智能电器

智能电器智能电器开关电器开关电器传统电器传统电器开关电器的种类开关电器的种类 断路器 负荷开关 接触器 隔离开关 熔断器传统电器传统电器负荷开关负荷开关 仅用于在正常情况下断开或接通工作电流；不能作为短路保护，必须与保护电器配合传统电器传统电器负荷开关种类负荷开关种类1.产气式2.压气式3.真空4.SF6传统电器传统电器接触器接触器 仅用于在正常情况下断开或接通工作电流；适于远距离频繁操作传统电器传统电器断路器断路器 既能开断或闭合正常工作电流，又能开断、闭合故障电流；控制 保护传统电器传统电器断路器种类断路器种类1.SF6断路器2.真空断路器隔离开关隔离开关 仅用于检修时隔离带电部分；有电压无负荷或轻负荷；有明显断口 户内刀开关 户外隔离开关传统电器传统电器熔断器熔断器 仅在故障或过负荷情况下切断故障电流和过载电流；传统电器传统电器智能化智能化-电器的发展方向电器的发展方向 电子及计算机电子及计算机技术的发展技术的发展 电力系统可靠电力系统可靠性的需要性的需要智能电器智能电器智能化电器智能化电器1.保护的电子化、保护的电子化、计算机化；计算机化；2.控制的网络化、控制的网络化、自动化；自动化；3.电器故障自动诊电器故障自动诊断功能断功能。智能电器智能电器智能电器智能电器智能电器智能电器:1.信息共享信息共享通信功能通信功能2.思维判断思维判断自主操作自主操作3.动作控制动作控制优化性能优化性能理想的真空开关触头合分闸位移曲线理想的真空开关触头合分闸位移曲线动作控制动作控制通常的真空开关触头合分闸位移曲线通常的真空开关触头合分闸位移曲线与理想的相差甚远与理想的相差甚远动作控制动作控制智能高压电器智能高压电器1.传感器、传感器、2.数据采集、数据采集、3.信号处理、信号处理、4.控制、控制、5.电子、电子、6.电力电子、电力电子、7.人工智能、人工智能、8.数字通信数字通信9.网络技术网络技术智能电器产品：重合器、分段器、智能电器产品：重合器、分段器、GIS智能电器涉及的相关技术：智能电器涉及的相关技术：智能电器的基本特点智能电器的基本特点1.处理数字化处理数字化软硬件一体软硬件一体2.功能复合化功能复合化多种功能集成多种功能集成3.设备网络化设备网络化信息融和和共享信息融和和共享4.自诊断和智能控制自诊断和智能控制思维和判断思维和判断智能电器的基本结构智能电器的基本结构 组合式真空自动重合器和分段器的结构框图组合式真空自动重合器和分段器的结构框图 智能电器的基本结构智能电器的基本结构 智能电器关键技术智能电器关键技术1.信号检测信号检测 数据采集数据采集 传感器传感器电量和非电量电量和非电量 信号调理信号调理 隔离、变换、放大、调节偏置、滤波隔离、变换、放大、调节偏置、滤波 系统误差分析系统误差分析 传统互感器传统互感器电阻和电容分压器电阻和电容分压器罗柯夫斯基电流传感器罗柯夫斯基电流传感器霍尔传感器霍尔传感器 光学互感器光学互感器 组合传感器组合传感器电阻（或电容）分压器电阻（或电容）分压器+罗氏线圈罗氏线圈电量传感器电量传感器温度传感器温度传感器湿度传感器湿度传感器气体密度气体密度压力传感器压力传感器运动状态传感器运动状态传感器非电量传感器非电量传感器2.数据处理数据处理 数字线性化数字线性化故障诊断故障诊断 智能电器关键技术智能电器关键技术电器本体的智能化电器本体的智能化状态监测状态监测 绝缘状态监测：介损、局放、漏电流和电晕等绝缘状态监测：介损、局放、漏电流和电晕等 机械状态机械状态：1.机械特性：机械特性：触头开距、触头行程、超行程、分闸速度、触头开距、触头行程、超行程、分闸速度、合闸速度、分闸时间、合闸时间、三相分闸合闸速度、分闸时间、合闸时间、三相分闸同期性、三相合闸同期性、同相不同期性、同期性、三相合闸同期性、同相不同期性、刚分速度、刚合速度、平均速度、最大速度、刚分速度、刚合速度、平均速度、最大速度、触头合闸弹跳时间、触头分闸反弹幅值等触头合闸弹跳时间、触头分闸反弹幅值等 分闸速度分闸速度 状态监测状态监测 分（合）闸平均速度分（合）闸平均速度 状态监测状态监测 2.