智能变电站

1电力系统最优化研究所广西大学：祝云电话：[phone]邮箱：[e-mail]变电站自动化新技术一、前言二、与传统变电站的比较三、基本构成四、关键技术和设备五、现阶段三种模式六、存在的问题七、下一步工作建议第5章智能变电站一、前言国家电网公司提出建设“统一坚强的智能电网”，作为智能电网的重要组成部分和关键节点，智能变电站的设计和建设应当充分体现“信息化、自动化和互动化”的特点和需求。目前智能变电站还没有统一定义。一般认为，智能变电站是以数字化变电站为依托，通过采用先进的传感器、电子、信息、通信、控制、智能分析软件等技术，建立全站所有信息采集、传输、分析、处理的数字化统一应用平台，实现变电站的自动运行控制、设备状态检修、运行状态自适应、分布协同控制、智能分析决策等高级应用功能，提高管理和运行维护水平。一、前言为进一步掌握近年来智能变电站关键技术和设备工程应用情况，跟踪智能变电站最新技术发展动态，为下一步设计建设创造条件，2009年6月对浙江兰溪500kV变电站、四川绵阳东220kV变电站、江西泰和220kV变电站等3座变电站试点成果和经验进行了分析和总结。对华北、天津、江苏、河南公司，以及国网电科院、许继、南自、新宁、南瑞航天等科研制造单位进行了实地专题调研。目录一、前言二、与传统变电站的比较三、基本构成四、关键技术和设备五、现阶段三种模式六、存在的问题七、下一步工作建议如何判断和理解智能变电站及发展？与变电站自动化发展的基本规律和发展需求相关IEC61850(DL/T860)标准实现“一个世界，一种技术，一种标准”为理念的新的信息交换标准的推广。在国内，现有信息交换技术在变电站自动化领域的种种弊端严重限制了生产管理新技术的提高，因此，采用IEC61850实现信息交换标准化成为国内众多电力自动化专家的一致共识。光电子传感技术、计算机数据处理技术、光通信技术、光学材料技术的发展使得电力系统电压、电流测量采用电子式互感器成为可能在数字化变电站的基础上，智能变电站可以去实现一些更加高级的需要和应用。二、与传统变电站的比较二、与传统变电站的比较工作站1远动站工作站2工作站1远动站工作站2以太网IEC61850-8-1电子式互感器智能一次设备传统互感器传统一次设备RS485、以太网IEC-60870-5-104/103电缆光缆装置nECVTCT/PT装置1装置n装置1合并单元智能接口站控层间隔层过程层网关网关网关传统变电站智能变电站新增或变化设备ECVT合并单元智能接口单元交换机同步对时系统网络传输方案二、与传统变电站的比较主要特征一次设备智能化：采用数字输出的电子式互感器、智能开关（或配智能单元的传统开关）等智能一次设备。一次设备和二次设备间用光纤传输数字编码信息的方式交换采样值、状态量、控制命令等信息。二、与传统变电站的比较二次设备网络化：二次设备间用通信网络交换模拟量、开关量和控制命令等信息，取消常规自动化系统一次设备和二次设备之间的控制电缆，采用光纤网络直接通信。数据交换标准化设备检修状态化管理运维自动化：包括自动故障分析系统、设备健康状态监测系统和程序化控制系统等自动化系统，提升自动化水平，减少运行维护的难度和工作量。二、与传统变电站的比较近、中、远景特征：近期数字化变电站的建设主要是基于IEC61850的二次设备发展。一次智能设备明显滞后于二次智能设备的发展，一次设备的数字化仅依靠二次设备厂家的附加设备将一次设备数字化后接入数字化变电站二次采集系统，而基于IEC61850的二次设备取得全面提升。此阶段电子式互感器的应用还处于试用和起步阶段。而数字化变电站的建设和管理正处于积累经验的阶段，开始对基于现阶段技术水平的智能化变电站提出一些运行、管理上的规范。二、与传统变电站的比较近、中、远景特征：中期数字化变电站的电子式互感器的发展已经较成熟，开始全面应用于数字化变电站，由此带动二次智能设备装置性能提升、功能分布更加合理。