智能输电技术课件

智能输电技术领军人才培训班检修专业赵文彬济南2013.8智能输电技术领军人才培训班检修专业1内容提要智能输电技术的概念输电技术源起智能输电技术概念智能输电的技术现状先进的输电运维技术输电线路运维的理论应用基于状态的线路运维管理直升机作业技术内容提要智能输电技术的概念2电力发展的历史1600-2009电力发展的历史1600-20093我国输电技术源起输电技术起源于美国爱迪生的GE公司我国最早的电网上海的南京路1882.7.26 中国的第一盏电灯出现在清光绪五年四月初八(1879年5月28日)，当时上海公共租界工部局电气工程师毕晓浦(J.D.Bishop)在乍浦路一幢仓库里，以10马力(7.46千瓦)蒸汽机为动力，带动自激式直流发电机发电，点燃碳极弧光灯，全国第一盏电灯问世。光 绪 八 年（1882年），英 国 人 立 德 尔(R.W.Little)招股成立上海电气公司(亦称上海电光公司)，在大马路31号A(今南京东路190号)创办上海第一座发电厂。同时，在电厂的转角围墙内竖起第一盏弧光灯杆，并沿外滩到虹口招商局码头立杆架线，串接15盏灯。清光绪八年六月十二日（1882年7月26日）下午7时，电厂开始供电，夜幕下，弧光灯一齐发光，炫人眼目，吸引成百上千的人聚集围观。第二天，上海中外报纸都作了电灯发光的报道。我国输电技术源起输电技术起源于美国爱迪生的GE公司4智能电网的概念智能电网的概念存在一定差异美国欧洲国际上“智能电网”有两种定义美国能源部（DOE）：GridWise强调安全和控制欧盟（EU）：SmartGrid强调新能源的接入能力中国20132013年我国的装机总量可达年我国的装机总量可达12.312.3亿千瓦，居世界首位。亿千瓦，居世界首位。国国家家电电网网公公司司“十二五”智能电网建设发展目标为：到2015年，形成坚强智能电网运行控制和双向互动服务体系，基本实现风电、太阳能发电等可再生能源的友好接入和协调控制，电网优化配置资源能力、安全运行水平和用户多样化服务能力显著提升，供电可靠性和资产利用率明显提高，智能电网技术标准体系基本建成，关键技术和关键设备实现重大突破和广泛应用。智能电网效益初步显现，国家电网智能化程度达到国际先进水平。南南方方电电网网公公司司提出以智能、高效、可靠、绿色为总体目标，以需求引导、实事求是，整体规划、统筹发展，有序推进、试点先行，重点突破、机制先导为工作思路，实现四个“提高”智能电网的概念智能电网的概念存在一定差异美国欧洲国际上“智能5智能输电技术的概念特高压交、直流输电柔性交流输电技术（FlexibleAlternativeCurrentTransmissionSystems，FACTS）柔性直流输电技术（FlexibleHVDC）超导输电技术多端直流技术智能输电技术的概念特高压交、直流输电6柔性交流输电技术柔性交流输电的基本原理电力系统电力系统潮流分布潮流分布 传输线阻抗、发送端和接收端电压幅值、以传输线阻抗、发送端和接收端电压幅值、以及这两个电压相位之间相角差的函数。及这两个电压相位之间相角差的函数。限制负限制负荷容量荷容量 热容热容量量电介电介质质稳定稳定性性柔性交流输电技术柔性交流输电的基本原理电力系统潮流分布传输7柔性交流输电基本模式通过调整无功和阻抗改变潮流分布柔性交流输电基本模式通过调整无功和阻抗改变潮流分布8FACTS控制器的基本类型基本结构FACTS控制器控制器 串联型控制器串联型控制器并联型控制器并联型控制器串并组合型控制器串并组合型控制器串串组合型控制器串串组合型控制器FACTS控制器的基本类型基本结构FACTS串联型控制器并联9串联补偿装置晶闸管控制串联电容器（TCSC）晶闸管投切串联电容器（TSSC）晶闸管控制串联电抗器（TCSR）晶闸管投切串联电抗器（TSSR）静止同步串联补偿器（SSSC）串联补偿装置晶闸管控制串联电容器（TCSC）10并联补偿装置 静止无功补偿器(SVC),静止无功发生器(SVG),静 止 无 功 系 统(SVS)，晶闸管控制 的 电 抗 器(TCR),晶闸管投切电容器(TSC)和晶闸管投切电抗器(TSR)。