智能電網(wǎng)與組合電器學(xué)習(xí)課件

智能電網(wǎng)與組合電器

智能電網(wǎng)：就是電網(wǎng)的智能化，也被稱“電網(wǎng)2.0”組合電器符合：Q/GDW393—2009110（66）kV～220kV智能變電站設(shè)計(jì)規(guī)范●集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)；●運(yùn)用先進(jìn)的傳感測量技術(shù)、設(shè)備技術(shù)、控制方法以及決策支持系統(tǒng)技術(shù)；●實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)?！裥蜗竺枋觯河胁遄牡胤骄陀心茉矗胁遄牡胤骄陀行畔⒒?dòng)。消費(fèi)者既可以是電力客戶，也可能成為風(fēng)能、太陽能、氫電池、生物沼氣燈小型電力供應(yīng)商。一、什么是智能電網(wǎng)智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

在智能電網(wǎng)中，用戶將是電力系統(tǒng)不可分割的一部分。鼓勵(lì)和促進(jìn)用戶參與電力系統(tǒng)的運(yùn)行和管理是智能電網(wǎng)的另一重要特征。●智能電網(wǎng)的角度------用戶的需求是另一種可管理的資源，有助于平衡供求關(guān)系，確保系統(tǒng)的可靠性；●用戶的角度------電力消費(fèi)是一種經(jīng)濟(jì)的選擇，通過參與電網(wǎng)的運(yùn)行和管理，修正其使用和購買電力的方式，從而獲得實(shí)實(shí)在在的好處。

智能電網(wǎng)包括用戶儲(chǔ)能技術(shù)：電池、水庫、AVC智能電表智能的家用電器自愈、包括用戶，抵御攻擊；提供滿足21世紀(jì)用戶需求的電能質(zhì)量；容許各種不同發(fā)電形式的接入；（中國大電網(wǎng)、美國小電網(wǎng)）啟動(dòng)電力市場以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運(yùn)行。

主要特征：

自愈：●把電網(wǎng)中有問題的元件從系統(tǒng)中隔離出來；●在很少或不用人為干預(yù)的情況下可以使系統(tǒng)迅速恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)；●幾乎不中斷對用戶的供電服務(wù)。

智能電網(wǎng)是自愈電網(wǎng)自愈措施：●實(shí)時(shí)測量，概率風(fēng)險(xiǎn)評估，確定最有可能失敗的設(shè)備、發(fā)電廠和線路；●實(shí)時(shí)分析電網(wǎng)整體的健康水平，提供電網(wǎng)故障發(fā)展的早期預(yù)警，確定是否需要立即進(jìn)行檢查或采取相應(yīng)的措施；●和本地和遠(yuǎn)程設(shè)備的通信幫助分析故障，電壓降低、電能質(zhì)量差、過載和其他不希望的系統(tǒng)狀態(tài)，基于這些分析，采取適當(dāng)?shù)目刂菩袆?dòng)。通訊61850-9-1/2在線測量：電能質(zhì)量、設(shè)備狀態(tài)+自動(dòng)控制●電網(wǎng)和用戶建立雙向?qū)崟r(shí)通信系統(tǒng)；●實(shí)時(shí)通知用戶其電力消費(fèi)的成本、實(shí)時(shí)電價(jià)、電網(wǎng)目前的狀況、計(jì)劃停電信息以及其他一些服務(wù)的信息；●用戶也可以根據(jù)這些信息制定自己的電力使用的方案。二、電網(wǎng)與用戶的互動(dòng)

智能電網(wǎng)通過高速通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行設(shè)備的在線狀態(tài)監(jiān)測，以獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在最恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間給出需要維修設(shè)備的信號，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)檢修，同時(shí)使設(shè)備運(yùn)行在最佳狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)買、售電信息互通，提高發(fā)電、輸電、配電的效率，確保電網(wǎng)高效運(yùn)行。

啟動(dòng)電力市場以及優(yōu)電網(wǎng)技術(shù)和理念的革新“家庭用電的電價(jià)會(huì)根據(jù)一天不同時(shí)段來自動(dòng)定價(jià)，比如傍晚用電高峰期，電價(jià)自動(dòng)上揚(yáng)，白天用電低谷時(shí)電價(jià)自動(dòng)下調(diào)；不必為停電而擔(dān)心，因?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)的自愈功能可以在最短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恢復(fù)；用戶在電能富裕時(shí)，還可以把電賣出去?！边@是智能電網(wǎng)應(yīng)用在生活中形象的描述。

