智能变电站介绍

智能变电站编制背景一智能电网概念二常规变电站现存主要问题三数字化变电站特点四智能变电站简要介绍五电网是关系到国家经济命脉的基础产业和公用事业。现在电网的发展已经迎来机遇和挑战并存的关键期。电网需要积极应对日益严峻的资源和环境压力，实现大范围的资源优化配置，提高全天候运行能力，满足能源结构的调整的需要，适应电力体制改革。输变电、发电、信息化、数字化等技术进步。编制背景一智能电网概念二常规变电站现存主要问题三数字化变电站特点四智能变电站简要介绍五智能电网的发展目标：建设节能、环保、高效、可靠、稳定的现代化电网。电网的安全、稳定和高效运行对于一个国家的可持续发展都具有重要的意义。智能电网的性能特征：自治和自愈能力防御能力电网兼容性高效运营和管理优质和友好性电力交易的方便性2009年5月，国家电网公司正式提出了“建设坚强电网”概念，并计划在2020年基本建成坚强智能电网，拉开了我国智能电网研究与建设的序幕。智能电网，就是电网的智能化。智能电网是将先进的传感量测技术、信息通信技术、分析决策技术和自动控制技术与能源电力技术以及电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。。智能电网的智能化主要体现在：①可观测——采用先进的传感量测技术，实现对电网的准确感知；②可控制——可对观测对象进行有效控制；③实时分析和决策——实现从数据、信息到智能化决策的提升；④白适应和自愈——实现自动优化调整和故障自我恢复。目前，国家电网已将智能变电站作为推广工作之一。根据国家电网相关规划，智能变电站将成为新建变电站的主流，迎来爆发式增长：第一阶段新建智能变电站46座，在运变电站智能化改造28座；第二阶段新建智能变电站8000座，在运变电站智能化改造50座，特高压交流变电站改造48座；第三阶段新建智能变电站7700座，在运变电站智能化改造44座，特高压交流变电站改造60座。智能化变电站是数字化变电站的升级和发展。在数字化变电站的基础上，结合智能电网的需求，对变电站自动化技术进行充实以实现变电站智能化功能。智能化变电站的设计和建设，必须在智能电网的背景下进行，要满足我国智能电网建设和发展的要求，体现我国智能电网信息化、数字化、自动化、互动化的特征。北川智能变电站西泾智能变电站兰溪变电站延安变电站编制背景一智能电网概念二常规变电站现存主要问题三数字化变电站特点四智能变电站简要介绍五传统变电站数字化变电站数字化变电站工作站1远动站工作站2以太网一体化智能设备光缆ECVT智能开关智能变电站电子互感器ECT电子互感器ECT断路器断路器合并单元1合并单元2ICU1ICU2南自保护PSL-603U四方保护CSC-103B采样激光电源电子互感器EVT电子互感器EVT合并单元2合并单元1采样直流电源采样直流电源采样激光电源GOOSEA网GOOSEB网测控装置BP-2C母线保护电度表X7700母线保护2号变故录公用测控公用测控MU通讯GOOSE通讯电网口电缆同步装置设备之间通过大量的电缆相连，模拟信号的传输存在电磁干扰及附加误差，电磁式互感器存在饱和，铁磁谐振过电压易引起二次设备异常和故障，控制回路两点接地甚至造成设备误动作。二次回路安全性差，电流回路开路、电压回路短路的事故时有发生。缺乏统一的信息模型和通信标准，通信协议无统一的标准，系统集成难度大，不同厂家设备不能互换、互操作，信息不能共享，造成重复投资（大量使用规约转换装置）。传统一次设备体积大、重量大、易饱和、安装运输成本高、占地面积大、维护成本高，监测能力差，设备存在漏油、爆炸等危险。对绝缘要求高，无法精确提供保护、测量需要的大范围量程。电磁式互感器暴露出一系列固有的缺点,绝缘结构越来越复杂，产品重量增加，支撑结构复杂。电磁式电流互感器固有的磁饱和现象，一次电流较大时会使二次输出发生畸变，严重时会影响继电保护设备的运行，造成拒动或误动。历史发展情况：电磁型保护：由电磁型继电器及二次接线构成，回路复杂，功能简单。