电工新技术详解.doc

孙元璋 智能电网的研究与发展态势1智能电网（smart power grids），就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。2智能电网的目标是实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全，电网能够实现这些目标，就可以称其为智能电网。3智能电网的特征（1） 智能电网是自愈电网“自愈”指的是把电网中有问题的元件从系统中隔离出来并且在很少或不用人为干预的情况下可以使系统迅速恢复到正常运行状态，从而几乎不中断对用户的供电服务。从本质上讲，自愈就是智能电网的“免疫系统”。这是智能电网最重要的特征。（2） 智能电网激励和包括用户。在智能电网中，和用户建立的双向实时的通信系统是实现鼓励和促进用户积极参与电力系统运行和管理的基础。实时通知用户其电力消费的成本、实时电价、电网目前的状况、计划停电信息以及其他一些服务的信息，同时用户也可以根据这些信息制定自己的电力使用的方案。（3） 智能电网将抵御攻击。不管是物理攻击还是网络攻击，智能电网要通过加强电力企业与政府之间重大威胁信息的密切沟通，在电网规划中强调安全风险，加强网络安全等手段，提高智能电网抵御风险的能力。（4） 提供满足21世纪用户需求的电能质量。智能电网将以不同的价格水平提供不同等级的电能质量，以满足用户对不同电能质量水平的需求，同时要将优质优价写入电力服务的合同中。（5） 减轻来自输电和配电系统中的电能质量事件。智能电网将采取技术和管理手段，限制用户负荷产生的谐波电流注入电网。除此之外，智能电网将采用适当的滤波器，以防止谐波污染送入电网，恶化电网的电能质量。（6） 容许各种不同类型发电和储能系统的接入。智能电网将安全、无缝地容许各种不同类型的发电和储能系统接入系统，简化联网的过程，类似于“即插即用”。从小到大各种不同容量的发电和储能在所有的电压等级上都可以互联，包括分布式电源如光伏发电、风电、先进的电池系统、即插式混合动力汽车和燃料电池。加强输电系统的建设使这些大型电厂仍然能够远距离输送电力。同时各种各样的分布式电源的接入一方面减少对外来能源的依赖，另一方面提高供电可靠性和电能质量，特别是对应对战争和恐怖袭击具有重要的意义。（7） 优化其资产应用，使运行更加高效智能电网通过高速双向实时通信网络实现对运行设备的在线状态监测，以获取设备的运行状态，在最恰当的时间给出需要维修设备的信号，实现设备的状态检修，同时使设备运行在最佳状态。林涛 电力系统广域量测系统技术1广域测量系统（Wide Area Measurement System,WAMS)是以同步向量测量技术为基础，以电力系统动态过程检测、分析和控制为目标的实时监控系统。WAMS具有异地高精度同步向量测量、高速通信和快速反映等技术特点，非常适合大跨度电网，尤其是我国互联电网的动态过程实时监控。广域量测技术是以同步向量测量技术为基础，以电力系统动态过程检测、分析和控制为目标的实时监控系统。异地高精度同步向量测量，高速通信和快速反应等技术特点。适合互联电网的动态过程实时监测。应用广域网动态测量技术WAMS可以在同一时间参考轴下获取大规模的电力系统的实时动态信息和稳态信息。电网动态安全检测系统是由同步向量测量单元PMU应用PMU技术，可以方便的实现向量监测，扰动监测，可以直接反映电力系统的各种扰动，检测和记录电力系统的非常运行状态，将现有的监测由静态提高到动态水平。可实现动态电网安全稳定预警，最早时间内实现预先调整，最大程度的减小事故范围。加强电网检测，提高安全预警能力，为电网的安全稳定运行和电力市场服务。WAMS动态监测、安全稳定EMS 静态监测功能：动态监测功能、系统低频振荡在线分析、历史数据管理、扰动识别、线路参数测量和快速故障定位、辅助服务质量监视、基于PMU的状态估计、阻尼控制、在线整定计算、在线稳定预决策、在线稳定控制。