储能电机电流监测储能电机电流监测状态监测状态监测 3.分合闸电磁铁线圈电流分合闸电磁铁线圈电流 状态监测状态监测 4.振动信号监测振动信号监测5其他：其他：温度、温度、绝缘、绝缘、电寿命电寿命触头磨损触头磨损真空度真空度气体密度气体密度气体含水量等。气体含水量等。状态监测状态监测 相控合闸相控合闸 容性负载的同步关合容性负载的同步关合1.应用同步关合技术投入容性负载时，可以使涌流不超过2倍2.如果同时应用对容性负载的预充电技术，则完全可以实现无涌流投入容性负载同步开关关合电容器的动态仿真图容性负载的同步关合容性负载的同步关合 在电压零点接 通容性负载，实现无涌流合闸。容性负载的同步关合 在电压峰值接通容性负载时的涌流波形感性负载感性负载 空载变压器的同步关合空载变压器的同步关合影响变压器合闸瞬态过程的因素1.合闸初相角2.磁路中的剩磁3.时间常数变压器的空载关合过程进行动态建模仿真变压器的空载关合过程进行动态建模仿真 0度关合 45度关合 90度关合合闸初相角与涌流倍数合闸初相角与涌流倍数 空载变压器空载变压器关合时相位角关合时相位角与涌流的对应关系与涌流的对应关系当关合时电源的初相角为当关合时电源的初相角为0度时，涌流的最大值为最高，度时，涌流的最大值为最高，达到额定电流的达到额定电流的11.4倍；倍；当电源的初相角为当电源的初相角为4545度时，涌流的最大值降至额定电流的度时，涌流的最大值降至额定电流的7.37.3倍；倍；当电源的初相角为当电源的初相角为9090度时，理想情况下将不产生涌流，度时，理想情况下将不产生涌流，变压器直接进入稳态运行。变压器直接进入稳态运行。如果能控制断路器在如果能控制断路器在9090度或度或270270度附近关合空载变压器，度附近关合空载变压器，将大大降低涌流的倍数。将大大降低涌流的倍数。当变压器有剩磁时，在不利的剩磁方向时，变压器当变压器有剩磁时，在不利的剩磁方向时，变压器铁心更易饱和，涌流更大铁心更易饱和，涌流更大tLmtmte11cos)cos(当变压器铁心有剩磁时，此时的全磁通：rtQ高压侧绕组的全磁通与变压器接通时高压侧绕组的全磁通与变压器接通时电源的初相角对应关系电源的初相角对应关系空载变压器的同步关合的最空载变压器的同步关合的最佳相位角佳相位角1.1.无剩磁（无剩磁（ss=0=0），合闸相角），合闸相角为为9090：最大磁通为：最大磁通为mm，合闸后直接进入稳态，无暂态过程，故无励磁涌流。合闸后直接进入稳态，无暂态过程，故无励磁涌流。2.2.无剩磁（无剩磁（ss=0=0），合闸相角），合闸相角为为0 0：合闸后有暂态过程：合闸后有暂态过程，最大磁通接近，最大磁通接近2m 2m，磁通与磁密成正比，激磁电流与磁，磁通与磁密成正比，激磁电流与磁场强度成正比，在场强度成正比，在2 2倍正常磁密下，空载电流增大到正常状倍正常磁密下，空载电流增大到正常状态下的许多倍。态下的许多倍。3.3.剩磁正向最大（剩磁正向最大（s=ms=m），合闸相角），合闸相角 为为9090：合闸后磁通有暂态过程，最大磁通接近合闸后磁通有暂态过程，最大磁通接近2m 2m 。4.4.剩磁正向最大（剩磁正向最大（s=ms=m），合闸相角），合闸相角为为0 0：合闸：合闸后有暂态过程，最大磁通接近后有暂态过程，最大磁通接近3m3m，由，由B/HB/H曲线可知，此曲线可知，此时涌流流将达到最大值。时涌流流将达到最大值。6 6.剩磁反向最大（剩磁反向最大（s=-ms=-m），合闸相角），合闸相角为为0 0：最大磁通为最大磁通为mm，合闸后直接进入稳态，无暂态过程，合闸后直接进入稳态，无暂态过程，故无励磁涌流。