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1、智能变电站相关技术介绍 2010年5月 武汉 主要内容 电子式互感器/合并单元 2 智能终端 3 智能变电站的优势 1 IEC 61850标准 4 时钟同步 5 1 智能变电站的优势 智能变电站是智能电网的重要内容 智能变电站对智能电 网的建设将起到先驱 作用 智能 电网 输电发电 变电 配电 调度 用电 变电领域的发展重点 是智能变电站 1 智能变电站的优势 变电站综合自动化智能变电站 变电站层 间隔层 过程层 微机保护/微机测控 计算机监控系统 新型电子式互感器 数字化一次设备 网络IEC 61850-8 网络IEC 61850-9 一次设备 计算机监控系统 微机保护/微机测控 电磁式互感
2、器 网络 103规约 电缆 光纤代替电缆，设计安装调试都变得简单 模拟量输入回路和开关量输入输出回路都被通信 网络所取代，二次设备硬件系统大为简化 统一的信息模型，避免了规约转换，信息可以充 分共享 可观测性和可控性增强，产生新型应用：如状态 监测、站域保护控制 1 智能变电站的优势 1 智能变电站的优势 交流输入模件 变换 微计算机 开入开出模件 人机对话模件 端子箱 继电保护 电缆 电缆 1 智能变电站的优势 交流输入模件 变换 微计算机 智能终端 人机对话模件 合并单元 高速以太网通信 一次设备的数字化改变了继电保护设备的结构 继电保护 1 智能变电站的优势 3）新体系结构合并 单元 智
3、能 终端 SVGOOSE 1）新装置、新设备 电子式互感器、合并单元 智能终端、交换机等 2）新标准 继电保护系统、通信网络结构 IEC 61850标准、IEEE 1588 监控主机 MMS 4）新功能与新应用 智能变电站的本质特征 过程设备的数字化 信息传输的网络化 电子式互感器/合并单元 智能终端 IEC 61850标准 网络通信技术 1 智能变电站的优势 主要内容 电子式互感器/合并单元 2 智能终端 3 智能变电站的优势 1 IEC 61850标准 4 时钟同步 5 2.1 电子式互感器/合并单元 绝缘问题：绝缘困难，含油有爆炸危险，造价高 测量准确问题：含铁芯，具有非线性特性，存在饱
4、和问题 ，不能反映系统故障时非周期性分量；频带响应特性较差， 频带窄 信号输出问题：模拟电信号（1A/5A，100V/57.7V） 运行安全问题：电压互感器不能短路，电流互感器不能开 路，电压互感器存在铁磁谐振问题 传统电磁式互感器的缺点 电子式电流互感器（各种名称） 铁心线圈低功率电流互感器（有源） 罗可夫斯基空心线圈电流互感器（有源） 光学电流互感器（无源） 名称 铁心线圈低功率 电流互感器 罗可夫斯基空心 线圈电流互感器 光学电流互感器 传感原理 电磁感应原理 （互感） 电磁感应原理（ 自感） 磁旋光效应原理 信号变换强电/弱电强电/弱电强电/光信号 2 电子式互感器/合并单元 B 铁芯
5、线圈 电流I RRb 电流-电压转换器 高阻 VS 铁心线圈低功率电流互感器 VS 与被测电流 I 成正比 2 电子式互感器/合并单元 2 电子式互感器/合并单元 传统电磁式电流互感器 I/I变换 具备低功率输 入接口的设备 铁心线圈低功率电流互感器 I/V变换 对电磁式电流互感器的改进 罗可夫斯基空心线圈电流互感器 2 电子式互感器/合并单元 空心线圈的感应电压与被测电流的导 数成正比（ Rogowski，1912年） 被测电流线圈感应电压 B 空心线圈 电流 I 普通光 起偏器 偏振光 磁光材料 磁场 B 检偏器 Faraday旋光角 2 电子式互感器/合并单元 光学电流互感器 法拉第磁旋
