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1、西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X第八章第八章 现代供电新技术现代供电新技术变电所综合自动化系统变电所综合自动化系统智能化开关设备智能化开关设备定制电力技术定制电力技术快速断电技术快速断电技术西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X第一节第一节 变电所综合自动化系统变电所综合自动化系统西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X一、概念一、概念 1.从组成看：由多台微型计算机和大规模集成电从组成看：由多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统。路组成的自动化系统。2.从功能看：由继电爱护、测量、限制、信号、从功能看：由继电爱护、测量、限制、信号、和远动等多个
2、独立子系统，经过组合和优化设计为一和远动等多个独立子系统，经过组合和优化设计为一套智能化的综合系统。套智能化的综合系统。主要功能：主要功能：（1）电气量的采集；）电气量的采集；-遥测遥测 （2）电气设备（如断路器等）的状态监视、限制、）电气设备（如断路器等）的状态监视、限制、调整（遥调）。调整（遥调）。-遥信、遥控、遥调遥信、遥控、遥调 西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X二、变电所综合自动化系统的结构形式二、变电所综合自动化系统的结构形式1.集中式集中式 集中采集模拟量、开关量和数字量等信息；集中集中采集模拟量、开关量和数字量等信息；集中进行计算和处理，分别完成微机爱护、自动限
3、制等功进行计算和处理，分别完成微机爱护、自动限制等功能能,其结构如图其结构如图81所示。所示。图81 集中式结构西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X2.分层分布式分层分布式 将整个变电所的一、二次设备分为三层，即变电所层、单元层和设备层。变电所层为二层，单元层为一层，设备层为零层。每一层由不同的设备或不同的子系统组成，完成不同的功能。其结构如图82所示。图82 分层分布式结构西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X3.完全分散式完全分散式 以断路器、变压器等一次设备为安装单位，将爱以断路器、变压器等一次设备为安装单位，将爱护、限制、闭锁等单元就地分散安装在各开关柜中，护
4、、限制、闭锁等单元就地分散安装在各开关柜中，通过现场总线与主限制室内的主控单元进行通信。如通过现场总线与主限制室内的主控单元进行通信。如图图83所示。所示。图83 完全分散式结构西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X三、变电所综合自动化的优越性三、变电所综合自动化的优越性1）提高变电所的平安牢靠运行水平；）提高变电所的平安牢靠运行水平；2）提高供电质量；）提高供电质量；3）简化变电所二次部分的硬件配置；）简化变电所二次部分的硬件配置；4）提高供、配电系统的运行、管理水平；）提高供、配电系统的运行、管理水平；5）减小变电所的占地面积；）减小变电所的占地面积；6）削减运行维护工作量；）
5、削减运行维护工作量；7）有利于实现变电站无人值班。）有利于实现变电站无人值班。西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X四、变电站综合自动化的发展趋势四、变电站综合自动化的发展趋势1.由功能分散向单元分散发展由功能分散向单元分散发展 功能分散功能分散 将微机爱护、微机监控等按功能考虑；将微机爱护、微机监控等按功能考虑；单元分散单元分散 一个模块去管理一个间隔单元。一个模块去管理一个间隔单元。2.由集中限制向分散方式网络发展由集中限制向分散方式网络发展集中限制结构集中限制结构 各设备单元信息通过电缆集中组装，各设备单元信息通过电缆集中组装，系统牢靠性不高；系统牢靠性不高；分散网络结构分散
6、网络结构 智能单元布置在一次设备旁边，系统智能单元布置在一次设备旁边，系统牢靠性高。牢靠性高。西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X3.从少功能向多功能发展从少功能向多功能发展 从测量、监控、爱护相对独立发展到测量、监控、从测量、监控、爱护相对独立发展到测量、监控、爱护一体化；爱护一体化；故障录波由微机爱护兼容，省去了故障录波装置；故障录波由微机爱护兼容，省去了故障录波装置；电压无功综合限制纳入变电所综合自动化系统；电压无功综合限制纳入变电所综合自动化系统；操作闭锁已纳入变电所综合自动化系统的功能。操作闭锁已纳入变电所综合自动化系统的功能。4.向测量和爱护数据完全共享发展向测量和爱