丁坚勇 电力系统可靠性技术电力系统可靠性包括两方面的内容：即充裕度和安全性。前者是指电力系统有足够的发电容量和足够的输电容量，在任何时候都能满足用户的峰荷要求，表征了电网的稳态性能，后者是指电力系统在事故状态下的安全性和避免连锁反应而不会引起失控和大面积停电的能力，表征了电力系统的动态性能。 电力系统的任务是向用户提供源源不断、质量合格的电能。由于电力系统各种设备，包括发电机、变压器、输电线路、断路器等一次设备及与之配套的二次设备，都会发生不同类型的故障，从而影响电力系统正常运行和对用户正常供电。电力系统故障，对电力企业、用户和国民经济某些环节，都会造成不同程度的经济损失。随着社会现代化进程的加快，生产和生活对电源的依赖性也越来越大，而停电造成的损失也日益增大。因此，要求电力系统应有很高的可靠性。孙云莲 物联网及其在电力系统应用物联网是新一代信息技术的重要组成部分。物联网的英文名称叫“The Internet of things”。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网与电力系统1. 物联网又称传感网，智能化识别、定位、跟踪、检测和管理的网络。物质间能够进行交流无需人工干预。2. 信息采集技术、近程通讯技术、信息远程传输技术，海量信息智能分析与控制技术。低碳经济：低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式。实质：能源高效利用、清洁能源开发樊亚东 电磁新技术分析电磁暂态过程：电力系统故障和操作过电压、谐振过电压、一次和二次系统相互作用的控制暂态过程、以及电力电子设备的快速暂态过程。数微秒到数秒的电磁暂态过程中必须考虑输电线路分布参数特性、参数的频率特性、发电机的电磁和机电暂态过程以及一系列元件的非线性特性。机电暂态过程：研究电力系统受到大扰动后的暂态稳定问题和受到小扰动后的静态稳定问题。暂态稳定分析是研究电力系统受到诸如短路故障、切除线路、发电机、负荷，发电机失去励磁或冲击性负荷等大扰动作用下，电力系统的动态行为和保持同步稳定运行的能力。静态稳定分析是研究电力系统受到小扰动后的稳定性能，为确定输电系统的输送功率，分析静态稳定破坏和低频振荡事故的原因。阮将军 高压电器新技术高压电器：开关电器、量测电器以及限压限流电器国际上公认的高低压电器的分界线交流是1kV（直流则为1500V）高压电器和低压电器的区别：220v以下使用的电器是低压电器，220v以上使用的电器是高压电器；从传电来说，电压够大的时候电阻会突然减小，于是传播电流的速度就会变快；高压电器有危险性，有很多层防护。高压电器是指在额定电压3000v及以上的电力系统中，用于关合和开断电路，限制电路中的电压或者电流，进行电压和电流变换的电器。控制、保护、安全隔离。分类：开关电器：高压断路器，高压隔离开关，高压熔断器，高压负荷开关和接地开关。限制电器：电抗器，避雷器。变换电器：互感器，（电压&电流），隔离组合电器要求：可靠性高，能忍受很大的瞬时功率，动作时间快。陈士修 等离子体与脉冲功率新技术等离子体通常被视为物质除固态、液态、气态之外存在的第四种形态。如果对气体持续加热，使分子分解为原子并发生电离，就形成了由离子、电子和中性粒子组成的中性气体，这种状态称为等离子体。等离子体与气体的性质差异很大，分子之间相互作用力是短程力，局部短程碰撞才有效果，等离子体中起主导作用的是长程的库仑力，库仑力的作用效果远远超过带电粒子可能发生的局部短程碰撞效果，而且电子的质量很小，可以自由运动，因此等离子体中存在显著的集体过程，如振荡与波动行为。脉冲功率技术又称高功率脉冲技术，它是一个研究在相对较长的时间里把能量储存起来，然后经过快速压缩、转换，最后有效释放给负载的新兴科技领域。脉冲功率技术在技术上的特征是： 高脉冲功率，短脉冲持续时间，高电压，大电流。