智能变电站一次设备技术

智能变电站一次设备技术演讲人：5.2智能断路器技术5.2.1断路器的基本特点及分类

断路器在电力系统中担负运行控制和故障隔离的重要任务。其运行直接影响着整个电力系统的稳定性和可靠性。常规的变电站中断路器和二次设备如测控、保护之间的断路器位置信号，控制等信息的传输通过控制电缆完成，形成了变电站内电缆沟和电缆层中庞大的二次电缆群。通常有继电保护装置和操作人员对断路器发出控制信号，命令断路器合闸或分闸，而断路器接到分闸信号后就按照预定的单一合闸运动特性操作，动作结束后将状态信号返回主控室。断路器分类

断路器按其使用范围分为高压断路器和低压断路器，高低压界线划分比较模糊，一般将3kV以上的称为高压电器。低压断路器

低压断路器又称自动开关，它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，己获得了广泛的应用。高压断路器

高压断路器(或称高压开关),是变电所主要的电力控制设备，具有灭弧特性，当系统正常运行时，它能切断和接通线路及各种电气设备的空载和负载电流;当系统发生故障时，它和继电保护配合，能迅速切断故障电流，以防止扩大事故范围.因此，高压断路器工作的好坏，直接影响到电力系统的安全运行。5.2.2断路器监视技术1.断路器的主要监测量2.断路器状态检测3.智能断路器工作原理及工作模式断路器主要监测量序号参量数据源或采样方法出厂试验1分合闸线圈电流波形电流传感器对比2储能电机电流波形电流传感器3一次电流电流传感器或过程层网络4断路器机构执行位移传感器5断路器分合闸位置辅助开关序号参量数据源或采样方法出厂试验6断路器储能状态行程开关对比7SF6密度密度传感器8SF6水分露点传感器9局部放电特高频传感器断路器状态检测断路器检测方法：故障类型分析；选取合适的检测对象来发现最可能发生的故障；对设备内可能发生的故障进行风险分析；进行利益分析来确定采用在线监测还是周期检测；制定方法。智能断路器工作原理

智能断路器是用微电子、计算机技术和新型传感器建立新的断路器二次系统。其主要特点是由电力电了技术、数字化控制装置组成执行单元，代替常规机械结构的辅助开关和辅助继电器。新型传感器与数字化控制装置相配合，独立采集运行数据，可检测设备缺陷和故障，在缺陷变为故障前发出报警信号，以便采取措施避免事故发生。智能断路器实现电子操动，变机械储能为电容储能，变机械传动为变频器经电机直接驱动，机械系统可靠性提高。

在目前阶段，智能断路器得到了相应的发展，具有智能操作功能的断路器是在现有断路器的基础上引入智能控制单元，它由数据采集、智能识别和调节装置3个基本模块构成。工作原理如下图：

图中实线部分为现有断路器和变电站的有关结构和相互关联。智能识别模块是智能控制单元的核心，由微处理器构成的微机控制系统，能根据操作前所采集到的电网信息和主控制室发出的操作信号，自动地识别操作时断路器所处的电网工作状态，根据对断路器仿真分析的结果决定出合适的分合闸运动特性，并对执行机构发出调节信息，待调节完成后再发出分合闸信号;

数据采集模块主要由新型传感器组成，随时把电网的数据以数字信号的形式提供给智能识别模块，以进行处理分析;执行机构由能接收定量控制信息的部件和驱动执行器组成，用来调整操动机构的参数，以便改变每次操作时的运动特性。此外，还可根据需要加装显示模块、通信模块以及各种检测模块，以扩大智能操作断路器的智能化功能。

智能断路器基本工作模式是根据监测到的不同故障电流，自动选择操作机构及灭弧室预先设定的工作条件，如正常运行电流较小时以较低速度分闸，系统短路电流较大时以较高速度分闸，以获得电气和机械性能上的最佳分闸效果。智能断路器基本工作模式5.3变压器状态检测技术5.3.1变压器的基本特征

