【文章內(nèi)容簡介】 延長 關(guān)的使用壽命,改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量。(2)實施開關(guān)觸頭的位移、運動速度、溫升、彈簧狀態(tài)等機械特性的在線監(jiān)測,研究參數(shù)的變化趨勢并進行統(tǒng)計分析,對開關(guān)的故障及壽命進行預(yù)測,制定合理的反事故及檢修措施,提高開關(guān)的可靠性和使用壽命。(3)實現(xiàn)開關(guān)的SF6氣體壓力監(jiān)測、真空度監(jiān)測以及 關(guān)狀態(tài)的在線監(jiān)測,如開關(guān)投切次數(shù),開關(guān)分?jǐn)嚯娏髂芰Α?. 5. 3開關(guān)智能化實現(xiàn)方案 開關(guān)智能化的實現(xiàn)需要建立在先進的計算機技術(shù)、新型傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)和通信技術(shù)的基礎(chǔ)之上。由于各種電壓等級的開關(guān)智能化程度不同,而中壓配電開關(guān),如分段 關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜開關(guān)比較容易實現(xiàn)智能化。實現(xiàn)10kV開關(guān)智能化,就是要把二次系統(tǒng)的保護、測控、故障診斷與隔離等這些功能一體化,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖23所示。 圖23開關(guān)智能化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)的各個智能化功能模塊均釆用微機控制裝置,并采用高速可靠的CANBUS現(xiàn)場串行總線系統(tǒng)完成功能模塊之間的通信,通信介質(zhì)采用的是屏蔽雙絞線,總線最大連接節(jié)點數(shù)可達110個,支持多主結(jié)構(gòu)通信方式和相應(yīng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),信息可采用短幀結(jié)構(gòu)來傳輸,可以滿足智能化開關(guān)的通信要求。配置的通信控制器負責(zé)與上位機通信和四遙功能的完成。開關(guān)控制系統(tǒng)與上位機的通信方式,根據(jù)現(xiàn)場實際的需要可以采用以太網(wǎng)或串口通信兩種方式。2. 5. 4開關(guān)智能化的幾個關(guān)鍵技術(shù)問題(1)故障電流的檢測與識別 如何由智能化開關(guān)對饋線故障電流/,進行實時的檢測與分析,利用故障前后電流信號的差異來自動識別故障是饋線自動化系統(tǒng)的基本要求,并且保證采集到的故障電流信號足夠準(zhǔn)確可靠,是關(guān)系到配電自動化系統(tǒng)能否可靠工作的基礎(chǔ)。故障電流信號的采集主要考慮以下幾個因素:①故障電流/amp。整定值的設(shè)置。②故障類型為單相或相間故障。③故障的持續(xù)時間At。④采樣速度與開關(guān)的首端保護相配合。⑤故障電流方向(閉環(huán)運行時)。(2)不間斷供電電源由于當(dāng)配電網(wǎng)饋線故障時,饋線保護動作,這樣饋線就可能失去電源,而智能化 關(guān)還要正常工作,所以要求配置不間斷供電電源,來對開關(guān)以及通信裝置繼續(xù)提供直流電源,保證智能化開關(guān)的正常工作。不間斷電源的結(jié)構(gòu)主要由充電器和高可靠性的蓄電池組成。當(dāng)饋線電壓正常時,釆用浮充工作模式供電。饋線失電時,又可以依靠均充模式供電。(3)能夠滿足戶外惡劣運行環(huán)境一般來說智能化開關(guān)是布置在戶外的,如柱上分段 關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)、環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜等。所以要求智能化開關(guān)設(shè)備能忍受如下的戶外環(huán)境條件:①溫度變化范圍,。②環(huán)境濕度達③抗各種電磁干擾,如雷電、磁場、火花放電等。④抗震級高⑤功耗較低。(4)新型傳感器技術(shù)的應(yīng)用 為了提高智能化開關(guān)檢測的準(zhǔn)確可靠性,必須優(yōu)先選用新型傳感器,如光纖傳感器、位移傳感器、角度傳感器、SF6壓力傳感器、新型溫度傳感器及開關(guān)真空度檢測傳感器等新技術(shù)。