隔離與接地開關(guān)：不受環(huán)境影響。（氧化腐蝕-過熱）絕緣件的質(zhì)量和數(shù)量。互感器的要求：不飽和、不諧振、準(zhǔn)確可靠。模塊化設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化，利于提高質(zhì)量和擴(kuò)充。密封要可靠，泄漏率要低。維護(hù)要方便，維護(hù)時(shí)間要短。三、智能開關(guān)的傳統(tǒng)要求數(shù)字化的電流、電壓傳感器（數(shù)字信號到合并單元）智能化的匯控柜（和站的光纖通訊，帶有保護(hù)功能）自診斷功能的開關(guān)設(shè)備（通過測量開關(guān)狀態(tài)，預(yù)先知道開關(guān)的壽命，為維護(hù)提供資料）智能開關(guān)的智能化要求預(yù)期壽命計(jì)算（開斷電流和壽命）故障測量和判斷（溫度、電阻、密度、開斷速度、局部放電的檢測？）智能開關(guān)的智能化要求（未來的專家系統(tǒng)應(yīng)包含的GIS參數(shù)測量問題）傳統(tǒng)與智能比較ECVT與合并單元的配置ECVT與合并單元的配置產(chǎn)品智能化內(nèi)容1、使用電子互感器（序號2、3），實(shí)現(xiàn)測量數(shù)字化；2、采用智能控制單元（在智能匯控柜內(nèi)），通過IEC61850和其它設(shè)備相連，實(shí)現(xiàn)互操作與控制網(wǎng)絡(luò)化；3、測量組合電器的工作參數(shù)，例如溫度、氣體壓力、微量水分，操作機(jī)構(gòu)的分合閘線圈的電流、各個(gè)開關(guān)位置狀態(tài)、避雷器的泄漏電流及放電次數(shù)等參數(shù)，通過光纖以太網(wǎng)傳送到工作站，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)可視化，以及實(shí)現(xiàn)組合電器工作狀態(tài)，達(dá)到狀態(tài)檢修的目的；4、在設(shè)計(jì)一次設(shè)備時(shí)，嵌入傳感器（見示意圖），實(shí)現(xiàn)功能一體化；5、使用智能控制單元（組裝在智能匯控柜內(nèi)），預(yù)測和判斷組合電器的工作狀態(tài)，并且和工作站采用IEC61850，通過光纖以太網(wǎng)和其它設(shè)備互連，實(shí)現(xiàn)信息互動(dòng)化。數(shù)字化變電站是由智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備分層構(gòu)建，建立在IEC61850通信規(guī)范基礎(chǔ)之上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。四大要素：1、電子式互感器 2、智能化開關(guān)設(shè)備3、網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備 4、IEC61850應(yīng)用四、智能變電站的關(guān)鍵技術(shù)

IEC61850按照變電站內(nèi)監(jiān)控和繼電保護(hù)兩大功能，從邏輯和功能上將未來變電站內(nèi)智能設(shè)備分三層：變電站層、間隔層和過程層。下圖是數(shù)字化變電站功能分層和接口模型，這是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)系列的基礎(chǔ)。

應(yīng)用IEC61850構(gòu)建系統(tǒng)結(jié)構(gòu)間隔層

間隔層設(shè)備的主要功能是：●匯總本間隔過程層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，實(shí)施對一次設(shè)備保護(hù)控制功能，和本間隔操作閉鎖、操作同期及其他控制功能；●對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)運(yùn)算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制；●承上啟下的通信功能，即同時(shí)高速完成與過程層及站控層的網(wǎng)絡(luò)通信功能。站控層

站控層設(shè)備的主要功能是：●通過兩級高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)镜膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，按時(shí)登錄歷史數(shù)據(jù)庫；●按既定規(guī)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送向調(diào)度或控制中心；●接收調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)給間隔層、過程層執(zhí)行；具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能；●具有站內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控，人機(jī)聯(lián)系功能，如顯示：操作、打印、報(bào)警、圖像、聲音等多媒體功能；●具有對間隔層、過程層設(shè)備的在線維護(hù)、在線組態(tài)、在線修改參數(shù)的功能。IEC61850IEC61850是國際電工委員會(huì)(IEC)TC57工作組制定的《變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》系列標(biāo)準(zhǔn)，是基于網(wǎng)絡(luò)通信平臺的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)唯一的國際標(biāo)準(zhǔn)。IEC61850規(guī)范了數(shù)據(jù)的命名、數(shù)據(jù)定義、設(shè)備行為、設(shè)備的自描述特征和通用配置語言。使不同智能電氣設(shè)備間的信息共享和互操作成為可能。IEC61850與傳統(tǒng)規(guī)約的比較目前實(shí)施的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一的系統(tǒng)規(guī)范，廣泛應(yīng)用的IEC60870-5-103規(guī)約只是變電站內(nèi)傳輸規(guī)約，缺乏對變電站系統(tǒng)模型、二次功能模型的描述，沒有將系統(tǒng)應(yīng)用與通信技術(shù)進(jìn)行分層處理，其應(yīng)用受到通信技術(shù)的限制，缺乏一致性測試標(biāo)準(zhǔn)，因此103規(guī)約不適合作為未來數(shù)字化變電站的統(tǒng)一信息平臺。IEC61850簡介對變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的對象統(tǒng)一建模，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的抽象通信服務(wù)接口，增強(qiáng)了設(shè)備之間的互操作性，可以在不同廠家的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無縫連接。定義了數(shù)字式CT、PT、智能式開關(guān)等一次設(shè)備的模型和通信接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站“MMS/SV”GOOSE“通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录币彩荌EC61850的特色之一。提供了網(wǎng)絡(luò)通訊條件下快速信息傳輸和交換的手段。五、電子式互感器的分析和選擇

