《智能高压开关设备关键技术及工程应用》

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该项目属于电气工程领域,涉及高电压工程、输配电工程等学科。高压开关是控制电网运行、保障电网安全的核心设备。常规高压开关为传统机电设备,精准控制能力弱、状态感知水平低,存在拒动与误动风险大、倒闸依赖人工现场监控、操作过电压及涌流幅值高等问题。近十年来,约30%的大面积停电、75%的非计划停运都由高压开关故障引起,成为影响电网安全的主要因素。实现高压开关智能化是解决上述问题的关键,也是变电站乃至整个输变电系统智能化的核心。研制工作的难点在于:(1)用于感知与控制的电子设备与高压开关缺乏融合方法,可靠性与稳定性问题突出;(2)制约智能控制的因素多,触头全行程精确辨识等关键技术尚待突破;(3)触头电寿命等关键状态量的感知长期未找到解决方案,多元传感信息实时转化为控制决策信息缺乏有效方法;(4)创建检测平台无先例可借鉴,机械与电气特性的物理仿真实现困难。该项目在国家863计划、河南省重大科技专项等支持下,经7家单位联合攻关,在国际上率先成功研制了智能高压开关设备,取得以下创新成果:(1)在物理实现方面,提出了高压开关与电子设备的融合方法,创建了智能组件,建立了逻辑节点与信息流模型,解决了智能控制和状态感知所必需的设备及信息融合问题;提出了定量分析电磁干扰的集总等效源法,确立了有效的干扰抑制措施,解决了高压开关操作时电子设备可靠性低、稳定性差的难题。(2)在智能控制方面,提出了传动链路耦合的光编码传感方法,解决了触头全行程精确辨识的难题,实现了不依赖人工现场监控的顺序控制,倒闸操作时间缩短了70%;提出了高压开关组群联锁控制的软逻辑方法,实现了智能联锁,解决了电气联锁易引发误动及拒动的问题;提出了考虑超长期静置影响及具有自学习能力的选相位控制方法,准确率提升约20%,抑制了操作过电压及涌流。(3)在状态感知方面,提出了动态回路电阻与行程曲线聚合的燃弧时间在线计算方法,解决了电寿命这一关键状态量在线评估的难题;提出了支持在线评估可靠性水平的概率合成法,解决了将多元传感信息就地转化为控制决策信息的问题,提升了电网主动应对故障风险的能力。(4)在检测平台方面,提出了机械与电气特性的物理仿真方法,研制了国际首套高压开关物理仿真平台,解决了智能化功能试验检测缺少平台支撑的问题。该项目获授权专利31项(发明专利15项),发表论文73篇(SCI/EI45篇)、专著1部,从2013年10月至2016年11月已累计出产5710个间隔,推广到28个省市的605座变电站,运行达9015间隔•年,未发生一起拒动及误动故障,非计划停运次数下降约50%。近三年,该项目参与企业的智能高压开关销售合同额达51亿元,利润6.8亿元,减少供电中断等效增加收益约18.5亿元,经济和社会效益显著。该项目成果形成国家、行业及企业标准21项,引领了中国高压开关行业的技术进步,大幅提升了电网安全水平及智能化水平,为保障智能电网建设、促进社会经济发展发挥了重大作用。

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