有革命性变革的智能一次设备开始逐渐应用于变电站中，但技术和应用程度都有待进一步提高。基于IEC61850的二次系统更加完善，互操作、网络技术等发展已经趋于成熟和稳定。整个智能变电站管理体系已经逐渐成熟。二、与传统变电站的比较近、中、远景特征：远景智能一次设备已经基本发展成熟，在智能变电站中全面应用，完全意义上的数字化变电站开始出现，基本掌握与之相适应的数字化变电站技术、管理系统。二、与传统变电站的比较与传统变电站相比，它有很多优势，提高了变电站的安全可靠性，降低了寿命周期内工程总体投资。另一方面：互操作问题传统电磁式互感器带来的问题二次回路复杂的问题控制电缆引起的电磁干扰问题一次设备智能化、状态检修问题继电保护状态检修问题等目录一、前言二、与传统变电站的比较三、基本构成四、关键技术和设备五、现阶段三种模式六、存在的问题七、下一步工作建议三、基本构成智能变电站的基本构成三、基本构成•变电站层:主要包括变电站监控系统、远动系统、继电保护故障信息系统等，其作用是完成对本站内间隔层设备及一次设备的控制，并完成与远方控制中心、工程师站及人机界面的通信功能。•间隔层:主要包括变电站的保护、测控、计量等二次设备，主要任务是利用本间隔的数据完成对本间隔设备的监测和保护判断。三、基本构成•过程层:过程层是一次设备与二次设备的结合面，主要由电子式互感器、合并单元、智能单元等自动化设备构成，主要完成与一次设备相关的功能，如开关量、模拟量的采集以及控制命令的执行等。智能变电站里最为重要的是过程层网络的出现，没有过程层网络就不可能实现智能变电站的高级应用。过程层FFTT33IIEECC6611885500--99--22合合并并单单元元交交换换机机EICC6611885500--99--1GOOSE智能单元工作站1远动站工作站2站控层以太网IEC61850-8-1间隔层过程层保护/测控装置ECVT断路器智能变电站组成新增加的设备替换设备三、基本构成三、基本构成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。目录一、前言二、与传统变电站的比较三、基本构成四、关键技术和设备五、现阶段三种模式六、存在的问题七、下一步工作建议四、关键技术和设备电子式互感器的分类电压互感器EVT电流互感器ECT低功率线圈LPCT电容分压型电阻/感分压型电压互感器OVT电流互感器OCT磁光玻璃型全光纤型普克尔效应型逆压电效应型法拉第磁旋.光效应赛格耐克效应法拉第电磁感应原理电子式互感器罗氏线圈罗氏线圈电流互感器低功率线圈：LPCT(含铁芯)是传统电磁式CT的一种发展。LPCT按照高阻抗进行设计。使传统CT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，没有铁心、动态范围较好、高压侧与低压侧之间光纤连接，具有良好的绝缘性能。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。四、关键技术和设备罗氏线圈电流互感器四、关键技术和设备四、关键技术和设备•国电南自、新宁、南瑞继保、许继电气、深圳南瑞、中德等均有相关产品。•应用工程：220kV安徽铜陵变、220kV内蒙古杜尔伯特变、青岛午山变、山西新县、晋城变、河南陈庄变、南昌董家窑变、唐山郭家屯变、陈甫变等。光学电流互感器一次传感器为纯光模块与绝缘材料浇铸线性度好,真实反映网上波形良好的暂态性能交直流均可测量法拉第磁旋光原理：线性偏振光通过置放在磁场中的法拉第材料后，偏振光的振动角度将发生正比磁场平行分量的偏转。OCT通过感知磁场而感知电流，与电流的变化无关。赛格耐克效应：一个光路中两个对向传播光的光程差与磁场旋转速度相关，且只与光路轨道的几何参数有关，与轨道形状、旋转中心位置及折射率无关。