智能变电站介绍-南瑞

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•IEC61850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CT一次电流CTCTPT一次电压PTPT小CTPTAD转换CPU开关量输入继电器输出操作箱开入量电缆开出量电缆控制和信号电缆二次电流二次电压断路器开关场保护室继电保护模拟量电缆智能变电站电流线圈一次电流电压保护装置操作回路断路器ADCPULED智能终端MU分压器ADCPULED至母差、测控、电能表等...GOOSE合并单元电流线圈ADCPULED分压器ADCPULED电流线圈ADCPULED分压器ADCPULED电子式互感器开关场保护室智能变电站的优势•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（IEC60044-8、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•IEC61850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。比较项目常规互感器电子式互感器绝缘复杂绝缘简单体积及重量大、重体积小、重量轻CT动态范围范围小、有磁饱和范围宽、无磁饱和PT谐振易产生铁磁谐振PT无谐振现象CT二次输出不能开路可以开路输出形式模拟量输出数字量输出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电子式互感器有源式无源式电流互感器电压互感器法拉第电磁感应原理Rogowski线圈低功率线圈电容分压电阻分压电流互感器电压互感器法拉第磁旋光效应赛格耐克效应磁光玻璃型全光纤型普克尔效应型逆压电效应型有源电子式互感器•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Rogowski线圈电容环A/D采样光缆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）电子互感器激光器驱动电路PIN数据处理合并单元保护测控计量LPCT空芯线圈远端模块复合绝缘子光纤光缆电容分压器油IEC60044-8IEC61850-9-1/2保护、测控、计量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保护测控计量光纤电流传感器绝缘子光纤光缆一次导线光纤耦合器光纤偏振器合并单元主控室或保护小室一次场光纤调制器光源驱动信号解调A相B相C相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•IEC60044-8: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•IEC61850-9-1/2: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1.基于GPS秒脉冲同步的同步采样（IEC61850-9-1/2，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IEC61850-9-1/2同步方法(在合并单元中进行)插值点采样值互感器额定延时同步时钟同步时刻1234样本计数插值数据同步的原理2.二次设备通过再采样技术(插值算法)实现同步(IEC60044-8,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SensorTransmitterMergeUnitTransmitterReceivertbDataProcessingtdtctaLPF,A/Dprocessing线圈传变角差低通、数据处理、发送延时传输延时合并单元数据接收、处理、发送延时IEDte采样值传输延时互感器数据额定时延同步时钟插值数据同步的原理IEC60044-8同步方法(在IED设备中进行)TdelayIED处理中断时刻插值点采样值传输规约方案比较比较项目60044-861850-9-1/2传输延时确定不确定同步时钟不需要必须要同步处理IED同步合并单元同步接口无专用接口，需自行设计标准以太网接口传输拓扑点对点点对点/组网IEEE1588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；•与采样值传输共用链路，可靠性高；•需交换机支持。IEEE1588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件，保护被闭锁的时间由保护的算法决定。2）采用电子