智能變電站一次設(shè)備技術(shù)

智能變電站一次設(shè)備技術(shù)演講人：5.2智能斷路器技術(shù)5.2.1斷路器的基本特點(diǎn)及分類

斷路器在電力系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)運(yùn)行控制和故障隔離的重要任務(wù)。其運(yùn)行直接影響著整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。常規(guī)的變電站中斷路器和二次設(shè)備如測控、保護(hù)之間的斷路器位置信號(hào)，控制等信息的傳輸通過控制電纜完成，形成了變電站內(nèi)電纜溝和電纜層中龐大的二次電纜群。通常有繼電保護(hù)裝置和操作人員對(duì)斷路器發(fā)出控制信號(hào)，命令斷路器合閘或分閘，而斷路器接到分閘信號(hào)后就按照預(yù)定的單一合閘運(yùn)動(dòng)特性操作，動(dòng)作結(jié)束后將狀態(tài)信號(hào)返回主控室。斷路器分類

斷路器按其使用范圍分為高壓斷路器和低壓斷路器，高低壓界線劃分比較模糊，一般將3kV以上的稱為高壓電器。低壓斷路器

低壓斷路器又稱自動(dòng)開關(guān)，它是一種既有手動(dòng)開關(guān)作用，又能自動(dòng)進(jìn)行失壓、欠壓、過載、和短路保護(hù)的電器。它可用來分配電能，不頻繁地啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，對(duì)電源線路及電動(dòng)機(jī)等實(shí)行保護(hù)，當(dāng)它們發(fā)生嚴(yán)重的過載或者短路及欠壓等故障時(shí)能自動(dòng)切斷電路，其功能相當(dāng)于熔斷器式開關(guān)與過欠熱繼電器等的組合。而且在分?jǐn)喙收想娏骱笠话悴恍枰兏悴考?，己獲得了廣泛的應(yīng)用。高壓斷路器

高壓斷路器(或稱高壓開關(guān)),是變電所主要的電力控制設(shè)備，具有滅弧特性，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，它能切斷和接通線路及各種電氣設(shè)備的空載和負(fù)載電流;當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，它和繼電保護(hù)配合，能迅速切斷故障電流，以防止擴(kuò)大事故范圍.因此，高壓斷路器工作的好壞，直接影響到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。5.2.2斷路器監(jiān)視技術(shù)1.斷路器的主要監(jiān)測量2.斷路器狀態(tài)檢測3.智能斷路器工作原理及工作模式斷路器主要監(jiān)測量序號(hào)參量數(shù)據(jù)源或采樣方法出廠試驗(yàn)1分合閘線圈電流波形電流傳感器對(duì)比2儲(chǔ)能電機(jī)電流波形電流傳感器3一次電流電流傳感器或過程層網(wǎng)絡(luò)4斷路器機(jī)構(gòu)執(zhí)行位移傳感器5斷路器分合閘位置輔助開關(guān)序號(hào)參量數(shù)據(jù)源或采樣方法出廠試驗(yàn)6斷路器儲(chǔ)能狀態(tài)行程開關(guān)對(duì)比7SF6密度密度傳感器8SF6水分露點(diǎn)傳感器9局部放電特高頻傳感器斷路器狀態(tài)檢測斷路器檢測方法：故障類型分析；選取合適的檢測對(duì)象來發(fā)現(xiàn)最可能發(fā)生的故障；對(duì)設(shè)備內(nèi)可能發(fā)生的故障進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析；進(jìn)行利益分析來確定采用在線監(jiān)測還是周期檢測；制定方法。智能斷路器工作原理

智能斷路器是用微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)和新型傳感器建立新的斷路器二次系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是由電力電了技術(shù)、數(shù)字化控制裝置組成執(zhí)行單元，代替常規(guī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的輔助開關(guān)和輔助繼電器。新型傳感器與數(shù)字化控制裝置相配合，獨(dú)立采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，可檢測設(shè)備缺陷和故障，在缺陷變?yōu)楣收锨鞍l(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便采取措施避免事故發(fā)生。智能斷路器實(shí)現(xiàn)電子操動(dòng)，變機(jī)械儲(chǔ)能為電容儲(chǔ)能，變機(jī)械傳動(dòng)為變頻器經(jīng)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，機(jī)械系統(tǒng)可靠性提高。

