电器检测技术

电气在线监测技术2016年03月-05月主要介绍电气在线监测技术的原理、技术内容以及应用与发展情况等，培养研究生掌握电气设备在线监测基础理论与应用技术，课程期间要求研究生完成文献阅读、课堂讨论及综述报告等环节，课程内容主要包含智能电网及其电气在线监测技术综述、在线监测及故障诊断基本理论、电气在线监测系统及其传感器技术、重要电气设备故障与在线监测技术，并在相关章节介绍电气在线监测抗干扰技术、人工智能技术在电器在线监测中的应用。要求：（1）每位同学以一个技术专题为主，阅读8篇文献，其中3篇英文、1篇硕士或博士论文、4篇其他中文文献；（2）提交阅读笔记（每篇300-500字）；（3）提交及演讲1份课堂讨论PPT；（4）提交一篇综述论文。考核：开卷考试（60%）+课堂讨论（10%）+综述论文或检测样机（30%）主要参考文献：1、电器测试与故障诊断技术，机械工业出版社，2007年2、电气设备状态监测的理论与实践，清华大学出版社，2005年3、电气设备绝缘在线监测和状态维修，中国水利水电出版社，2004年4、断路器故障诊断技术，中国水利水电出版社，2006年5、测控技术在电力设备在线检测中的应用，中国电力出版社，2006年6、高压开关设备状态监测与诊断技术，机械工业出版社，2001年其它：读书笔记文献。PPT专题：（1）低压电器智能化技术（2）在线监测取源技术（3）无线监测技术及其应用（4）新型电流互感器技术（5）新型电压互感器技术（6）断路器在线监测技术（7）开关柜在线监测技术（8）电力广域网在线监测技术（9）智能变电站在线监测技术（10）人工智能方法在线监测的应用123面向智能电网的电气在线监测技术面向智能电网的电气在线监测需求分析4电气在线监测关键技术应用分析结束语第一章绪论面向智能电网的输电环节主要技术工作：输电可靠性、设备检修模式以及设备状态自动诊断技术。（1）输电环节存在的主要问题•设备装备水平和健康水平仍不能满足建设坚强电网的要求；•设备检修方式较为落后；•系统化的设备状态评价刚刚起步。面向智能电网的电气在线监测需求分析1.1输电环节（2）输电线路状态检测需求•雷电定位和预警•输电线路气象环境监测与预警•输电线路覆冰监测与预警•导地线微风振动监测•导线温度与弧垂监测•输电线路风偏在线监测与预警•输电线路图像与视频监控•输电线路运行故障定位及性质判断•绝缘子污秽监测与预警•杆塔倾斜在线监测与预警1.1输电环节面向智能电网的电气在线监测需求分析面向智能电网的变电环节的主要技术工作:设备状态检修，资产全寿命管理，变电站综合自动化。（1）变电环节存在的主要问题•设备装备水平和健康水平仍不能满足建设坚强电网的要求；•变电站自动化技术尚不成熟；•智能化变电站技术、运行和管理系统尚不完善；•设备检修方式较为落后；•系统化的设备状态评价工作刚刚起步。1.2变电环节面向智能电网的电气在线监测需求分析（2）变电环节状态检修需求以110千伏及以上电压等级变压器、断路器设备为重点，设备检修工作逐步过渡到以状态检修为主的管理模式：将重要设备的状态通过传感器感知到管理中心，实现对重要设备的状态的实时监测和预警，提前做好设备更换、检修、故障预判等工作。面向智能电网的电气在线监测需求分析1.2变电环节配电自动化系统（又称配电管理系统)，通过对配电的集中监测、优化运行控制与管理，达到高可靠性、高质量供电，降低损耗和提供优质服务的目标。（1）配电环节存在的主要问题配电设备的状态检修是工业化国家普遍推行的一种科学的设备检修管理策略。长期以来，我国电力设备大多采用传统的计划检修模式，耗费巨大，工效不佳。科学、合理地安排检修，降低检修成本及工作量，保证系统的高可靠性，提高设备有效利用率，是国内全行业面临的困难与挑战。面向智能电网的电气在线监测需求分析1.3配电环节（2）配电网设备状态检测需求配电网设备状态监测、预警与检修方面主要包括：对配电网关键设备的环境状态、机械状态、运行状态的感知与监测；配电网设备安全防护预警；对配电网设备故障的诊断评估和配电网设备定位检修等方面。