数字化变电站的建设（全）课件

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1、1,数字化变电站的建设,南京南瑞继保电气有限公司,2,数字化变电站概念,数字化变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建，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:电子式互感器、智能化开关等 过程层、间隔层、站控层,3,数字化变电站就是使变电站的所有信息采集、传输、处理、输出过程由过去的模拟信息全部转换为数字信息，并建立与之相适应的通信网络和系统。数字化变电站的主要优点有六个方面：一是各种功能共用统一的信息平台，避免设备重复投入。二是测量精度高、无饱和、无CT二次开路。三是二次接线简单。四是光纤取代电缆，电磁兼容

2、性能优越。五是信息传输通道都可自检，可靠性高。六是管理自动化。数字化变电站的主要特点也是六个方面：一是变电站传输和处理的信息全数字化。二是过程层设备智能化。三是统一的信息模型：数据模型、功能模型。四是统一的通信协议：数据无缝交换。五是高质量信息：可靠性、完整性、实时性。六是各种设备和功能共享统一的信息平台。,数字化变电站的主要优点,4,与传统变电站的比较,5,数字化变电站,电子式互感器 智能化开关 网络化二次设备及IEC61850的应用 数字化变电站建设中需要考虑问题,6,电压等级越高电子式互感器优势越明显 中低电压等级使用电子式互感器意义不大,电子式互感器,7,电子式互感器的原理和分类,按一

3、次传感部分是否需要供电划分 有源式电子互感器 无源式电子互感器 按应用场合划分 GIS结构的电子互感器 AIS结构(独立式)电子互感器 直流用电子式互感器,8,有源电子式互感器 利用电磁感应等原理感应被测信号 CT：空心线圈(RC)；低功率线圈(LPCT) PT：分压原理 电容、电感、电阻 传感头部分具有需用电源的电子电路 利用光纤传输数字信号 独立式、GIS式,电子式互感器,9,电流互感器利用空芯线圈及低功率线圈传感被测一次电流。低功率线圈（LPCT）的工作原理与常规CT的原理相同，只是LPCT的输出功率要求很小，因此其铁芯截面就较小。空芯线圈是一种密绕于非磁性骨架上的螺线管，如图所示。空芯

4、线圈不含铁芯，具有很好的线性度。 空芯线圈的输出信号e与被测电流i有如下关系：,电子式电流互感器原理,10,电压互感器利用电容分压器测量电压。为提高电压测量的精度，改善电压测量的暂态特性，在电容分压器的输出端并一精密小电阻。电容分压器的输出信号U0 与被测电压Ui有如下关系： 式中C1为高压电容，C2为低压电容。利用电子电路对电压传感器的输出信号进行积分变换便可求得被测电压。,电子式电压互感器原理,11,电子式互感器的构成,电子式互感器通常由传感模块和合并单元 两部分构成，传感模块又称远端模块,安装在 高压一次侧，负责采集、调理一次侧电压电流 并转换成数字信号。 合并单元安装在二次侧，负责对各

5、相远端 模块传来的信号做同步合并处理。,12,有源电子式互感器结构,13,图1 中低压电子式电流互感器,图2 中低压测相间电压的电子式电压互感器,图3 中低压测相对地电压的电子式电压互感器,图4 中低压母线电子式电压互感器,14,1、远端传感模块的稳定性和可靠性（安置在室外时温度、电磁干扰等） 2、绕制在陶瓷骨架上的空芯线圈结构的稳定性对测量精度的影响。 3、对独立结构的有源式电子互感器的远端模块取电技术。,有源电子式互感器的关键技术,15,与有源式电子互感器相比，无源式电子互感器的传感模块利用光学原理，由纯光学器件构成，不含有电子电路，其有着有源式无法比拟的电磁兼容性能 利用光纤传输传感信号

6、 传感头部分不需电子电路及其电源 独立安装的互感器的理想解决方案 Faraday磁光效应（电流互感器） Pockels电光效应（电压互感器）,无源电子式互感器,16,Faraday磁光效应（电流互感器）,17,Pockels电光效应（电压互感器）,18,无源电子式互感器结构,19,关键技术难点 光学传感材料的选择 传感头的组装技术 微弱信号检测 温度对精度的影响 振动对精度的影响 长期稳定性,无源电子式互感器,20,电子式互感器远端模块的配置,21,电子式互感器与二次设备的接口,合并单元 信号合并、数据同步、分配信号、供电,22,电子式互感器与合并单元接口,23,应用电子式互感器需要面对的几个

