2電氣智能化第1章

電器智能化原理及應(yīng)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(shù)的應(yīng)用電器智能化技術(shù)的發(fā)展本課程學(xué)習(xí)內(nèi)容本章小結(jié)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(jù)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(shè)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(shè)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(guān)電器及其成套設(shè)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(gòu)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(yīng)電網(wǎng)、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(guān)電器元件或成套開關(guān)設(shè)備。電器智能化： 電器智能化是以智能電器這種有形產(chǎn)品為基礎(chǔ)建立的相關(guān)學(xué)科知識及應(yīng)用技術(shù)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(shù)字化

2.電器設(shè)備的多功能化

3.電器設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)

智能電器分為元件和成套設(shè)備兩類，都包括一次開關(guān)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(jié) 構(gòu)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(jié)構(gòu)1.智能電器元件物理結(jié)構(gòu)及基本功能

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

與智能電器元件的物理結(jié)構(gòu)不同，智能化成套電器設(shè)備中的監(jiān)控器一般安置在設(shè)備面板上，空間位置上與一次開關(guān)相對獨立，在輸入、輸出端口的設(shè)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(shè)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(shè)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和特點電器智能化網(wǎng)絡(luò)： 采用現(xiàn)場總線和數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，由系統(tǒng)后臺管理設(shè)備和現(xiàn)場智能電器組成的網(wǎng)絡(luò)稱為電器智能化網(wǎng)絡(luò)。第1章緒論1.1.4電器智能化網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和特點

1．結(jié)構(gòu)

電器智能化網(wǎng) 絡(luò)典型結(jié)構(gòu)如圖， 可以看出，網(wǎng)絡(luò)基 本可分為： （1）現(xiàn)場設(shè)備網(wǎng) 絡(luò)層 （2）局域網(wǎng)絡(luò)層35kV智能化開關(guān)柜12kV智能化開關(guān)柜400V智能化開關(guān)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(zhuǎn)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(gòu)成：

軟件（INT-SCADA）+

硬件（智能化開關(guān)柜）

公用電話+MODEM

INT-SCADA第1章緒論1.1.4電器智能化網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和特點2.主要特點(1)現(xiàn)場設(shè)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(wǎng)絡(luò)應(yīng)允許不同制造商、不同類型的產(chǎn)品互連甚至互訪(3)能包容采用不同傳輸介質(zhì)、不同通信協(xié)議的網(wǎng)段或局域網(wǎng)(4)必須保證各類實時數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)膶崟r性、準確性(5)智能化網(wǎng)絡(luò)的上位管理設(shè)備能實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)中各現(xiàn)場設(shè)備運 行狀態(tài)的實時監(jiān)控和管理(6)網(wǎng)絡(luò)運行必須穩(wěn)定、可靠，以保證現(xiàn)場設(shè)備安全運行第1章緒論1.2電器智能化技術(shù)的應(yīng)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(chǔ)，也是提高電力用戶用電質(zhì)量和用電安全性、可靠性的主要方法。 在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)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(yīng)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(yīng)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(wǎng)運行效率、降低運行成本，保證供電質(zhì)量的基本措施。 電器智能化技術(shù)原則上可以應(yīng)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(wǎng)自動化及其電能質(zhì)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(yīng)用電器智能化在電力系統(tǒng)自動化中的應(yīng)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(shù)2.電器智能化在低壓配電網(wǎng)自動化中的應(yīng)用3.電力設(shè)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(yīng)用

分布式變電站自動化中的電器智能化技術(shù)應(yīng)用舉例：

典型的變電站綜合自動化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)第1章緒論1.2.2電器智能化在工業(yè)自動化中的應(yīng)用

早期：自動化工業(yè)設(shè)備中電氣自動控制系統(tǒng)體積龐大、線路復(fù)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(shù)、電力電子技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備的自動控制系統(tǒng)與工業(yè)自動化技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了根本的變化。 在工業(yè)控制局域網(wǎng)的現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備中，不僅有生產(chǎn)設(shè)備的微機控制器，還包含了控制設(shè)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(yīng)用

電器智能化在工業(yè)自動化中的典型應(yīng)用——電動機控制中心（MCC），其數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)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(yīng)用

樓宇用電管理一般包括供電質(zhì)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(shù)構(gòu)建樓宇智能化低壓配電網(wǎng)，電網(wǎng)中的線路開關(guān)和用電負載開關(guān)全部采用低壓智能斷路器，可實現(xiàn)對供電電源、配電電網(wǎng)的線路與開關(guān)設(shè)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(shù)的發(fā)展

電器智能化技術(shù)幾乎是與傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、單片微機控制技術(shù)和數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展，一些國外公司把智能化開關(guān)電器、監(jiān)控、保護模塊與控制計算機和PLC聯(lián)結(jié)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(shù)也進入到斷路器和開關(guān)設(shè)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(guān)設(shè)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(nèi)部故障診斷系統(tǒng)。國內(nèi)，西安交通大學(xué)最早關(guān)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(nèi)第一臺智能化電器產(chǎn)品。第1章緒論（當前主要研究內(nèi)容）

