智能变电站介绍

智能变电站介绍主要内容智能化变电站概述及特点电子式互感器介绍智能单元介绍IEC61850介绍智能化变电站工程应用介绍智能化变电站概述及特点1、机电式2、晶体管式3、集成电路4、微机型??微机式将原来由电路实现的保护用计算机程序语言代替；将处理的过程数字化了，但信息采集、传输、输出过程没有实现数字化。智能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。将会影响电力系统的开发、设计、调试、运行，给生产带来了新的问题和挑战。技术发展的趋势：智能化变电站概述及特点典型结构：包括四层设备和三个网络保护1测控1录波计量PRINTHELPALPHASHIFTENTERRUNDGERFIAJBKCL7M8N9ODGDGDGDGT3U0V.WXYZTAB%UTILIZATIONHUB/MAUNIC2BNC4Mb/s合并单元合并单元智能操作箱智能操作箱电子式互感器电子式互感器开关设备开关设备监控系统工程师工作站故障信息系统站控层网络SAV采样值网络GOOSE跳闸网络一次设备过程层设备过程层网络间隔层设备站控层MMS网络站控层设备保护2测控2IEC61850{智能化变电站不完全等同于IEC61850智能化变电站介绍六大特征：一次设备智能化、互感器数字化、二次设备网络化、传输介质光纤化、通信标准统一化、信息应用集成化；①硬件上:由智能化一次设备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化、数字化的二次设备组成；②软件上:以IEC61850标准作为通信协议，实现设备间充分的信息共享和互操作；数字化变电站是未来变电站自动化技术发展的趋势，是建设智能电网的重要组成部分。数字化变电站一次设备智能化互感器数字化二次设备网络化硬件软件通信标准统一化IEC61850信息应用集成化传输介质光纤化二次设备站控层设备CT/PT二次回路跳闸二次回路站控层网络模拟量采集开关量输入输出模拟采样网络化、数字化开关量跳闸网络化、数字化站控层IEC61850（1）站控层网络是否采用了IEC61850协议；（2）开关量跳闸二次回路是否实现了网络化、数字化；（3）模拟量采集二次回路是否实现了网络化、数字化；数字化的三个主要特征数字化变电站模拟量采集二次回路是否实现了网络化、数字化IEC61850（DL/T860）变电站通信网络和系统标准开关量跳闸二次回路是否实现了网络化、数字化站控层网络是否采用了IEC61850协议智能单元（未下放）+开关智能单元（下放）+开关智能开关有源式互感器无源式互感器合并单元+传统互感器合并单元是否下放三网是否共享物理链路智能化变电站标准体系目前未完善，国内各电网公司智能化变电站的建设方案多种多样，智能化的深度和广度也各不相同，可从三个网络的数字化程度来判断：智能化变电站与传统变电站比较概述及特点节省投资、二次接线简单、可靠性高、便于设备维护升级、便于变电站规模的扩建和功能的扩充概述及特点变电站信息传输和处理的数字化统一的信息模型：数据模型、功能模型统一的通信协议：信息无缝交换高质量信息：可靠性、完整性、实时性各种设备和功能共享统一的信息平台智能化变电站优点•开放的通信协议、统一的数据模型，信息的集成化应用，为电网开展高级应用提供了便捷条件，如为定期检修过渡到状态检修提供一个更好的信息平台；•网络化、数字化的一、二次设备，节约了大量二次电缆，设计、施工效率较高，减少了变电站的投资；克服了传统互感器绝缘结构复杂、测量范围小、存在饱和等缺陷；•开放式的通信规约使程序化操作实现更加方便，减少了误操作情况的发生；•满足电网“高效”和“兼容性”的要求，为今后智能电网的发展打下坚实的物质基础；智能化变电站技术构成电子式互感器智能开关设备网络化二次设备IEC61850标准应用以太网通信网络主要构成：电子式互感器传统电磁式互感器暴露固有的缺陷：１、绝缘、重量支撑结构复杂，产品造价随电压等级呈指数上升高；２、电磁式电流互感器存在固有的磁饱和现象，严重时造成保护的拒动或误动；３、动态测量范围小，频带窄，高频响应特性差；４、电压互感器器存在二次短路的危险，电流互感器存在二次开路的危险；５、存在易燃、易爆等危险。