傳感技術(shù)當(dāng)前己成為制約智能化開關(guān)發(fā)展的主要瓶頸,當(dāng)然,還需要考慮傳感器的功耗、可靠性、環(huán)境適應(yīng)性、安裝與維護成本等諸多因素來綜合分析考慮該選用何種傳感器。 第3章一次設(shè)備,電氣參數(shù)采集和監(jiān)測 配電自動化遠監(jiān)控系統(tǒng)僅招開遙控、電流遙測、電re遙測、開關(guān)遙控、過流故障告警遙倍以及配電SCADA子系統(tǒng)等。3. 1電子式互感器 電子式互感器是按照高壓側(cè)測量的不同物理量來分類的,一般分為光電互感器和混合電子式互感器。光電互感器高壓側(cè)傳感器主要利用偏振光在電磁場發(fā)生角度偏移,而且偏移量與電場強度正相關(guān)的原理來實現(xiàn)對電壓和電流的測量,這就是Pockels效應(yīng)。除此之外,還有諸如Faraday效應(yīng)、Kerr效應(yīng)(測電流),逆壓電效應(yīng)(測電壓)?；旌想娮邮交ジ衅鞯母邏簜?cè)檢測裝置主要是由分壓器件、霍爾傳感器和Rogowski線圈等元器件組成。目前Rogowski線圈己廣泛應(yīng)用于電子式電流互感器的高壓側(cè)電流測量。不同原理的電子式互感器適用于不同的工作電壓等級,如中壓型(用于l0kV、35kV)、高壓型(用于1220kV)、超高壓型(用于500kV及以上)等。高壓側(cè)電路需要工作電源的電子式互感器稱為有源型電子式互感器,反之,則稱無源型電子式互感器。目前的光電式電子互感器大部分是無源型,由于其可靠性不能保證,所以有源型電子式電流互感器成為當(dāng)前的研究熱點。高壓側(cè)電流的采集依靠Rogowski線圈傳感器。對于電子式互感器的供電方案,仍然是亟待解決的關(guān)鍵性技術(shù)問題。按照IEC建議,各種新型互感器都可以稱為電子式互感器。電子式互感器的通用式結(jié)構(gòu)如圖31所示。 圖31電子式互感器通用結(jié)構(gòu)母線的電壓或線路電流通過高壓側(cè)傳感器件來測量。信號先經(jīng)過數(shù)據(jù)處理單元進行放大與調(diào)制,然后經(jīng)由光纖通信系統(tǒng)將初步處理后的信號傳送至低壓側(cè)合并單元,之后就是將多路信號按照所用的通信規(guī)約迸行處理,最后通過總線將采樣信號傳送到間隔層或繼電保護設(shè)備。如果是有源型電子式互感器,必須配置可靠的供電電源裝置。模擬量輸出接口也是電子式互感器的必要組成,以實現(xiàn)和某些模擬量的設(shè)備的相丑連接。電子式互感器的具體應(yīng)用還有待深入研究。而光電式傳感器也面臨著一系列問題,制造工藝與技術(shù)還沒有完全成熟,另外如長期運行的穩(wěn)定性以及易受外界環(huán)境因素的干擾等問題,距離大規(guī)模實際應(yīng)用還有相當(dāng)大的差距。目前應(yīng)用比較多的還是混合電子式互感器,利用Rogowski線圈作為電流傳感器的電子式電流互感器已得到了廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)很多廠家已生產(chǎn)出采用電容分壓原理的電子式電壓互感器,技術(shù)比較成熟。從20世紀(jì)60年代 始,很多領(lǐng)域的專家就已經(jīng)開始對電子式互感器的研究。進入七十年代,隨著光纖作為介質(zhì)傳輸?shù)难该桶l(fā)展,人們開始重新思考電子式傳感器中的數(shù)據(jù)傳輸問題,但由于精度不高,這一時期生產(chǎn)的實際產(chǎn)品不能在電網(wǎng)中得到推廣應(yīng)用。八十年代末,隨著光電子技術(shù)的進步,歐美國家及日本等國陸續(xù)研制出了光電式電子互感器,并達到實用化水平。20世紀(jì)末開始,ABB等跨國公司陸續(xù)研制的新型電子式互感器在電網(wǎng)中相繼投運,實際效果都很良好。我國在電子式互感器方面的研究開始于上個世紀(jì)末。1982年在上海召 的激光工業(yè)應(yīng)用座談會,國家有關(guān)部門組織技術(shù)人員對電子式互感器開展項目攻關(guān)。20世紀(jì)90年代初期,中國首次生產(chǎn)出光學(xué)電子式電流互感器,雖然在掛網(wǎng)試運行中表現(xiàn)的性能不理想,但相關(guān)理論成果卻已基本成熟。隨著有源電子式互感器技術(shù)的發(fā)展,并已應(yīng)用到電網(wǎng)中,顯示出我國在電子式互感器技術(shù)上已經(jīng)達到國際領(lǐng)先水平。我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,電子式電流互感器(ECT)的一次系統(tǒng)主要由小功率線圈(LPCT)、Rogowski線圈或光學(xué)傳感器。