7、问题 配置方案 同步采样问题 采样数据传送标准,电子式互感器配置,24,配置方案 配置原则是保证一套系统出问题不会导致保护误动，也不会导致保护拒动 电子式互感器的远端模块和合并单元需要冗余配置 远端模块中电流需要冗余采样 合并单元冗余配置并分别连接冗余的电子式互感器远端模块，合并单元可以安装在开关附近或保护小室,电子式互感器配置,25,同步采样问题 常规互感器与电子式互感器会并存，如电压、电流之间，变压器不同的电压等级之间 三相电流、电压采样必须同步 变压器差动保护从不同电压等级的多个间隔获取数据存在同步问题 母线差动保护从多个间隔获取数据也存在同步 线路纵差保护线路两端数据采样也存在同步,合

8、并单元数据同步,26,解决同步采样的两种方案 基于GPS秒脉冲同步的同步采样 同步方法简单 秒脉冲丢失时存在危险 二次设备通过再采样技术(插值算法)实现同步 采样率要求高 硬件软件要求高，实现难度较大 不依赖于GPS和秒脉冲传输系统,合并单元数据同步,27,插值数据同步的原理,28,采样数据传送标准（1） IEC60044-8：点对点光纤串行数据接口 传输延时确定 可以采用再采样技术实现同步采样 硬件和软件实现简单 适合保护要求,合并单元数据分发,29,采样数据传送标准（2） IEC61850-9-1/2：网络数据接口 传输延时不确定（400us-3ms） 无法准确采用再采样技术 硬件软件比较

9、通用，但对交换机要求极高 硬件和软件实现都将困难 不同间隔间数据到达时间不确定，不利于母差、变压器等保护的数据处理 比较适合测控、电能仪表一类,合并单元数据分发,30,GIS用电子式电流电压互感器,电子式互感器应用情况,31,电子式互感器应用情况,合并单元,线路保护,32,电子式互感器应用情况,33,电子式互感器合并单元配置,220kV双母线方式1 220kV双母线方式2 110kV双母线 500kV 3/2接线,34,220kV双母线方式1,35,220kV双母线方式2,36,500kV 3/2接线,37,智能化开关设备,智能开关设备的定义 IEC62063:1999具有较高性能的开关设备和

10、控制设备，配有电子设备、传感器和执行器，不仅具有开关设备的基本功能，还具有附加功能，尤其在监测和诊断方面 在线监视功能 智能控制功能 数字化的接口 电子操动,38,智能化开关设备,在线监视功能 电、磁、温度、开关机械、机构动作 状态检修 状态监测 状态评估 检修计划 监测系统的成本、可信度、可靠性,39,智能化开关设备,智能控制功能 最佳开断 定相位合闸 定相位分闸 顺序控制,40,智能化开关设备,数字化的接口 位置信息 其它状态信息 分合闸命令 开关的电子操动 变机械储能为电容储能 变机械传动为变频器通过电机直接驱动 机械运动部件减少到一个，可靠性提高 电子电路的寿命、可靠性成为关键,41,

11、智能化开关设备,实施方案 利用现有的成熟的二次技术，结合传统开关设备，提升智能化水平 智能化GIS控制柜分布式元件保护 智能终端或智能操作箱,42,智能化开关设备,43,基于保护及智能控制柜的变电站基本结构,44,智能控制柜方案的优势,1、节约了电缆等设备投资以及相应的施工投资； 数字化变电站建设的一个主要现实目标是为了减少变电站内控制电缆的数量，一方面由于原材料的涨价，电缆成本越来越高，一方面，光缆电磁兼容性能远好于电缆，能显著提高变电站内信号传输的可靠性。另外，变模拟信号为数字信号能大大增加传输的带宽和信息量。 2、节约了保护小室及主控室等的占地面积和投资； 应用智能化GIS控制柜使得保护