故无励磁涌流。n变压器的剩磁方向可以用同步分闸技术进行控制变压器的剩磁方向可以用同步分闸技术进行控制5.5.剩磁反向最大（剩磁反向最大（s=-ms=-m），合闸相角），合闸相角为为9090：合闸后有暂态过程，最大磁通接近合闸后有暂态过程，最大磁通接近-2m-2m。八 钢 2 2 0 K V 电 炉 变 电 站 安 装 一 台220KV/33KV，70MVA主变一台，为70t电炉厂一台钢包精炼炉变压器（33KV，13MVA）和另一台冶炼电炉变压器（33KV，60MKVA）供电。自1999年11月70t电炉厂投产，多次发生冶炼电炉变合闸时220KV主变差动保护动作跳闸，给220KV主变安全运行及电炉厂的生产带来很大的影响。新疆八一钢厂新疆八一钢厂220KV电炉变压器电炉变压器差动保护动作差动保护动作 原因的分析及解决方案原因的分析及解决方案 当变压器空载投入时，可能出现数值很大的励磁涌流，最大可达到变压器额定电流的6-8倍。对三相变压器来说，无论任何瞬间合闸，至少有两相出现程度不同的励磁涌流，励磁涌流的特点：（1）励磁涌流中包含有很大成分的非周期分量，使涌流波形偏于时间轴的一侧（如图3）；（2）励磁涌流中包含有大量的高次谐波，以二次谐波为主；（3）励磁涌流波形之间出现间断。经录波分析可以发现，冶炼电炉变合闸励磁涌流大，而且衰减时间长。当冶炼电炉变合闸时，其励磁涌流对220KV主变及其两侧差动互感器来说相当于经历了一个暂态的过渡过程，特别是励磁涌流中的非周期分量对主变差动互感器的影响就更大。220KV电炉变压器电炉变压器差动保护动作差动保护动作 原因的分析及解决方案原因的分析及解决方案永磁真空同步开关在电弧炼钢炉的应用前景1.永磁机构，解决操作寿命2.同步合闸，解决涌流问题3.同步分闸，解决电寿命问题4.在线监测，确保长期、安全的运行控制每极分闸相位角控制每极分闸相位角 三极按最佳时域分别进行分三极按最佳时域分别进行分闸操作，降低截流值，从而降低过电压闸操作，降低截流值，从而降低过电压 1.首开相为单断口分断2.后两相分断时为双断口分断线电压，截流值比首开相大为增高三极按最佳时域分别进行分闸操作，控制每极分闸相位角，从而减少触头电烧损，增大开断能力 按照灭弧室最佳开距，分别控制各极分闸时间，降低电极表面的热量与烧损高速动车组不分闸自动过分相技术高速动车组不分闸自动过分相技术1.大开距永磁操动机构结构的优化；2.开关状态实时监测和控制的跟踪补偿方法的研究；3.预击穿对同步合分精确控制影响的研究；4.过分相合分闸操作时减小(或无)过电流和过电压的控制研究；5.同步合分精确控制算法的研究。国家科技支撑计划课题国家科技支撑计划课题 中国高速列车关键技术研究及装备研制 高速动车组不分闸自动过分相技术的研究与装备的试制高速动车组不分闸自动过分相技术的研究与装备的试制 高速动车组不分闸自动过分相技术高速动车组不分闸自动过分相技术高速动车组不分闸自动过分相技术高速动车组不分闸自动过分相技术A).对永磁机构的电磁场理论进行分析和研究，建立了不同永磁机构的数学模型，阐述了求解方法，并提出了分形有限元的新方法。1.元件永磁机构的真空开关高速动车组不分闸自动过分相技术高速动车组不分闸自动过分相技术高速动车组不分闸自动过分相技术高速动车组不分闸自动过分相技术B.B.针对双稳态永磁机构，利用磁网络方法，建立等效磁路，针对双稳态永磁机构，利用磁网络方法，建立等效磁路，提出基于空间磁通管的散磁导计算方法，分析了磁路对于提出基于空间磁通管的散磁导计算方法，分析了磁路对于保持力的影响。设计磁短路环装置，建立数学模型，经过保持力的影响。