（TI）、局放感測器（PD）集成到斷路器機構箱中。子IED（S_IED）安裝在斷路器機構箱內。狀態監測主IED（M_IED）、開關設備控制器（ISC，雙配）安裝在斷路器匯控櫃內。合併單元安裝在繼電器室內。
榮譽表彰
2016年12月7日，《一種800kV智慧型斷路器》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
