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智能变电站智能变电站智能变电站智能变电站智能电网是当今世界电力系统发展变革的最新动向,并被认为是21世纪电力系统的重大科技创新和发展趋势。变电站是电力网络的节点,它连接线路,输送电能,担负着变换电压等级、汇集电流、分配电能、控制电能流向、调整电压等功能。变电站的智能化运行是实现智能电网的基础环节之一。随着智能电网建设的开展,以数字化变电站技术为基础,以设备智能化、信息标准化、协同互动化为特征的新型智能变电站模式应运而生。智能变电站是变电站整体技术的跨越和未来变电站发展的方向。第一节第一节第一节第一节智能变电站的概念与特征智能变电站的概念与特征智能变电站的概念与特征智能变电站的概念与特征一、智能变电站的概念根据《智能变电站技术导则》的定义,智能变电站是采用先进、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。二、智能变电站的特征与常规变电站相比,智能变电站设备具有信息数字化、功能集成化、结构紧凑化、状态可视化等主要技术特征,符合易扩展、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求。智能变电站能够完成比常规变电站范围更宽、层次更深、结构更复杂的信息采集和信息处理,变电站内、站与调度、站与站之间、站与大用户和分布式能源的互动能力更强,信息的交换和融合更方便快捷,控制手段更灵活可靠。智能变电站的主要特征如下:首先,智能变电站具有高度的可靠性。高度的可靠性是智能变电站应用于智能电网的最基本、最重要的要求。高度的可靠性不仅意味着站内设备和变电站本身具有高可靠性,而且要求变电站具有自诊断和自治功能,能够对设备故障提早预防、预警,并在故障发生的第一时间内对其作出快速反应,将设备故障带来的供电损失降低到最小程度。其次,智能变电站具有很强的交互性。智能变电站必须向智能电网提供可靠、充分、准确、实时、安全的信息。为了满足智能电网运行、控制的要求,智能变电站所采集的各种信息不仅要求能够实现站内共享,而且要求实现与电网内其他高级应用系统相关对象之间的互动,为各级电网的安全稳定经济运行提供基本信息保障。第三,智能变电站具有高集成度的特点。智能变电站将现代通信技术、现代网络技术、计算机技术、传感测量技术、控制技术、电力电子技术等诸多先进技术和原有的变电站技术进行高度的融合,简化了变电站的数据采集模式,形成了统一的电网信息支撑平台,从而为实现电网的实时控制、智能调节、在线分析决策等各类高级应用提供了信息支持。第四,智能变电站还应具有低碳、环保的特店。智能变电站内部使用光纤代替了传统的电缆接线;集成度高且功耗低的电子元件广泛应用于变电站内各种电子设备;采用电子式互感器代替粗重的传统充油式互感器。这些不但节省了资源消耗,而且减少了变电站内部的电磁污染、噪声、辐射和电磁干扰,净化了变电站内部的电磁环境,优化了变电站的性能,使智能变电站更加符合环境保护的要求。第二节第二节第二节第二节智能变电站体系结构智能变电站体系结构智能变电站体系结构智能变电站体系结构DL/T860《变电站通信网络和系统》是针对变电站系统和网络的电力行业标准,等同采用国际电工委员会(IEC)发布的IEC61850CommunicationNetworksandSystemsinSubstation。根据DL/T860,智能变电站系统结构从逻辑上可以划分三层:站控层(变电站层)、间隔层、过程层,如图1所示。IF1:间隔层和变电站层之间交换保护数据IF2:间隔层和远方保护之间交换保护数据IF3:间隔层内交换数据IF4:间隔层和过程层之间交换采样数据IF5:间隔层和过程层之间交换控制数据IF6:间隔层和变电站层之间交换控制数据IF7:变电站层和远方工程师之间交换数据IF8:间隔层之间直接快速交换数据,特别是快速功能(如联锁)IF9:变电站层之间交换数据IF10:变电站层和远方控制中心之间交换数据图1DL/T860变电站架构及逻辑接口图站控层包含自动化系统、站域控制、通信系统、对时系统等子系统,实现面向全站或一个以上一次设备的测量和控制的功能,完成数据采集和监视控制(SCADA)、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理等相关功能。