王建国 绝缘与接地新技术内绝缘：设备内部绝缘的固体、液体、气体部分，基本不受大气、污秽、潮湿、异物等外界条件影。外绝缘：暴露在大气环境中的空气间隙及设备固体绝缘的外露表面(的绝缘)。其绝缘耐受强度随大气环境条件(如气压、温度、湿度、淋雨、污秽、覆冰等)的变化而变化。绝缘子作为输电线路安全运行的重要设备之一，其技术性能得到电力运行部门及制造业的普遍关注。资料显示，我国复合绝缘子2008年的故障率为万分之一，虽然这个数据表明了国产复合绝缘子质量水平达到了新的高度，但绝缘子核心技术仍需要进一步发展。对此，本报特邀国网电科院专家对我国复合绝缘子的技术发展趋势进行探讨。 电网的高速发展促进了复合绝缘子产业的迅速壮大，使我国硅橡胶复合绝缘子制造技术居世界领先水平。 粗略统计，全国复合绝缘子制造企业已超过100家，但占市场主导的企业仅有10多家。而且，由于硅橡胶复合绝缘子制造水平、质量管理、运行条件等方面存在较大差异以及复合绝缘子使用数量的逐年增多，近年来复合绝缘子发生闪络、损坏事故日趋增多，表现在闪络、机械强度下降、击穿、脆断、劣化及外力破坏等，极大地影响电网的安全可靠运行，这也表明在硅橡胶复合绝缘子制造技术上还存在一些尚待研究的问题。复合绝缘子发展历程 20世纪90年代以前，国内基本上以瓷绝缘子为主，玻璃绝缘子用量较少，而复合绝缘子尚处于研发阶段。 棒形悬式复合绝缘子是在1995年以后开始进入实用化阶段。此后，复合绝缘子入网数量连年翻番。尤其是2001年以后，整体注射成型、压接式连接、多种形式密封措施等关键制造技术不断成熟，并积累了大量的成功运行经验，为复合绝缘子的推广应用提供了契机，使复合绝缘子成为我国解决污秽地区输电线路外绝缘污闪问题最为有效的方法之一。2004年以后，300550千牛产品相继成功研发，国产产品逐渐占据主导地位，引领世界复合绝缘子制造技术的发展。 随着棒形悬式复合绝缘子的广泛应用，输电线路污闪事故逐年下降，安全运行可靠性逐渐提高;而变电站设备用空心瓷绝缘子由于制造难度大，很难满足超高压电力设备的使用要求。为解决这个问题，借鉴复合硅橡胶在线路上的成功运行经验。2004年，国产复合空心绝缘子、复合支柱绝缘子、复合硅橡胶增爬裙等开始在110550千伏变电设备上大量使用，并为遏制污闪事故的发生起到了重要作用。 随着硅橡胶复合绝缘子在变电站推广应用并取得良好的运行效果，变电站设备外绝缘复合化优势和趋势日渐突出。各级变电站母线门型构架进出线上的耐张串、跳线串和悬垂串等逐渐使用棒形悬式复合绝缘子;其次，各类变电设备，包括变压器、断路器、避雷器、互感器、电抗器、隔离开关、组合电器、电缆终端、穿墙套管、母线支柱等大量使用硅橡胶复合绝缘子。 以硅橡胶材料的复合绝缘结构改变了传统瓷为主的外绝缘结构，为高压输变电设备开拓一些新的技术领域。变电设备复合外绝缘的技术优势、经济性、可靠性已广被认同，成为替代瓷空心绝缘子并解决污秽地区变电设备用瓷绝缘子污闪、断裂、爆炸等问题的新一代产品。 延伸阅读 绝缘子的作用 绝缘子俗称瓷瓶，它是用来支持导线的绝缘体。绝缘子可以保证导线和横担、杆塔有足够的绝缘。它在运行中能够承受导线垂直方向的荷重和水平方向的拉力。它还经受着日晒、雨淋、气候变化及化学物质的腐蚀。因此，绝缘子既要有良好的电气性能，又要有足够的机械强度。绝缘子的好坏对线路的安全运行是十分重要的。 链接 绝缘子的分类 绝缘子可按结构形式、功能和使用材料进行分类。 (1)按结构形式可分为针式绝缘子、棒式绝缘子和悬式绝缘子。(2)按功能不同可分为普通型绝缘子和防污型绝缘子。 (3)按使用材料可分为瓷质绝缘子、玻璃绝缘子和复合绝缘子(有机硅人工合成)绝缘子。 复合绝缘子 复合绝缘子是棒形悬式有机硅橡胶绝缘子的简称。复合绝缘子与传统的瓷质绝缘子、玻璃绝缘子相比，具有质量轻、体积小、便于运输和安装、机械强度高以及耐污秽性能好等优点，同时在运行中可以免清扫，免预防性测试，可避免污闪事故。