智能开关设备技术及研究

1. 智能开关设备技术及研究 平高集团有限公司 2011年11月

2. 智能电网的概念 二十一世纪以来，世界范围开始提出智能电网的理念，并进行了相当多的探索工作，智能电网已经成为未来的发展趋势。 为更好地服务国家经济社会发展，巩固和提升我国电网的技术水平和国际竞争力，我国开始建设具有信息化、数字化、自动化、互动化特征的中国特色智能电网。

3. 智能电网的概念 智能电网理想的构建形式---以数字化电力设备为基础 由数字化电力设备构成在网络节点，它既控制能量流，同时也控制信息流，是强弱电技术相互融合的智能化设备。

4. 数字化电力设备的概念 数字化电力设备就是将数字信息处理功能融合到传统电力设备之中，以数字化信息的利用为基础，提高电力设备的性能指标以及自身的可靠性和安全性，同时也为智能电网提供更加完全和丰富的数字化信息，进而提高系统的整体性能。 传感技术 集成电路 数字化信息 信号处理 人工智能 传统电力设备 数字化电力设备

5. 数字化电力设备的概念 理 念 通过实时监测，使电网对开关设备的状态可观测 通过互动支持，使电网优化运行

6. 数字化电力设备的特征 构建智能电网的数字化电力设备是强弱电技术的融合，具有传统电力设备强电控制功能并具有：参量获取（传感）和处理数字化、自我监测与诊断能力、智能控制能力、信息交互能力等智能化功能。

7. 数字化电力设备的特征 （1）参量获取和处理数字化 • 实时获取各种参量并加以数字化 • 后续传播与处理也都以数字化形式进行 （2）自我监测与诊断能力 • 随时监测各种涉及设备状况和安全运行所必须的物理量 • 掌握设备的运行状况以及故障点与发生原因 （3）自适应控制能力 • 能够根据实际工作的环境与工况对操作过程进行自适应调节，使得所实现的控制过程和状态是最优的 • 节约原材料和运行所消耗的能源 （4）信息交互能力 • 任何一台设备都可以通过网络获取其他设备提供的任意参数 • 对装备和系统在运行模式、操作方式、管理理念方面产生重大影响

8. 数字化电力设备的关键技术 数字化电力设备涉及的关键技术都基于数字化技术，包括以下一些内容： 1）智能传感技术 2）智能诊断技术 3）智能操作技术 4）专用集成电路开发技术 5）电磁兼容技术 6）网络化信息交互技术

9. 合并器 光纤 ROGOWSKI线圈 采集器 光纤 监控记录 智能仪表 计算机 IEC 61850 保护装置 智能传感技术 1 数字化光电互感器 • 采用罗科夫斯基线圈、磁传感器或其他原理的传感器件为基础； • 光电互感器将高压侧信号通过光纤直接传输； • 信号的收集采用合成器通过总线系统进行传递，各类终端设备可以方便地获取数字化的信号。 9/43

10. 智能传感技术 2绝缘状态的感知 电力装备的绝缘状态是自诊断的重要内容之一。主要需要测量绝缘泄漏电流和局部放电。研究更加敏感和有效的传感技术，并且加以小型化和数字化是重要的研究课题。 3 特殊参量的感知 表征电力设备状态的特征参量有很多，例如温度、力、速度、振动等，这些特殊参量的传感方法同样值得进行大力研究。 高精度泄漏电流传感器 红外温度传感器

11. 智能诊断技术 以数字化、智能化技术为基础，对电力设备的状态进行自我检测与故障诊断，是提高设备可靠性、保障系统安全运行的重要的途径之一。 1 电力设备劣化规律研究 电力设备性能的劣化主要集中在绝缘特性和机械特性方面，劣化规律是实现故障诊断的基础，需要通过大量实验与理论分析进行研究，特别是有必要研究多种因素同作用下的劣化规律。 多体动力学模型 特征量劣化规律曲线