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）四、关键技术和设备光学电流互感器(洛阳新安县110KV变电站挂网运行)四、关键技术和设备四、关键技术和设备据调研，目前从事光学电子式电流互感器研究，并已有产品问世的厂家有：许继、AREVA、西安同维、南瑞继保、南瑞航天。目前各厂家产品主要是户外光学电流互感器。户外电压互感器及GIS用光学型电流电压互感器都在研发中，目前没有成熟产品问世。目前主要的应用工程有：华东电网富春江电厂(许继)、河南110kV江庄变(同维)、广东110kV沙坪变(同维)，另有若干个间隔挂网运行。中低压部分大多采用小信号方式四、关键技术和设备中低压部分多采用低功率线圈LPCT保护装置高压开关柜低功率线圈电子式互感器保护电流：200mv测量电流：4V电压：4/√3V表4-1有源式与无源式电流互感器比较结论电流互感器线圈式磁光玻璃型全光纤型传感原理法拉第电磁感应原理法拉第磁光效应赛格耐克效应高压侧测量元件罗氏线圈及低功率线圈磁光玻璃光纤环性能对比高压侧是否需要供能需要不需要不需要高压侧是否需要屏蔽需要金属屏蔽不需要不需要敏感头安装适应性弱弱强光路结构简单较复杂较简单光波长影响无大大线形双折射（震动及应力双折射影响）无大小直流量与非周期量不可测量可测量可测量满足测量精度下的测量动态范围小较大大线性度一般较好电磁干扰易受干扰不易受干扰不易受干扰温度影响小大大电流互感器比较四、关键技术和设备智能单元FFTT33IIEECC6611885500--99--22合合并并单单元元交交换换机机EICC6611885500--99--1GOOSE智能单元工作站1远动站工作站2站控层以太网IEC61850-8-1间隔层过程层保护/测控装置ECVT断路器新增加的设备四、关键技术和设备智能单元四、关键技术和设备智能单元柜交换机FFTT33IIEECC6611885500--99--22合合并并单单元元交交换换机机EICC6611885500--99--1GOOSE智能单元工作站1远动站工作站2站控层以太网IEC61850-8-1间隔层过程层保护/测控装置ECVT断路器新增加的设备四、关键技术和设备FT3合并器FT3测控线路保护母线保护电表备自投-9-1-9-1-9-1-9-1-9-1FT3合并器FT3测控线路保护母线保护电表备自投-9-2-9-1组网方式-9-2组网方式9-1(点对点)/9-2组网对比9-2体现了智能变电站的信息共享的思想，代表未来的发展方向。模拟量传输方式四、关键技术和设备目录一、前言二、与传统变电站的比较三、基本构成四、关键技术和设备五、现阶段三种模式六、存在的问题七、下一步工作建议五、现阶段智能变电站的三种模式模式1：基于站控层IEC61850五、现阶段智能变电站的三种模式•该系统与传统的变电站自动化系统基本类似。间隔层智能电子设备IED（保护及自动化装置）仍然可被安装在间隔层设备上或集中组屏。•这种模式的推广是为了解决传统变电站中智能设备的互联互通及信息互操作问题。由于变电站的智能设备的通信及功能被约束在IEC61850标准范围内，因此，整个系统中的每一个节点的信息传输被标准化，从而使得整个系统的可维护、可扩充性能大为提高。模式2：基于传统互感器及过程层信息交换五、现阶段智能变电站的三种模式五、现阶段智能变电站的三种模式•这种模式不仅在站控层信息交换采用了IEC61850，而且增加了过程层网络进行过程层信息交换。对于每一个间隔，配置了过程层设备合并单元、智能操作箱，将常规一次设备的信息及操作数字化，与之相关的间隔层智能电子设备IED（保护及自动化装置）则通过光纤以太网与对应间隔的合并单元、智能操作箱相连接。•IED与合并单元、智能操作箱之间既可以点对点的方式互联，也可以如图所示以网络总线方式相连。•原来一次设备与IED之间的传统的大量铜芯电缆被少量的通信光缆代替了。同时由于建立了过程层网络，过程层的高速采样数据