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基于就地控制器的变电站GIS智能化研究
资料介绍
针对国内GIS设备智能化水平较低的现状,提出了一种基于就地控制器的变电站GIS技术.首先分析了变电站GIS设备的现状,并梳理了前期的智能化探索.其次,从电机驱动断路器双闭环操作控制、电子式互感器采样与FIR滤波器噪声抑制、基于复向量频率相位算法的跳合闸相位精准控制、在线监测传感器接入、间隔测控计算和源数据快速扰动分析、智能化视频辅控等方面阐述了该技术的功能原理.最后,面向工程应用,研究了本技术的安装与运行方案,包括物理融合安装方案、设备配置方案等.该技术可提升GIS的智能化水平,降低设备配置和运维复杂度.
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（完整内容请下载后查看）第 47 卷 第 17 期
2019 年 9 月 1 日
电力系统保护与控制
Power System Protection and Control
Vol.47 No.17
Sep. 1, 2019
DOI: 10.19783/j.cnki.pspc.181232
基于就地控制器的变电站 GIS 智能化研究
赵 谦1,2，殷建荣3，程 成1,2，俞春林1,2，孙 伟1,2，张 尧1,2
(1.国电南京自动化股份有限公司，江苏 南京 210003；2.南京国电南自电网自动化有限公司，
江苏 南京 211153；3.江苏省宜兴中等专业学校，江苏 宜兴 214206)
摘要：针对国内 GIS 设备智能化水平较低的现状，提出了一种基于就地控制器的变电站 GIS 技术。首先分析了变
电站 GIS 设备的现状，并梳理了前期的智能化探索。其次，从电机驱动断路器双闭环操作控制、电子式互感器采
样与 FIR 滤波器噪声抑制、基于复向量频率相位算法的跳合闸相位精准控制、在线监测传感器接入、间隔测控计
算和源数据快速扰动分析、智能化视频辅控等方面阐述了该技术的功能原理。最后，面向工程应用，研究了本技
术的安装与运行方案，包括物理融合安装方案、设备配置方案等。该技术可提升 GIS 的智能化水平，降低设备配
置和运维复杂度。
关键词：智能化；就地控制器；测量与控制；一二次融合；电机驱动
Study on intelligent GIS based on on-site control unit
ZHAO Qian1, 2, YIN Jianrong3, CHENG Cheng1, 2, YU Chunlin1, 2, SUN Wei1, 2, ZHANG Yao1, 2
(1. Guodian Nanjing Automation Co., Ltd., Nanjing 210003, China; 2. Nanjing Guodian Nanzi Grid Automation Co. Ltd.,
Nanjing 211153, China; 3.Yixing Secondary Vocational School of Jiangsu Province, Yixing 214206, China)
Abstract: In view of the low intelligence level of GIS equipment in internal substations, the technology of intelligent GIS
based on the integrated on-site control unit is proposed. Firstly, the status of GIS equipment is analyzed, while the
preliminary researches on intellectualization are combed. Then, the functional principles of this technology are researched,
including motor drive control of circuit breaker, electronic transformer (ECT/EVT) sampling, tripping/closing phase
control, real-time monitoring sensors implementation, bay measurement control, disturbance analysis and video auxiliary
control. Finally, the installation and operation scheme of this technology are researched, including physical fusion
installation scheme and equipment configuration scheme. The proposed technology could improve the intelligence level
of GIS equipment, decreasing the complexity of equipment configuration and maintenance.
This work is supported by Scientific and Technological Achievements Transformation Fund Project of Jiangsu
Province (No. BA2016057).