间隔层设备一般指继电保护装置、测控装置、监测功能组的主智能电子装置(IntelligentElectronicDevice,IED)等二次设备,实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能,即与各种远方输入/输出、智能传感器和控制器通信。过程层包含由一次设备和智能组件构成的智能设备、合并单元和智能终端,完成变电站电能分配、变换、传输及其测量、控制、保护、计量、状态监测等相关功能。智能变电站和常规变电站的典型结构分别如图2和图3所示。从结构上看,智能变电站与传统变电站相比,主要是对过程层和间隔层设备进行了升级,将一次系统给出的模拟量和开关量就地数字化,并建立与之相适应的通信网络,用光纤代替现有的电缆连接,实现过程层设备与间隔层设备之间的通信。间隔层保护、测控等二次设备无需接收TA、TV输出的交流模拟信号和开关接点信号,只需接收SV和GOOSE网络输出的数字信号。保护、测控等二次设备对外联系也可用数字信号,由GOOSE网络将信息送达目的地或直接送达目的地。同时,智能变电站通过全景广域实时信息统一同步采集,实现变电站自协调区域控制保护,支撑各级电网的安全稳定运行和各类高级应用。智能变电站是变电站整体技术的跨越和未来变电站发展的方向。图2智能变电站典型结构图图3常规变电站典型结构图第三节第三节第三节第三节高压设备高压设备高压设备高压设备智能智能智能智能化化化化高压设备智能化体现了智能变电站的重要特征,是智能变电站的重要组成部分。一、智能高压设备智能高压设备是一次设备和智能组件的有机结合体,具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化特征的高压设备,是高压设备智能化的简称。智能控制和状态可观测是高压设备智能化的基本要求,其中运行状态的测量和健康状态的监测是基础。智能高压设备的实现宜采用“一次设备本体+传感器或/和控制器+智能组件”的形式。智能组件由若干智能电子装置集合组成,承担宿主设备的测量、控制和监测等基本功能;在满足相关标准要求时,智能组件还可承担相关计量、保护等功能。可包括测量、控制、状态监测、计量、保护等全部或部分装置。智能组件是一个灵活的概念,可以由一个组件完成所有功能,也可以分散独立完成,可以外置于主设备本体之外,也可以内嵌于主设备本体之内。现阶段一次设备智能组件一般包括:智能终端、合并单元、状态监测IED等:1)智能终端,与一次设备采用电缆连接,与保护、测控等二次设备采用光纤连接,实现对一次设备(如:断路器、刀闸、主变压器等)的测量、控制等功能。2)合并单元,用以对来自二次转换器的电流和/或电压数据进行时间相关组合的物理单元。合并单元可以是互感器的一个组成,也可以是一个分立单元。3)状态监测IED,通常安装在被监测设备上或附近,接收被监测设备传感器发送数据,实现数据采集、加工、分析、转换,输出数据采用DL/T860标准。智能组件的通信包括过程层网络通信和站控层网络通信,遵循DL/T860通信协议。智能主件内所有IED都应接入过程层网络,同时与站控层网络有信息交互需要的IED,还要入站控层网络,如监测主IED、测控装置(如集成)等。二、智能高压开关设备智能高压开关设备是一种高性能的开关设备和控制设备,配装有传感器及智能电子装置,不仅具有开关设备的基本功能,还集成高压设备的测量、控制、计量、监测、保护等全部或部分功能。它在结构上可以分为开关设备本体、传感器或/和控制器、智能组件三部分。对于敞开式开关设备,一个智能组件隶属于一个断路器间隔,包括断路器及与其相关的隔离开关、接地开关、快速接地开关等。对于高压组合电器设备,还可包括相关的电流和电压互感器。隔离开关、接地开关、快速接地开关的控制可有以下两种形式:1)有就地独立控制器,通过网络连接至智能组件的开关设备控制器,接收开关设备控制器的分、合指令并向开关设备控制器传输相关测量和监测信息(如有),如图4所示。