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高压设备智能化国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司2前言智能电网的概念由于经济发展状况、电网建设水平、内外部发展环境不同，世界各国在智能电网建设的远景和侧重点上有些差异，对智能电网概念的描述也不尽相同。以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，以通信信息平台为支撑，具有信息化、自动化、互动化特征，包括发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合的现代电网。欧洲为解决风能等可再生能源的接入问题。美国为解决现有电网设备升级换代、绿色能源解决以及为经济复苏寻求支柱产业的问题。坚强智能3强壮的“体魄”——坚强电网网架智慧的“大脑”——智能电网调度发达的“感官”——智能电网设备信息是智能电网的基础支撑，信息的获取需要大量的智能设备来支持。在智能电网中，集成技术应用将日益广泛，专业界限的模糊将使得智能电网中智能设备的外延大大拓宽。可以预计的是，各种智设备在智能电网中将呈现功能日益整合、形态相互交融、工程实施灵活组态发展趋势。因此，在今后电网建设和改造中，需要鼓励和优先采用适用于未来智能电网建设所需的先进技术和智能设备。前言41智能变压器电子互感器智能断路器和组合高压电器345主要内容一次设备智能化概念新能源的接入6智能变电站251.一次设备智能化概念高压设备智能化及其在智能电网的作用高压设备是电网的基本单元，高压设备智能化（简称智能设备）是智能电网的重要组成部分，也是区别传统电网的主要标志之一。利用传感器对关键设备的运行状况进行实时监控，然后把获得的数据通过网络系统进行收集、整合，最后通过对数据的分析、挖掘，达到对整个电力系统运行的优化管理。埃森哲利用传感器、嵌入式处理器、数字化通信和IT技术，使电网可观测（能够监测电网所有元件的状态）、可控制（能够控制电网所有元件的状态）和自动化（可自适应并实现自愈），从而打造更加清洁、高效、安全、可靠的电力系统。6智能设备是附加了智能组件的高压设备，智能组件通过状态感知和指令执行元件，实现状态的可视化、控制的网络化和自动化，为智能电网提供最基础的功能支撑。1.一次设备智能化概念7智能组件是若干智能电子装置的集合，安装于宿主设备旁，承担与宿主设备相关的测量、控制和监测等功能。满足相关标准要求时，智能组件还可集成相关继电保护功能。1.一次设备智能化概念8智能组件的概念是灵活的可以只完成一个功能，比如测控，这时其就是一个测控装置；可以完成保护与测控功能，这时就是一个四合一装置可以外置，符合现有设备的状况可以内嵌于高压设备，这时就是一个智能一次设备的概念1.一次设备智能化概念9哪些高压设备需要智能化设备在电网中的重要性、故障影响及其发生几率、故障是否可监测、监测的成本和可靠性、有无更加经济的替代方案（如带电检测）等，都是决定设备是否需要智能化和如何智能化的依据。变压器、电抗器、断路器、GIS、电力电缆、高压套管等，这些设备，或故障率相对较高，或故障影响较大，具有自检测的需求。另一方面，对于这些设备，可用的自检测技术已有一定的研究基础和应用经验，具备进行智能化应用的基本条件。1.一次设备智能化概念101.一次设备智能化概念智能高压设备由高压设备和智能组件组成。高压设备与智能组件之间通过状态感知元件（传感器或其一部分）和指令执行元件控制单元或其一部分）组成一个有机整体。“身体”“大脑”“神经”高压设备本体智能组件状态感知元件指令执行元件11技术特征控制网络化测量数字化状态可视化功能一体化信息互动化传感器与本体一体化互感器与本体一体化测量、控制、计量、监测、保护一体化与调度系统交互与设备运行管理系统交互1.