智能變電站一次設備技術

智能變電站一次設備技術演講人：5.2智能斷路器技術5.2.1斷路器的基本特點及分類

斷路器在電力系統(tǒng)中擔負運行控制和故障隔離的重要任務。其運行直接影響著整個電力系統(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備如測控、保護之間的斷路器位置信號，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。通常有繼電保護裝置和操作人員對斷路器發(fā)出控制信號，命令斷路器合閘或分閘，而斷路器接到分閘信號后就按照預定的單一合閘運動特性操作，動作結束后將狀態(tài)信號返回主控室。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開關，它是一種既有手動開關作用，又能自動進行失壓、欠壓、過載、和短路保護的電器。它可用來分配電能，不頻繁地啟動異步電動機，對電源線路及電動機等實行保護，當它們發(fā)生嚴重的過載或者短路及欠壓等故障時能自動切斷電路，其功能相當于熔斷器式開關與過欠熱繼電器等的組合。而且在分斷故障電流后一般不需要變更零部件，己獲得了廣泛的應用。高壓斷路器

高壓斷路器(或稱高壓開關),是變電所主要的電力控制設備，具有滅弧特性，當系統(tǒng)正常運行時，它能切斷和接通線路及各種電氣設備的空載和負載電流;當系統(tǒng)發(fā)生故障時，它和繼電保護配合，能迅速切斷故障電流，以防止擴大事故范圍.因此，高壓斷路器工作的好壞，直接影響到電力系統(tǒng)的安全運行。5.2.2斷路器監(jiān)視技術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)測量序號參量數(shù)據(jù)源或采樣方法出廠試驗1分合閘線圈電流波形電流傳感器對比2儲能電機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4斷路器機構執(zhí)行位移傳感器5斷路器分合閘位置輔助開關序號參量數(shù)據(jù)源或采樣方法出廠試驗6斷路器儲能狀態(tài)行程開關對比7SF6密度密度傳感器8SF6水分露點傳感器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；選取合適的檢測對象來發(fā)現(xiàn)最可能發(fā)生的故障；對設備內(nèi)可能發(fā)生的故障進行風險分析；進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、計算機技術和新型傳感器建立新的斷路器二次系統(tǒng)。其主要特點是由電力電了技術、數(shù)字化控制裝置組成執(zhí)行單元，代替常規(guī)機械結構的輔助開關和輔助繼電器。新型傳感器與數(shù)字化控制裝置相配合，獨立采集運行數(shù)據(jù)，可檢測設備缺陷和故障，在缺陷變?yōu)楣收锨鞍l(fā)出報警信號，以便采取措施避免事故發(fā)生。智能斷路器實現(xiàn)電子操動，變機械儲能為電容儲能，變機械傳動為變頻器經(jīng)電機直接驅動，機械系統(tǒng)可靠性提高。

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

圖中實線部分為現(xiàn)有斷路器和變電站的有關結構和相互關聯(lián)。智能識別模塊是智能控制單元的核心，由微處理器構成的微機控制系統(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，自動地識別操作時斷路器所處的電網(wǎng)工作狀態(tài)，根據(jù)對斷路器仿真分析的結果決定出合適的分合閘運動特性，并對執(zhí)行機構發(fā)出調節(jié)信息，待調節(jié)完成后再發(fā)出分合閘信號;

數(shù)據(jù)采集模塊主要由新型傳感器組成，隨時把電網(wǎng)的數(shù)據(jù)以數(shù)字信號的形式提供給智能識別模塊，以進行處理分析;執(zhí)行機構由能接收定量控制信息的部件和驅動執(zhí)行器組成，用來調整操動機構的參數(shù)，以便改變每次操作時的運動特性。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，自動選擇操作機構及滅弧室預先設定的工作條件，如正常運行電流較小時以較低速度分閘，系統(tǒng)短路電流較大時以較高速度分閘，以獲得電氣和機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備。在電能的傳輸和配送過程中，電力變壓器是能量轉換、傳輸?shù)暮诵?，是國民?jīng)濟各行各業(yè)和千家萬戶能量來源的必經(jīng)之路，是電網(wǎng)中最重要和最關鍵的設備。電力設備的安全運行是避免電網(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)中最關鍵的設備。變壓器的嚴重事故不但會導致自身的損壞，還會中斷電力供應，給社會造成巨大的經(jīng)濟損失。而在實際運行中對于電力變壓器的運行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷具有著非同一般的實際意義。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雜，如外部的破壞和影響不可抗拒的自然災害等，安裝檢修維護中存在的問題和制造過程中留下的設備缺陷等事故隱患，特別是電力變壓器長期運行后造成絕緣老化、材質劣化等等，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。大部分由于器身結構相對緊縮，變壓器的容量裕度相對較小，所以抵抗大電流的能力較弱，往往需要采用單獨的電抗器進行補償。特別是緊湊型變壓器其過負荷能力較低，較低的超負荷都可能導致變壓器過熱而引起保護動作。

2、放電故障：放電對絕緣有兩種破壞作用：一種是由于放電質點直接轟擊絕緣，使局部絕緣受到破壞并逐步擴大，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作用，使局部絕緣受到腐蝕，介質損耗增大，最后導致熱擊穿。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：由于繞組結構緊縮，其相間和匝間距離減少，絕緣相對減弱，局部發(fā)熱現(xiàn)象比較嚴重，特別是存在局部缺陷時內(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，當變壓器內(nèi)部發(fā)生潛伏性故障時，油紙因受熱分解產(chǎn)生烴類氣體。由于含有不同化學鍵結構的碳氫化合物有著不同的熱穩(wěn)定性，所以絕緣油隨著故障點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)氣率都有一個特定的溫度范圍，故絕緣油在各不相同的故障性質下產(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)充油電氣設備內(nèi)部存在的潛伏性故障，從而提出相應的反事故措施。

變壓器出現(xiàn)故障時，絕緣油裂解產(chǎn)生氣體，只有當油中氣體飽和后，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。應用氣體擴散原理，在故障變壓器的關鍵部位抽取油樣，分析各個取樣點的氣體濃度，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氣體生成次要氣體生成油過熱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標準的