12. 开关电器 操动机构状 电气绝缘状 实验方法 仿真方法 态参数 态参数 劣化规律获取 神经网络诊 神经网络预 断算法 测算法 专家系统 故障诊断 状态预测 开关电器故障诊断 智能诊断技术 2 智能诊断方法 智能诊断主要需要解决信号处理问题、故障识别问题以及故障诊断的智能方法。 实现电力设备故障诊断的核心问题是实现故障识别及智能诊断算法，图示为集成专家系统和神经网络的故障智能诊断的理论框架。 状态自诊断原理

13. 智能操作技术 • 开关电器的触头系统运动特性对关合与分断功能有明显影响 • 研究不同工况下的开关最佳运动特性，及基于数字化的实现方法和技术，这就是数字化电力设备的智能操作 1 开关电弧理论 研究燃弧过程与触头运动特性的关系规律，得出不同条件的优化开断速度。 介质恢复特性

14. 智能操作技术 2 高压电器智能操作 基于操作特性等因素对电器介质恢复过程的影响规律，采用不同的分闸速度特性和同步控制等方法，实现了高压电器的智能操作。 高压电器智能操作原理框图 速度特性与相位控制

15. 智能操作技术 3 智能操动机构技术 智能操作对操动机构提出了新的要求---动作稳定，运动速度可控，可靠性高等。因此，开关设备的机械运动的问题定是实现智能操作的关键因素。 471 零部件数量 62 21

16. 智能操作技术 • 永磁操作技术 • 电磁铁与永久磁铁有机地结合在一起 • 输出力特性很接近真空断路器的负载特性, 可直接与真空灭弧室相连 • 体积较小、零部件少、结构简单，动作可靠性高，动作速度快，时间精确 永磁机构原理图

17. 开关固有 操动时间 温度、控制电压补偿 PT 断路器 同步开关 控制器 ∑ + - 动作时间检测tclosing 操作历史 补偿 ∑ 智能操作技术 • 采用闭环控制实现开关运动的全程调速 闭环控制的磁力机构（EFMA） ⑤PWM逆变单元 Converter Unit ②电容储能单元 Capacitor Unit ①充电单元 Charger Unit AC DC Trip ⑥磁力机构 EMFA ④运动控制单元 Control Unit ③开关状态 I/O Unit Close Status ⑦SF6断路器 采用智能控制算法和PWM技术控制开关的触头按照预定参考轨迹运动。不仅可以消除控制电压、环境温度和触头磨损等因素对断路器操作时间分散性的影响，保证断路器合、分闸时间的长期一致性 开关操作时间的分散性主要受控制电压、环境温度、触头电磨损以及操动机构机械老化等因素的影响

18. 智能操作技术 不同控制电压下的开环合闸曲线 不同控制电压下的闭环合闸曲线 不同控制电压下的闭环分闸曲线 20% 20% 10.04% 控制电压的变化率 合闸时间的变化率 控制电压的变化率：23.08% 分闸速度的变化率：4.38% 0.46% 开环控制 闭环控制

19. 应用案例 • 800KV智能断路器 延安750kV智能变电站

20. 应用案例 • ZF12智能GIS SF6气体状态传感器 避雷器监测器 位移传感器 小电流传感器 电子式互感器 局放传感器

21. 应用案例 • 40.5KV智能选相分合闸断路器-产品外观 智能控制器 产品三极装配调试 智能机构

22. 应用案例 • 智能组件 • 我公司自主研发生产的开关设备控制器、合并单元完成所有型式试验，已具备工程应用条件. • 状态监测IED产品已完成型式试验，满足机械特性、SF6密度以及避雷器监测要求。 • 综合监测IED，已经完成样机。可满足252kV以上产品状态监测需求并有良好的可扩展性。

23. 平高集团将继续致力于智能化的深入研究，全面实现开关设备智能化，打造具有国际竞争力的电力装备制造企业，为坚强智能电网的建设作出更大贡献。平高集团将继续致力于智能化的深入研究，全面实现开关设备智能化，打造具有国际竞争力的电力装备制造企业，为坚强智能电网的建设作出更大贡献。 谢 谢！