在目前階段，智能斷路器得到了相應(yīng)的發(fā)展，具有智能操作功能的斷路器是在現(xiàn)有斷路器的基礎(chǔ)上引入智能控制單元，它由數(shù)據(jù)采集、智能識(shí)別和調(diào)節(jié)裝置3個(gè)基本模塊構(gòu)成。工作原理如下圖：

圖中實(shí)線部分為現(xiàn)有斷路器和變電站的有關(guān)結(jié)構(gòu)和相互關(guān)聯(lián)。智能識(shí)別模塊是智能控制單元的核心，由微處理器構(gòu)成的微機(jī)控制系統(tǒng)，能根據(jù)操作前所采集到的電網(wǎng)信息和主控制室發(fā)出的操作信號(hào)，自動(dòng)地識(shí)別操作時(shí)斷路器所處的電網(wǎng)工作狀態(tài)，根據(jù)對(duì)斷路器仿真分析的結(jié)果決定出合適的分合閘運(yùn)動(dòng)特性，并對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出調(diào)節(jié)信息，待調(diào)節(jié)完成后再發(fā)出分合閘信號(hào);

數(shù)據(jù)采集模塊主要由新型傳感器組成，隨時(shí)把電網(wǎng)的數(shù)據(jù)以數(shù)字信號(hào)的形式提供給智能識(shí)別模塊，以進(jìn)行處理分析;執(zhí)行機(jī)構(gòu)由能接收定量控制信息的部件和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器組成，用來調(diào)整操動(dòng)機(jī)構(gòu)的參數(shù)，以便改變每次操作時(shí)的運(yùn)動(dòng)特性。此外，還可根據(jù)需要加裝顯示模塊、通信模塊以及各種檢測模塊，以擴(kuò)大智能操作斷路器的智能化功能。

智能斷路器基本工作模式是根據(jù)監(jiān)測到的不同故障電流，自動(dòng)選擇操作機(jī)構(gòu)及滅弧室預(yù)先設(shè)定的工作條件，如正常運(yùn)行電流較小時(shí)以較低速度分閘，系統(tǒng)短路電流較大時(shí)以較高速度分閘，以獲得電氣和機(jī)械性能上的最佳分閘效果。智能斷路器基本工作模式5.3變壓器狀態(tài)檢測技術(shù)5.3.1變壓器的基本特征

電力變壓器指的是電力系統(tǒng)一次回路中供輸、配、供電用的變壓器。在供電系統(tǒng)中變壓器是非常重要的電氣設(shè)備。在電能的傳輸和配送過程中，電力變壓器是能量轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)暮诵?，是國民?jīng)濟(jì)各行各業(yè)和千家萬戶能量來源的必經(jīng)之路，是電網(wǎng)中最重要和最關(guān)鍵的設(shè)備。電力設(shè)備的安全運(yùn)行是避免電網(wǎng)重大事故的第一道防御系統(tǒng)，而電力變壓器是這道防御系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備。變壓器的嚴(yán)重事故不但會(huì)導(dǎo)致自身的損壞，還會(huì)中斷電力供應(yīng)，給社會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而在實(shí)際運(yùn)行中對(duì)于電力變壓器的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷具有著非同一般的實(shí)際意義。5.3.2變壓器故障類型及特征

電力變壓器在長期運(yùn)行中，故障和事故是不可能完全避免的，引發(fā)變壓器故障和事故的原因很復(fù)雜，如外部的破壞和影響不可抗拒的自然災(zāi)害等，安裝檢修維護(hù)中存在的問題和制造過程中留下的設(shè)備缺陷等事故隱患，特別是電力變壓器長期運(yùn)行后造成絕緣老化、材質(zhì)劣化等等，已成為故障發(fā)生的主要因素。故障分析

