新型智能开关

新型智能开关第1页/共47页1、智能开关2、智能开关现状3、智能开关应用主要内容第2页/共47页坚强智能电网规划2016年～2020年引领提升阶段，基本建成坚强智能电网，使电网的资源配置能力、安全水平、运行效率，以及电网与电源、用户之间的互动性显著提高。2011年～2015年全面建设阶段，加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用。2009年～2010年规划试点阶段，重点开展坚强智能电网发展规划工作，制定技术和管理标准，开展关键技术研发和设备研制，开展各环节的试点工作。智能开关第3页/共47页智能变电站是智能电网的重要基础和支撑智能变电站目前进入试点阶段。智能变电站试点工程包括：第一批7个试点，第二批67个试点。相关的标准如下：1）智能变电站技术导则（已发布）2）高压设备智能化技术导则（已发布）3）智能变电站设计规范（共2项）（已发布）4）变电站智能化改造技术规范（已发布）5）智能变电站站内设备技术规范(已发布）6）智能变电站继电保护技术规范（正在报批）7）智能变电站自动化体系规范8）智能变电站信息模型及通信接口技术规范9）智能变电站自动化系统现场调试导则智能开关第4页/共47页整体结构：开关设备本体+智能组件，如右图所示。基本功能：测量，控制和监测，可集成保护和计量。技术特征：测量数字化，控制网络化，状态可视化，功能一体化，信息互动化。智能开关设备的含义智能开关第5页/共47页延安变总体布置智能开关第6页/共47页测量数字化设备测量参量测量方法应用技术要求断路器近控/远控位置转换开关近控/远控信号0差错联锁/解锁位置转换开关联锁/解锁位置信号0差错位置状态辅助开关分合闸状态信号0差错SF6气体密度气体密度继电器低气压报警及闭锁信号0差错非全相状态时间继电器非全相报警信号0差错电源故障状态微型断路器或断线报警器电源故障报警信号，包括电机电源，加热器电源等0差错分合闸断线监测信号监测回路控制回路断线故障检测0差错分合次数累计计算机械寿命0差错智能组件柜温度温度传感器监测智能组件柜的温度温度：±1℃智能组件柜湿度湿度传感器监测智能组件柜的湿度湿度：5%RH液压机构油压油压开关低油压闭锁报警信号0差错油泵失压状态行程开关油泵失压报警信号0差错电机打压时间时间继电器电机打压超时信号0差错电机电流热继电器电机电流过载0差错储能状态接触器监视是否正在储能0差错隔离开关/接地开关位置状态辅助开关分合闸状态信号0差错分合次数累计计算机械寿命0差错SF6气体密度气体密度继电器低气压报警及闭锁信号0差错智能开关第7页/共47页控制网络化智能开关第8页/共47页功能一体化a）将传感器与高压设备或部件进行一体化设计；b）将互感器与高压设备进行一体化设计，以减少变电站占地；c）在智能组件中，将相关测量、控制、计量、监测、保护进行一体化融合设计。智能开关第9页/共47页信息互动化a）与调度系统交互