6、光效应 （1846年） 入射光 出射光 电流 旋转角与电流I成正比关系 I I 磁光玻璃 光纤 高压侧 光纤 高压侧 空心线圈 （或铁心线圈） 低压侧 低压侧 低电压信号需 要就地数字化 有源型电流互感器无源型电流互感器 A/D、积分器 等需要供电！ 2 电子式互感器/合并单元 2 电子式互感器/合并单元 有源电子式互感器的供电方式 功电方式供电原理主要缺点 CT供电 利用特殊CT从母线上感应电压，经 整流、滤波、稳压后供电 散热（大电流） 死区（小电流） 电容分压供电 利用电容分压，经整流、滤波、稳 压后供电 电气隔离 激光供电 低压侧通过光纤传输光能，由光电 池将光能专为电能（最大功率1W
7、） 能量有限/ 成本/寿命 组合供电 CT供能（或电容分压供电） +激光供电 供能系统复杂 切换问题 2 电子式互感器/合并单元 光学电流互感器存在的问题 该比例系数（维尔德常数）是温度和光源工作波长的函数 温度对精度的影响 LED发光二极管老化 信号处理技术（自适应补偿） 保证驱动电流恒定 对策： 光源工作波长是温度和驱动电流的函数 2 电子式互感器/合并单元 分压型电压互感器（有源） 电子式电压互感器 阻容分压电容分压电阻分压 R1 R2 Usr 与常规电容式电压互感器原理相同，输出电压不超过5V 光学电压互感器（无源） 线偏振光通过有电场作用的Pockels晶体时，折射成两 束线偏振光，
8、两者相位差正比与被测电压 2 电子式互感器/合并单元 Pockels效应（1893年） 合并单元 2 电子式互感器/合并单元 合并单元 MU ECT EVT 其他MU Ia，Ib，Ic（保护） Ia，Ib，Ic（测量） 3Io Ua，Ub，Uc，3Uo 母线电压 多路电流电压信号的采集与处理主要功能： 电流电压信号同步 报文处理和发送 IEC 60044-8 IEC 61850-9-2 保护 测控 计量 录波 SV报文 点对点或 交换式以太网 2 电子式互感器/合并单元 有源电子式电流互感器 2 电子式互感器/合并单元 无源电子式电流互感器 2 电子式互感器/合并单元 线圈、A/D、采集模块和
9、合并单元的双重化配置 保护线圈1，2 计量线圈 光纤至 合并单元1 光纤至 合并单元2 电源 电源 2 电子式互感器/合并单元 传感原理的变化：变压器原理 VS 光学原理等 有源：强电/弱电变换，高压侧需要电源 无源：电/光变换，高压侧无需电源 电子式互感器的配置：线路EVT可按三相配置 合并单元的作用：采集、同步、共享 合并单元的配置：基本按照互感器组配置，例外 小结 比较项目传统电磁式互感器电子式互感器 绝缘复杂、造价高简单、造价低 测量 有磁饱和、频带窄 精度与二次回路负载有关 无磁饱和、频带宽 二次回路负载不受限制 信号输出 模拟量数字量、可共享 运行安全 CT不能开路，VT不能短路
10、，VT易产生铁磁谐振 无此类问题 2 电子式互感器/合并单元 电子式互感器与传统电磁式互感器的比较 主要内容 电子式互感器/合并单元 2 智能终端 3 智能变电站的优势 1 IEC 61850标准 4 时钟同步 5 3 智能终端 智能终端的主要功能 智能终端 GOOSE 网 GOOSE 点对点 硬接点 2）上传开关刀闸位置信号 一次设备的数字接口： 1）接收保护动作信息/ 分合闸信号/控制信号 接收各种对一次设备 的操作命令 3 智能终端 智能控制功能 系统故障时快速开断，其它情况低速开断，提高寿命 选相分闸：各相在各自的电流过零点依次分闸，提高开断 能力 集成检同期和自动重合闸功能（试探自适
11、应） 智能终端应具备的附加功能 状态监视与状态检修 跳闸回路的完好性，弹簧储能，气体压力，线圈监视等 状态评估/故障预报/检修计划 主要内容 电子式互感器/合并单元 2 智能终端 3 智能变电站的优势 1 IEC 61850标准 4 时钟同步 5 4 IEC 61850标准 IEC 61850标准的内容框架 建模方法 7-4 逻辑节点 物理设备 逻辑设备 数据对象 数据属性 7-1 5 信息模型信息服务模型 公共数据类 7-3 模板 7-2 面向变电站层的通信 面向过程层的通信 8-1 9-1/9-2 设备与系统的描述6 MMS报文 SV报文 GOOSE报文 8-1 4 IEC 61850标准
