從安全到智能 細數中壓開關設備的“前世今生”
2021-09-15
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隨著國家電網提出建設“三型兩網”世界一流能源互聯網企業，推動企業戰略升級目標。未來堅強智能電網和泛在電力物聯網，二者將相輔相成、融合發展，形成強大的價值創造平臺，共同構成能源流、業務流、數據流‘三流合一’的能源互聯網。據預測，在2019到2021年的戰略關鍵期，電網公司年化投資將從100億上升到400-600億，上線終端達到50億個，這也就意味著在泛在電力物聯網的采集和控制兩大應用場景中所使用的包括高級計量、分布式配電自動化、用電負荷需求側響應、分布式能源調控等終端設備將大量增加，因此在安全可靠的基礎上，底層設備的智能化，精準采集和傳輸數據能力，控制側的邊緣計算和專業分析能力，將對達到“電力泛在”狀態，實現電能的“自動按需分配”至關重要。這就要求底層的開關設備在保證安全、可靠運行的同時，還要具備智能高效、靈活緊湊的屬性，并能經受惡劣環境的考驗。
衍變，中壓開關的前生今世
從傳統開關設備向智能電網時代開關設備的轉變過程中，發生過五個關鍵的行業標準變化——
1、斷路器取代開關后，受電力中斷影響的客戶數量變少，變壓器能在維持低載狀態時，更早地發現故障；
2、遠程監控實現后，饋線自動化，網絡自愈，優化負載；
3、傳感器技術的引入，智能電網可實現實施管理保護鏈；
4、智能電表的使用，可實時洞察電力可用性；
5、模塊化結構的應用，可靈活整合可再生能源來源和分布式能源來源。
隨著中壓開關設備的技術進步，智能電網的效益在不斷提升。作為中壓開關設備的重要組成，斷路器、傳感器和繼電保護器技術都在不斷演進——
·斷路器技術：從最初體積龐大、需頻繁維護的抽出式空氣絕緣斷路器，到體積小、存在安全隱患的油斷路器，發展到安全可靠的六氟化硫和真空斷路器；真空斷路器極柱從真空泡裸露到組裝式極柱，再到環氧澆注固封式極柱；斷路器的操動機構從復雜裝配機構到模塊化機構，再到永磁機構；各項技術都得到了極大的發展。
·開關柜技術：從空氣絕緣金屬封閉開關設備到氣體絕緣金屬封閉開關設備，再到環保氣體絕緣開關設備，固體絕緣開關設備，不同絕緣方式的開關柜方案競相登場。二次配電開關設備也經歷了類似的演變：從最初使用保險絲的簡單開關，到將三種功能適配于一個金屬槽的環網柜（RMU）誕生，再發展為使用最佳耐受力的六氟化硫現代環網柜。
·傳感器和保護繼電器技術：傳感器和保護繼電器是緊密相連，技術同步演進。傳感器如“眼睛”，將電流圖像傳送給“大腦”保護繼電器，后者分析圖像以確定信號為正?；蚬收?。如發現故障，保護繼電器會向斷路器機制發送跳閘信息。從機電式設計的老式保護繼電器到如今新型數字繼電器只需要低功率電流互感器（LPCT）提供信號。
未來，一切始于物聯
施耐德電氣認為，雖然中壓開關柜的物理特性基本保持不變，但為了適應智能電網，其技術及運行方式正在發生改變——
1、未來智能電網將更多使用斷路器：在配電網絡環路關鍵結點配置斷路器是減少受停電事故影響的客戶數量以及縮短恢復供電用時的高效方式；
2、遠程控制變得至關重要：遠程控制和監測功能對實現雙向通信、饋線自動化和自愈網絡以及優化配電網絡周邊負載有重要作用；
3、低功耗傳感器和數字電表有效提升控制和監控能力：緊湊型低功率電流互感器（LPCT）和低功率電壓互感器（LPVT）可取代傳統的大型CT和VT。如今的LPCT提供創新的電流傳感器，允許在更大程度上控制和監測保護鏈及其周邊。此外，實時查看可用電源對智能電網應用至關重要，還將需要安裝更多與傳感器相關的功率計；
4、模塊化是關鍵：中壓開關柜將在整個智能電網網絡中變得更加分散，模塊化配電柜也將滿足靈活性需求。
從目前的智能電網建設進度看，主網已基本實現了智能設備的全覆蓋，但配售端仍有待提升。在2021年要初步建成泛在電力物聯網這一目標驅動下，電類感知層設備投資有望提速，未來對于智能物聯設備的接入需求將會增大，位于底層的負責信息采集和信號處理的感知層目前面臨的最大挑戰是實現終端標準化統一，以及通信、計算等資源共享，在源端實現數據融通和邊緣智能。
基于模塊化和緊湊設計理念，結合先進的傳感、固體絕緣等技術，施耐德電氣對自身的開關設備產品進行了全面的智能化升級，并推出了包括Smart PIX系列智能中壓盤柜、Premset全新一代中壓開關設備、Smart RMU智能環網柜、Smart HVX智能中壓斷路器在內的一系列面向未來的開關產品與成套設備。未來，施耐德電氣也將繼續保持在這些方面的研發投入，并通過完善行業生態圈的建設，攜手更多國內的上下游廠商與合作伙伴，進一步開發兼具創新性和高性價比的開關設備與解決方案，共同為能源數字化愿景的實現賦能。