面向智能电网的电气在线监测需求分析1.3配电环节智能用电包括：利用智能表计、交互终端等，提供水电气三表抄收、家庭安全防范、家电控制、用电监测与管理等功能。（1）用户侧存在的主要问题•低压用户用电信息采集建设较为滞后；•覆盖率和通信可靠性都不理想；•用户与电网灵活互动应用有限；•分布式电源并网研究与实践经验较匮乏；•用户能效监测管理还未得到真正应用。面向智能电网的电气在线监测需求分析1.4用电环节（2）用户侧用电监测需求•智能表计及高级量测、智能插座、智能用电交互与智能用电服务；•电动汽车及其充电站的管理；•绿色数据中心与智能机房；•能效监测与管理和电力需求侧管理等。面向智能电网的电气在线监测需求分析1.4用电环节从电力电器设备的发展趋势出发，将从根本上对其功能和实现功能的方式加以重新审视和改进：（1）参量获取和处理数字化。智能化电力设备所有功能的实现基于数字化的信息，包括电力系统运行和控制中需要获取的各种电参量，以及能够反映电力设备自身状态的各种电、热、磁、光、位移、速度、振动、放电等等物理量。信息的后续传输与处理也都以数字化形式进行。（2）自我监测与诊断能力。智能化电力设备可以随时监测各种涉及设备状况和安全运行所必须的物理量，同时对这些物理量进行计算和分析，掌握设备的运行状况以及故障点与发生原因。面向智能电网的电气在线监测技术2.1电力电器检测技术的应用目的（3）自适应控制能力。智能化电力设备依靠数字技术，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，这不但可以进一步提高电力设备自身的指标和性能，还可以在很大程度上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任何其他连接于网络的设备提供的任意参数，这必将不断影响电力设备的发展，甚至包括运行模式、操作方式、管理理念的根本改变。基于上述检测、控制与信息交互的智能电力设备：电力设备（含传感器）与智能组件的有机结合。全面实现可以测量数字化、控制网络化、操作智能化、状态可视化、功能一体化和信息互动化的智能电力设备，且实现能自我状态评估、自诊断。面向智能电网的电气在线监测技术2.1电力电器检测技术的应用目的（1）传感器检测技术传感器检测技术：电力系统与设备的信息来源是各种传感器，为了提高面向智能电网的电力装备感知能力，引导智能感知装备制造技术的发展，需要以传感器为基础，研制并推出具有更多种类、更高级、可靠、灵活的智能感知装备。面向智能电网的电气在线监测技术2.2面向智能电网的电器检测关键技术保护装置合并器智能仪表ROGOWSKI线圈光纤光纤计算机采集器监控记录IEC61850通电导体磁传感器d（1）传感器检测技术电力电器设备相关的传感器：电流/电压传感器、气体传感器、超声波传感器、超高频传感器、光学传感器、温湿度传感器与压力传感器、震动传感器、振动传感器、噪声传感器、角度传感器、红外传感器、集成温湿度传感器、风速和风向传感器、行波传感器、烟雾传感器、日照强度传感器、图像传感器、倾斜角传感器、感应报警传感器、微波感应传感器、气敏传感器、声表面波传感器、绝缘子传感器等智能电网系列专用智能感知装备。面向智能电网的电气在线监测技术2.2面向智能电网的电器检测关键技术Z1Z2Z3III1I0高压母线支柱绝缘子取流环a）取流结构示意图b)取流电路原理图1I2N2RI1内部存储器存储器控制总线桥A/D转换器算法处理单元保护输出控制键盘控制器网络通讯控制器通用I/OUARTCANI2CLCD控制介质接口RS232CAN总线键盘外部SRAMFLASH频率测量可编程逻辑阵列硬件加速电路外部扩展脉冲量接口脉冲量输入脉冲量输出计数器整形输入互感器输入动作出口字符/图形液晶框架IP应用IP特殊IP嵌入式微处理器RTOS（2）检测信息通信网络技术面向智能电网的电气在线监测技术2.2面向智能电网的电器检测