特别适用于城市电网和中等以上污秽地区使用。 技术发展趋势 压接强度控制 目前，线路用硅橡胶复合绝缘子的最高机械强度均可达到550千牛强度等级，其机械裕度均可达1.41.5，甚至更高。复合绝缘子的制造技术成熟，工艺简单，芯棒强度、金具强度和压接强度的配合设计已较合理。按照现有的技术认识和运行经验，复合绝缘子的压接强度控制在(1.51.6)额定机构负荷，钢脚破坏强度控制在(1.41.5)额定机构负荷，应是较为合理的。但目前国内企业对压接式结构的复合绝缘子长期承受弯曲、扭转的机械性能研究并不充分，对高吨位压接式复合绝缘子的机械可靠性方面缺乏系统、深入地研究，这也不利于运行管理部门准确、快速掌握输变电设备的运行状态和使用特性。 伞型设计复合绝缘子由于脱模上的困难，其伞裙直径难以同盘形悬式瓷、玻璃绝缘子的盘径大小一致，因此，早期复合绝缘子伞裙盘径和伞间距设计相比进行大量研究后，所确定的伞裙设计原则的盘形悬式瓷、玻璃绝缘子不大合理。当在长期高湿度大气条件下运行时，若复合绝缘子憎水性出现部分丧失或完全丧失时，易发生伞裙间飞弧短接而导致闪络事故，严重地威胁电网安全可靠运行。目前，对于输电线路用复合绝缘子，其伞裙形状较以往有了大幅改进，基本上以“大小伞”、“三伞结构五伞组合”和“两大两中”三种伞型为主，伞径达到200毫米，伞间距达到了140毫米;对于各类空心复合绝缘子，要防止较为密集的伞裙结构设计易在大雨或暴雨下雨水连成链状，引起雨闪。因此，复合绝缘子伞裙形状的优化设计仍是一个需要系统研究的重点。 界面和密封结构设计 界面和密封结构设计是复合空心绝缘子设计的关键，毕竟复合空心绝缘子的运行时间不长、数量不多，其很多关键性技术未经过运行环境长期考验，特别是端部附件、玻璃纤维增强环氧树脂管与伞套三者的界面，若处理不当，将会影响复合空心绝缘子的安全运行。近年来，由于密封质量下降导致套管出现事故的也很多，大多是端部附件浇装界面的硅填充物(RTV密封胶)不密实，或由于温差变化出现裂纹导致水分渗入，或者母线、开关、断路器等在自身重力、覆冰、风力的作用下，产生垂直于复合空心绝缘子轴向的拉力，引起端部连接界面裂缝扩大，进而漏油或漏气，引发严重事故。 复合空心绝缘子的芯体是玻璃纤维浸环氧树脂高温缠绕的，它同时承受机械应力、电应力、六氟化硫及其分解物的化学作用，大气中的水分可能由于设计缺陷、质量缺陷等进入内部，使玻璃纤维增强环氧树脂管发生劣化。并且，玻璃纤维增强环氧树脂管的膨胀系数接近于零，而铝合金的膨胀系数为0.2610-6，两者相差尽管很小，但气体无孔不入，为了保证产品在户外长期运行的可靠性与安全性，设计和制造时要能保证端部附件、玻璃纤维增强环氧树脂管和护套的界面联接和密封可靠。 关键参数控制 为降低劣化率，提高产品质量的稳定性和一致性，除加强生产管理和质量控制外，增加检验手段，提高技术参数也是剔除缺陷产品的一种有效途径。如对复合绝缘子关键是对压接过程的控制。现在已要求压接过程必须采用声发射探测法并配有其他有效的质量控制手段逐个检测，杜绝发生端部连接过压和欠压问题。要求复合绝缘子破坏负荷的平均值减去3倍标准偏差大于额定机械负荷。对于高吨位产品，还要求进行1.2SML持续24小时的机械拉伸负荷试验。芯棒的水扩散试验由早期规定的1毫安提高至小于0.3毫安。另外，对于不同电压等级的护套厚度进行了提高，芯棒要求逐个进行灯光透视检查，应能通过雷电冲击耐受电压试验和耐应力腐蚀试验及机械拉伸破坏负荷对比试验，伞裙护套材料的要求相比以往大大提高等。这些都是国内外首次进行的研究。硅橡胶复合绝缘子主要特点(1) 优良的污秽性能。硅橡胶伞套材料表面不仅在新的时候是憎水的，而且在线路的运行条件下，当憎水性暂时丧失以后，还能恢复其憎水性。水在该材料表面形成水珠，硅橡胶液体的很细的膜基本上吞没了污秽物，从而抑制了离子物质在水中的溶解，提供了很高的表面电阻，降低了泄漏电流，提高了污秽闪络电压。