“十二五”以来，我国提出了建设坚强智能电网的发展目标，构成智能电网基础的智能高压开关设备也得到了很大的发展。

　　智能高压开关设备属于智能电网数字化体系中过程层的关键设备，设计中大量使用了先进的控制和监测单元，而这些单元多是由较易受到外界强磁场或强电场干扰的电子元器件组成，因此在产品投运之前，应根据相关标准对高压开关设备进行严格的检验，以验证其可靠性和安全性。

全国高压开关设备标准化技术委员会  吴鸿雁

　　1 智能高压开关设备标准体系

　　基础标准如：

　　(1)GB/T 11022-2011《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》等

　　(2)GB/T 28810-2012《电子及其相关技术在开关设备和控制设备的辅助设备中的应用》(IEC 62063：1999)

　　(3)GB/T 28811-2012《基于IEC 61850的数字接口》(IEC 62271-3：2006)等。

　　其中，GB/T 11022-2011标准是高压开关设备的基础标准。针对高压开关设备智能化，在基础标准中增加GB/T 28810-2012和GB/T 28811-2012两项标准。

　　产品标准：

　　GB 3906-2006《3.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》

　　GB 7674-2008《72.5kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备》

　　NB/T 42025-2013《额定电压72.5kV及以上智能气体绝缘金属封闭开关设备》

　　NB/T 42044-2014《3.6kV～40.5kV智能交流金属封闭开关设备和控制设备》

　　“智能高压开关设备”在标准中的定义是：具有较高性能的开关设备和控制设备，配装有电子设备、变送器和执行器，不仅具有开关设备的基本功能，还具有附加功能，尤其在监测和诊断方面。

　　智能组件的核心功能是对主设备状态的实时监测和评估，并依据评估结果进行控制。其

　　与高压开关设备相关的测量、控制、检测、计量以及保护进行融合设计，实现电网对设备状态的可监测，可判断、可控制。

　　2 智能高压开关设备标准的主要内容

　　2.1 智能化开关设备基础标准的相关内容(GB/T 11022-2011)

　　GB/T 11022-2011涉及到智能化方面的章节和内容：标准第5章设计与结构中的5.4辅助和控制设备：①外壳;②电击防护;③火灾危害;④外壳中安装的元件。

　　标准中增加关于智能化方面的型式试验：

　　2.1.1 原有试验

　　发射试验：主回路;辅助和控制回路

　　辅助和控制回路的抗干扰试验：电气快速瞬态/脉冲串试验;振荡波抗扰试验

　　2.1.2 增加试验(2项)：辅助和控制回路附加的EMC试验

　　试验的目的是为了验证完整装置而不是重复单个元件的试验。因此，符合它们相关产品标准和相关额定值的元件的试验不需要重复。

　　(1)直流电源输入接口的纹波抗扰性试验

　　试验按照GB 17626.17进行且适用于电气和电子元件。开关设备和控制设备相关的产品标准应规定此试验对某些元件是否必要(例如，它不适用于电动机、电动机操作的隔离开关等)。

　　(2)电源输入接口的电压跌落、短时中断和电压变化抗扰性试验

　　交流电源接口的电压跌落、短时中断和电压变化试验应按照GB 17626.11进行，直流电源接口按照GB17626.29。

　　2.2 智能化开关设备基础标准的主要内容(GB/T 28810-2012)

　　此标准主要解决的就是智能开关设备内部之间的连接和通信技术问题。随着电子技术的快速发展，电子装置已经出现并安装在高压开关设备和控制设备内部的全部和部分的辅助设备中。因此，迫切需要将这些装置可能使用的接口，尤其是通信协议进行标准化，以避免出现混乱状态，并提高这些装置的互操作性。本标准就是为了涵盖这些电子技术，以适应并推动高压开关设备和控制设备产品及其相关标准的发展。

　　在标准范围中提出了新的概念：一次设备即开关设备的高压部分，用于高压绝缘、载流和开合;辅助设备即开关设备的低压部分，用于主元件的控制和监测。采用传统的技术，这两部分通常均由一个开关设备制造厂提供，其分界就是通常的端子排。

　　电子技术的使用引起下述几方面发生重大变化：

　　(1)辅助设备的位置不必限定于相应的开关设备，而可以放置在任何位置，从开关设备的就地控制柜到变电站的控制室。一次设备和辅助设备的分界不再是物理上接近就地控制柜的位置;

