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开关电器的智能化技术

进入21世纪以来,科技进步对人们的影响最大的莫过于信息技术,随着信息技术的进步,人们获取信息、处理信息和利用信息的能力迅速增长。在电力系统也是同样,利用信息技术提高整个电网运行的安全性和可靠性,同时不断提高其智能化水平。开关设备的智能化概念也应运而生,在20世纪90年代,信息技术特别是计算机技术开始应用于开关设备的检测、控制,并且通过微型计算机实现了十分复杂的保护和控制功能,进而推动整个电力开关设备的二次系统向数字化方向发展。

关于电器的智能化技术首先是在低压电器范畴开展的,例如对电动机的控制保护,采用单片机进行程序化管理和监测,各种继电保护装置升级为电子装置和数字化装置。随着计算机网络通信技术的发展应用,配电站综合自动化过程得到广泛推广和应用。目前重要的中压配电站几乎所有的开关设备都具有计算机保护、控制和通信系统,和上级变电站构成信息互联互通的网络。在此发展过程中,开关电器设备一、二次融合的趋势越来越明显,未来的追求将是无论一次回路还是二次回路都要实现“即插即用”的高度标准化,这样可以大大降低电力装备运行维护的成本,提高运行的可靠性。在高压输电系统中,由于继电保护系统的重要性,始终作为单独的体系在发展,虽然和一次设备的配合十分紧密,但一、二次融合的进程仍然在进行中。

随着近20年来智能化电器技术的发展,逐步形成了关于智能化电器的概念和认识,一般认为智能化电器应当具有以下特征:

1)自适应控制和最优决策能力。智能家电智能感知的基础上,采用优化控制技术,根据实际的工作环境和条件的操作过程进行自适应调节,使控制过程的实现和国家是最优,以进一步改善电气性能指标,在很大程度上,节省原材料和减少能源消耗。

2)自我监测和诊断能力。智能电器有自我监测和诊断能力,可以监视各种设备的安全运行形势涉及必要的数量,同时这些量的计算与分析,掌握设备运行状态和故障点和原因,趋势和剩余寿命评估的基础上,设备恶化,和及时的警告。

3)信息交互能力和环境友好性。智能电器具有数字化接口,其内部信息可以有效传播和交互,实现高度的信息共享,进而可以主动与其他设备协调交互,实现系统的整体优化。具有良好的人机交互功能。在运行过程中,不存在影响电网稳定运行的干扰,设备的使用不存在对自然环境的损坏或不利影响。

4)参数采集与处理数字化。智能设备能够得到各种各样的实时操作和状态参数和数字处理、存储和传输,包括需要的电力系统运行和控制电压、电流、频率和相位的各种电气参数,如电力设备状态和各种电、热、磁、光、位移、速度、振动、局部放电等。各种物理量。

从以上特征可以看出,电器的智能化水平首先与信息采集紧密相关。在许多基本电量的采集上仍然在向更加高准确度、宽范围和小型化的方向发展。变压器的油气变化与内部故障具有相当关联性,相关的非电量的检测技术还比较欠缺,需要大力拓展。通过对SF 6 断路器的内部开关分解产物进行测试和分析,从而推断出断路器存在的缺陷,是许多研究者孜孜以求的目标。这一切都对智能化电器发展中的非电量传感技术提出了新的要求。本书第2章集中对智能化电器中的最新测试技术进行了介绍。例如利用磁阵列传感技术通过空间磁场的分布来求解电流分布,又例如通过高频信号分析对高压装备的局部放电进行诊断和定位,这些技术都在不断地发展和研究,也是智能化电器研究的热点问题。

以往的开关设备大多是根据预先设定的状态进行分合操作,并不能根据实际工况做出调整,而智能化电器则具有自适应控制能力,因此智能化操作是智能化电器目前研究的前沿问题之一。由于开关电器的工作原理具有很大差别,智能化操作的方式和实现途径存在很大的差异。例如真空开关的快速选相投切,根据实时工况选择最佳时刻对开关进行投切,从而大幅度地降低系统的暂态扰动,还可以极大地提高开关电器自身的电寿命。又例如高电压等级真空断路器在开断过程中,巧妙利用操动机构的变速度控制不同时段的开距,实现电弧的可靠熄灭等。这些智能操作的研究需要综合多种技术和对物理过程的深刻理解才能达到良好效果。

大规模接纳可再生能源电力和智能化成为当前电网发展的趋势和方向。新能源发电在世界范围内呈现超高速增长,对智能电器的发展提出了新的需求。随着技术进步、应用领域的扩展,智能电器的内涵和外延仍在不断发展变化。智能电器的智能感知、判断与执行功能的实现,需要借助于传感器技术、信息处理技术与控制技术的融合。

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