12、控制下放成为可能，从而能够显著减少保护小室和主控室的占地面积，这对一些需要尽量减少变电站土地的城市变电站和地下变电站来说有明显的效益。,45,智能控制柜方案的优势,3、GIS智能控制柜优化了二次回路和结构； 原来由于一次和二次的专业细分，使得原传统汇控柜内的许多功能与保护控制二次中的功能相重复，例如防跳、压力闭锁、三相不一致等等。基于一二次整合的GIS智能控制柜能够有效地取消和简化冗余回路，提高了整个二次回路的可靠性。 4、智能控制装置提供了系统的交互性； 引入智能控制装置(PCS-9821)以后，友好的中文液晶人机界面以及丰富的自检和就地操作报告功能，使得运行维护人员无论在就地还是远方都能及

13、时了解GIS的运行情况。,46,智能控制柜方案的优势,5、联调在出厂前完成，现场调试工作量减少； 传统方案中，一次设备和二次设备的电缆连接和调试只能到现场后完成，调试周期比较长，新方案中一二次设备联调在厂内完成，到现场后调试工作量极小。能够显著地缩短投运周期。 6、一次二次联合设计，减轻了设计院的负担； 原来一次和二次设备分别有双方厂家分别出图，中间的电缆信号连接由设计院完成，应用一二次结合的新方案后，由两个厂家联合出图并对图纸的正确性负责。,47,智能控制柜方案的优势,7、基于通讯和组态软件的联锁功能比传统硬接点联锁方便； 智能控制装置能够采集到间隔内所有刀闸位置，且间隔间也有光缆连接，所以

14、可以方便地实现基于软件和通讯的联锁，能显著减少机构辅助接点数量，提高系统的可靠性。 8、缩小了与互感器的电气距离，减轻了互感器的负载； 新方案下互感器与保护控制设备的电气距离大大缩短，使得互感器的容量选择更为容易，也为小功率互感器（LPCT）的应用创造了条件。,48,能够在不改变开关现有条件下实现一次设备和间隔级设备的数据通信 点对点方式 GOOSE方式 也能解决保护间的屏间连线 针对不同应用场合，成对使用或单独使用 可靠性、实时性,智能终端及操作箱,49,支持电子互感器和智能汇控柜的数字化变电站,50,支持电子式互感器和GOOSE的数字化变电站,51,IEC61850的应用,IEC61850

15、是国际电工委员会(IEC)TC57工作组制定的变电站通信网络和系统系列标准，是基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一的国际标准。 IEC61850规范了数据的命名、数据定义、设备行为、设备的自描述特征和通用配置语言，使不同智能电气设备间的信息共享和互操作成为可能。 不仅规范保护测控装置的模型和通信接口，而且还定义了电子式CT、PT、智能化开关等一次设备的模型和通信接口。,52,IEC61850的应用,要解决的主要问题 网络通信 信息共享和互操作,53,IEC61850的应用,特点 信息分层（站控层、间隔层、过程层） 面向对象建模和信息自我描述，适应开放互操作性要求 采用抽象通信服务接口，适应通

16、信网络技术迅猛发展 传输采样测量值 快速传输变化值（GOOSE）,54,IEC61850的服务和协议栈,Client /Server,通讯,模拟量采样值,(,SAV),模型,对象,服务,实时性要求,以太链路层,带优先级的以太物理层,IP,TCP,MMS,特定通讯服务映射,(,SCSM),通用变电站对象事件,GOOSE,55,IEC61850的应用,采样值,56,以太网,2. 跳闸,4. 重合,3. 新位置,5. 新位置,GOOSE应用演示（通用面向对象的变电站事件）,57,互操作试验 国调中心组织国内各大厂家进行了6次互操作试验。 南瑞继保全程参与并通过了互操作试验 国内第一家通过了KEMA试验(荷兰），承接海外工程,IEC61850的应用,58,网络化二次设备,网络化二次设备要求 具有数字化接口 满足电子式互感器的要求 满足智能开关的要求 网络通信功能 满足IEC61850的要求 基于IEC61850的间隔层和站控层设备 RCS-9700变电站自动化系统