2)仅有执行器,由智能组件中的开关设备控制器直接控制分、合操作,相关测量、监测以模拟信号方式传送至开关设备控制器,如图5所示。图4高压开关设备智能化示意图一图5高压开关设备智能化示意图二智能高压开关设备的常规测量项目应采用数字化测量,测量得到的参量基于GOOSE服务送至过程层网络。智能高压开关设备的控制功能是指控制开关设备(包括断路器、隔离开关、接地开关)的分、合闸操作,支持顺序控制,并能反馈开关设备分、合闸位置及联锁/闭锁状态。还可根据需要选择增加选相合闸、选相分闸控制功能。智能高压开关设备通过过程层网络接收并响应测控装置的分、合控制指令,直接或通过过程层网络接收并响应继电保护装置的跳闸指令。智能高压开关设备的状态监测主要包括局部放电监测、SF6气体压力及湿度在线监测、分合闸线圈电流在线监测等。智能高压开关设备的自评估功能是指聚合测量、控制、监测功能参量,根据一定的算法对自身运行状态及可能存在的故障作出评估。三、智能变压器智能变压器的构成包括:变压器本体,内置或外置于变压器本体的传感器和控制器,实现对变压器进行测量、控制、计量、监测和保护的智能组件。如图6所示,一台油浸式电力电力变压器应仅有一个智能组件。图6油浸式电力电力变压器智能化示意图智能变压器的常规测量项目应采用数字化测量,测量得到的参量基于GOOSE服务送至过程层网络。智能变压器冷却器控制器和有载分接开关控制器具有可连接智能组件的接口,并可以响应智能组件的控制。智能变压器的状态监测主要包括油中溶解气体在线监测、局部放电监测、铁心接地电流在线监测、绕组光纤测温在线监测等。智能变压器的自评估功能是指聚合测量、控制、监测功能参量,根据一定的算法对自身运行状态及可能存在的故障作出评估。四、电子式互感器电子式互感器是实现变电站运行实时信息数字化的主要设备之一。1.电子式互感器的分类IEC60044-7/8电子式互感器的定义为: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,用以传输正比于被测量的量,供给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置。如图7所示,电子式互感器由一次部分、二次部分和传输系统构成。图7电子式互感器基本结构图国际上将有别于传统的电磁型电流/电压互感器的新型互感器统称为非常规互感器(NCIT)。其中,基于电光效应的互感器称为光学电流/电压互感器(OCT/OVT);其余的泛称为电子式电流/电压互感器(ECT/EVT)。前者又称为无源式互感器,后者又称为有源式互感器,图7概括了目前非常规互感器(NCIT)的分类及采用的主要技术原理。图8电子式互感器分类示意图2.电子式电流/电压互感器(ECT/EVT)电子式电流互感器通常采用低功率线圈(LPCT)传感测量用电流信号,采用空芯线圈(Rogowski线圈)传感保护用电流信号。空芯线圈是一种密绕于非磁性骨架上的螺线管。具有很好的线性度,不会饱和,也无磁滞现象。空芯线圈的输出信号e与被测电流i有如图9所示关系。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,体积较小。LPCT的测量精度高,空芯线圈的线性度好动态范围大,这样可使电流互感器具有较高的测量准确度、较大的动态范围及较好的暂态特性。图9空心线圈电子式电压互感器主要是采用电容、电阻、或电感分压等方式测量电压。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有如图10所示关系图10阻容分压电压传感器电子式互感器利用电磁感应等原理感应被测信号,其高压平台传感头部分具有需用电源供电的电子电路,在一次平台上完成模拟量的数值采样,采用光纤传输将数字信号传递到二次的
本文标题:注册电气工程师继续教育培训教材-智能变电站部分
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