智能化高压设备将其自诊断结果报送（包括主动和应约）到调度系统，使其成为调度决策和高压设备事故预案制定的基础信息之一；

b）与设备运行管理系统互动

包括智能组件自主从设备运行管理系统获取宿主设备其它状态信息，以及将自诊断结果报送到设备运行管理系统两个方面。智能开关第10页/共47页智能开关设备的系统结构智能开关第11页/共47页智能开关设备的系统结构智能开关第12页/共47页延安变系统结构图智能开关第13页/共47页智能组件由一个以上智能电子装置的集合组成，是宿主设备的一部分；对于新造开关设备，汇控柜和智能组件应该合并，统称为智能组件。智能组件的三个属性：a）是一个物理设备；b）是宿主高压设备的一部分；c）有一个以上的智能电子装置组成。智能开关第14页/共47页智能化应用策略功能组智能化项目电压等级应用建议测量参见测量一览表110kV及以上应采用控制分合闸控制110kV及以上应采用合闸选相控制110kV及以上可采用监测自诊断监测（参见监测量一览表）110kV及以上应采用保护集成继电保护功能110kV及以上可采用计量电子式互感器110kV及以上宜采用智能开关第15页/共47页状态监测应用策略智能开关第16页/共47页智能化高压设备的试验智能化高压设备的型式试验和出厂试验应在智能组件（包括传感器、控制单元等）安装完毕后进行。在进行高压试验时，智能组件应处于工作状态。试验中和试验后，整个智能化高压设备，包括高压设备、传感器和控制单元、智能组件等，应无异常。智能开关第17页/共47页1、智能开关2、智能开关现状3、智能开关应用主要内容第18页/共47页

用PLC取代原有繁琐的二次接线及逻辑电路，通过简单的接线即可达到要求，大大简化了二次接线，减少了断路器的操动机构的辅助开关数目，变电站的维护和检修工作量也相应减少。

相关试点工程有：220kV：广西乐滩变

云南大关变110kV：河北独山城变

河北许庄变

河北祝村变

河北豫让变基于PLC控制的智能汇控柜智能开关现状第19页/共47页状态监测的应用状态监测是对高压开关设备的重要参数能进行实时持续的监测，为状态检修提供重要的数据。已在三十多个变电站逐步实现了断路器机构状态、SF6密度、微水和局放等监测。2009年投运的1000kV晋东南变电站所采用的状态监测系统更是实现了对断路器机械特性、触头损耗、气体压力、局放等多种参数的综合监测，其中局放采取的是离线检测。智能开关现状第20页/共47页状态监测应用一览表

序号应用站名装置名称生产厂家数量1河北红旗楼变，唐山京塘港变，唐山三农场变，唐山北营变，唐山税东变，唐山扣庄变，黑龙江佳木斯，华能威海发电厂及扩建工程，华能营口热电，海拉尔热电厂，新疆华泰热力电厂，沈阳金山热电，江西湖口变电站，惠州大亚湾变微水监测四川菲博斯江苏帕瓦上海思瑞共72套2鹤岗棚户区变断路器气室SF6气体压力广东昊致2套3开封固门变，开封阎寨变，巩义南河渡变，安阳林州北变，华润热电二期，新疆红雁池发电，牡丹江热电变局放在线监测英国DMS30套4安徽望江路变，安徽杨公路变，安徽磨店变，海南狮子岭变，海南海棠湾变，海南杨浦港变，广西铁西变，山海关船厂变，牡丹江热电变，岳阳新长炼变，神华新疆米东变，新疆红雁池发电，河北唐山三农产变，广东华润热电二期，惠州大亚湾变，SF6环境监测上海哈德南京顺泰15套5江苏如东东凌风电厂乌江思林变便携式避雷器泄漏电流阻性分量监测仪西安中州1套6福州连江港区变机械特性西安中州1套71000kV晋东南变电站断路器机械特性，气体压力，局放离线监测日本东芝1套智能开关现状第21页/共47页数字化变电站工程建设数字化变电站是由电子式互感器、智能化开关等智能化一次设备、网络化二次设备分层构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。2008年投运的云南吴家营变，郑州吴河变等使用了电子式CT、PT，开关设备智能控制装置等，实现了数字化变电站功能。智能开关现状第22页/共47页数字化变电站业绩序号变电站名称产品型号电子式互感器厂家1云南吴家营ZF12-126（L）南京新宁2郑州叠彩变ZF12-126（L）西安华伟3开封固门ZF12-126（L）南京新宁4商丘宋城ZF12-126（L）西安华伟5青岛四方机车变ZF12-126（L）南京新宁6浙江温州浔北变ZF12-126（L）西安华伟7郑州河芦变ZF12-126（L）西安华伟8平顶山文化宫变ZF12-126（L）南京新宁9许昌魏都变ZF12-126（L）南京新宁10广州阳江核电ZF11-252（L）西安华伟11福建先农霞胡变ZF11-252（L）西安华伟智能开关现状第23页/共47页主要以下几个方面的状态监测技术：