静止同步补偿器（StatCom/SVG）并联补偿装置静止无功补偿器(SVC),静止无功发11统一潮流控制器 统一潮流控制器(UPFC)是由并联补偿的STATCOM和串联补偿的SSSC相结合构成的新型潮流控制装置，是目前通用性最好的FACTS装置，仅通过控制规律的改变，就能分别或同时实现并联补偿、串联补偿和移相等功能。统一潮流控制器统一潮流控制器(UPFC)是由12柔性直流输电VSC-HVDC电压源型高压直流输电系统ABB：HVDC LightSiments：HVDC Plus中国：Flexible HVDC（传统）LCC-HVDC电网支持换相的高压直流输电系统VSC-HVDCLCC-HVDC柔性直流输电VSC-HVDC电压源型高压直流输电系统VSC-13欧洲的柔性直流输电工程法国西班牙VSC-HVDC跨国联网CustomerINELFE(RteandREE)Project nameINELFELocationBaixas,FranceSantaLlogaia,SpainPower rating2x1000MWVoltage levels320kVDC,400kV,50HzType of plantHVDCPLUS65kmundergroundcableType of semiconductorIGBTCommercial OperationScheduled2014欧洲的柔性直流输电工程法国西班牙VSC-HVDC跨国联网C14美国的柔性直流示范工程世界在建的VSC-HVDC输电 工 程 预 计2017年在美国纽约投产。输 电 电 压320kV，功率2000MW。采 用 80英 里（128公里）电缆线路横跨Hudson河。美国的柔性直流示范工程世界在建的VSC-HVDC输电工程预计15直流联网的新思路12月5日，南方电网公司董事长、党组书记赵建国主持召开专题会议，听取计划发展部关于南方电网“十二五”规划优化及中长期目标网架研究相关成果的汇报。公司总经理钟俊，副总经理王久玲、贺锡强出席会议并讲话。会议肯定了计划发展部会同有关部门和单位在“十二五”规划优化和中长期电网发展等问题上所做的大量卓有成效的工作，同意南方电网未来西电东送输电网发展的技术路线以直流输电技术为主。为避免电网发生多重故障时出现大面积停电事故，同意同步电网规模不宜过大的建议。南方电网2020年以后可视电网发展程度，适时分解为23个独立同步电网运行，同时，广东电网内部可以适时分成两个相对独立的同步电网。据报道，南方电网“十三五”电网规划获得批准。周院士的“第三代”电网 直流联网的新思路12月5日，南方电网公司董事长、党组书记赵建16电网的发展方式交流和直流130年前的交锋关于电网发展思路的争论将一直持续。电网的发展方式交流和直流130年前的交锋17架空输电线路运维的理论及应用架空输电线路状态方程架空输电线路热力平衡架空线路基本电气模型架空线路的电接触理论架空线路电气绝缘理论架空输电线路材料基础架空线路灾害相关理论输电线路的运维要回到输电线路设计和运行要求的源头。输电线路的运维要回到输电线路设计和运行要求的源头。架空输电线路运维的理论及应用架空输电线路状态方程输电线路的运18架空输电线路状态方程状态方程导线状态方程是利用基于导线悬挂点的水平应力与垂直荷载的正切关系中建立起来的，并约减了其中的高阶微小量。