一次设备智能化概念121智能变压器电子互感器智能断路器和组合高压电器345主要内容一次设备智能化概念新能源的接入问题6智能变电站213—智能变电站定义（国网公司）采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。----摘自国家电网公司《智能变电站技术导则》2.智能变电站14电子式互感器应用IEC61850标准的颁布和实施高速工业通信网络技术发展数字化变电站智能断路器技术发展和应用变电站业务需求的变化和技术的进步，计算机网络技术、通信技术，光电技术的发展，变电站一、二次设备技术的融合，以及变电站运行方式的变革，由此产生了—“数字化变电站”数字化变电站2.智能变电站15智能变电站实现形式基于数字化变电站，但在支撑智能电网建设、可再生能源即插即退等智能性方面，有更高的要求。智能变电站更深层次体现出坚强智能电网的信息化、自动化和互动化的技术特点。2.智能变电站1616•数字化变电站–一次智能化电气设备–二次智能化电子设备（IED）–通过计算机网络实现数字化通信–全站具有统一的数据建模和实时数据平台–实现智能设备间的互操作性和互换性•智能变电站–智能设备：先进、可靠、集成、低碳、环保–基本要求：全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化–基本功能：自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等–高级功能：可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等•相互关系–数字化是基础–智能化是手段–可靠、高效是目的2.智能变电站1717智能变电站建设宗旨•充分体现数字化设计理念–一次设备智能化和二次设备网络化。–使变电站的整体设计、建设、运行成本降低。•一次设备智能化主要体现在电子式互感器和智能断路器的应用–有效地减少变电站占地面积和电磁式CT饱和问题。–应用合并器解决数据采集设备重复投资问题。–利用网络替代二次电缆，有效解决二次电缆交直流串扰问题，并简化了施工。•二次设备网络化主要体现在系统结构的三层两网–站控层、间隔层、过程层–站控层和间隔层以基于IEC61850标准的互联互操作为重心，实现数据共享。–过程层以可靠性和稳定性为首要设计原则。•高级应用：集约化、网络化、智能化的自动化功能–保护测控集成优化–在线式一体化五防–程序化控制与系统联锁–设备状态监测及检修–事故异常专家分析系统–智能检测及控制(物联网)–无人巡视支撑平台2.智能变电站182.智能变电站19—智能变电站高级应用功能设备状态可视化采集主要一次设备（变压器、断路器等）状态信息，进行状态可视化展示并发送到上级系统，为实现优化电网运行和设备运行管理提供基础数据支撑。变电站智能告警在线处理专家系统根据告警信息的级别，实行优先级管理，方便重要告警信息的及时处理，有助于智能变电站应对各类突发事件。2.智能变电站20变电站事故信息综合分析辅助决策系统在故障情况下对包括SOE信号及保护装置、相量测量、故障录波等数据进行数据挖掘、多专业综合分析，并将变电站故障分析结果以简洁明了的可视化界面综合展示。智能变电站经济运行与优化控制利用无功电压控制设备，配合自动电压调节系统，从基于电网的角度对广域分散的电网无功装置进行协调优化控制。与智能电网其他节点的互动具备与大用户及各类电源等外部系统进行信息交换的功能。2.智能变电站212.智能变电站221智能变压器电子互感器智能断路器和组合高压电器345主要内容一次设备智能化概念新能源的接入问题6智能变电站223智能变压器的结构包括：变压器本体，内置或外置于变压器本体的传感器和控制器，实现对变压器进行测量、控制、计量、监测和保护的智能组件。3.智能变压器24智能控制有载分接开关冷却器变压器的冷却器控制器和有载分接开关控制器具有可连接智能组件的接口，并可以响应智能组件的控制。3.智能变压器253.智能变压器263.智能变压器273.智能变压器28油中溶解气体分析（DGA）是一项广谱诊断技术，对绝大部分缺陷都能反映，且不需要设备停电，因此，大约40%的缺陷是通过DGA发现的。