第10章 智能变电站,10.1智能变电站简介 10.2电子式互感器的介绍 10.3智能化的电器设备 10.4智能化变电站的实现,10.1.1智能变电站的基本概念,智能化变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备组成，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站 智能化一次设备主要包括电子式互感器、智能化断路器等，网络化二次设备是指将变电站内的常规二次设备标准化设计制造，在设备之间使用高速网络通信实现数据共享智能化变电站的特征：,（1）一次设备的智能化电子式互感器替代传统的电磁式互感器，实现了反映电网运行电气量的数字化输出，是智能化变电站的标志性特征，也为变电站的网络化、信息化以及一次设备的智能化奠定了基础 （2）二次设备的网络化智能化变电站的二次设备除了具有传统数字式设备的特点外，其二次信号变为基于网络传输的数字化信息，功能配置、信息交换通过网络实现，网络通信成为二次系统的核心，设备成为整个系统中的一个通信节点 （3）变电站通信网络和系统实现标准统一化智能化变电站利用IEC61850的完整性、系统性、开放性保证了设备间具备互操作性的特征，解决了传统变电站因信息描述和通信协议差异而导致的信号识别困难、互操作性差等问题，实现了变电站信息建模标准化。
10.1.2智能变电站的基本结构及主要的技术特征,1.智能变电站的基本结构,智能化变电站的结构继承了综合自动化变电站分层分布式的特点，依然由一次设备和二次设备分层构成，由于一次设备的智能化和二次设备的网络化，智能化变电站的一、二次设备之间的结合更加紧密IEC61850按照变电站自动化系统所要完成的控制、监视、保护三大功能从逻辑上将变电站功能划分过程层、间隔层和变电站层，,10.1.3智能变电站的基本结构及主要的技术特征,1.智能变电站的基本结构,（1）过程层过程层是一次设备与二次设备的结合面，是智能化一次设备的智能化部分其主要实现与一次设备接口相关的功能，包括：实时电压、电流等电气量检测，进行运行设备的状态检测与统计，完成包括断路器、隔离开关的合分控制、变压器分接头调节、直流电源充放电控制操作等的控制执行与驱动10.1.3智能变电站的基本结构及主要的技术特征,1.智能变电站的基本结构,（2）间隔层间隔层的功能是利用本间隔的数据对本间隔的一次设备产生作用，如线路保护设备和间隔单元控制设备就属于这一层其主要功能有：汇总本间隔过程层实时数据信息，实施对一次设备的保护控制，实施本间隔的操作闭锁，实施操作同期及其他控制功能，控制数据采集、统计计算及控制命令的优先级，同时高速完成与过程层及站控层的网络通信。
10.1.3智能变电站的基本结构及主要的技术特征,1.智能变电站的基本结构,（3）变电站层变电站层主要通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库，按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心，接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行它应具有以下功能： 可编程的全站操作闭锁控制功能； 站内当地监控、人机联系功能，如显示、操作、打印、报警，图像、声音等多媒体功能； 可对间隔层、过程层诸设备进行维护、组态、修改参数； 能完成变电站故障记录、故障分析和操作培训智能变电站与综合自动化变电站比较,将一次系统提供的模拟量和开关量就地数字化，用光纤代替电缆连接，实现过程层和间隔层之间的通信 间隔层保护测控装置无需接收TA、TV输出的模拟信号，只需接收SV网络输出的数字信号 保护装置对外的联系也可以用数字信号，由GOOSE网将信息送达目的地 SV网络用于模拟数据转换后的传送，GOOSE网用于交换的实时数据有保护装置的跳、合闸命令、站控层后台计算机发出的经测控装置的遥控命令、保护装置间信息、一次设备的遥信信号2. 智能变电站的主要技术特征,（1）数据采集数字化。