1、抗短路能力不足：短路故障主要指變壓器出口短路，以及內(nèi)部引線或繞組間對(duì)地短路、及相與相之間發(fā)生的短路故障。大部分由于器身結(jié)構(gòu)相對(duì)緊縮，變壓器的容量裕度相對(duì)較小，所以抵抗大電流的能力較弱，往往需要采用單獨(dú)的電抗器進(jìn)行補(bǔ)償。特別是緊湊型變壓器其過負(fù)荷能力較低，較低的超負(fù)荷都可能導(dǎo)致變壓器過熱而引起保護(hù)動(dòng)作。

2、放電故障：放電對(duì)絕緣有兩種破壞作用：一種是由于放電質(zhì)點(diǎn)直接轟擊絕緣，使局部絕緣受到破壞并逐步擴(kuò)大，使絕緣擊穿。另一種是放電產(chǎn)生的熱、臭氧、氧化氮等活性氣體的化學(xué)作用，使局部絕緣受到腐蝕，介質(zhì)損耗增大，最后導(dǎo)致熱擊穿。絕緣材料電老化是放電故障的主要形式還有固體絕緣的電老化、液體浸漬絕緣的電老化等。

3、絕緣故障：由于繞組結(jié)構(gòu)緊縮，其相間和匝間距離減少，絕緣相對(duì)減弱，局部發(fā)熱現(xiàn)象比較嚴(yán)重，特別是存在局部缺陷時(shí)內(nèi)絕緣就顯得比較脆弱，其耐受陡波和過電壓沖擊的能力下降。而外絕緣主要影響因素有污穢、海拔和潮濕天氣，這是發(fā)生外絕緣閃絡(luò)的主要原因。變壓器油色譜分析

目前，油浸變壓器大多采用油紙組合絕緣，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生潛伏性故障時(shí)，油紙因受熱分解產(chǎn)生烴類氣體。由于含有不同化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)的碳?xì)浠衔镉兄煌臒岱€(wěn)定性，所以絕緣油隨著故障點(diǎn)溫度的升高依次裂解生成烷烴、烯烴和炔烴。每一種烴類氣體最大產(chǎn)氣率都有一個(gè)特定的溫度范圍，故絕緣油在各不相同的故障性質(zhì)下產(chǎn)生不同成分、不同含量的烴類氣體。因此變壓器油中溶解氣體的色譜分析法，能盡早地發(fā)現(xiàn)充油電氣設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障，從而提出相應(yīng)的反事故措施。

變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，絕緣油裂解產(chǎn)生氣體，只有當(dāng)油中氣體飽和后，才能從瓦斯繼電器反映出來。用色譜分析法判斷變壓器內(nèi)部故障，可以直接從絕緣油中分析各特征氣體濃度的大小來確定變壓器內(nèi)部是否有故障。由于氣體的擴(kuò)散，使絕緣油在故障變壓器內(nèi)不同部位特征氣體濃度不同。應(yīng)用氣體擴(kuò)散原理，在故障變壓器的關(guān)鍵部位抽取油樣，分析各個(gè)取樣點(diǎn)的氣體濃度，判斷變壓器內(nèi)部故障部位。

不同故障類型產(chǎn)生的氣體故障類型主要?dú)怏w生成次要?dú)怏w生成油過熱CH4,C2H4H2C2H6油和紙過熱CH4,C2H4,CO,CO2H2,C2H6油紙絕緣中局部放電H2,C2H4,COCO2,C2H2,C2H6,CO2油中火花放電C2H2H2油中電弧C2H2H2CH4C2H4C2H6油和紙中電弧C2H2H2COCO2CH4C2H4C2H6變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)1.系統(tǒng)組成變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成包含傳感器、控制單元、智能組件、系統(tǒng)層，如下圖電氣主接線圖

智能組件包括測量、控制和監(jiān)測等基本功能，通過傳感器的信息采集將反映變壓器主要狀態(tài)信息以滿足IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的