電氣智能化第1章

電器智能化原理及應用第1章緒論1.11.21.31.41.5電器智能化概述電器智能化技術的應用電器智能化技術的發(fā)展本課程學習內容本章小結第1章緒論1.1電器智能化概述

電器：用于完成電路監(jiān)測，并根據不同的運行狀態(tài)與要求，實現(xiàn)電路接通或分斷操作的設備，主要用于電力傳輸與分配、電力系統(tǒng)繼電保護、工業(yè)及民用用電設備供電與保護等場合。 常見的電器有電壓、電流互感器和斷路器、接觸器、各類繼電器等開關電器及其成套設備。第1章緒論電廠POWERPLANTS建筑UTILITYBUILDING

TRANSFORMERSTATIONS箱變SUBSTATIONS分變電站工業(yè)INDUSTRYMAINSTATIONS主變電站住宅RESIDENTIALAPPLICATIONS輕工業(yè)LIGHTINDUSTRY第1章緒論第1章緒論1.上出線座2.真空滅弧室3.下出線座4.滾動觸頭5.碟形彈簧6.操作絕緣桿7.分閘彈簧8.拐臂9.外殼及機構第1章緒論第1章緒論第1章緒論第1章緒論第1章緒論第1章緒論1.1.1電器智能化與智能電器智能電器： 智能電器是指能自動適應電網、環(huán)境及控制要求的變化，始終處于最佳運行工況的電器，智能化了的開關電器元件或成套開關設備。電器智能化： 電器智能化是以智能電器這種有形產品為基礎建立的相關學科知識及應用技術的系統(tǒng)集成。第1章緒論1.1.2智能電器的基本特點

1.現(xiàn)場參量處理數字化

2.電器設備的多功能化

3.電器設備的網絡化

4.真正實現(xiàn)分布式管理與控制

5.可以組成真正全開放式系統(tǒng)第1章緒論1.1.3智能電器的一般組成結構

智能電器分為元件和成套設備兩類，都包括一次開關和監(jiān)控器。 智能電器的監(jiān)控器由輸入、中央處理與控制、輸出、通信和人機交互5大模塊組成。緒論第1章

智 能 電 器 的 基 本 結 構第1章緒論第1章緒論第1章緒論第1章緒論1.1.3智能電器一般組成結構1.智能電器元件物理結構及基本功能

從物理結構上看，智能電器元件的監(jiān)控器總是與一次開關集成為一個整體。 智能電器元件不僅能根據監(jiān)控器發(fā)出的指令實現(xiàn)一次開關的簡單合、分閘操作，重要的是能根據操作命令發(fā)出時一次開關的運行狀態(tài)，控制其操動機構的運動速度，實現(xiàn)對開關元件的智能操作。第1章緒論1.1.3智能電器一般組成結構2.智能化成套電器設備

與智能電器元件的物理結構不同，智能化成套電器設備中的監(jiān)控器一般安置在設備面板上，空間位置上與一次開關相對獨立，在輸入、輸出端口的設置和處理器完成的功能方面也有較大的區(qū)別。 智能電器成套設備除完成二次電路全部的測量、保護和控制功能外，還需要將大量的設備現(xiàn)場記錄傳至后臺管理系統(tǒng)上位機，接收上位機傳來的各種操作命令和網絡重組命令。第1章緒論第1章緒論第1章緒論第1章緒論第1章緒論第1章緒論1.1.4電器智能化網絡的結構和特點電器智能化網絡： 采用現(xiàn)場總線和數字通信網絡技術，由系統(tǒng)后臺管理設備和現(xiàn)場智能電器組成的網絡稱為電器智能化網絡。第1章緒論1.1.4電器智能化網絡的結構和特點

1．結構

電器智能化網 絡典型結構如圖， 可以看出，網絡基 本可分為： （1）現(xiàn)場設備網 絡層 （2）局域網絡層35kV智能化開關柜12kV智能化開關柜400V智能化開關柜400V智能化動力箱智能化箱式變電站信息打印RS485/232等接口轉換器雙絞線或光纖監(jiān)視和控制備用電站綜合自動化系統(tǒng)

系統(tǒng)構成：

軟件（INT-SCADA）+

硬件（智能化開關柜）

公用電話+MODEM

INT-SCADA第1章緒論1.1.4電器智能化網絡的結構和特點2.主要特點(1)現(xiàn)場設備具有獨立的監(jiān)控、測量、保護、操作功能，并且 具有通信能力(2)網絡應允許不同制造商、不同類型的產品互連甚至互訪(3)能包容采用不同傳輸介質、不同通信協(xié)議的網段或局域網(4)必須保證各類實時數據在網絡中傳輸的實時性、準確性(5)智能化網絡的上位管理設備能實現(xiàn)對網絡中各現(xiàn)場設備運 行狀態(tài)的實時監(jiān)控和管理(6)網絡運行必須穩(wěn)定、可靠，以保證現(xiàn)場設備安全運行第1章緒論1.2電器智能化技術的應用