智能化变电站采集和传输数字化电压、电流等电气量，不仅实现了一、二次有效的电气隔离，而且大大扩展了测量的动态范围与精度，使变电站的信息共享和集成应用成为可能 （2）系统分层分布化智能化变电站采用了IEC61850提出的变电站过程层、间隔层、站控层的三层功能分层结构 过程层主要指站内的变压器、断路器、互感器等一次设备： 间隔层一般按照断路器间隔划分，通常由各种不同的间隔装置组成，直接通过局域网络或串行总线与变电站层联系； 变电站层包括监控主机、远动通信机等，设现场总线或局域网，实现变电站层以及与间隔层之间的信息交换 这种分层分布结构实现了以站内一次设备为面向对象的分布式配置，不同的设备均单独安装具有测量、控制和保护功能的元件，任一元件故障不会影响整个系统正常运行 采用分层分布式结构大大降低了对处理器的要求，而且具有自诊断功能，可以灵活地进行扩充2. 智能变电站的主要技术特征,（3）系统结构紧凑化 紧凑型组合电器、智能化断路器等智能化一次设备集成了的更多的部件和功能，体积更小，这使得变电站的占地面积大幅减小，设备布置更加紧凑各种体积小、重量轻、精度高、数字化的互感器、传感器的应用，不仅简化了一次设备的结构，而且数据的网络传输和共享，实现了二次回路连接的简化，甚至可以取消信号电缆。
由于智能化断路器的出现，实现了一、二次设备的集成，控制与保护等越来越靠近过程对象，并可有机地集成在间隔或小室并靠近一次设备布置过程层的数字化和网络化以及IEC61850的采用，使得整个变电站的功能和配置可以灵活地映射和分配到各个IED（智能电子设备），许多功能的实现不再依赖独立的专用设备，这样系统的结构将更加简单紧凑，性能和可靠性越来越高2. 智能变电站的主要技术特征,（4）系统建模标准化智能化变电站采用了IEC61850对一、二次设备统一建模，定义了统一的建模语言、设备模型、信息模型和信息交换模型，采用全局统一规则命名资源，使变电站内及变电站与控制中心之间实现了无缝通信与信息共享通过系统建模的标准化，消除了各种“信息孤岛”，实现了设备的互联开放，从而简化了系统维护、配置、扩展以及工程实施 （5）信息交互网络化智能化变电站各层、各设备间信息交换都依赖高速网络通信完成，网络成为系统内各种智能电子装置以及与其他系统之间实时信息交换的载体在过程层与间隔层之间，数字化的各种智能传感器的采样数据通过网络传输到间隔层，利角多播技术将数据同时发送至测控、保护、故障录波及相角测量等单元，进而实现了数据共享。
因此二次设备不再出现功能重复的数据与I/O接口，而是通过采用标准以太网技术真正实现了数据及资源共享2. 智能变电站的主要技术特征,（6）信息应用集成化 智能化变电站对常规变电站监视、控制、保护、故障录波等分散的二次系统装置进行了信息集成及功能优化 将间隔层的控制、保护、监视、操作闭锁、诊断与计量等功能和运行支持系统集成到统一的装置中，间隔内、间隔间以及间隔与变电站层的通信采用光纤总线连接 凡是过程层能完成的功能不再由间隔层处理，凡是间隔层能执行的功能不再由变电站层执行，各项功能通过网络组合在系统中，变电站层只是进行各功能的协调，不再需要传统变电站中完成不同任务的分隔系统及相应的通信网络，从而简化了网络结构和通信规约化2. 智能变电站的主要技术特征,（7）设备检修状态化在智能化变电站中，电压和电流的采集、二次系统设备状况、操作命令的下达和执行完全可以通过网络实现信息的有效监测，可有效地获取电网运行状态数据以及各种IED的故障和动作信息，监测操作及信号回路状态，设备状态特征量的采集没有盲区，设备检修策略可以从常规变电站设备的定期检修变成状态检修，从而大大提高了系统的可用性 （8）设备操作智能化。