集成电路保护：由模拟及数字集成电路插件构成，仍为模拟量运算。开始有了简单功能的RTU装置。微机型保护：由CPU插件构成，经A/D转换后进行数字量计算，回路简化，功能有较大提高，且具有较强的自检功能。这个时期有了四遥功能的RTU装置。综合自动化系统：使用微机型保护与微机型测控装置，通过二次接线和通讯电缆融合在一起。保护及测控功能基本完善。目前综自系统技术上局限性：使用大量二次电缆：涉及电流、电压、控制、信号等回路，引起相关的机械可靠性、绝缘性能、抗干扰能力等问题，难以在技术上根本解决。接线复杂：装置的每一项输入、输出均由二次接线完成。维护不方便：新投验收、改造的调试难度大、时间长，每一项功能、每一根接线都要进行传动试验。多数回路在装置自检范围之外，出问题以后才能发现异常情况。3）对专业人员要求高：不同厂家的同一类型装置接口回路有很大差别，不具备互换性，不利于提高设备维护水平和推广标准化设计。4）设备可靠性低：任何一台装置异常退出都要引起相关功能的退出甚至引起一次设备停电。5）二次设备结构复杂，没有实现模块化，二次电缆施工和调试工作繁琐，使用大量电缆，投资大、信号干扰大和精度差。通信接口方式多样化RS-232/422/485接口、各种现场总线、以太网等等通信规约多样101规约、103规约、MODBUS规约、以及各个厂家自行定义的通信规约变电站内通信层次多，系统集成时需要大量的规约转换设备编制背景一智能电网概念二常规变电站现存主要问题三数字化变电站特点四智能变电站简要介绍五数字化变电站就是将信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化的变电站。全站采用统一的通讯规约IEC61850构建通信网络，各个系统实现信息共享。数字化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。数字化变电站按照网络架构可以分为站控层、间隔层、过程层三层设备。三层设备由两个网络连接。数字化变电站与传统变电站相比，在技术先进性、安全可靠、占地少、成本低、少维护、环境友好等方面具有无可比拟的优势。数字化变电站是建设智能电网的物理基础和要求。基于IEC61850标准的变电站网络通信是最大的共同点。与传统变电站相比，数字化变电站具有以下特点：数据交换标准化：全站采用统一的通信规约IEC61850标准实现信息交互；二次设备网络化：新增合并单元、智能终端、过程层交换机等，采用网络跳闸。光纤取代常规变电站控制电缆。一次设备智能化：新增电子互感器、合并单元、智能终端等过程层设备。与数字化变电站相比，智能变电站具有以下特点：“数字化”只是智能变电站的实现手段，智能变电站面向智能电网需求，更强调高级功能、集成应用和互动性。与数字化站相比，强化了智能设备、状态监测、变电站自动化系统高级功能等方面的功能应用。数字化变电站的特点主要是：采用电子式互感器代替常规互感器。智能控制单元取代开关传统数字量采集和控制二次回路采用光纤取代了传统的电缆。二次回路为数字信号。IEC61850的应用。IEC61850标准的数字化变电站结构•IF1：间隔层和站层之间保护数据交换；•IF2：间隔层与远方保护（不在本标准范围）之间保护数据交换；•IF3：间隔层内数据交换；•IF4：过程层和间隔层之间电压互感器和电流互感器瞬时数据交换（尤其是采样）；•IF5：过程层和间隔层之间控制数据交换；•IF6：间隔和站层之间控制数据交换；•IF7：站层与远方工程师办公地数据交换；•IF8：间隔之间直接数据交换，尤其是用于连锁这样快速功能；•IF9：站层内数据交换；•IF10：变电站（装置）和远方控制中心之间控制数据交换（不在本部分范围）。1.应用电子式互感器解决传统互感器固有问题，电子互感器无饱和、降低了绝缘要求，维护简单，无渗漏油情况，不会产生附加误差，提升了保护系统、测量系统和计量系统的系统精度。2.通信网络取代复杂的控制电缆，二次光纤网络安全简单、抗干扰强、减少了有色金属、实现了数据共享3.