電子式電壓互壓器(EVT)的一次傳感器采用電阻分壓/電容分壓傳感元件或光學(xué)傳感器組成,信號傳輸介質(zhì)采用光纖,通過信號處理單元實現(xiàn)模擬量或數(shù)字量的輸出。對于高壓輸電網(wǎng)中的設(shè)備來說,根據(jù)電子互感器高壓側(cè)采集傳感裝置是否需要專用電源設(shè)備可以分為純光互感器和有源電子式互感器。電壓等級在35 kV及以下的電網(wǎng)則采用模擬小信號量互感器。根據(jù)電子互感器的應(yīng)用方式,電子式互感器還可分為獨立電子式電流互感器、獨立式電壓互感器及綜合式電流電壓組合式互感器(ECVT)、隔離開關(guān)組合式、氣體絕緣組合電器(GIS)嵌入式和變壓器套管式等多種形式。3. 2配電網(wǎng)自動化監(jiān)控信息3. 2. 1配電網(wǎng)自動化監(jiān)控信息的特點 配電自動化系統(tǒng)中進行信息采集、信號處理及控制命令的設(shè)備主要有以下一些特點:(1)饋線自動化測控終端(FTU)將繼電保護裝置、遠動及自動控制裝置集成在一起,以構(gòu)成完整的單元式的配電開關(guān)設(shè)備,如戶外箱式開閉所、分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)、重合器及環(huán)網(wǎng)柜等。(2)終端配電裝置直接連接到用電負荷。(3)為適應(yīng)無人值守模式及設(shè)備遠方操作的要求,需要傳輸?shù)男畔⒘糠浅４?因此應(yīng)采用智能方式自動處理。(4)運用微機技術(shù)自動實現(xiàn)配電網(wǎng)運行方式。配電自動化系統(tǒng)與輸電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的信息采集及狀態(tài)監(jiān)控形式有所不同,它不僅具有配電網(wǎng)所特有的一些方面,而且與傳統(tǒng)的四遙功能相比傳輸?shù)男畔⒎N類也有所不同。3. 2. 2模擬量信息 在配電自動化系統(tǒng)中,遙測采集的信息主要是電流信息與故障信號,并且這些信息一般也是帶方向的。配電網(wǎng)故障診斷依據(jù)的主要也是電流信息,同時根據(jù)電壓信息可以啟動故障判據(jù),隔離故障。事件順序記錄也應(yīng)包含故障電流信號,此外,數(shù)據(jù)采集裝置工作電源的電壓值也可以作為判斷開關(guān)設(shè)備故障的信息量作為輔助判據(jù)來檢測故障。為了適應(yīng)配電網(wǎng)的特殊要求,必須采用兩種類型的模擬報警信號:一種是使裝置動作的上下限報警門濫值。第二種是上下限預(yù)報警門檻值,設(shè)置第二種報警信號的目的是提供對所監(jiān)視控制的對象進行狀態(tài)信號的校核,提醒工作人員注意,并提供相應(yīng)的閾值信號。系統(tǒng)提供兩種模擬量輸入標(biāo)志,即穩(wěn)態(tài)模擬量和暫態(tài)模擬量,暫態(tài)信號是針對采集到的偽信息量而設(shè)置的。3. 2. 3狀態(tài)量信息一、設(shè)備運行狀態(tài)信息與輸電網(wǎng)自動化系統(tǒng)要采集的設(shè)備信息在內(nèi)容上沒什么區(qū)別,主要包括:斷路器的位置信號,斷路器故障信號,越限跳閘信號,重合闡動作信號,工作電源異常信號,小電流接地系統(tǒng)故障信號,分段開關(guān)動作信號等。二、與設(shè)備運行狀態(tài)相關(guān)的內(nèi)部控制狀態(tài)信息可以通過軟件界面設(shè)定各種運行條件下設(shè)備運行狀態(tài)的相關(guān)控制功能。具體地有三種功能設(shè)置,即完成控制功能、正常運行操作及故障操作的設(shè)置。控制功能設(shè)置主要包括對控制序列的安排和對斷路器動觸頭的控制?？刂菩蛄械陌才攀侵赴凑占榷ǖ呐潆娋W(wǎng)運行方式進行的序列邏輯控制,并對序列邏輯的投退條件進行設(shè)置,以模擬量的閾值或者事故狀態(tài)報警信號作為進行設(shè)置的條件。斷路器動觸頭控制是針對無人值守的環(huán)境中長期運行的開關(guān)設(shè)備配置的,這種環(huán)境下設(shè)備的隨機性故障率較高。按照斷路器生產(chǎn)廠家提供的斷路器觸頭壽命曲線,由每次斷路器操作后的狀態(tài)預(yù)測斷路器的可能的故障與壽命信息,該信息可以為斷路器的檢修與維護提供非常大的幫助?？刂乒δ茉O(shè)置完全是針對配電網(wǎng)特點而設(shè)置的有別于輸電網(wǎng)的功能。