智能一次设备不仅可以获取整个系统及关联设备状态，而且可监测设备内部电、磁、温度、机械、机构动作状态，随着电子技术和控制技术的不断发展，采用新型传感器、电子控制、新控制方法构建参数、动作可靠迅速、状态可控可测可调的智能操作回路成为可能10.2智能化的电器设备,10.2.1智能化的电器设备的介绍 1.智能化开关设备的概念 把配有电子设备、数字化接口、传感器和执行器，不仅具有开关设备的基本功能，还监测和诊断方面具有较高性能的开关设备和控制设备称为智能化电器设备或智能化开关设备 一般来说，智能化电器设备除满足常规电器设备的原有功能外，其功能主要表现为： 监视功能监测电、磁、温度、开关机械、机构动作等状态并进行状态评估智能控制功能能够完成最佳开断、定相位合闸、定相位分闸、顺序控制等控制数字化的接口能通过数字化接口传输位置信息、其他状态信息、分合闸命令电子操作具有电子控制的可控操动机构，动作可靠性和寿命高2.智能化开关设备的现状,近年来，已有很多智能化开关面市高压领域典型的有东芝公司的C-GIS和ABB公司的EXK型智能化GIS，它们的特点都是采用先进的传感器技术和微计算机处理技术，使整个组合电器的监测与二次系统在一个计算机控制平台上，采用光电式电流传感器和电压传感器替代传统的电磁式电流互感器和电压互感器。
在中压领域较典型的有20世纪90年代初的富士公司的智能式真空断路器及VM1型真空断路器 富士公司的智能式真空断路器包括了自动保护功能、早期维护功能和信息传递功能；VM1型真空断路器除了新颖的一体化绝缘结构外，最显著的特色是采用了永磁操动机构和新型传感器10.2.2智能化开关设备,1.PASS组合式智能化开关 （1）概述PASS (Plug And Switch System)开关是一种组合式智能化电器设备，它由金属外壳封闭，把SF6气体绝缘的断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器及复合绝缘套管分相组合，并由传感器与传动结构处理接口进行数据采集、处理以及通过光纤与外部交互信息 PASS集成了GIS的优点，具有结构简单紧凑、占地面积小、可靠性高、安装方便、免维护等特点,PASS智能化开关系统和组合开关结构图,结构性能特点：,1）所有一次部分均在同一SF6气室中，取消出线隔离开关及接地开关等，有GIS的优点，同时简化了设备，价格比GIS便宜所有操作功能都融合在一个操作箱内，可动元件少，布置紧凑 2）在一次设备中采用了智能化传感器技术和微处理技术，通过数字通信实现对设备的监测、诊断、过程监视和站内计算机监控。
从PASS开关到继电保护、测量计量及监控系统均采用光缆连接，二次电缆少 3）用一次设备的监测、自动状态校核和缺陷报警等代替传统的定期检查试验和预防性试验，将定期检查改变为状态检修，运行人员可根据设备运行状况及趋势分析结果，安排检修和维护时间这样既减少了设备停电检修的几率和时间，减少了运行成本，也减少了人为因素造成的设备损坏 4）检修时整体更换，无须拆装和调试，减少了停电时间2） PASS的智能化设计,采用带铁心的低功率电流互感器来代替常规的电流互感器，将常规的保护，测控单元直接就地安装，将PASS开关装置、采集开关状态物理量的传感器和智能综合控制器组合起来，采用屏蔽电缆或者光纤连接，实现PASS开关智能化 1）采用带铁心的低功率电流互感器（LPCT）PASS开关上采用带铁心的低功率电流互感器，可以为此实现体积很小但测量范围却很广的设计 2）采用监控传感器采用的传感器有：气体密度测量传感器，测量电压电流的传感器，用于监测断路器、隔离开关、接地开关的传感器，反映物理现象的传感器（如电弧放电、温度、湿度等）这些传感器必须满足高可靠性和寿命要求3）PASS开关智能综合控制器PASS智能控制系统主要由以下几部分组成：PASS开关运行状态和运行参数信息采集系统，PASS开关就地控制和保护单元，PASS开关运行状态分析系统，光纤通信系统，信息记录、故障分析和定位单元。
各个功能部分由独立的智能模块各自完成，并通过通信有机连成一体，同时通过互为热备用的双光纤以太网接口，与变电站的上一级监控系统连接，完成数据交换和控制功能。