　　(2)辅助设备的不同元件可以由不同的制造厂提供;

　　(3)采用分布式结构的电子技术，基于微处理器的元件和数字通信引入了可信性方面的新概念。这将导致开关设备的维修规程以及用户运行方式的改变。

　　2.3 智能化开关设备基础标准的主要内容(GB/T 28811-2012)

　　(1)额定值和分类

　　高压变电站过程层的逻辑节点;开关设备监测的附加数据和逻辑节点;通信服务;时间要求;数据分辨率和准确度的额定等级;数据安全;数据完整性;性能要求。

　　(2)设计与结构

　　通过介绍开关设备控制器和通信装置的几种典型布置来说明各控制器如何实现其功能并对变电站自动化系统提出要求。

　　(3)型式试验和例行试验

　　主要包括开关设备通信接口一致性测试和开关设备的时间测量。

　　通过这些基础标准的制定，使得智能开关设备的开发、生产、试验、运行有了依据，使得高压开关设备的状态检测成为可能，实现了高压开关设备过程层与站控层之间的数字通讯。

　　2.4 智能化成套开关设备标准的主要内容

　　目前，全国高压开关设备标准化技术委员会(SAC/TC65)已有两个智能成套开关设备标准：

　　(1)NB/T 42025-2013 额定电压72.5kV及以上智能气体绝缘金属封闭开关设备(2013-11发布，2014-04-01正式实施);

　　(2)NB/T 42044-2014 3.6kV～40.5kV智能交流金属封闭开关设备和控制设备(2014-10发布，2015-03-01正式实施)。

　　两项标准提出的技术性能参数基于国内外智能高压开关设备的设计、制造和运行经验。由于智能高压开关设备技术仍处于发展阶段，标准中的相关技术原则将随着技术的发展与成熟逐步修订和完善。

　　2.4.1 NB/T 42025-2013(智能GIS)

　　标准中对智能高压开关设备提出了具体的技术原则：智能组件是智能高压开关设备不可分割的一部分，应与高压开关设备一体化设计。其设计安装不应降低高压开关设备的性能;智能高压开关设备的数字接口应符合GB/T28811(IEC 62271-3)的相关要求。

　　智能GIS的试验应在智能化元件全部组装在开关设备中后进行;首先应满足高压开关设备的相关标准，所有智能组件应在工作或模拟工作状态下随高压开关设备进行试验。

　　对下列配置的智能组件提出了技术要求：

　　(1)电子式互感器

　　电子式互感器应符合GB/T 20840.7、GB/T 20840.8、IEC 62271-3的有关规定，其保护精度不低于5TPE，测量精度不低于0.2S;电子式电压互感器保护精度不低于3，测量精度不低于0.2;采集器及合并单元由智能组件柜提供DC 220 V或DC 110 V电源。

　　(2)合并单元

　　具备多个光纤接口，满足直接采样要求。与变电站输出采样速率统一，额定数据速率符合IEC 61850标准;具有完善的闭锁告警功能，能保证在电源中断、电压异常、采集器异常、通信中断、通讯异常、装置内部异常等情况下不误动作;合并单元与采集器之间没有硬同步信号时，合并单元应具备前端采样、处理和采样传输时延的补偿功能;合并单元之间的同步性能应满足保护要求，采样的同步误差应不大于±1μs;同一合并单元应能同时接入电子式电流、电压采集器信号;合并单元可接入常规电磁互感器或模拟小信号互感器输出的模拟信号。合并单元推荐安装在智能组件柜内，其结构应便于检修和更换。

　　(3)开关设备控制器

　　开关设备控制器配置，252kV以下智能GIS推荐采用单套配置，252kV及以上智能GIS推荐采用双重配置;能接收测控装置和保护装置的指令，对开关设备发出分、合闸操作指令，并对开关设备相关参量进行测量;有完善的闭锁告警功能，包括电源中断、通讯中断、通讯异常、GOOSE断链、装置内部异常等自检测功能;应支持以GOOSE方式进行信息传输;GOOSE信息处理时延应小于1ms;能接入站内时间同步网络，通过光纤接受站内时间同步信号;具备GOOSE命令记录功能，记录收到GOOSE命令时刻，GOOSE命令来源及出口动作时刻等内容，并提供查看方法;开关控制器安装在智能组件柜内，其结构应便于检修和更换。