電器智能化是實現(xiàn)電力系統(tǒng)自動化、各類低壓配電系統(tǒng)智能化的基礎，也是提高電力用戶用電質量和用電安全性、可靠性的主要方法。 在現(xiàn)代工業(yè)設備運行的監(jiān)控、保護及分布式管理方面，電器智能化也有著廣闊的應用前景。第1章緒論1.2.1電器智能化在電力系統(tǒng)自動化中的應用

電力系統(tǒng)自動化是保證電力發(fā)、輸、配、供、用各環(huán)節(jié)安全性和可靠性，提高電網運行效率、降低運行成本，保證供電質量的基本措施。 電器智能化技術原則上可以應用在電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配、供、用各個環(huán)節(jié)。但由于使用現(xiàn)場環(huán)境等原因，當前主要用于發(fā)電廠和各類分布式變電站自動化、低壓配電網自動化及其電能質量管理。第1章緒論1.2.1電器智能化在電力系統(tǒng)自動化中的應用電器智能化在電力系統(tǒng)自動化中的應用主要有以下3方面：1.分布式變電站自動化中的電器智能化技術2.電器智能化在低壓配電網自動化中的應用3.電力設備在線監(jiān)測第1章緒論1.2.1電器智能化在電力系統(tǒng)自動化中的應用

分布式變電站自動化中的電器智能化技術應用舉例：

典型的變電站綜合自動化網絡結構第1章緒論1.2.2電器智能化在工業(yè)自動化中的應用

早期：自動化工業(yè)設備中電氣自動控制系統(tǒng)體積龐大、線路復雜，工作噪聲大，可靠性低，控制精度差，維護非常困難。 目前：隨著微機控制技術、電力電子技術和現(xiàn)場總線技術應用的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)設備的自動控制系統(tǒng)與工業(yè)自動化技術已經發(fā)生了根本的變化。 在工業(yè)控制局域網的現(xiàn)場監(jiān)控設備中，不僅有生產設備的微機控制器，還包含了控制設備電源接通/分斷操作的低壓智能電器監(jiān)控器。第1章緒論1.2.2電器智能化在工業(yè)自動化中的應用

電器智能化在工業(yè)自動化中的典型應用——電動機控制中心（MCC），其數字通信網絡基本結構如下：第1章緒論1.2.3電器智能化在樓宇智能化管理中的應用

樓宇用電管理一般包括供電質量監(jiān)控、用電費用統(tǒng)計和用電安全保證等方面。 利用電器智能化技術構建樓宇智能化低壓配電網，電網中的線路開關和用電負載開關全部采用低壓智能斷路器，可實現(xiàn)對供電電源、配電電網的線路與開關設備、用電負載等對象的分布式監(jiān)控與管理。第1章緒論1.3電器智能化技術的發(fā)展

電器智能化技術幾乎是與傳感器技術、微電子技術、單片微機控制技術和數字通信網絡技術同步發(fā)展的。早期的智能化電器，以二十世紀80年代中期法國MG公司、美國西屋公司和日本寺崎公司先后推出帶微處理器的低壓智能化斷路器為代表。90年代初期，隨著計算機信息網絡系統(tǒng)的發(fā)展，一些國外公司把智能化開關電器、監(jiān)控、保護模塊與控制計算機和PLC聯(lián)結成智能化中壓和低壓配電控制系統(tǒng)。如西屋公司的MPACC系統(tǒng)，通用電氣公司的POWERLEADER系統(tǒng)，GEC—ALSTHOM公司的SIMOCODE系統(tǒng)。第1章緒論近年來，智能化技術也進入到斷路器和開關設備二次監(jiān)測和故障的診斷上，例如GEC-ALSTHOMT&D公司在中壓開關設備上，分別用紅外線、光電、壓力和溫度傳感器來采集信息。日本東芝公司開發(fā)了一種采用壓力波傳感器的GIS內部故障診斷系統(tǒng)。國內，西安交通大學最早關注智能化電器的研究，并開展研究工作，于1987年開發(fā)出了國內第一臺智能化電器產品。第1章緒論（當前主要研究內容）

目前，國內外對電器智能化理論及應用的研究依然是開關電器領域的熱點之一，重點需要研究的內容：1.電器的機構與智能操作；2.電器的狀態(tài)監(jiān)測與壽命預測；3.智能化電器新功能拓展。第1章緒論（當前主要研究內容）1.電器的機構與智能操作（1）根據電器電弧研究最新成果（2）通過新型操作機構（3）通過對開關電器元件運行狀態(tài)的在線監(jiān)測，根據不同的運行狀態(tài)，輸出不同的操作控制命令，使開關電器的操作機構能按最佳的分、合閘特性進行操作，即實現(xiàn)所謂智能操作，提高元件的工作性能和壽命。第1章緒論（當前主要研究內容）2.電器的狀態(tài)監(jiān)測與壽命預測

