智能变电站介绍

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1、智能变电站介绍,智能变电站介绍,智能变电站概述 电子式互感器 GOOSE技术 IEC 61850简介 智能变电站的实施 智能变电站继电保护技术规范,智能变电站概述,智能变电站的概念：采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。,智能变电站概述,变电站的智能化是一个不断发展的过程。就目前技术发展现状而言，智能变电站是：由电子式互感器、智能化开关等智能化一次设备、网络化二次设备分层构建，建立在IE

2、C 61850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。,智能变电站概述,一次设备智能化：电子式互感器智能终端（过渡）、智能开关在线监测、状态检修 二次设备网络化：站控层网络MMSGOOSE、SMV 设备对象模型化：一次设备对象二次设备功能模块通信模型,智能变电站概述,信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化的变电站，设备间交换的信息用数字编码表示： 通信网络减少连接线数量 光缆取代电缆：抗干扰、不传输干扰 可检错纠错 不产生附加误差,与传统变电站的比较,传统变电站,智能变电站,智能变电站的优势,简化二次接线 少量光纤代替大量电缆 提升测量精度 数字信号传输

3、和处理无附加误差 提高信息传输的可靠性 CRC校验、通信自检 光纤通信无电磁兼容问题 可采用电子式互感器 无CT饱和、CT开路、铁磁谐振等问题 绝缘结构简单、干式绝缘、免维护,智能变电站的优势,一、二次设备间无电联系 无传输过电压和两点接地等问题 一次设备电磁干扰不会传输到集控室 各种功能共享统一的信息平台 监控、远动、保护信息子站、电压无功控制VQC和五防等一体化 减小变电站集控室面积 二次设备小型化、标准化、集成化 二次设备可灵活布置,智能变电站发展历程,第一步：IEC61850实现监控层通讯第二步：GOOSE应用 220kV绍兴外陈变 500kV金华兰溪变第三步：电子式互感器应用（IEC

4、60044-8、IEC61850-9-1点对点通讯） 220kV青岛午山变第四步：过程层全面网络化 110kV绍兴大侣变（ GOOSE、IEC61850-9-2、IEEE1588精密时钟同步协议标准、GMRP组播注册协议） 220kV延寿变,智能变电站介绍,智能变电站概述 电子式互感器 GOOSE技术 IEC 61850简介 智能变电站的实施 智能变电站继电保护技术规范,电子式互感器的概念,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，用于传输正比于被测量的量，以供给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置。,电子式互感器,电子式互感器通常由传感模块和合并单元两部分构成，传

5、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。电压等级越高电子式互感器优势越明显。,电子式互感器的原理和分类,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,电子式互感器的原理和分类,有源电子式互感器,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

6、号 独立式、GIS式,有源电子式互感器,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：,有源电子式互感器,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

7、分变换便可求得被测电压。,GIS用电流电压组合式互感器,a:一次导体 b:SF6气体 c:电容环 d:线圈 e:接地外壳 f:采集器,GIS用电流电压组合式互感器,220kV-500kV电压等级 GIS电子式电流电压互感器,GIS用电流电压组合式互感器,110kV及以下电压等级GIS电子式电流电压互感器,独立式有源（组合式）电子互感器,有源电子式互感器的关键技术,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。,无源电子式互感器,与有源式电子互感器相比，无源式电子

8、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 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）,Faraday磁光效应（电流互感器）,Pockels电光效应（电压互感器）,无源电子式互感器结构,无源电子式互感器,无源电子式互感器的关键技术,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,电子式互感器-合并单元,合并单元对来自远端模块的各相电流电压信号进行同步，并转发给二次设备,电

9、子式互感器配置原则,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,电子式互感器配置原则,220kV及以上电压等级： 罗氏线圈和低功率线圈均双重化 A/D采样双重化 合并单元双重化 采用组合式：三相电流、三相线路PT,电子式互感器配置原则,110kV电压等级： 不需双重化 220kV及以上主变的110kV侧需双重化 建议采用组合式：三相电流、三相线路PT110kV以下电压等级： 不建议采用电子式互感器,传统互感器

10、就地采样,技术简单可与智能终端合并，节省设备减少电缆，降低负载提高传统互感器性能,电子式互感器采样值传输规约,IEC 60044-8:物理层：传输速度2.5Mbit/s，曼彻斯特编码，光纤或铜线传输链路层：IEC60870-5-1规定的FT3格式应用：固定数据集优点：不依赖于外部同步时钟，谁用数据谁同步处理，可靠性高。缺点：物理接口专用接口；数据点对点传输，接 线较复杂。,电子式互感器采样值传输规约,IEC 61850-9-1/2:物理层：以太网，光纤传输链路层：以太网地址、优先级标志/虚拟局域网、以太网类应用：9-1:无数据集配置，数据集固定与60044-8 相同,支持USVCB服务（单播采