　　(4)选相控制器

　　选相合闸控制器与断路器各极配合，断路器的固有合闸时间应稳定，偏差不应大于±1ms，能够使实际合闸相位与期望合闸相位之间的平均偏差不大于±18电度，其自身不确定度不大于0.1ms。通常选相合闸控制器应具有环境温度修正、操作频率修正、控制回路电压修正等功能。

　　从合并单元采集系统电压数据，据此判断电压相位。接收测控装置的合闸命令，计算所需时延，并将时延后的合闸命令发送到开关设备控制器实现在预期合闸相位的合闸操作。选相合闸控制器可通过IEC 61850通讯协议接收测控装置的合闸命令，并将合闸命令直接发送到开关设备控制器，开关设备控制器不确定度不大于0.1ms。

　　(5)状态在线监测系统

　　状态在线监测主要包括监测功能组主IED、气体状态监测、局放在线监测、断路器状态在线监测、避雷器在线监测的传感器和其IED，如图1所示。

图1 状态在线监测系统

　　智能气体绝缘金属封闭开关设备型式试验包括：本体性能检测，智能组件性能检测和整体联合调试。试验时，智能开关设备主回路保持闭合导通状态，所有智能组件带电工作;将智能单元信息通过设备自带的程控交换机或控制器利用光纤传输至后台监测系统;当峰值电流和短时耐受电流出现时，监测系统正常采集到全部状态信息，如试验电流波形，开关状态显示，SF6状态信息以及应显示的告警信息等。

　　2.4.2 NB/T 42025-2014(智能开关柜)

　　(1)特点

　　智能中压金属封闭开关设备在智能组件的功能选择、集成度及兼容方式上与智能GIS有不同的要求。与智能GIS相比，智能中压金属封闭开关设备由于体积原因，要求智能化元件具有更高的集成度，对其兼容性的要求也更高。

　　目前智能中压金属封闭开关设备主要的实现方式一般是“一次设备+智能组件+检测组件”，其中智能组件通常集成在柜体。

　　(2)技术原则

　　符合GB 3906-2006要求，并具备完善的控制、测量、保护、计量，尤其是状态监测和诊断功能;IED是智能交流金属封闭开关设备和控制设备不可分割的一部分，应与智能交流金属封闭开关设备和控制设备一体化设计。IED的设计安装不应降低其性能;智能交流金属封闭开关设备和控制设备数字接口应符合 GB/T 28811-2012 标准的相关要求。

　　(3)技术要求

　　电子式电流互感器，电子式电压互感器，合并单元，对选相控制器的要求(如果有)，金属封闭开关设备和控制设备控制器，状态在线监测系统，电动执行单元，联锁。

　　状态在线监测系统的基本构成如图2所示。

图2 状态在线监测系统

　　①断路器状态监测

　　技术指标：断路器状态监测可选择监测分、合闸线圈电流波形，行程-时间曲线，储能状态、运行状态、机械寿命等。

　　②隔离开关、接地开关状态监测

　　技术指标：隔离开关、接地开关状态监测主要有隔离开关电动执行单元运行状态及其机械寿命。

　　③可移开部件状态监测

　　技术指标：可移开部件状态监测主要有可移开部件电动执行单元运行状态及其机械寿命。

　　④气体状态监测(适用时)

　　技术指标：气体状态包括压力、密度、温度，折算到20 ℃的气体压力的准确级应达到1.5级。

　　功能要求：气体状态监测IED采集气体压力、密度、温度(推荐优先监测密度、温度)。根据所采集的数据，计算20℃时的气体压力，将监测结果信息根据预设条件报送主IED。对异常告警信息应实时向站控层报送。

　　⑤主回路温度在线监测

　　技术指标：主回路温度在线监测内容包括各测温点的温度、金属封闭开关设备和控制设备安装现场的环境温度。监测系统的温度误差不大于±2℃。

　　功能要求：测温传感元件的安装应不降低金属封闭开关设备和控制设备的性能。测温点的设置应不低于6个。各测温点的预报警温度值和极限报警温度值应可设置。在监测温度超过预报警温度值和极限报警温度值时，应发出不同的告警信息,该信息包括与告警同步的温度信息。保存报警信息和一定周期时间段的温度数据。