各類電量和非電量傳感器（智能化、小型化、數字化）是在線監(jiān)測技術的基礎，為電力設備狀態(tài)的檢修打下基礎。（1）機械特性（2）絕緣特性（3）載流體發(fā)熱（4）其它檢測內容

第1章緒論（當前主要研究內容）研究的技術路線

各類性能劣化規(guī)律的實驗、仿真研究特征物理量的確定特征物理量信息的提取信息處理技術信息的傳輸技術 專家系統(tǒng)的建立第1章緒論（當前主要研究內容）開發(fā)的溫度傳感器

非接觸式基于紅外輻射的溫度傳感器第1章緒論（當前主要研究內容）安裝在進線環(huán)氧樹脂套管上的泄漏電流傳感器第1章緒論（當前主要研究內容）3.智能化電器新功能拓展電能質量監(jiān)測：

由于電能質量問題會給電力系統(tǒng)和用電設備帶來嚴重的危害和影響，必須對電網的電能質量進行有效的監(jiān)測。電能質量監(jiān)測是評估電能質量水平和發(fā)現(xiàn)電能質量問題的主要手段，也是改善電能質量的前提。電能質量監(jiān)控是保證低壓電網和用電設備安全和可靠性的重要措施，也是當前智能化電器一項新的功能和發(fā)展方向。第1章緒論（當前主要研究內容）關于電能質量監(jiān)測，當前的研究熱點主要集中在以下一些方面：（1）電能質量問題的發(fā)生機理（2）電能質量的檢測機理（3）電能質量檢測設備的設計方法PLL第1章緒論（當前主要研究內容）雙口RAM(4Kx8)SerialEEPROM 24C163.3V模擬量 輸入開關量 輸入開關量 輸出ADCI/O

通信接口SPISCICAN

DSPCore

External Interface

外圍接口電源WDSARAMDARAMFLASH &ROM晶振

RAM

MCU (AT89C55WD)

液晶顯示 鍵盤(320x240) (3x3)

人機交互CAN DSP最小系統(tǒng)

RS232TMS320LF2407RTC

實時 時鐘

SCIRS422第1章緒論（當前主要研究內容）第1章緒論（關鍵共性技術）電器智能化理論中關鍵共性技術主要有：1.網絡化技術2.提高嵌入式系統(tǒng)軟件設計水平3.EMC技術4.傳感器技術5.基于專用芯片的電器智能化硬件平臺技術6.可靠性技術研究第1章緒論（關鍵共性技術）1.網絡化技術

網絡化技術在智能化電器產品中至關重要，網絡是構成各類電力自動化系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)和紐帶，是“智能化功能”延伸和信息融合的基礎。當前智能化電器所構成的數據通信網絡水平還較低；網絡功能多限于數據傳輸，由網絡所能體現(xiàn)出的特有“智能化功能”還很少。2.提高嵌入式系統(tǒng)軟件設計水平采用模塊化設計和面向用戶的設計方法的嵌入式系統(tǒng)，解決軟件系統(tǒng)中的通用性問題。3.EMC技術

智能電器工作在高電壓、大電流的現(xiàn)場環(huán)境中，因此對它的EMC設計是保證其可靠工作的關鍵問題之一。第1章緒論（關鍵共性技術）

干擾途徑

Conducted (ElectricCurrent) InductivelyCoupled (MagneticField) CapacitivelyCoupled (ElectricField)

Radiated(ElectromagneticField)

EM源

Electronics GroundingCellPhone Apertures PowerLine Connector Lightning Antenna

EM接受者

Electronics TransistorCellPhone Apertures Diode Antenna Grounding People第1章緒論（關鍵共性技術）

以往的EMC問題研究多是一些經驗的積累，沒有從理論上找到一個描述問題和解決問題的方法，近年來已經開始探索利用仿真模型等建立虛擬的電磁環(huán)境模型，以便為EMC問題的解決提供理論依據。第1章緒論（關鍵共性技術）4.傳感器技術各類電量和非電量傳感器（智能化、小型化、數字化）是電器智能化的基礎。目前正在研制各類新型電量傳感器（光纖電量傳感器，新型電壓、電流傳感器）和機械特性傳感器（如位置、速度、壓力、溫度、油色譜等）。5.基于專用芯片的電器智能化硬件平臺技術目前的電器智能化測控器硬件基本上是以微處理器（MCU）或DSP為核心，這種結構存在以下一些缺點和不足：（1）效率低；（2）升級困難；（3）開發(fā)周期長。第1章緒論（關鍵共性技術）

90年代迅速興起的可編程ASIC技術可以從根本上解決微處理器所面臨的問題。利用ASIC器件，既保證了靈活性和并行處理的快速性，又降低產品成本。采用專用芯片（集成電路）可提高產品可靠性、減少體積，還可以以硬代軟，提高處理速度；