微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展使得電子式互感器在技術(shù)上有了應(yīng)用的可能性，許多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)把眼光投向電子式互感器的研發(fā)。根據(jù)傳感原理的不同，電子式互感器有多種類型。不同原理的電子式電流互感器技術(shù)對比見下表?；ジ衅黝愋涂招木€圈低功率線圈光學(xué)原理測量原理電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)法拉第效應(yīng)敏感元件空心線圈電磁線圈光學(xué)元件能否測直流否可測可測線性度較好較好好測量精度較差較好好滿足精度的測量范圍較大較大大頻帶較高較高高抗電磁干擾較差較好好高壓側(cè)功能需要有無無溫度對測量的影響有無有震動(dòng)對測量的影響無無有不同類型電子式電流互感器的技術(shù)對比電子式互感器電子式互感器發(fā)展及應(yīng)用情況

ABBSCHNIEWINDT全光纖電流互感器光纖電流互感器是一種實(shí)用化的電流傳感器couplerLock-inamplifier無源電子式電流互感器結(jié)構(gòu)

載流導(dǎo)體光纖電流傳感器復(fù)合絕緣子光纖光纜光纖耦合器光纖偏振器光纖調(diào)制器光源驅(qū)動(dòng)及信號解調(diào)保護(hù)測控計(jì)量合并單元IEC60044-8IEC61850-9-1/2保護(hù)、測控、計(jì)量合并單元的結(jié)構(gòu)GIS用電流電壓組合式互感器RSF6中間電極高壓導(dǎo)體C1C2uo電子式互感器發(fā)展及應(yīng)用情況ABBGIS用電子式電流電壓互感器

電子式互感器發(fā)展及應(yīng)用情況結(jié)論電子式互感器有源電子式互感器已經(jīng)實(shí)用化并已具備投運(yùn)條件，但在長時(shí)間運(yùn)行條件下的可靠性和穩(wěn)定性尚需積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，全站電子式互感器時(shí)配套設(shè)備的考慮，與常規(guī)互感器的配合等需要著重考慮。無源電子式互感器努力完成實(shí)用化研究六、智能化開關(guān)的發(fā)展方向智能控制功能在線監(jiān)視功能數(shù)字化的接口機(jī)構(gòu)的電子操動(dòng)智能控制功能保護(hù)測控一體化、一、二次功能一體化*傳統(tǒng)二次功能保護(hù)功能測量功能*一次設(shè)備本體的控制控制聯(lián)鎖儲(chǔ)能電機(jī)和機(jī)構(gòu)電機(jī)的保護(hù)順序控制受控分合閘在線監(jiān)測功能斷路器滅弧室的局放和介損監(jiān)測機(jī)構(gòu)動(dòng)作特性的監(jiān)測,斷路器觸頭和刀閘的行程、速度控制回路斷線監(jiān)視-彈簧儲(chǔ)能時(shí)間-開關(guān)工作時(shí)間、開關(guān)動(dòng)作次數(shù)、切斷電流累積開關(guān)柜內(nèi)溫度、觸頭接觸部位的溫度監(jiān)測分合閘線圈的電流、電壓在線監(jiān)測的主要目的：狀態(tài)檢修機(jī)構(gòu)的電子化操動(dòng)（方向）斷路器各類故障（拒分拒合）中機(jī)械故障的比率最大各級傳動(dòng)齒輪增加了故障概率，也增加了機(jī)構(gòu)體積實(shí)現(xiàn)：變機(jī)械儲(chǔ)能為電容儲(chǔ)能變機(jī)械傳動(dòng)為變頻器通過電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件減少到一個(gè)電子電路的壽命、穩(wěn)定性和可靠性成為關(guān)鍵目前實(shí)現(xiàn)開關(guān)智能化的方案方案1:操動(dòng)機(jī)構(gòu)智能終端方案2:間隔級智能終端操動(dòng)機(jī)構(gòu)智能終端在斷路器和刀閘機(jī)構(gòu)中安置智能終端與間隔級設(shè)備間通過數(shù)字信號傳遞信息。二次設(shè)備通過數(shù)字信號發(fā)送分合閘命令給斷路器和刀閘?？煽啃院头€(wěn)定性至關(guān)重要，數(shù)字通道必須冗余配置。間隔級智能終端間隔級智能終端的主要思想是把間隔級設(shè)備下放至過程層，由智能化的間隔級設(shè)備同時(shí)擔(dān)負(fù)過程層設(shè)備的數(shù)字化功能。ABB的基于REF542、SIEMENS的基于SIPROTEC4的智能開關(guān)柜均基于此思想。這種方案的最大優(yōu)點(diǎn)在于基于成熟的間隔層數(shù)字化技術(shù)，能在大量減少電纜、節(jié)約占地、提升數(shù)字化水平的同時(shí)，滿足可靠性和穩(wěn)定性的要求。國外智能化開關(guān)設(shè)備的現(xiàn)狀A(yù)BB的REF542以及基于REF542的智能化控制柜國內(nèi)智能化開關(guān)設(shè)備的現(xiàn)狀國內(nèi)的高壓開關(guān)設(shè)備廠家也急于提升開關(guān)設(shè)備的智能化水平。一、二次廠家的整合和合作是國內(nèi)開關(guān)智能化的必然趨勢。

