「輸配電觀察」面向新型電力系統的數字化環保型配網開關設備

“雙碳目標”落地需要構建以新能源為主體的新型電力系統。新型電力系統的“清潔低碳、安全可靠”等目標需要配網開關設備重點考慮數字化和環保的需求。通過采用環保氣體絕緣降低非碳溫室氣體排放，再結合先進的數字化技術，新型配網開關設備在降低自身碳足跡、打造末端設備狀態感知能力、參與配網的調控等方面已經取得了進展。隨著新型電力系統建設的推進，新能源將逐步成為主體，配網開關設備還需要結合新能源的需求，繼續研發適應新能源接入和優化運行的新型配電開關設備。

 為了實現碳達峰、碳中和目標，中國提出要構建以新能源為主體的新型電力系統。踐行碳達峰碳中和戰略，能源是主戰場，電力是主力軍。為實現清潔低碳、安全可靠、智慧靈活、經濟高效等目標，電力系統要通過裝備技術和體制機制創新，推動多種能源方式互聯互濟。要構建規模合理、分層分區、安全可靠的電力系統，強化電力安全和抗災能力，扎實提升電力工業本質安全水平。

數字化是新型電力系統的基礎 [1]，不僅是為了解決新能源隨機性、波動性等新問題，而且要解決運維資源緊張等傳統問題。數字化要和電力系統緊密結合，增加必要的傳感和通信，提升電力系統的狀態感知和分析應用能力。電力系統的數字化整體上可以形成物理電力系統的數字孿生體，數字孿生體可以反映物理系統的實時和歷史狀態，同時具備對物理系統的分析和預測能力，助力電力系統的主動運維、需求側響應等高級功能。

 從傳統電力系統到新型電力系統的轉變，是從以化石能源為主到以新能源為主的轉變，是從部分感知向高度感知、從單向控制向雙向互動、從計劃為主向智能高效的轉變。與這幾大轉變相對應，新型電力系統將呈現出“兩高”（高比例的可再生能源和高比例的電力電子設備）和“兩新”（新技術和新設備）的特點。

隨著更多新能源并網，電網等供電側企業需要充分運用數字化、信息化手段來推動源網荷儲協調發展，以應對新能源發電出力的波動性、間歇性，以及新型電力系統規劃設計、調度運行、保護控制等方面的一系列難題，保證電網可靠運行、靈活高效。通過構建以模型為基礎的數字孿生平臺，可以在電網建設、新能源消納從設計、建造到運營維護的全生命周期內，提供完整的系統工程交付，讓電網轉型及新能源消納帶來的社會價值和經濟價值清晰可見。新型電力系統的設備也需要考慮低碳的需求，例如，環保型中壓開關柜系列，使用干燥空氣代替強效溫室氣體六氟化硫作為絕緣氣體，結合并聯真空開斷技術，可以降低非碳溫室氣體的排放，助力“凈零”排放。

新型電力系統既是信息物理系統（CPS），是源、網、荷、儲的互動協調，也是云、大、物、移、智、鏈等技術的深化應用。未來，將通過綠色能源管理持續整合新的技術應用趨勢，達成全生命周期綠色可靠、高效的能源管理目標，助力構建新型電力系統，加速兌現碳中和承諾。

 包括中國“3060 雙碳目標”在內，全球已有數十個國家和地區提出了“零碳”或“碳中和”的氣候目標，電力基礎設施和高耗電行業作為電力低碳化的關鍵行業面臨來自外部和內部的強大壓力。如何以可持續和氣候友好的方式滿足不斷增長的電力需求，是目前電力行業低碳化轉型過程中面臨的一個關鍵挑戰。

 一直以來，二氧化碳被視為全球氣候變暖的元兇之一。但是，作為一種優良的絕緣和開斷介質并被廣泛用在中高壓電氣設備（如開關柜）中的六氟化硫，其助長溫室效應的威力是二氧化碳的 23500 倍。每公斤六氟化硫釋放到大氣中，對環境的影響相當于駕駛一輛汽車行駛約 20 萬公里（一輛汽車每公里排放約 120 克二氧化碳）。目前，全球安裝的超過 3000 萬套中壓開關柜使用的是六氟化硫 (SF6)，其溫室效應的威力更加難以想象。