目前，國內(nèi)外對電器智能化理論及應(yīng)用的研究依然是開關(guān)電器領(lǐng)域的熱點之一，重點需要研究的內(nèi)容：1.電器的機構(gòu)與智能操作；2.電器的狀態(tài)監(jiān)測與壽命預(yù)測；3.智能化電器新功能拓展。第1章緒論（當前主要研究內(nèi)容）1.電器的機構(gòu)與智能操作（1）根據(jù)電器電弧研究最新成果（2）通過新型操作機構(gòu)（3）通過對開關(guān)電器元件運行狀態(tài)的在線監(jiān)測，根據(jù)不同的運行狀態(tài)，輸出不同的操作控制命令，使開關(guān)電器的操作機構(gòu)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(nèi)容）2.電器的狀態(tài)監(jiān)測與壽命預(yù)測

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

第1章緒論（當前主要研究內(nèi)容）研究的技術(shù)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(shù)信息的傳輸技術(shù) 專家系統(tǒng)的建立第1章緒論（當前主要研究內(nèi)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(nèi)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(nèi)容）3.智能化電器新功能拓展電能質(zhì)量監(jiān)測：

由于電能質(zhì)量問題會給電力系統(tǒng)和用電設(shè)備帶來嚴重的危害和影響，必須對電網(wǎng)的電能質(zhì)量進行有效的監(jiān)測。電能質(zhì)量監(jiān)測是評估電能質(zhì)量水平和發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問題的主要手段，也是改善電能質(zhì)量的前提。電能質(zhì)量監(jiān)控是保證低壓電網(wǎng)和用電設(shè)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(nèi)容）關(guān)于電能質(zhì)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(zhì)量問題的發(fā)生機理（2）電能質(zhì)量的檢測機理（3）電能質(zhì)量檢測設(shè)備的設(shè)計方法PLL第1章緒論（當前主要研究內(nèi)容）雙口RAM(4Kx8)SerialEEPROM 24C163.3V模擬量 輸入開關(guān)量 輸入開關(guān)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(nèi)容）第1章緒論（關(guān)鍵共性技術(shù)）電器智能化理論中關(guān)鍵共性技術(shù)主要有：1.網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)2.提高嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計水平3.EMC技術(shù)4.傳感器技術(shù)5.基于專用芯片的電器智能化硬件平臺技術(shù)6.可靠性技術(shù)研究第1章緒論（關(guān)鍵共性技術(shù)）1.網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)在智能化電器產(chǎn)品中至關(guān)重要，網(wǎng)絡(luò)是構(gòu)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(chǔ)。當前智能化電器所構(gòu)成的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)水平還較低；網(wǎng)絡(luò)功能多限于數(shù)據(jù)傳輸，由網(wǎng)絡(luò)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(shè)計水平采用模塊化設(shè)計和面向用戶的設(shè)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(shù)

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(shè)計是保證其可靠工作的關(guān)鍵問題之一。第1章緒論（關(guān)鍵共性技術(shù)）

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(guān)鍵共性技術(shù)）

以往的EMC問題研究多是一些經(jīng)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(jīng)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(jù)。第1章緒論（關(guān)鍵共性技術(shù)）4.傳感器技術(shù)各類電量和非電量傳感器（智能化、小型化、數(shù)字化）是電器智能化的基礎(chǔ)。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(shù)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(jié)構(gòu)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(guān)鍵共性技術(shù)）

90年代迅速興起的可編程ASIC技術(shù)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(chǎn)品成本。采用專用芯片（集成電路）可提高產(chǎn)品可靠性、減少體積，還可以以硬代軟，提高處理速度；軟件可固化于專用芯片內(nèi)部，使其標準化、模塊化。第1章緒論（關(guān)鍵共性技術(shù)）

首先提出了電器智能化裝置的通用功能模型、確定了相應(yīng)專用芯片的結(jié)構(gòu)、根據(jù)功能劃分確定了各IP模塊的功能以及模塊的接口關(guān)系。設(shè)計數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制算法、通訊、實時任務(wù)調(diào)度等IP核，完成了系統(tǒng)級電器智能化技術(shù)專用芯片設(shè)計。第1章緒論（關(guān)鍵共性技術(shù)）第1章緒論（關(guān)鍵共性技術(shù)）第1章緒論（關(guān)鍵共性技術(shù)）6.可靠性技術(shù)研究

由于智能化電器的測量和保護的對象要求具有較高的可靠性，這就要求智能化電器本身具有高可靠性，所以智能化電器的可靠性技術(shù)研究是一個比較重要的問題，目前的研究內(nèi)容主要集中在以下幾個方面：（1）自檢、自校、自診斷技術(shù)（2）智能化電器元件的失效機理以及元件和系統(tǒng)的可