这种性能甚至硅橡胶材料老化时也仍然保持。因而提高了电能输送的可靠性，明显地减少了绝缘子的清洗和维护费用。 (2) 优异的抵抗紫外线能力，耐蚀损， 不起痕 (3) 尺寸小、重量轻 110kv/100kn复合长棒形绝缘子的重量仅为相应70kn瓷绝缘子的12%。 这么轻的重量大大节约了安装运输费用，它趋向于不用起重机，并特别适合于线路应急抢修和运输工具不能接近的山区线路的架设、维护；可以简化杆塔结构，允许有较大的跨距（减少杆塔数量）；并为紧凑型线路的发展提供了条件。 (4) 生产和交货时间比瓷绝缘子短得多 (5) 不需要绝缘电阻零值检测。 (6) 没有脆性缺点 这种特点不仅有利于安装运输，而且也使得它对电弧的耐受能力比瓷绝缘子高得多。蓝磊 纳米技术及其在电力系统应用电力系统接地网的腐蚀与防护研究关乎电力工业安全生产，其对电力系统的重要性不言而喻。而导电涂料在对接地网腐蚀的保护中发挥着重要的作用，随着纳米技术的发展，其在电力系统中将会得到更加广泛的应用。纳米技术涉及对单个原子、分子或分子簇的处理或自行组装形成结构，创造出具有低尺寸结构产生的新特征或不同特性的材料和装置。纳米材料的表面效应在能量储存和转换上有很大的应用空间。促进了新型电池的发展以及能源的利用率，提高电池的寿命和功率密度。刘涤尘 核电新技术及接入电网技术我国的能源现状：资源不丰富，分布不均衡，需求增长快；我国的环境危机：污染严重，温室效应；应大力发展新能源。核燃料储存丰富，不受环境影响和运输控制；清洁能源，缓解生态环境压力；供电可靠，成本低，可大规模发展。核能发展对安全要求高，核岛对扰动敏感电压，频率的稳定性要求高；核能的停堆换料时间长有足够的备用容量；功率调节复杂，调节速度慢暂态动态稳定性；大机组扰动，对电网冲击大调峰、调频容量；要坚持“安全第一”的核电发展原则张惠 电力电子当今世界能源消耗增长十分迅速。目前，在所有能源中电力能源约占40%，而电力能源中有4 0%是经过电力电子设备的转换才到使用者手中。预计十年后，电力能源中的80%要经过电力电子设备的转换，电力电子技术在21世纪将起到更大作用。电力电子技术是利用电力电子器件对电能进行控制和转换的学科。它包括电力电子器件 、变流电路和控制电路三个部分，是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科。随着科学技术的发展，电力电子技术由于和现代控制理论、材料科学、电机工程、微电 子技术等许多领域密切相关，已逐步发展成为一门多学科相互渗透的综合性技术学科。电力电子技术作为一门高技术学科，由于其在节能、减小环境污染、改善工作条件等方面有 着重要的作用，现在已广泛的应用于传统工业（例如：电力、机械、交通、化工、冶金、轻 纺等）和高新技术产业（例如：航天、现代化通信等）。下面着重讨论电力电子技术在电力系 统中的一些应用。1、在高压直流输电（HVDC）方面的应用直流输电在技术方面有许多优点：（1）不存在系统稳定问题，可实现电网的非同期互联; （2）可以限制短路电流;（3）没有电容充电电流;（4）线路有功损耗小;（5）输送相同 功率时，线路造价低;（6）调节速度快，运行可靠;（7）适宜于海下输电。随着大功率电 子器件（如：可关断的晶闸管、MOS 控制的晶闸管、绝缘门极双极性三极管等）开断能力不 断提高，新的大功率电力电子器件的出现和投入应用，高压直流输电设备的性能必将进一步 得以改善，设备结构得以简化，从而减少换流站的占地面积、降低工程造价。2、在柔性交流输电系统（FACTS）中的应用20世纪80年代中期，美国电力科学研究院（EPRI）N.G.Hingorani博士首次提出柔性交流 输电技术的概念。近年来柔性交流输电技术在世界上发展迅速，已被国内外一些权威的输电 工作者预测确定为“未来输电系统新时代的三项支持技术（柔性输电技术、先进的控制中心 技术和综合自动化技术）之一”。现代电力电