gm初始气象条件下的比载，N/mmm2；gn待求气象条件下的比载，N/mmm2；tm初始气象条件下的温度，；tn待求气象条件下的温度，；m在温度tm和比载gm时的应力，MPa；n在温度tn和比载gn时的应力，MPa；线温度线膨胀系数，1/；E导线的弹性系数，MPa；l档距，m；高差角，；通过状态方程建立了导线温度和导线受力、杆塔受力的关系，是线路力学基础。架空输电线路状态方程状态方程gm初始气象条件下的19架空输电线路热力平衡摩尔根公式Wr 导线表面辐射散热功率；Wf导线表面对流散热功率；Ws 导线表面日照吸热功率；R 使用温度下导线的交流电阻；标准组织热平衡项IEEECigreIECDL/T5092日照加热(Ws)考虑考虑考虑考虑焦耳发热(Wj)考虑考虑考虑考虑磁滞损耗(Wm)忽略考虑考虑考虑电晕发热(Wc)忽略考虑忽略忽略对流散热(Wf)考虑考虑考虑考虑辐射散热(Wr)考虑考虑考虑考虑蒸发散热(We)忽略考虑忽略忽略国内外标准考虑的热平衡项目架空输电线路热力平衡摩尔根公式Wr导线表面辐射散热20认识摩尔根摩尔根（VincentThomasMorgan）1923年生于伦敦，1943年毕业于伦敦理工学院（成立于1892年，1992年 升 级 为 大 学，现 名 LondonSouthBankUniversity），1950年获得学士学位,1951年进入英国中央电气研究实验室工作，1964年赴悉尼参加了澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）应用物理部，1971博士入学，1994年获博士学位。主要研究方向包括架空导线的强度损耗、架空导线的温度及电流分布和功率损耗、架空线及电缆的稳态动态限额、电晕对导线热传导的影响、绝缘纸的介电性能，他还完成了悉尼地区太阳及风的参数，在1998年还提出了架空线路的机械和热特性的寿命模型。是CSIRO和IEEE的双 料 Fellow。其 著 作 Thermal Behavior of Electrical Conductors、Thermal behaviour of electrical conductors:steady,dynamic,and fault-current ratings、Advances in the transmission and distribution of electric power等均被视为架空线传输能力方面的经典。认识摩尔根摩尔根（VincentThomasMorgan21架空线路基本电气模型架空线路的等值模型钢芯铝绞线的电气特征架空线路基本电气模型架空线路的等值模型钢芯铝绞线的电气特征22导线温度测量的科学方法热的良导体测温方法试验室接触式测温在线接触式测温热平衡时tw=t1=t2铝=300W/mC导线温度测量的科学方法热的良导体测温方法试验室接触式测温在线23架空线路的电接触理论电接触的经验公式电接触的经验公式Rc 接触电阻（）；F 接触压力（N）；Kc 与接触材料、表面、接触方式等有关的系数，通常实验得出；m 接触形式有关的系数对点、线、面接触，分别取0.5，0.7，1；国家标准对于金具要求国家标准对于金具要求握力（GB/T2317.1）、接触电阻按照电力金具温升电阻热循环试验（GB/T2317.3），良好的金具完全可以适应增容运行。架空线路的电接触理论电接触的经验公式Rc接触电阻（24高温条件不良金具劣化及导线强度残存握力的试验结果随着温度的升高，金具的高温握力逐渐下降，95下握力残存率超过95%，110下金具的握力残存率均超过90%，这说明提供导线温度后金具的握力降低很小，仍然满足使用要求。