关键技术采集器一次电源高压侧传感头部分(非常规)测量用LPCT线圈保护用Rogowki线圈取能线圈电容分压器一次电流方向一次电流方向高压侧传感头部分(传统)传统互感器外部电源就地数字化系统激光电源同步控制信号采样数据同步控制信号采样数据电源秒脉冲输入…………GPS合并单元(MU)光纤通道光电转换器数据接收还原数据处理以太网通讯模块数据输入/输出高速以太网图2-1智能断路器原理图图2-2数字变电站监测系统和通信框图图2-3IEC61850数字化变电站架构体系（3）专用芯片技术现有电力自动化产品的构建基本上都是以MCU、DSP或MPU等通用CPU为核心，随着功能需求日趋增多，产品结构越来越复杂，生产成本不断提高，产品维护困难的弊端日渐显现。面向智能电网的电气在线监测技术2.2面向智能电网的电器检测关键技术模拟开关A/DEEPROM键盘与显示RS232NEURON数据采集控制录波控制RMSFFT数据缓冲三段保护......零序保护低周减载重合闸调度控制输出控制开关量输入/输出通讯模块继电器告警输出实时时钟发生器测频与脉冲电度ASIC保护模块组（3）专用芯片技术ASIC（专用芯片）具有价格低、速度快、可靠性高、保密性好的一系列优点，特别是可编程ASIC特别适合于在智能电网中应用。相对于基于通用CPU的智能装置的开发，专用芯片技术具有较高的技术门槛，需要建立一套通用开发平台，利用标准化和规模化手段降低产品研发成本，减少开发周期。目前国内少数科研单位已掌握该领域的关键技术。包括：高速电力专用算法IP库、智能传感与信息加密IP库、通信控制与接口IP库及高速片上总线技术；电力专用芯片的可测性和可靠性设计技术；电力专用芯片的自动化检测和评估技术等；电力专用芯片的通用开发平台；以及建立电力通信网网的标准、测试、检测及评测体系。面向智能电网的电气在线监测技术2.2面向智能电网的电器检测关键技术（4）状态监测技术根据目前我国智能电网建设的要求，状态自诊断功能是电力设备必须具备的功能之一，状态自诊断功能的实现依赖于在线智能检测技术的实施。电力设备在线寿命评估技术的实施，可对其运行寿命提供在线预测，将提高电力设备运行的安全可靠性，从而保障我国智能电网的顺利建设实施。•电力设备状态诊断、定位、跟踪和监控的智能监测技术,实现电力设备关键状态参量的智能感知、智能判断和智能识别分析；•电力设备智能检测下的全景状态信息模型，电力设备的一次本体、二次控制及智能监测设备集成体系构架的建立；•具有数据存储能力、计算能力、联网能力、信息交换和自治协同能力的智能监测装置的软硬件关键技术,一体化智能状态监测关键装置开发；•电力设备的可靠性在线评估技术，电力设备智能监测与诊断、可靠性评估技术和智能变电站一体化建模及集成关键技术；•基于状态海量数据的在线诊断和动态寿命评估技术，建立电力设备状态、寿命评估及可靠性风险评价的设备资产全生命周期运营系统。面向智能电网的电气在线监测技术2.2面向智能电网的电器检测关键技术（5）电磁兼容技术全面考察智能电网的实际应用环境，针对电力系统复杂的电磁环境，分析电磁干扰模型，提出电磁兼容方案，提高无线通信链路的安全性、可靠性，解决无线信道电磁兼容问题，感知设备研制应遵循严格的EMC要求，以屏蔽、滤波、接地等手段增强感知设备的抗电磁干扰能力，确保电力电器检测装置在智能电网中的安全、有效的应用。•解决系统感知设备、通信环节以及监控单元的电磁兼容问题;•对于电力系统暂态操作及故障条件下引发的干扰类别，传播特点以及抗干扰问题，采用合理的兼容水平及设计方案，实现检测装置在电力系统特定环境下的可靠运行。面向智能电网的电气在线监测技术2.2面向智能电网的电器检测关键技术（1）开关设备机械特性在线监测技术•适时记录开关正常动作和故障动作下操动机构的机械特性数据；•监测并显示开关每次动作的行程、开距、超程、平均速度、刚分（合）速度、储能状态、分合闸电流等标准参数和曲线；•开发状态在线判断的专家诊断技术，实现在线监测开关机构运行状态