传统电流互感器的缺点1I1L'2r'2L'LR'LLeI'2IeI1r差动保护不平衡电流的波形t(s)t(s)i1,i2(A)?电子式互感器的优缺点优点1、高低压系统完全隔离，安全性高，具有优良的绝缘性能和优越的性价比；2、不含铁芯，消除了磁饱和和铁磁谐振等问题；3、无CT开路、PT短路的危险，互感器的精度与负载无关4、动态范围大，测量精度高；5、暂态特性好6、没有因充油而潜在的易燃、易爆炸等危险7、体积小、重量轻8、适应了电力系统数字化、智能化和网络化发展的需要缺点目前可靠性不如常规互感器电子式互感器标准国际标准IEC60044-7、IEC60044-8国家标准GB/T20840.7、GB/T20840.8电子式互感器分类有源型电流互感器电压互感器罗氏线圈LPCT电容分压电阻分压组合式分压无源型电流互感器法拉第磁光效应电压互感器磁光玻璃纯光纤普克尔电光效应克尔效应逆压磁效应按一次部分是否需要供电来分：法拉第(MichaelFaraday)1791年－1867年Faraday电磁感应原理Faraday磁旋光效应铁心线圈空心线圈光学电流互感器(OCT）低功率铁心线圈电流互感器（LPCT）罗可夫斯基线圈电流互感器（RCT）玻璃、光纤或镀模玻璃电子式电流互感器分类Rogowski电子式互感器•电流测量：采用罗氏（Rogowski）空芯线圈和低功率线圈（LPCT）电磁感应原理远端模块由电子电路构成，需要供电，因此称为有源式电子互感器，有源式电子互感器技术较为成熟，在国内外已有一定的应用。dtdiMte)(信号预处理A/DLEDPIN光纤罗氏线圈ECT结构图罗氏线圈载流导体远端模块特点：•空心线圈，不会产生磁饱和现象；•动态测量范围大；•频率响应范围宽；•体积小、重量轻。有源式电流互感器激光器驱动电路PIN数据处理LPCT罗氏线圈远端模块复合绝缘子光纤光纤合并单元二次设备测量线圈和保护线圈分开，共用一套转换模块。测量采用LPCT线圈、保护采用双套罗氏线圈电子式互感器结构一次电流（电压）传感器一次转换器传输系统配合合并单元二次转换器合并单元A相电子式电流（电压）互感器Ｐ１Ｐ２Ｂ相电子式电流（电压）互感器Ｃ相电子式电流（电压）互感器二次设备一次侧电源模拟输出二次转换器S１S2高压侧（远端模块）低压侧基本构成：高压侧数据转换模块（远端模块）和低压侧合并单元有源式电压互感器A/DLEDPIN光纤电容分压式EVT结构图信号预处理高压母线电容分压器远端模块原理简单，对分压器（电容）精度要求高，可采用级联方式，注意对地杂散电容的影响。有源式电子式互感器技术难点1、一次电流及电压传感器，特别是电压分压器的稳定性；2、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）；3、对独立结构的有源式电子式互感器远端模块供电技术。LED光电池稳压信号处理电压监视LED驱动PIN信号处理远端模块合并单元激光供能原理图无源式电子式互感器无源式电子式互感器的一次传感器利用光学原理，由纯光学器件构成，不需要远端电子线路模块，因此无需专门的供电电路，有着有源式无法比拟的优点。但其制造工艺复杂，制造技术要求高。无源式电流互感器主要是基于法拉第磁光效应，按材料不同可分为磁光玻璃型和纯光纤型；电压互感器有基于普克尔电光效应的互感器。无源式电压互感器技术还不成熟，而且应用需求并没有电流互感器高，因此目前还没有成功应用。法拉第磁光效应电流互感器法拉第磁光效应磁光效应原理普通光起偏器偏振光Faraday材料磁场B检偏器Faraday旋光角磁光玻璃型磁光效应互感器结构纯光纤型•敏感元件和传输元件都是光纤。•输入输出光路为统一路径，提高了抗干扰能力，安全可靠性高。