设计磁短路环装置，建立数学模型，经过仿真计算表明，可以大大减小双稳态永磁机构的分闸启动仿真计算表明，可以大大减小双稳态永磁机构的分闸启动电流，提高分闸速度，特别适用于高电压、大开距的永磁电流，提高分闸速度，特别适用于高电压、大开距的永磁机构。机构。C.C.针对高电压、长行程单稳态永磁机构的合闸问题，设针对高电压、长行程单稳态永磁机构的合闸问题，设计变气隙自锁式的新型单稳态永磁机构，分析单稳态永磁计变气隙自锁式的新型单稳态永磁机构，分析单稳态永磁机构的磁路系统。通过计算机辅助手段进行联合仿真分析。机构的磁路系统。通过计算机辅助手段进行联合仿真分析。最后针对新设计的单稳态永磁机构，制作出物理样机，并最后针对新设计的单稳态永磁机构，制作出物理样机，并进行了充分的实验，表明这种机构原理可行，工作正常，进行了充分的实验，表明这种机构原理可行，工作正常，可以大大增强永磁机构的合闸启动能力。可以大大增强永磁机构的合闸启动能力。杨家湾分区亭使用中的相分段负荷开关杨家湾分区亭使用中的相分段负荷开关高速动车组不分闸自动过分相技术高速动车组不分闸自动过分相技术A研究了断路器关合时由于机车辅机系统运行产生电压与待合相系统电压相加给合闸时间以及预击穿所造成的影响。高速动车组不分闸自动过分相技术高速动车组不分闸自动过分相技术B针对不断电过分相这种方式，研究了永磁真空断路器开断时产生的过电压和关合时产生过电压的详细机理、参数模型和控制策略。高速动车组不分闸自动过分相技术高速动车组不分闸自动过分相技术 目的：目的：采用同步关合技术（即开关在指定的系统电压相位角关合，可以减少合闸操作时牵引电网设备所承受的涌流和过电压，能有效地改善电能质量并能提高系统的稳定性），保证开关在任意情况下都能实现准确同步关合，实现无涌流自动过分相。手段手段：1.元件永磁机构的真空开关 2.控制 内容内容：通过研究配永磁机构的真空开关的动静态特性、开关在运行过程中参数发生变化的规律、影响开关同步关合的因素。进一步研究实现同步开关的闭环控制的自适应算法。高速动车组不分闸自动过分相技术高速动车组不分闸自动过分相技术新型成套电器设备新型成套电器设备a)GIS：72.5kV 及以上电压等级的及以上电压等级的SF6气体绝缘金属气体绝缘金属封闭开关设备封闭开关设备 1操作用接地开关操作用接地开关 2接合装置接合装置 3主母线主母线 4电流互感器电流互感器 5主母线侧隔离开关主母线侧隔离开关 6断路器断路器 7伸缩节头伸缩节头 8电流互感器电流互感器 9线路侧隔离开关线路侧隔离开关 10操作用接地开关操作用接地开关 11伸缩节头伸缩节头 12避雷器避雷器 13充气套管充气套管 14线路侧隔离开关线路侧隔离开关一种综合了敞开式和封闭式成套电一种综合了敞开式和封闭式成套电器优势的紧凑型组合式高压成套电器优势的紧凑型组合式高压成套电器器b)HGISAIS空气绝缘开关设备空气绝缘开关设备GIS气体绝缘金属封闭开关设备气体绝缘金属封闭开关设备HGIS混合气体绝缘组合电器 （Hybrid Gas Insulated Switchgear）新型成套电器设备新型成套电器设备新型成套电器设备新型成套电器设备 M0型型PASS的外形的外形 C-GIS气体绝缘开关柜气体绝缘开关柜 （C-GIS-Cubicle type Gas Insulated Switchgear）是是GIS技术与开关柜技术相结合的产物。是技术与开关柜技术相结合的产物。是GIS技术与开关柜技术相结合技术与开关柜技术相结合的产物。的产物。C-GIS具有柜式外壳，利用内设间隔的焊接钢板箱体来承载三具有柜式外壳，利用内设间隔的焊接钢板箱体来承载三相高压元件，箱内充略高于大气压的相高压元件，箱内充略高于大气压的SF6气体做绝缘，绝缘性能好，柜气体做绝缘，绝缘性能好，柜体尺寸大大缩小。体尺寸大大缩小。C-GIS可运行在恶劣环境中而不受外界条件影响。