数字化变电站的建设

《数字化变电站的建设》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字化变电站的建设（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、数字化变电站的建设谢国喜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与传统变电站的比较4数字化变电站 电子式互感器的实现 智能化开关的实现 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5电子式互感器的定义IEC60044-7/8 电子式互感器: 一种装置，由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电流 或电压传感器组成，用以传输正比于被测量的量，供给测量仪 器、仪表

2、和继电保护或控制装置。在数字接口的情况下，一组 电子式互感器共用一台合并单元完成此功能。 电子式电流互感器（ECT） 一种电子式互感器，在正常使用条件下，其二次转换器的输出 实质上正比于一次电流，且相位偏差在联结方向正确时为已知 相位角 电子式电压互感器(EVT) 一种电子式互感器，在正常使用条件下，其二次电压实质上正 比于一次电压，且相位差在联结方向正确时接近于零。 6(1)高低压完全隔离，绝缘简单，安全性高；没有因漏油而潜在的易燃、 易爆等危险。 (2)不存在磁饱和、铁磁谐振等问题。 (3)频率响应宽，动态范围大，精度高，可同时满足测量和继电保护的需 要。 (4)体积小，重量轻，节约占地面

3、积；无污染，无噪声，具有优越的环保 性能。 (5)CT二次输出可以开路。PT二次输出可以短路。 (6)数字信号分享更为容易，带负载能力强。 (7)成本与电压等级的关系不大。因此电压等级越高，经济性越明显。 (8)方便地实现电压电流组合式。 (9)适应电力系统数字化、智能化和网络化的需要。 电子式互感器的主要优势7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，负责对各相远端 模块传来的信号做同步合并处理。8合并单元的基本结构数字量输出合并单元时钟输入ECTa（测量

4、）的SC电源需要时的合并单元 电源ECTb（测量）的SCECTc（测量）的SCECTa（保护）的SCECTb（保护）的SCECTc（保护）的SC中性点ECT的SCEVTa的SCEVTb的SCEVTc的SC中性点EVT的SC母线 EVT的SC9电子式互感器的分类 按一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(纯光学互感器)10电子式互感器的分类 按结构及应用场合划分-GIS电子互感器11电子式互感器的分类 按结构及应用场合划分-独立式电子互感器12电子式互感器的分类 按结构及应用场合划分-低压用电子式互感器(Sensor)13电子式互感器应用情况合并单元 线路保护14 有源

5、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电子式互感器的原理15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16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

6、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17有别于常规互感器的主要参数181、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。 4、与保护的通讯配合有源电子式互感器的关键技术19 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

7、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 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20无源电子式互感器的分类磁光玻璃式优点：技术难度较小，原理简单缺点：1、系统由分立元件组成，结构复杂，抗振动能力差2、光学元件间用光学胶粘接，长期运行稳定性差 3、采用的分立光学元件加工困难，一致性难以保证 FOCT优点：1、无分立元件，全光纤结构简单，抗振动能力强2、光纤熔接后连接可靠，长期稳定性好3、所有光学器件基于光纤制作，工艺成熟，一致性好缺点：技术难度大，原理复杂，2

8、1无源电子式互感器结构22无源电子式互感器23无源电子式互感器的应用24电子式互感器远端模块的配置25电子式互感器与合并单元接口26 应用电子式互感器需要面对的几个问题 电子式互感器的配置方案 同步采样问题 采样数据传送标准的选择 10KV侧的解决方案电子式互感器配置27 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28 220kV双母线方式229 同步采样问题 常规互感器与电

9、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并单元数据同步30 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31 采样数据传送标准（1） IEC60044-8：点对点光纤串行数据接口 传输延时短，且确定 可以采用再采样技术实现

10、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32 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33低压互感器的输出为小信号 (保护150-225MV、测量4V、电压3.256.5V) 小信号的主要问题： 1、带负载能力弱，长距离传输影响精度，电磁 兼容问题。 2、不易分享低压电子式互感器的配置341、全数字化，采用独立的简易合

11、并单元低压电子式互感器的配置352、采用电流电压组合式 优点：解决了母线PT的共享问题 缺点：体积较大，局放问题 3、母线PT采用常规，并不增加电缆。 4、采用合并单元和保护合一装置，柜外设备从 保护装置出数字量。低压电子式互感器的配置36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+GOOSE网络 (室内GIS) 智能终端+GOOSE网络 (AIS)37智能化GIS汇控柜38基于保护及智能控制柜的变电站基本结构39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

12、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。40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。

13、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时了解GIS的运行情况。41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

14、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。42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。43 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 GOOSE方式 智

15、能终端扮演的角色 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44GOOSE，即Generic Object Oriented Substation Event（通用 面向对象的变电站事件），是IEC61850的特色之一,提供了网络 通讯条件下快速信息传输和交换的手段。 当发生任何状态变化时，智能电子装置将借助变化报告，高速 传送二进制对象、通用面向对象变电站事件报告，该报告一般 包含有：状态输入、起动和输出元件、继电器等实际和虚拟的 每一个双点命令状态。 在第一次报告后，该报告一般以间隔2，4，860,000ms顺序 重发。（第一重发延时不固

16、定，可长可短）。GOOSE报告允许高 速传输跳闸信号，具有高传输成功概率。 GOOSE服务直接映射到网络数据链路层上，确保重要信息的优先 级传递，使用广播地址进行信息的多路发送。 GOOSE45GOOSE报文的发送和接收分别由publisher和subscriber来执行。 对于publisher，GOOSE报文的发送并不是按固定时间间隔来发送的，在没有事件发生时，GOOSE报文的发 送间隔相对比较长，按固定时间间隔来进行，但是在发生事件时，数据发生了变化，发送时间间隔就会设 置为最小，在此阶段，发送时间间隔会逐渐增大，直到事件状态稳定，GOOSE报文的发送又变为固定长时 间间隔。该过程如下图所示：GOOSE46网络结构比较和选择总线型47网络结构比较和选择星型48网络结构比较和选择环型49网络结构比较和选择