正常運行操作的設(shè)置是實現(xiàn)對運行過程中正常操作事件的記錄、開關(guān)動作次數(shù)統(tǒng)計及重合鬧控制信息等。故障操作設(shè)置主要是為了對配電網(wǎng)各種故障情況下保護的整定設(shè)置,如系統(tǒng)過負荷、單相/多相接地等。三、特殊遙信信息 配電網(wǎng)中需要有一個專門軟件來對采集到的一些特殊遙信信息進行控制設(shè)置。特殊遙信信息主要包括標(biāo)志記錄、控制器運行編碼、斷路器失靈保護狀態(tài)、遠方/當(dāng)?shù)乜刂魄袚Q位置。一般在重合器或開關(guān)柜上都配置有終端測控裝置FTU,以實現(xiàn)諸如繼電保3. 2配電網(wǎng)自動化監(jiān)控信息3. 2. 1配電網(wǎng)自動化監(jiān)控信息的特點 配電自動化系統(tǒng)中進行信息采集、信號處理及控制命令的設(shè)備主要有以下一些特點:(1)饋線自動化測控終端(FTU)將繼電保護裝置、遠動及自動控制裝置集成在一起,以構(gòu)成完整的單元式的配電開關(guān)設(shè)備,如戶外箱式開閉所、分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)、重合器及環(huán)網(wǎng)柜等。(2)終端配電裝置直接連接到用電負荷。(3)為適應(yīng)無人值守模式及設(shè)備遠方操作的要求,需要傳輸?shù)男畔⒘糠浅４?因此應(yīng)采用智能方式自動處理。(4)運用微機技術(shù)自動實現(xiàn)配電網(wǎng)運行方式。配電自動化系統(tǒng)與輸電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的信息采集及狀態(tài)監(jiān)控形式有所不同,它不僅具有配電網(wǎng)所特有的一些方面,而且與傳統(tǒng)的四遙功能相比傳輸?shù)男畔⒎N類也有所不同。3. 2. 2模擬量信息 在配電自動化系統(tǒng)中,遙測采集的信息主要是電流信息與故障信號,并且這些信息一般也是帶方向的。配電網(wǎng)故障診斷依據(jù)的主要也是電流信息,同時根據(jù)護及操作控制等功能。所以,FTU主要是對各類閉鎖信號的編碼信息,如過電流閉鎖、跳鬧信號及其閉鎖和視頻監(jiān)視閉鎖等進行監(jiān)測斷路器失靈信號主要是指導(dǎo)致斷路器閉鎖操作的相關(guān)信號,主要包括不執(zhí)行開關(guān)控制命令、等。所有這些特殊的遙信信息均可以通過順序控制設(shè)置為運行狀態(tài)。遠方/當(dāng)?shù)乜刂魄袚Q有兩套辦法:一是通常釆用的硬切換開關(guān)。該開關(guān)安裝在控制器內(nèi),供現(xiàn)場操作和現(xiàn)場維護設(shè)備使用。二是切換至當(dāng)?shù)貓?zhí)行的方法。該方法是啟動控制器成組程序控制,在啟動該控制方式之后,自動閉鎖遠方操作控制的執(zhí)行。四、報警信息根據(jù)監(jiān)控目標(biāo)的性質(zhì)與重要程度以及故障處理的需要,把報警信號分為兩種級別,他們對應(yīng)不同的時間要求:1)即時報警:一旦達到報警條件立即啟動報警。2)延時報警:達到報警條件并不馬上啟動報警信號,而是經(jīng)過一定的延時后,再次檢測報警狀態(tài)是否仍然存在,如果仍然存在則啟動報警信號。3. 2. 4脈沖累計信息 脈沖信號包括脈沖輸入信號和統(tǒng)計信號兩類。如果配電設(shè)備工作于無人值守的環(huán)境,則需要對設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控。設(shè)備操作統(tǒng)計信號對于配網(wǎng)設(shè)備的維護管理也提供了參考依據(jù)。另外,配電自動化系統(tǒng)要求提供的運行統(tǒng)計信息還有:三相線路相序的標(biāo)志統(tǒng)計,接地點標(biāo)志統(tǒng)計,小電流接地系統(tǒng)故障統(tǒng)計3. 2. 5故障診斷和判斷信息一、故障診斷信息 利用配電自動化設(shè)備的自診斷功能取得故障診斷信息。主要以供電電源的狀況為主:蓄電池的充電過電流和過電壓、蓄電池正常工作情況下的狀態(tài)監(jiān)測,電池的高度放電、當(dāng)失去外部電源情況下的設(shè)備自供電電源的能量信息等。要求制造廠家提供電源蓄電池工作性能及壽命曲線,配電設(shè)備在各種運行狀態(tài)下的電源性能指標(biāo),并存儲在設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中,方便對設(shè)備故障的診斷。二、故障判斷信息 主要針對采集的遙測信息和遙信信息進行故障檢測和判斷。