充可运行在恶劣环境中而不受外界条件影响。充气柜配用无油开关，大大减少了维修和检修工作量。目前，在气柜配用无油开关，大大减少了维修和检修工作量。目前，在12126kV的电压等级中，国内外各大制造公司均有的电压等级中，国内外各大制造公司均有C-GlS产品，如产品，如ABB、西门子、阿尔斯通、东芝、三菱等公司都有系列化的产品。西门子、阿尔斯通、东芝、三菱等公司都有系列化的产品。C-GIS具有具有柜式外壳，利用内设间隔的焊接钢板箱体来承载三相高压元件，箱内充柜式外壳，利用内设间隔的焊接钢板箱体来承载三相高压元件，箱内充略高于大气压的略高于大气压的SF6气体做绝缘，绝缘性能好，柜体尺寸大大缩小。气体做绝缘，绝缘性能好，柜体尺寸大大缩小。C-GIS可运行在恶劣环境中而不受外界条件影响。充气柜配用无油开关，大可运行在恶劣环境中而不受外界条件影响。充气柜配用无油开关，大大减少了维修和检修工作量。目前，在大减少了维修和检修工作量。目前，在12126kV的电压等级中，国内的电压等级中，国内外各大制造公司均有外各大制造公司均有C-GlS产品，如产品，如ABB、西门子、阿尔斯通、东芝、西门子、阿尔斯通、东芝、三菱等公司都有系列化的产品。三菱等公司都有系列化的产品。新型成套电器设备新型成套电器设备WI型充气柜剖面图型充气柜剖面图 新型成套电器设备新型成套电器设备重合器与分段器重合器与分段器智能化电器智能化电器故障识别故障识别恢复供电恢复供电重合器：断路器重合器：断路器1.多次重合闸功能多次重合闸功能2.自具功能自具功能自备控制操作电源，自备控制操作电源，不受外界继电控制，自带不受外界继电控制，自带CPU分段器：负荷隔离开关分段器：负荷隔离开关 具记忆和识别功能具记忆和识别功能 隔离永久故障隔离永久故障谢谢！谢谢！重合器和分段器识别故障方案重合器和分段器识别故障方案电流电流时间型时间型 “重合器重合器+分断器分断器”G1G2L1L2L3L4L5L6QF1QF2QF3Qs1Qs2重合器与分段器重合器与分段器QF1QS1QF2QS2QF3+1 电压时间型 “重合器+分断器”G1L1L2QS1L3QS2L6QS4L5QS3L4QS0G2QB1QB2重合器与分段器重合器与分段器QB1QS1QS2QS0QS37S5S7SQS4QB2重合器与分段器重合器与分段器电力系统电力系统电力系统对断路器的要求电力系统对断路器的要求1.正常：开断和关合负载电流；（空载长线、电缆、电容器组、空载变压器和电动机等）2.故障：开断和关合,自动重合闸电器学科电器学科电气工程学科中的一个传统领域电气工程学科中的一个传统领域电电 器器开关电器开关电器电力设备的状态监测形式电力设备的状态监测形式电力设备电力设备传感器传感器数据采集系统数据采集系统计算机计算机/诊断及分析诊断及分析控制接口控制接口嵌入式计算机系统嵌入式计算机系统通信技术通信技术新材料、新原理新材料、新原理算法、仿真、算法、仿真、电力设备的状态监测与信息化电力设备的状态监测与信息化1.电力设备的工作方式电力设备的工作方式2.电力设备的检修制度电力设备的检修制度3.提高供电质量的要求提高供电质量的要求4.管理现代化的要求管理现代化的要求BushingCombined disconnector-/earthing switchCircuit breakerCombinedcurrent/voltage sensorCircuit breakerdriveDrive forcombiswitch3.智能控制智能控制4.通信接口通信接口电器智能化网络典型结构电器智能化网络典型结构 5.软件系统软件系统 同步开关关合电容器原理图同步开关关合电容器原理图电容器关合时的电流B相常接通时，无涌流（开关端口等电位）关合相常接通时，无涌流（开关端口等电位）关合C相和相和A相电容器原理图相电容器原理图