电力变压器指的是电力系统一次回路中供输、配、供电用的变压器。在供电系统中变压器是非常重要的电气设备。在电能的传输和配送过程中，电力变压器是能量转换、传输的核心，是国民经济各行各业和千家万户能量来源的必经之路，是电网中最重要和最关键的设备。电力设备的安全运行是避免电网重大事故的第一道防御系统，而电力变压器是这道防御系统中最关键的设备。变压器的严重事故不但会导致自身的损坏，还会中断电力供应，给社会造成巨大的经济损失。而在实际运行中对于电力变压器的运行状态监测和故障诊断具有着非同一般的实际意义。5.3.2变压器故障类型及特征

电力变压器在长期运行中，故障和事故是不可能完全避免的，引发变压器故障和事故的原因很复杂，如外部的破坏和影响不可抗拒的自然灾害等，安装检修维护中存在的问题和制造过程中留下的设备缺陷等事故隐患，特别是电力变压器长期运行后造成绝缘老化、材质劣化等等，已成为故障发生的主要因素。故障分析

1、抗短路能力不足：短路故障主要指变压器出口短路，以及内部引线或绕组间对地短路、及相与相之间发生的短路故障。大部分由于器身结构相对紧缩，变压器的容量裕度相对较小，所以抵抗大电流的能力较弱，往往需要采用单独的电抗器进行补偿。特别是紧凑型变压器其过负荷能力较低，较低的超负荷都可能导致变压器过热而引起保护动作。

2、放电故障：放电对绝缘有两种破坏作用：一种是由于放电质点直接轰击绝缘，使局部绝缘受到破坏并逐步扩大，使绝缘击穿。另一种是放电产生的热、臭氧、氧化氮等活性气体的化学作用，使局部绝缘受到腐蚀，介质损耗增大，最后导致热击穿。绝缘材料电老化是放电故障的主要形式还有固体绝缘的电老化、液体浸渍绝缘的电老化等。

3、绝缘故障：由于绕组结构紧缩，其相间和匝间距离减少，绝缘相对减弱，局部发热现象比较严重，特别是存在局部缺陷时内绝缘就显得比较脆弱，其耐受陡波和过电压冲击的能力下降。而外绝缘主要影响因素有污秽、海拔和潮湿天气，这是发生外绝缘闪络的主要原因。变压器油色谱分析

目前，油浸变压器大多采用油纸组合绝缘，当变压器内部发生潜伏性故障时，油纸因受热分解产生烃类气体。由于含有不同化学键结构的碳氢化合物有着不同的热稳定性，所以绝缘油随着故障点温度的升高依次裂解生成烷烃、烯烃和炔烃。每一种烃类气体最大产气率都有一个特定的温度范围，故绝缘油在各不相同的故障性质下产生不同成分、不同含量的烃类气体。因此变压器油中溶解气体的色谱分析法，能尽早地发现充油电气设备内部存在的潜伏性故障，从而提出相应的反事故措施。

变压器出现故障时，绝缘油裂解产生气体，只有当油中气体饱和后，才能从瓦斯继电器反映出来。用色谱分析法判断变压器内部故障，可以直接从绝缘油中分析各特征气体浓度的大小来确定变压器内部是否有故障。由于气体的扩散，使绝缘油在故障变压器内不同部位特征气体浓度不同。应用气体扩散原理，在故障变压器的关键部位抽取油样，分析各个取样点的气体浓度，判断变压器内部故障部位。

不同故障类型产生的气体故障类型主要气体生成次要气体生成油过热CH4,C2H4H2C2H6油和纸过热CH4,C2H4,CO,CO2H2,C2H6油纸绝缘中局部放电H2,C2H4,COCO2,C2H2,C2H6,CO2油中火花放电C2H2H2油中电弧C2H2H2CH4C2H4C2H6油和纸中电弧C2H2H2COCO2CH4C2H4C2H6变压器在线监测系统1.系统组成变压器在线监测系统构成包含传感器、控制单元、智能组件、系统层，如下图电气主接线图

智能组件包括测量、控制和监测等基本功能，通过传感器的信息采集将反映变压器主要状态信息以满足IEC61850标准的