7、护数据完全共享发展 光电传感器不含铁心，消退了磁饱和等问题，使测光电传感器不含铁心，消退了磁饱和等问题，使测量、爱护信息完全共享同一个电流互感器量、爱护信息完全共享同一个电流互感器TA的信号。的信号。5.变电所综合自动化向规范化方向发展变电所综合自动化向规范化方向发展 国际电工委员会推出国际电工委员会推出IEC 60870-5系列标准；系列标准；我国推出相关我国推出相关DL/T634-1997（远动装置通信规约）、（远动装置通信规约）、DL/T667-1999（继电爱护装置通信规约）等。（继电爱护装置通信规约）等。西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X其次节其次节 智能化开关设备智
8、能化开关设备西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X一、概念一、概念1、智能化开关设备（智能开关）、智能化开关设备（智能开关）指一次开关电器和物理结构上相对独立智能监控单指一次开关电器和物理结构上相对独立智能监控单元构成的整体。元构成的整体。2、智能限制单元作用、智能限制单元作用 代原有开关设备二次系统的测量、爱护和限制功能，代原有开关设备二次系统的测量、爱护和限制功能，还能记录设备各种运行状态的历史数据、各种数据的还能记录设备各种运行状态的历史数据、各种数据的现场现场(当地当地)显示，并通过数字通信网络向系统限制中显示，并通过数字通信网络向系统限制中心传送各类现场参数，接受系统限制
9、中心的远方操作心传送各类现场参数，接受系统限制中心的远方操作与管理。与管理。西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X二、智能开关基本结构二、智能开关基本结构 智能开关原理结构如图84所示。图84 智能开关原理结构图西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X智能监控单元组成：输入模块、中心限制模块、输出模块、监测模块及通信模块等。1）输入模块：模拟量和开关量。2）中心限制模块：微机系统-计算或逻辑推断。3）通信模块：完成与上位机之间的信息传递。西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X三、智能开关的基本特点三、智能开关的基本特点1现场参量处理数字化现场参量处理数字化 智
10、能开关接受微机处理和限制技术，使开关设备运智能开关接受微机处理和限制技术，使开关设备运行现场的各种被测参量全部接受数字处理，提高了测行现场的各种被测参量全部接受数字处理，提高了测量和爱护精度，减小产品爱护特性的分散性，通过软量和爱护精度，减小产品爱护特性的分散性，通过软件变更处理算法，使之不必改动硬件，就可以实现不件变更处理算法，使之不必改动硬件，就可以实现不同的爱护等功能。同的爱护等功能。2电气设备的多功能化电气设备的多功能化 接受微处理器或单片微机对智能开关运行现场的各接受微处理器或单片微机对智能开关运行现场的各种参量进行采样与处理，可以集成用户须要的各种功种参量进行采样与处理，可以集成用
11、户须要的各种功能。如作为数字化仪表，爱护类型、爱护特性和爱护能。如作为数字化仪表，爱护类型、爱护特性和爱护阈值、故障录波、保存历史数据，编制并打印报表等。阈值、故障录波、保存历史数据，编制并打印报表等。西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X3智能开关的网络化智能开关的网络化 监控单元当作计算机网络中的通信节点，接受数字监控单元当作计算机网络中的通信节点，接受数字通信技术，组成电器智能化通信网络，完成信息的传通信技术，组成电器智能化通信网络，完成信息的传输，实现网络化的管理、设备资源的共享。输，实现网络化的管理、设备资源的共享。4真正实现分布式管理与限制真正实现分布式管理与限制 使现
12、场设备具有完善的、独立的处理事故和完成不使现场设备具有完善的、独立的处理事故和完成不同操作的实力，可组建成完全不同于集中限制或集散同操作的实力，可组建成完全不同于集中限制或集散限制系统的分布式限制系统。限制系统的分布式限制系统。5真正的全开放式系统真正的全开放式系统 可把不同生产厂商、不同类型但具有相同通信协议可把不同生产厂商、不同类型但具有相同通信协议的智能电器互连，实现资源共享，且不同厂商产品可的智能电器互连，实现资源共享，且不同厂商产品可以互换，达到系统的最优组合。以互换，达到系统的最优组合。西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X第三节第三节 定制电力技术定制电力技术（Cus