近年来，国内较大量地应用了DGA在线检测技术，在变压器运行管理中发挥了积极作用。因此，DGA是变压器状态可视化的首选检测项目之一。DGA检测技术有复合膜/燃料电池、色谱柱/半导体气体检测、光声光谱等多种检测技术。基于国网在线监测技术规范要求，油色谱检查原理采用色谱柱法，油气分离技术具有较高安全特性，检测器采用特殊气敏传感器，具有灵敏度高、响应速度快等特点。3.智能变压器油中溶解气体分析29局部放电是变压器重要的状态参量，绝大部分绝缘缺陷都会经历局部放电阶段，而且就局部绝缘缺陷而言，局部放电检测通常比DGA更敏感，可以更早地发现设备的局部绝缘缺陷，因此，局部放电始终是绝缘检测的研究重点，是变压器状态可视化的首选项目之一。振动传感器超生（AE）超高频（UHF）高频CT（HFCT）3.智能变压器局放监测30测量原理应力温度分析曲线测量原理技术优势1）将光纤置于电磁线内部，实现真正的分布式温度、应力测量。2）可以准确的测量绕组最热点温度和位置。3）可以同时测量应力及绕组变形情况，实现绕组变形的在线监测光纤分布式温度应力测量大型变压器在运行时，线圈温度分布是不均匀的。线圈温度过高，将影响变压器的安全运行和寿命，监测变压器线圈温度变化成为变压器状态检测的主要内容。3.智能变压器31套管介损检测原理图数据采集数据处理PT参考信号电流传感器套管末屏套管数据传输数据采集数据处理电流传感器数据传输铁心接地排铁心绝缘检测原理图铁心和套管绝缘测量3.智能变压器321智能变压器电子互感器智能断路器和组合高压电器345主要内容一次设备智能化概念新能源的接入问题6智能变电站2334.智能断路器和组合高压电器344.智能断路器和组合高压电器35SF6气体压力检测检测SF6气体压力（含温度修正）是GIS设备和SF6断路器基本的自检测项目之一。SF6气室内气体压力与绝缘强度密切相关，同时也是密封状态的重要信息。为了保证设备的安全可靠运行，对SF6气体压力进行自检测是十分必要的。目前该项技术较为成熟，选择具有DC4-20mA模拟输出的气体密度继电器，可以定量检测SF6气体压力。推荐选择准确级为0.5级或以上。有更高精度需求时，也可以选择独立的高精度压力和温度传感器，根据气体压力、温度与气体密度的变化规律，经换算间接测得气体密度值。该检测项目属于推荐项目。气体含水量检测SF6绝缘设备出厂前，都要经过干燥处理，确保吸附于内部各种固体界面的水分含量达到规定的限值以下，否则会慢慢释放出水分。此外，一般空气中水气的分压强大约是SF6绝缘气室中的10倍以上，一旦密封出现缺陷，水分很容易侵入。这两种情形都会导致SF6水分含量超标。SF6过高的水分含量会对内部绝缘产生严重不良影响，低温时，甚至在内部绝缘表面出现凝露，导致沿面闪络事故。但对于密封良好的SF6绝缘设备，水分是无法侵入的。基于这一点，检测SF6水分的必要性要弱一点4.智能断路器和组合高压电器36局部放电检测GIS局部放电是GIS最常见的故障模式，国内外电力设备制造企业和专业诊断技术研究机构都十分重视GIS局部放电的检测，GIS设备局部放电也适宜在运行状态下检测。振动传感器超生（AE）超高频（UHF）高频CT（HFCT）4.智能断路器和组合高压电器37更准确更全面地掌握变压器、断路器等一次设备运行状态，初步实现电网设备的可观测、可控制和自动化的目标，为智能电网建设奠定基础；提高变压器、断路器等一次设备面对未来智能电网复杂运行工况的应对能力，减少新生隐患产出的几率，提高整个电网系统的可靠性对变压器、断路器等一次设备绝缘状态、寿命做出快速有效的评估，并有效地指导运行和维护，减少运行维护人员的工作量，降低运行管理成本智能组建意义38391智能变压器电子互感器智能断路器和组合高压电器345主要内容一次设备智能化概念新能源的接入问题6智能变电站240常规互感器过程层演变趋势控制室小室间隔柜设备柜设备上综自阶段数字化早期数字化后期趋势:光纤越来越长，电缆越来越短一次设备与合并单元连接标准化5.电子互感器41电子式互感