12、 IEC 61850模型与103模型 103模型： 点表形式，按照索引号进 行访问 IEC 61850模型： 面向对象的分层模型，按 照分层对象名称进行访问 列表表示圆上每 一个点的坐标 给出圆心坐标和 半径，方程表示 O(x1,y1) R 4 IEC 61850标准 功能类型 信息序号 信息元素集 信息体时标 信息体 标识符 公共地址 传送原因 可变结构限定词 类型标识 数据单元 类型 : 传送带标志的状态变位 : 自发（突发） : 线路保护 : 距离保护I段出口256个语义 : 距离保护II段出口 : 距离保护III段出口 103模型：线性模型 数据属性 逻辑节点 数据对象 逻辑设备 物理
13、设备 4 IEC 61850标准 PHD LD LN DO DA 实际的保护装置 公用/保护/测量/控制/录波 Str Op 保护动作 保护启动 general phsA phsB phsC 是否动作（总） A相是否动作 B相是否动作 C相是否动作 接地距离I段：PDIS1 接地距离II段：PDIS2 接地距离III段：PDIS3 1 1 0 0 分层模型 4 IEC 61850标准 IEC 61850的模型框架 逻辑节点类 LN 物理设备 PHD 逻辑设备 LD 数据对象类 DO 数据属性 DA公共数据类 CDC 模板 29个 500多个 92个 公共LD：装置告警/装置自检信息 保护LD：
14、保护启动/保护动作/定值/压板信息 测量LD：交流量/直流量 控制及开入LD：断路器/刀闸/变压器分接头 录波LD：录波信息 逻辑节点组组代号 系统逻辑节点（System Logical Node）L 继电保护功能（Protection Function）P 继电保护相关功能（Protection Related Function）R 监视控制（Supervisory Control）C 通用引用（Generic Reference）G 接口和存档（Interfacing and Archiving）I 自动控制（Automatic Control）A 计量和测量（Metering and M
15、easurement）M 开关（Switchgear）X 仪用变压器（Instrument Transformer）T 电力变压器（Power Transformer）Y 未来电力系统设备（Future Power System Equipment）Z 4 IEC 61850标准 4 IEC 61850标准 距离保护逻辑节点模板：PDIS（1/2） 数据对象名CDC类型说明 Str PctRch Ofs 启动 范围百分比 偏移 ACD ASG ASG PoRch欧姆圆直径ASG PhStr相启动值ASG GndStr对地启动值ASG DirMod方向模式ING AngLod负荷区域角度ASG
16、Op动作ACT pctOfs RisLod 偏移百分比 负荷区域电阻范围 ASG ASG M/O M O O O O O O O M O O ACD：方向保护激活 ACT：保护激活 ASG：模拟定值 ING：整数状态定值 4 IEC 61850标准 距离保护逻辑节点模板：PDIS（2/2） 数据对象名CDC类型说明 动作时间延迟 线路阻抗角 OpDlTmms LinAng ING ASG 相间故障动作时间延时PhDlTmmsING 单相故障动作时间延时模式GndDlModSPG 单相故障动作时间延时GndDlTmmsING 线路正序阻抗X1ASG 零序补偿系数角K0FactAngASG 相间故障动作延时模式PhDlModSPG 零序补偿系数K0K0FactASG TmDlMod动作时间延迟模式SPG 复归延时RsDlTmmsING M/O O O O O O O O O O O O ASG：模拟定值ING：整数状态定值SPG：单点状态定值 4 IEC 618