13、tom Power）西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X一、定制电力技术 概念 以用户对电力牢靠性和电能质量要求为依据，为用户配置特定须要的电力供应技术。作用 解决供电系统电压跌落、抑制电压闪变、谐波以及瞬时供电中断等动态供电质量问题，为敏感用户供应连续、牢靠、恒定的优质电力。3.应用 主要应用于高科技园区、大型医院、军工单位和重要的政府部门、金融系统的数据中心等重要用户。西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X二、现代电能质量问题的特点二、现代电能质量问题的特点1电能质量问题的主要来源发生变更电能质量问题的主要来源发生变更过去电能质量问题：系统侧。如系统正常运行方式过
14、去电能质量问题：系统侧。如系统正常运行方式的变更和故障的发生。的变更和故障的发生。现在电能质量问题：用户负荷。如家电（手机等）现在电能质量问题：用户负荷。如家电（手机等）和工业大容量负荷硅整流装置。和工业大容量负荷硅整流装置。2电能质量问题的形式发生变更电能质量问题的形式发生变更过去：供电中断、电压长时间偏高或偏低等供电质过去：供电中断、电压长时间偏高或偏低等供电质量问题，量问题，现在：周期性的电压上升、电压跌落和瞬时供电中现在：周期性的电压上升、电压跌落和瞬时供电中断等动态电能质量问题。断等动态电能质量问题。3电能质量问题造成的危害越来越大电能质量问题造成的危害越来越大 1）系统解列和无功补
15、偿电容器组不能平安投入）系统解列和无功补偿电容器组不能平安投入运行；运行；2）谐波使变压器、感应电机等重要设备寿命的）谐波使变压器、感应电机等重要设备寿命的缩短；缩短；3）三相电流不对称使中线烧毁而导致用户设备）三相电流不对称使中线烧毁而导致用户设备损坏的事务也时有发生。损坏的事务也时有发生。西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X三、动态电能质量问题的产生缘由三、动态电能质量问题的产生缘由1电压跌落和瞬时供电中断缘由电压跌落和瞬时供电中断缘由1）雷击引起的绝缘子闪络或线路对地放电；）雷击引起的绝缘子闪络或线路对地放电；2）系统故障。）系统故障。3）线路主爱护是带时限的电流爱护；）线
16、路主爱护是带时限的电流爱护；4）自动重合闸。）自动重合闸。2谐波的来源谐波的来源电力电子设备、电力电子设备、IT行业和办公设备中大量运用的开关式电源行业和办公设备中大量运用的开关式电源（SMPS）、电弧式负荷、公共照明系统的荧光灯负荷等。）、电弧式负荷、公共照明系统的荧光灯负荷等。3电压波动与闪变电压波动与闪变电压波动电压波动 系统中任何用电负荷的变更都会引起电压波动；系统中任何用电负荷的变更都会引起电压波动；电压闪变电压闪变 当负荷在当负荷在0.01s数十秒内重复变动时，白炽灯发光数十秒内重复变动时，白炽灯发光计算机显示屏闪烁。计算机显示屏闪烁。人感知照明灯光闪变的频率为人感知照明灯光闪变的
17、频率为125Hz内，最敏感的频率为内，最敏感的频率为10Hz左右。左右。西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X四、定制电力技术四、定制电力技术1利用并联型装置利用并联型装置DSTATCOM实现配电网电压无功实现配电网电压无功综合限制综合限制 DSTATCOM-Distribution STATic synchronous COMpensator，能快速连续地供应能快速连续地供应容性和感性无功功率，可以提高功率因数、克服三相容性和感性无功功率，可以提高功率因数、克服三相不平衡、消退电压闪变和电压波动、抑止谐波污染等，不平衡、消退电压闪变和电压波动、抑止谐波污染等，实现电压和无功功率综
18、合限制，保证供电系统稳定、实现电压和无功功率综合限制，保证供电系统稳定、高效、优质地运行。高效、优质地运行。西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X2利用串联型装置利用串联型装置DVR 确保敏感负荷的供电电能质量确保敏感负荷的供电电能质量 解决配电网电压跌落对负荷造成影响的问题。其中解决配电网电压跌落对负荷造成影响的问题。其中最典型装置是动态电压调整器（最典型装置是动态电压调整器（DVR-Dynamic Voltage Regulator）。其串联在系统与敏感负荷之间，）。其串联在系统与敏感负荷之间，当系统电压发生跌落时，当系统电压发生跌落时，DVR装置快速输出补偿电压，装置快速输出
19、补偿电压，不仅可以补偿动态的电压跌落或者突升，而且对稳态过不仅可以补偿动态的电压跌落或者突升，而且对稳态过电压、欠电压、电压谐波、电压闪变等具有明显的补偿电压、欠电压、电压谐波、电压闪变等具有明显的补偿作用，使敏感负荷感受不到系统电压波动，确保对敏感作用，使敏感负荷感受不到系统电压波动，确保对敏感负荷的供电质量。负荷的供电质量。西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X第四节第四节 快速断电技术快速断电技术西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X一、快速断电技术概念一、快速断电技术概念 利用自动装置在电气故障发生后利用自动装置在电气故障发生后5ms内切断电源，使内切断电源，使