　　⑥隔室带电状态监测

　　技术指标：隔室带电状态监测的响应时间小于1s。

　　功能要求：隔室带电状态监测IED采集三相带电显示信息和/或联锁控制用“闭锁”/“解锁”信息，将监测结果信息根据预设条件报送主IED。对异常告警信息应实时报送。

　　⑦风机回路状态监测

　　技术指标：风机回路状态监测主要包括风机回路的通断状态或电机工作电流。

　　功能要求：数据的采样由风机的启动事件驱动。状态监测采集风机回路状态信息(包括回路通断或电机工作电流)，将监测结果信息根据预设条件报送主IED。对异常告警信息应实时报送。

　　⑧环境温、湿度在线监测

　　技术指标：环境温、湿度状态包括环境温度，湿度。温度的误差不大于1 ℃，湿度的误差不大于±3%。

　　功能要求：采集环境温、湿度状态信息，将监测结果信息根据预设条件报送主IED，并按设定的参数进行加热和除湿控制。对异常告警信息应实时报送。

　　3 标准的发展

　　3.1 智能光伏变电站

　　“十二五”以来，国家对提高产业竞争力、节能减排、循环经济等方面提出了新的要求。同时，家电网提出的建设统一、坚强的智能电网战略规划。随着智能电网的不断发展，保证智能电网运行的可靠性成为智能电网发展极为重要的一个环节，实现智能电网的可靠运行的基础是智能设备的可靠性。在国家政策的大力扶持及相关产业的大力发展下，我国并网逆变器的年产量已经位居世界前列，这为光伏智能变电站的发展提供了有力的保障，但由于目前我国尚无相关的产品标准和与其相对应的法律法规和技术要求，导致用户、制造企业、施工方没有一个统一的标准进行规范，使得各方之间难以沟通，后期运行维护成本增加、效益很低。因此，2014年底，由中国电器工业协会牵头，全国高压开关设备标委会负责组织多方单位参加，制定了“CEEIA ××××-201×《智能光伏预装式变电站》”标准。

　　标准规定：系统电压35 kV及以下、频率50 Hz的三相系统包含一台或多台变压器、安装在公众可接近地点的户外智能光伏预装式变电站的使用条件、额定特性、一般结构要求和试验方法。该智能光伏变电站是通过电缆连接的，可以从它的内部(进入型)或外部(非进入型)进行操作。满足位于高原、荒漠、戈壁、滩涂等不同环境类型光伏电站的选用。为各种类型光伏电站的集成电器选型和验收提供依据。

　　3.2 中压开关柜(GB3906)

　　(1)电弧光保护

　　随著电弧光保护技术的发展和应用的不断完善，在IEC和IEEE的有关技术报告中，均提到了“电弧光保护”这个新技术的应用，虽然目前尚无形成正式的标准，但已经有这方面的考虑。

　　所谓的电弧光保护，就是采用弧光检测和过电流检测的原理，在开关柜的高压室中，监测出现故障电弧的时刻报警，并指示上一级跳闸。这种保护比传统的保护系统响应快速、可靠性高，而且通信距离远，可在极大程度上降低弧光发生带来的灾难性后果。(当产生电弧时，立即报警，以减轻出现电弧隔室的压力，缩短耐受电弧的时间(从而使得开关柜的门、铰链、隔板能够耐受的住)) 。对母线系统的安全性进行全面的保护，最大限度减少了母线故障对设备的损害，提高了输配电可靠性。但是，要实现弧光保护，就要在开关柜的各高压室中预埋弧光传感器，并在开关柜中安装CPU、电流信号、通信模块、动作指示器等。这就意味着一次设备与二次设备之间的电磁干扰，动作可靠性等问题，都需要我们在标准中加以规定。

　　(2)温度在线监测系统

　　针对智能电网的发展对智能开关设备在线监测需求越来越多，高压开关设备温度在线监测系统现场运行多年，多种方式并存，但没有统一的标准对其功能要求、技术要求、校验项目、检验规则等进行规范。今年，全国高压开关标委会将对高压开关设备温度在线监测系统进行能源行业的标准制定。