网络化的二次设备结构简单、尺寸精简、实现了模块化、设计/施工/调试/运行维护简单。4.标准的通信平台（IEC61850）让二次设备具备标准的通信接口和通信协议，变电站系统集成简单快捷，避免设备重复，便于新增功能和扩展规模。5.互感器高低压部分光电隔离，使得电流互感器二次开路、电压互感器二次短路可能危及人身或设备等问题不复存在，大大提高了安全性6.数字信号可以用光纤传输，从根本上解决抗干扰问题，二次回路接线简化，而且二次回路安全性高,避免电缆带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地等问题。7．基于网络的统一的信息平台，设备间可以实现互操作，解决设备间的互操作问题,减少了投资，设备间可实现无缝连接。8.一次设备、二次设备和通信网络都可具备完善的自检功能，可根据设备的健康状况实现状态检修。安全可靠绝缘性能提高；无CT二次开路、PT二次短路；以绝缘脂替代油和SF6，环保安全；无磁饱和、频率响应范围宽、暂态特性好，不受环境因素影响；数字信号通过光纤传输，增强了抗EMI性能，数据可靠性大大提高。经济高效体积和重量远小于常规互感器，易与其他一次设备集成，节省投资；应用光缆使电缆沟、电缆层大为简化，电缆用量减少，节省占地；固体绝缘，无需检压检漏，运行过程中免维护。清洁环保绝缘脂无泄露无污染；光缆替代电缆节约大量铜材透明开放具有自检功能；即插即用；调试工具人机互动。优点：光源探测器耦合器偏振器相位调制器光纤汇流排反射镜信号处理电路两偏振光传播方向（红、绿箭头）罗氏线圈型电流互感器磁光玻璃型电流互感器全光纤型电流互感器电容分压型电压互感器电流电压组合型电压互感器传统电流互感器电子式电流互感器传统电压互感器电子式电压互感器电子式互感器电流互感器ECT电流互感器OCT电压互感器EVT电压互感器OVT法拉第电磁感应原理罗氏线圈低功率线圈LPCT法拉第电磁感应原理磁光玻璃型赛格耐克效应全光纤型电容分压型电阻、电感分压型普客尔效应型逆压电效应型有源电子式互感器：-互感器头部装有电源供电的电子电路-利用空心线圈及电容、电感分压测量信号-利用光纤对采集单元供电-利用光纤传输数字信号积分A/D光纤接口罗氏线圈合并单元光缆采集器保护测控计量A/D光纤接口合并单元光缆采集器保护测控计量电阻、电容或电感分压无源电子互感器：-利用光学原理，互感器顶部不含电子电路，不受集成电路寿命影响-Faraday磁光效应-Pockels电光效应-利用光纤传输模拟信号无源电子式互感器有源电子式互感器常规互感器CT动态范围范围宽、无磁饱和范围宽、无磁饱和范围小、有磁饱和输出形式数字信号输出数字信号输出电信号输出可靠性高低高CT二次输出不存在开路问题不存在开路问题不能开路可维护性高低高寿命长短长直流供电无需要无罗氏线圈电流互感器；低功率线圈：LPCT(含铁芯）是传统电磁式电流互感器的一种发展，LPCT按照高阻抗进行设计，使传统电流互感器在很高的一次电流下出现饱和的基本特性得到了改善，扩大了测量范围。LPCT一般在5%-120%额定电流下线性度较好，适用于测量。空心线圈；RC罗氏线圈以非磁性材料做骨架，没有铁芯，动态范围较好，高压侧与低压侧之间光纤连接，具有较好的绝缘性能。罗氏线圈在额定电流至二三十倍额定电流范围线性度较好，但在5%-20%额定电流范围误差大。一般用于继电保护通道较适合。电子式互感器与数字化保护装置、智能化一次设备等的数据连接主要依靠合并单元（MU）完成，合并单元同步采集多路互感器的电压、电流信息并转换成数字信号，经处理发送给二次保护、控制设备。电子式CT0.2级电子式VT0.2级光缆数字传输无误差测量系统误差0.4全数字系统无误差CT0.2级VT0.2级线缆误差0.1A/D转换传统电能表0.2级测量系统误差0.7智能控制单元正面光纤保护/测控设备主控室智能操作箱/智能控制单元传统开关电缆数字量传统接线方式数字化接线方式二次光纤二次电缆传统开关+职