 通過推動電網低碳化發展方面持續探索，業內逐漸認識到停止依賴 SF6 溫室氣體，結束 SF6 在電氣設備中的廣泛應用將是電力行業低碳化轉型的其中一個主要方向。干燥空氣是 SF6 的最佳替代氣體之一，而使用干燥空氣的全新無六氟化硫開關柜能夠確保電網公司在不影響正常運營與使用的前提下，加快低碳化進行并提高運營的可持續性，主要體現在以下兩方面：1）干燥空氣全球變暖潛能值為零。與中壓開關柜可以使用的其他氣體相比，干燥空氣的 全球變暖潛能值為零。對溫室效應零貢獻，再加上顯而易見的環境安全性，無疑是干燥空氣成為六氟化硫最佳替代氣體的最重要原因。2）干燥空氣無需回收處理。使用 SF6 或其他人造氣體的開關柜在使用壽命結束時，運營商需要考慮這種氣體是否能被回收、在處理和再利用，是否可以降低對環境的影響。使用干燥空氣則可以徹底消除使用六氟化硫的顧慮，大幅降低開關柜對環境的影響，并且無需經過報廢回收處理，從而節省了相關成本。

 新設計的三工位負荷開關采用并聯真空開斷（SVI）技術，傳承了原有 SF6 三工位開關設備的操作方式，不改變運維人員的操作習慣，降低誤操作的使用風險。并聯真空開斷技術（SVI）的核心是：真空滅弧室與隔離開關并聯安裝 , 隔離開關通過樞軸桿驅動真空滅弧室的開斷。在此設計中，真空滅弧室平時合閘通流過程中不參與工作，僅在開斷階段工作，只需承受開斷時的瞬態恢復電壓 (TRV)，但不必具備短路關合能力、短時電流耐受能力和持續電流耐受能力。在合閘階段，電流不會通過真空滅弧室。實際上，在一次開斷加關合過程中，電流通過真空滅弧室的時間僅有幾毫秒（僅開斷階段），這降低了真空滅弧室的成本和尺寸，同時能保證整個生命周期 10000 次的高機械壽命。

 得益于并聯真空開斷技術的三工位設計，在此基礎上獨創了負荷開關 - 熔斷器組合電器柜，為客戶提供經濟可靠的變壓器保護方案；同時上下隔離真空斷路器方案，可以滿足線路及變壓器保護使用，全面滿足差異化的需求。環保氣體環網柜不僅方案齊全，而且配置靈活，最多可以實現 6 功能共箱式環網柜的自由組合配置，滿足用戶不同的使用環境需求；同時單元式環網柜完全滿足國網對于標準化環網柜的方案、尺寸及參數等要求，實現標準統一，相互替換的原則。整個產品的研發過程中都植入了模塊化的理念，電機、低壓間、電流互感器、分合閘線圈等都實現模塊化設計，實現了即插即用的，方便升級更換。參數要求均滿足或超過 GB/DL 標準及國家電網采購規范要求。

為解決運維人員短缺與設備數量迅速增加的矛盾，主動運維技術在配電系統中進行了研究和應用。主動運維基于從設備 ( 各類傳感器、表計、在線監測設備 ) 采集而來的信息，通過主動運維的專有算法，將原始數據快速轉化為可執行的洞察力，從而預防設備故障，并做出明智的決策，以改善運維效率。
將關鍵數據進行整合并通過專家分析系統進行分析和判斷，將靜態數據和動態數據相結合，經驗計算同理論分析相輔助，最終給出設備資產情況的整體分析結果。一旦發現問題，主動運維智能單元可以協助用戶分析原因和故障診斷，在故障出現之前提醒客戶，并配合客戶在問題嚴重影響運營之前予以解決。從而輕松的實現高可靠性，高效率的運維目標。同時，由于運維人員可以收到潛在問題的預警，因此可以減少計劃外停電時間，減少維護成本，使運維人員的工作效率最大化。
通過預測性分析，運維人員可以了解資產在當前運行狀態下的實際和預期性能，并根據該信息推斷性能對當前和未來運營的影響，從而更好的對資本和運行開支劃分優先級。通過操作一個設備就能了解全站的各類信息，避免了大量冗余數據給運維人員造成的信息龐雜，實現了將正確的信息傳遞給正確的人這樣的運維目標，實現資產全壽命周期管理的數字化、智能化。
云端大數據平臺收集智能硬件中的有效信息，通過大數據分析為用戶提供配電設備運行狀態監視、運行維護作業管理和設備資產管理等“互聯網 +”服務。功能可以按照需求定制，包括云端的電力資產管理、緊急事件處理、維修維護管理、文檔報告管理、工單和派工管理?；谠贫说拇髷祿軜?，更具有規模性、經濟性和專業性?；谠破脚_的系統部署，分布式站點的集中管理，幫助客戶真正實現配電室的“無人值守”。云平臺支持線上線下無縫結合，海量設備資產信息快捷訪問，包括設備資料、歷史文檔和圖紙資料，確保設備生命周期內的信息完整。自動創建和管理工單，并在工單實施周期內向相關的使用者發送派工提示，支持工單完成后記錄和上傳管理，實現自動化的維護管理。