断路器的机械状态监测：包括分合闸线圈电流监测，分合闸行程、速度及时间的监测；

操动机构的储能状态的监测：包括储能状态，电机电流、电压及储能电机打压次数；

SF6气体温度、压力以及水分监测；

绝缘子的泄漏电流监测；断路器的电寿命及机械寿命；避雷器泄漏电流及动作次数；隔离开关状态监测。状态监测技术智能开关现状第24页/共47页智能隔离开关电机电流、行程，温湿度环境等进行监测智能开关现状第25页/共47页开关设备智能控制装置主要特点如下：开关设备控制功能的数字化；集成开关设备的状态监测和故障诊断功能的能力。开关设备控制装置具有符合IEC61850的数字通讯接口；

智能控制装置（智能终端）智能开关现状第26页/共47页选相分合闸技术开关设备分合闸操作时所产生的涌流和过电压等电磁暂态现象，不仅对开关设备本身产生危害，还会引起继电保护装置误动，甚至危及电力系统正常运行，其严重程度与分合闸时电流或电压的相角有关。灵宝、德阳、宝鸡换流站2009年投运。智能开关现状第27页/共47页电子式互感器解决了传统互感器的绝缘、饱和、谐振问题，同时体积小，重量轻。以其这些优点目前在数字化变电站中广泛应用。

研制样机并完成全套型式试验，包括精度、高低温、振动、电磁兼容等。电子式互感器的开发及集成技术智能开关现状第28页/共47页局放检测技术目前正在开发基于UHF（特高频）传感的GIS局放检测装置，能实现局部放电的检测，定位和诊断，是绝缘状态监测的一个重要方面。智能开关现状第29页/共47页电机驱动操动机构技术用电机直接驱动断路器进行操作的技术。操动机构只有一个转动的电机转子部件，用电容器代替弹簧或压缩空气来存储控制操动机构的能量；电动机在DSP控制下，直接驱动断路器动触头，进行分合闸操作；电动机操动机构的操动速度和操作时间都是可以控制的，很容易实现对操动机构和断路器进行连续的自检、监测及智能控制等功能。智能开关现状第30页/共47页开关设备在操作过程会产生振动，通过振动传感器提取振动信号，经过信号处理，能分析出开关设备的某些运行参数，进而能够判断出开关设备的健康状态。振动智能开关现状第31页/共47页SF6气体分解物对于故障和存在缺陷的SF6电气设备气室内，则会因大功率电弧放电、较强的局部放电或异常局部高温产生大量的反应产物；并且随着缺陷类型的不同、缺陷造成的故障程度的不同以及缺陷部位的不同，电气设备内SF6气体的分解产物种类和数量也不相同。根据不同缺陷程度下SF6气体反应产物的种类和含量，可判断SF6电气设备缺陷及快速判断SF6电气设备故障部位。SCD色谱图智能开关现状第32页/共47页1、智能开关2、智能开关现状3、智能开关应用主要内容第33页/共47页延安变的总体方案

智能开关应用第34页/共47页状态监测

主要监测项目测量不确定度故障诊断历史趋势分析分合闸电流波形幅值：1.5%时间：1ms分合闸电磁铁故障趋势图及其分析CB分合闸时间1ms分合闸时间不合格趋势图及其分析CB行程-时间曲线幅值：1.5%操动机构传动故障趋势图及其分析储能电机工作状态（包括电机电流和油压）油压和电机电流幅值：1.5%储能电机故障趋势图及其分析触头机械寿命零误差断路器机械寿命记录操作次数SF6气体压力1%F.S低气压报警趋势图及其分析SF6气体水分5%水分超标报警趋势图及其分析局部放电5pC局放超标报警及局部放电类型识别趋势图及其分析电寿命无智能开关应用第35页/共47页传感器的植入

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