-間隔級智能終端，把保護(hù)、測控和GIS控制功能整合在一起JK最新的智能控制柜方案

相比較于傳統(tǒng)方案，新方案將測控和GIS智能控制集成于智能控制柜中，安放在GIS室，對下與GIS機(jī)構(gòu)通過標(biāo)準(zhǔn)化的接插件連接，優(yōu)化了二次回路的設(shè)計(jì)，對上直接通過光纖與主控室連接。構(gòu)成了基于一次設(shè)備智能化的數(shù)字化變電站。智能控制柜方案的優(yōu)勢1、節(jié)約了電纜等設(shè)備投資以及相應(yīng)的施工投資；數(shù)字化變電站建設(shè)的一個(gè)主要現(xiàn)實(shí)目標(biāo)是為了減少變電站內(nèi)控制電纜的數(shù)量，一方面由于原材料的漲價(jià)，電纜成本越來越高，一方面，光纜電磁兼容性能遠(yuǎn)好于電纜，能顯著提高變電站內(nèi)信號傳輸?shù)目煽啃浴Ａ硗?，變模擬信號為數(shù)字信號能大大增加傳輸?shù)膸捄托畔⒘俊?、節(jié)約了保護(hù)小室及主控室等的占地面積和投資；應(yīng)用智能化GIS控制柜使得保護(hù)控制下放成為可能，從而能夠顯著減少保護(hù)小室和主控室的占地面積，這對一些需要盡量減少變電站土地的城市變電站和地下變電站來說有明顯的效益。智能控制柜方案的優(yōu)勢3、GIS智能控制柜優(yōu)化了二次回路和結(jié)構(gòu)；原來由于一次和二次的專業(yè)細(xì)分，使得原傳統(tǒng)匯控柜內(nèi)的許多功能與保護(hù)控制二次中的功能相重復(fù)，例如防跳、壓力閉鎖、三相不一致等等?；谝欢握系腉IS智能控制柜能夠有效地取消和簡化冗余回路，提高了整個(gè)二次回路的可靠性。4、智能控制裝置提供了系統(tǒng)的交互性； 引入智能控制裝置以后，友好的中文液晶人機(jī)界面以及豐富的自檢和就地操作報(bào)告功能，使得運(yùn)行維護(hù)人員無論在就地還是遠(yuǎn)方都能及時(shí)了解GIS的運(yùn)行情況。智能控制柜方案的優(yōu)勢5、聯(lián)調(diào)在出廠前完成，現(xiàn)場調(diào)試工作量減少；傳統(tǒng)方案中，一次設(shè)備和二次設(shè)備的電纜連接和調(diào)試只能到現(xiàn)場后完成，調(diào)試周期比較長，新方案中一二次設(shè)備聯(lián)調(diào)在廠內(nèi)完成，到現(xiàn)場后調(diào)試工作量極小。能夠顯著地縮短投運(yùn)周期。6、一次二次聯(lián)合設(shè)計(jì)，減輕了設(shè)計(jì)院的負(fù)擔(dān)；原來一次和二次設(shè)備分別有雙方廠家分別出圖，中間的電纜信號連接由設(shè)計(jì)院完成，應(yīng)用一二次結(jié)合的新方案后，由兩