Key words: intelligentization; on-site control unit; measurement and control; primary and secondary integration; motor
drive
文献[1]中介绍了 GIS 电器设备，其中集成了数
0 引言
字接口、在线监测等数字化方案。这些新技术应用
于瑞典、美国、澳大利亚、印度、意大利等国家
145~420 kV 等级变电站。文献[2]介绍了国外近 20
年数字测量技术在 GIS 局部放电在线监测上的应用。
早期国内变电站 GIS 设备的操作、控制、采集、
测量均以常规电缆作为接口，总体数字化、智能化
水平较低。文献[3-4]介绍了变电站一次设备数字化
的特征，包括状态参量的获取传输、使用数字化，
采用网络控制与信息交互，具备自我监测与诊断能
力，自适应能力强等。文献[5]介绍了国电南自用于
一次电气设备数字化和智能化是智能电网的重
要基础。2010 年以后国外出现了数字式的空气绝缘
开关设备(Air Insulated Switchgear, AIS)、即接插式
开关系统(Plug And Switch System, PASS)、气体绝缘
全封闭组合电器(GAS insulated Switchgear, GIS)等
变电站电器设备。
基 金 项 目 ： 江苏省科技成果转化专项资金项目资助
(BA2016057)
万方数据
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电力系统保护与控制
智能变电站具备混合采样输入和高速出口的智能开
关控制器方案，文献[6]介绍了许继电气具备开关选
相控制和状态监测功能的一体化智能单元设计方
案。文献[7]介绍一次设备厂家平高电气对集成式
GIS 二次控制器的设想和研究。国内对整体方案
研究也较少。
力的大幅提升，采用就地控制器集成现有智能二次
设备，包含智能单元、合并单元、测控单元、在线
监测子 IED、故障分析等功能，实现间隔的采集、
计算、控制、分析、监测、记录、上送。
1
GIS 设备智能化现状与前期探索
1.1 变电站 GIS 设备现状
变电站GIS设备主要由断路器、隔离开关、接
地开关、互感器、避雷器、母线等组成。其中最重
要的断路器操作机构一般采用弹簧机构，其合闸分
闸都依靠弹簧来提供能量，弹簧通过储能电机压紧
实现储能。机构较为复杂，可靠性不高[8]。
目前GIS设备运行控制还停留于常规阶段；采
用弹簧机构的断路器控制存在跳合闸电流受限、动
作时间抖动、触点易老化等问题，运行时缺乏监测
手段。采集与测量也停留于常规阶段，目前大部分
采用常规电流、电压互感器。因其结构与绝缘原因，
导致体积较大，且有饱和、二次开路等问题[9]。
1.2 前期 GIS 设备智能化探索
图 1 一次设备智能化整体功能框图
Fig. 1 Diagram of intelligentization functions
输变电一次设备智能化是建设坚强智能电网
的重要环节。而 GIS 智能化应以数字采集和智能操
作控制为基本特征，辅以智能诊断和智能监控手段，
为电力用户提供 GIS 电气间隔的一二次全景数据。
前期主要利用过程层设备如合并单元、智能终
端等采集电流电压数据并上送采样值、执行跳闸指
令，上送开关刀闸位置和各类型遥信。由变电站间
隔层二次系统的保护、测控、在线监测、故障录波、
计量等设备完成各自功能并与变电站监控系统和辅
图 1 是智能化整体功能框图，通过实现以下几
个关键技术，可以完成常规 GIS 到智能化 GIS 的
飞跃：
1) 采集与测量信息数字化，是实现 GIS 智能化
的基础。本方案利用就地控制器作为 ECT、EVT 数
字接口，实现采样值、测量值等多种数据服务上送，
并解决数字采样同步和数字滤波抗干扰等问题。
2) 控制智能化，是常规机构组合电器迈向智能
组合电器的重要特征。就地控制器通过 IEC61850
规约对新型电机驱动断路器、隔离刀闸、接地刀闸
进行控制，并解决伺服电机控制和跳合闸相位控制
等难题，让机构操作变得智能。
控系统通信[10]
。
采用合并单元、智能终端的一二次系统连接途
径复杂，各系统相关度低，一二次系统均有很大优
化集成空间。
3) 在线监测和数据分析智能化，并使在线监测
数据参与 GIS 的控制。实现在线监测数据采集、变
换、上送并用于调节本地控制策略，是智能化 GIS
区别于常规 GIS 的重要特点。
2
GIS 设备智能化方案
2.1 整体方案
为实现 GIS 设备智能化，一次系统的各组合部
4) 运行辅助系统智能化，是智能化 GIS 的重要
辅助手段。可实现间隔测控计算、故障分析、视频
辅控与监控系统关联等。
件需进行优化设计；二次系统实现智能化和自动化
功能集成。
一次智能化主要特征是取消弹簧储能机构，采
用伺服电机控制触头，并可实现断路器不停电检修。
采用电子式互感器，并配备在线监测传感器和数字
摄像头。
5) 就地控制器安装于 GIS 本体的可靠性问题。
常规方案采集、控制装置分布于变电站间隔层。本
方案基于就地控制器，必须解决智能设备就地可靠
性等问题。
二次智能化依托当前嵌入式微控制器处理能
万方数据
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