20、故障电火花或电弧存在的时间小于点燃瓦斯煤尘所须要故障电火花或电弧存在的时间小于点燃瓦斯煤尘所须要的最小时间，即保证在形成外露电火并引爆瓦斯煤尘之的最小时间，即保证在形成外露电火并引爆瓦斯煤尘之前就切断电源的技术称为快速断电技术。前就切断电源的技术称为快速断电技术。二、快速断电概论二、快速断电概论1瓦斯爆炸的感应期瓦斯爆炸的感应期感应期感应期 从爆炸性混合物接触点火源起，到转化为快从爆炸性混合物接触点火源起，到转化为快速燃烧爆炸的时间间隔。速燃烧爆炸的时间间隔。感应期的长短与爆炸物的种类、浓度和点火源的温度等感应期的长短与爆炸物的种类、浓度和点火源的温度等因素有关。瓦斯爆炸的感应期在因素有关。瓦
21、斯爆炸的感应期在10ms以上，煤尘爆炸以上，煤尘爆炸的感应期一般为的感应期一般为40250ms。西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X2故障电火花形成时间 当电网发生电气故障时，从故障发生瞬时至形成外露电火花并进一步引爆四周爆炸性气体或引起电火灾的时间，称为恶性事故形成时间，简称故障形成时间。各类事故故障形成时间分别为：矿用橡套软电缆的最小着火时间5ms；矿用橡套软电缆的故障电火花形成并进一步引爆瓦斯或引起电火灾的时间10ms；隔爆外壳内发生弧光短路产生并烧穿外壳喷出电弧的故障形成时间10ms。西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X3爱护装置的全断电时间指从供电系统发生
22、电气故障的瞬时至爱护装置切断电源所需的全部时间，称为爱护装置的全断电时间，用符号To表示。To=TqTd式中 Tq故障信号取样时间，从故障发生到发出跳闸指令的时间，ms；Td开关的全断电时间，从收到跳闸指令到切断电源熄灭电弧的时间ms。在快速断电爱护装置中，可取允许的全断电时间为系统的最小故障形成时间，即Tx=5ms。因此，只要在发生电气故障5ms之内切断供电电源即能牢靠地达到防爆防火的要求。西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X4快速断电技术 利用自动装置在发生电气故障后5ms内快速切断供电电源，使故障电火花或电弧存在的时间小于点燃瓦斯煤尘所须要的最小时间，即保证在形成外露电火并
23、引爆瓦斯煤尘之前就切断电源的技术称为快速断电技术。西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X三、实现快速断电的技术途径三、实现快速断电的技术途径1利用电网载频爱护实现短路故障快速检测利用电网载频爱护实现短路故障快速检测 载频爱护的基本原理是由电感三点式自激振荡器产载频爱护的基本原理是由电感三点式自激振荡器产生生2030kHz的高频检测信号，经阻容网络耦合到三的高频检测信号，经阻容网络耦合到三相电网上，供电电缆未发生短路时，电网相间高频阻相电网上，供电电缆未发生短路时，电网相间高频阻抗较高，振荡器作为高频信号电源因负荷较轻而正常抗较高，振荡器作为高频信号电源因负荷较轻而正常工作，其输出的
24、高频信号经工作，其输出的高频信号经AD转换为直流电压较高，转换为直流电压较高，不会使鉴别电路翻转；当电缆发生短路时，电缆相间不会使鉴别电路翻转；当电缆发生短路时，电缆相间高频阻抗降低，振荡器因负荷过重而停振，使转换后高频阻抗降低，振荡器因负荷过重而停振，使转换后的直流电压为零，从而鉴别电路翻转，该法能在的直流电压为零，从而鉴别电路翻转，该法能在1ms内快速检测出短路故障信号。内快速检测出短路故障信号。西安工业大学电子信息工程学院现代供电技术电子课件X2利用电流变更率实现短路快速检测利用电流变更率实现短路快速检测 用三个副边接成星形的电流互感器反应电网短路用三个副边接成星形的电流互感器反应电网短
25、路瞬间的电流变更率瞬间的电流变更率dik/dt，经三相全波整流、光电耦，经三相全波整流、光电耦合器后在取样电阻上获得信号电压，再经电压比较器合器后在取样电阻上获得信号电压，再经电压比较器鉴别发出断电指令，经有关资料的计算论证，该法可鉴别发出断电指令，经有关资料的计算论证，该法可保证取样时间保证取样时间2.1ms，而且取样时间，而且取样时间1ms的概率的概率0.8。四、快速断电在煤电钻综合装置中的应用四、快速断电在煤电钻综合装置中的应用 煤电钻是井下采掘工作的主要生产工具之一，由煤电钻是井下采掘工作的主要生产工具之一，由于起动频繁、工作环境恶劣并与操作人员干脆接触，于起动频繁、工作环境恶劣并与操作人员干脆接触，因而须要平安牢靠的供电和爱护系统。因而须要平安牢靠的供电和爱护系统。