国家原苏联比利时加拿大导线温度()11015090100150125150时间(h)3324242410001强度变化(%)+15+20+10+12+1500高温条件不良金具劣化及导线强度残存握力的试验结果随着温25输电线路接触电阻的带电检测新的仪器带来的新思路输电线路接触电阻的带电检测新的仪器带来的新思路26架空线路电气绝缘理论电气设备外绝缘特性长间隙击穿特性气体放电理论不够完备直流条件下的沿面闪络特性尚需研究（直流防雷）架空线路电气绝缘理论电气设备外绝缘特性气体放电理论不够完备27污秽程度与冲击放电的关系一个未完成研究内容污秽程度与冲击放电的关系一个未完成研究内容28架空输电线路材料基础有机材料的老化导电材料的腐蚀过程金属材料的疲劳过程直流绝缘子的离子迁移问题绝缘材料老化理论的持续推进交直流线路替代问题输电线路的寿命评估输电线路自身状态的评价基础残余寿命的问题架空输电线路材料基础有机材料的老化绝缘材料老化理论的持续推进29塔材腐蚀的一般规律环境对腐蚀速率的影响塔材腐蚀的一般规律环境对腐蚀速率的影响30复合绝缘子的老化机理复合绝缘子存在显著的老化过程酸蚀脆断表面老化过程复合瓷绝缘子的物复合瓷绝缘子的物理基础问题理基础问题复合绝缘子的老化机理复合绝缘子存在显著的老化过程酸蚀脆断31架空线路灾害相关理论架空线路的覆冰成灾架空线路的污闪成灾架空线路的风灾理论架空线路灾害相关理论架空线路的覆冰成灾32架空线路覆冰机理气候是否变了覆冰的气象条件50年来上海地区的平均寒潮次数为4.06次；500年来上海地区的冰冻天气次数约为2.3次架空线路覆冰机理气候是否变了50年来上海地区的平均寒潮次数为33覆冰成灾的关键因素1降水量；2持续时间l湿度与空气中含水量差别实际的大气往往处于未饱和状态，空气中含有一定量的水汽。单位空气中含有的水汽质量绝对湿度。实际水汽压与饱和水汽压的比值相对湿度。空气中液态水的含量空气中以液态形式存在的水的含量。其他条件一定时，覆冰量与空气中含水量呈正比相对湿度高仅仅是出现覆冰的条件，并不是决定因素。相对湿度高仅仅是出现覆冰的条件，并不是决定因素。覆冰成灾的关键因素1降水量；2持续时间湿度与空气中含水量差34污闪成灾的关键绝缘子选型和配置环境条件苏浙沪皖福建危险等级有效干日数6070预警!50-6060-70重危险40-5050-60中危险30-4040-50轻危险3040无危险50年代，F奥本诺斯（obenuns）首先提出了污闪的物理模型污闪成灾的关键绝缘子选型和配置苏浙沪皖福建危险等级有效干日数35大风成灾的理论确保通道是关键20127.26平圩电厂送出通道双线同时跳闸前24小时强对流预报大风成灾的理论确保通道是关键20127.26平圩电厂送出通36架空线路的运维管理策略从线路的状态出发建立一套合理的、量化的、操作性强的技术体系，能够有效的利用现有在线和离线状态信息及必要的技术手段，针特高压输电线路的整体或一个运行区段，实现综合的、科学的评价，并能够指导其他不同电压等级架空线路的综合评价工作。架空线路的运维管理策略从线路的状态出发建立一套37运行维护合同明确工作内容明确技术要求明确责任范围运行维护合同明确工作内容38运行经验的积累IEEEGuideforCollectingandManagingTransmissionLineInspectionandMaintenanceData运行经验的积累IEEEGuideforCollecti39直升机作业技术抢修（换导线）带电换间隔棒（100个/天）带电水冲洗（3500马力=2572.5kW，水箱300L，水量持续1015min，18foot=5.4m，可除掉油漆，纯水）带电换横担Air2公司的维护工作危险（有飞机坠毁）站班会长期外出有创新动力组合式的带电作业工作交底绝缘工器具检查清楚误操作后果（电弧直径20feet=6m）有创新动力直升机作业技术抢修（换导线）Air2公司的维护工作危险（有飞40谢谢谢谢41