•也采用独特的闭环控制技术，动态范围大和精度高。电子式电压互感器目前暂无成熟的产品无源式电子式互感器技术难点1、光学传感材料的选择2、温度对传感器精度的影响3、应力对传感器精度的影响4、传感头的封装技术5、长期稳定性问题6、微弱信号检测电子式互感器合并单元概念：合并单元是对远端模块传来的三相电气量进行合并和同步处理，并将处理后的数字信号按特定的格式提供给二次设备使用的装置。b相电流传感器输出二次变换（保护）c相电流传感器输出二次变换（保护）c相电流传感器输出二次变换（测量）a相电流传感器输出二次变换（保护）a相电流传感器输出二次变换（测量）b相电流传感器输出二次变换（测量）中性点电压输出二次变换母线电压传感器输出二次变换a相电压传感器输出二次变换（测量）a相电压传感器输出二次变换（测量）中性点电流输出二次变换a相电压传感器输出二次变换（测量）合并单元（mergingunit）数字输出电源时钟IEC60044-8标准：点对点的FT3格式、光纤串行传输•传输延时确定•可以采用再采样技术实现同步采样•硬件和软件实现简单•适合保护要求•不适用于网络传输IEC61850-9-1标准：点对点的光纤网络传输•传输延时相对固定•可以采用再采样技术实现同步采样•硬件和软件实现简单•适合保护要求•数据格式不灵活•不适用于组网传输IEC61850-9-2标准：光纤组网传输•传输延时不确定（400us-3ms）•数据格式灵活，适用于组网传输•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、电能仪表一类电子式互感器关键技术二次接口：•互感器的安装位置、合并单元的配置方案•采样数据的同步－三相电流电压之间、差动保护•计量系统互感器的可靠性、稳定性•通信、供电、远端模块运行维护电子式互感器发展应用情况研制工作始于二十世纪八十年代初：主要研制单位：ABB、ALSTHOM、MITSUBISHI、SIEMENS等，目前已研制出各种电压等级的电子式互感器并投入现场运行，NxtPhase公司五年前年研制出全光纤无源电子式电流互感器，其计量精度满足0.2级要求。基于空芯线圈、低功耗铁芯CT及激光供电等技术的有源电子式互感器是目前各公司推广应用的重点，已有不少工程使用有源电子式互感器。现在，ABB及SIEMENS在高压直流输电工程使用的互感器多数均为有源电子式互感器，其电流互感器使用分流器、空芯线圈和激光供电等技术，电压互感器采用电阻分压及电容分压等技术。近年来ABB、MITSUBISHI和SIEMENS等国外大公司开始在我国推广应用其电子式互感器。他们在我国推广应用的电子式互感器主要包括高压直流输电(HVDC)、气体绝缘开关(GIS)和中低压开关柜等用的有源电子式互感器。国内情况：我国二十世纪九十年代初开始电子式互感器的研究。主要研制单位有清华大学、华中科技大学、中国电力科学研究院、新宁光电、南瑞继保等。有源式电子式互感器技术已经逐渐成熟，目前正在研制无源电子式互感器，并已开始小范围的应用。电子式互感器发展应用情况电子式互感器发展应用情况合并单元线路保护数据输入数据输出电子式互感器发展应用情况电子式互感器的同步采样问题•同一间隔三相电压、电流之间需考虑同步采样•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问题•线路纵差保护线路两端数据采样也存在同步问题同步采样问题的解决方法•（1）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•（2）二次设备通过再采样技术(插值算法)对就地采集单元额定延时进行补偿–采样率要求高–硬件软件要求高，实现难度较大–但不依赖于GPS和秒脉冲传输系统对时方式保护装置测控装置SNTP计算机计算机站控层网络IRIG-B智能操作箱IRIG-B第一套合并单元PPS时钟源装置天线智能开关设备配有电子设备、数字通讯接口、传感器和执行