11、样值服务映射）; 9-2:可变数据集,支持MSVCB类服务（多播采样值服务映射）优点：物理接口标准以太网接口；9-2可以组网传输，利于数据共享；缺点：依赖外部时钟，时钟丢失时影响二次设备功能。,电子式互感器采样数据同步问题,三相电流、电压需要同步：三相平衡间隔内电流电压之间需要同步：功率、阻抗不同间隔的电流之间需要同步：差动(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),电子式互感器采样数据同步方案,基于GPS秒脉冲同步的同步采样（IEC 61850-9-1/2，基于以太网的采样值传输延时无法确定，只能采用同步时钟法） 同步方法简单 对

12、交换机要求高 秒脉冲丢失时存在危险 同步时钟不等于对时时钟，可以不依赖于GPS,电子式互感器采样数据同步方案,IEC 61850-9-1/2同步方法(在合并单元中进行),插值数据同步的原理,二次设备通过再采样技术(插值算法)实现同步(IEC 60044-8,基于采样值传输延时是确定的，采用插值同步法) 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,插值数据同步的原理,实现不同远方模块或者合并单元数据的同步。改变数据的采样频率，以适合保护的算法。插值算法是通过采样点的x(时间)，y(瞬时值)，以及插值目标的x，来计算插值目标的y。最重要的内容就是需要把所有被用于同步

13、的数据的x必须在统一的时间体系内，例如以采样点的采集时间为准。 要获得准确的采样点的采集时刻，必须采取以下两种方式之一： 1) 接收方自己给数据贴上接收的时标，然后减去数据的发送延时，就可以得到数据的采集时刻，这种情况下要求数据发送延时是固定值。 2)发送方将数据采样的时刻填写在数据帧内，接收方以发送方写入的发送时间为准进行数据处理，这种情况适用于发送延时不固定的情况。,插值数据同步的原理,插值数据同步的原理,IEC 60044-8同步方法(在IED设备中进行),传输规约方案比较,IEEE 1588同步对时,“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准” 以太网传输，需硬件支持； 与采样值传输共

14、用链路，可靠性高； 需交换机支持。,IEEE 1588同步对时,Delay+Offset = t2-t1 Delay-Offset = t4-t3 其中:Offset为时间偏差Delay为传输延时经过推导，可以得到： Offset = (t2-t1)-(t4-t3)/2 Delay = (t2-t1)+(t4-t3)/2,合并单元与保护接口,合并单元需要提供给保护的数据品质 1）数据无效（包含远端模块数据错误、与远端模块通讯错误等）2）MU时钟同步标志3）检修状态（检修间隔试验不影响运行设备）,合并单元与保护接口,保护对合并单元数据的相关处理方式 1）数据无效情况下装置应能够正确闭锁相关保护元

15、件，保 护被闭锁的时间由保护的算法决定。2）采用电子式互感器中双保护数据分别用于保护元件和启动元件，以减少单一环节异常造成保护误动的可能性；在此基础上为防止单一通道数据无效导致整个保护装置被闭锁，应按照各数据通道的无效状态有选择性地闭锁相关的保护元件,合并单元与保护接口,3、针对MU数据同步标志，根据保护对同步的需求选择是否闭锁保护 除纵差外的线路保护 线路纵差保护 母差保护（失灵保护） 主变保护（后备保护）,数据无效对线路保护的影响,保护电流通道数据无效，闭锁保护（如距离和零序过流、PT断线过流） 保护电压通道数据无效，处理同保护PT断线，即闭锁与电压相关的保护（如距离保护），退出方向元件（

16、如零序过流自动退出方向），自动投入PT断线过流。起动电流通道数据无效，启动板24V正电源开放的条件切换到保护电流通道计算的结果,数据无效对线路保护的影响,同期电压通道数据无效不闭锁保护，当重合闸检定方式与同期电压无关时（如不检重合），不报同期电压数据无效。当同期电压数据无效时，闭锁与同期电压相关的重合检定方式（如检同期）。即处理方式同同期PT断线（线路PT断线）。 电压MU和电流MU任一失步，处理同保护PT断线，即闭锁与电压相关的保护（如距离保护），退出方向元件（如零序过流自动退出方向），自动投入PT断线过流。,数据无效对母线保护的影响,母线电压通道数据无效或失步不闭锁差动保护，并开放该段母线电压闭锁，同时闭锁该母线电压对保护有影响的判据（如电压开窗）。双保护数据分别用于保护和启动，支路保护电流无效或失步闭锁差动保护，母联保护电流无效或失步不闭锁差动自动置互联；支路启动电流无效不闭锁差动保护，此时闭锁差动电流相关的启动判据，保留母线电压变化的启动判据。,数据无效对母线保护的影响,支路通道数据无效闭锁相应支路的失灵保护，其他支路的失灵保护不受影响；支路通道数据失步不闭锁失灵保护。 母联支路电流通道数据无效，闭锁母联保护；母联支路电流通道数据失步不闭锁母联保护。,