數(shù)字化變電站的建設(shè)

1、數(shù)字化變電站的建設(shè) 南京南瑞繼保電氣有限公司 2006年4月 數(shù)字化變電站 變電站的數(shù)字化是一個不斷發(fā)展的過程 數(shù)字化變電站是由電子式互感器、智能 化開關(guān)等智能化一次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)化二次 設(shè)備分層構(gòu)建，建立在iec61850通信規(guī) 范基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)智能電氣 設(shè)備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電 站。 數(shù)字化變電站 電子式互感器 智能化開關(guān)設(shè)備 網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備 iec61850的應(yīng)用 數(shù)字化變電站 數(shù)字化是手段，不是目的。 確保安全性、可靠性和經(jīng)濟性 實際生產(chǎn)上的迫切需要 技術(shù)管理上的現(xiàn)實可能 積極探索，穩(wěn)妥推進 iec61850 相關(guān)標準 iec 61850-ser communicati

2、on networks and systems in substations dl 860系列標準 變電站通信 網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)(iec61850 idt) iec61850 要解決的主要問題 網(wǎng)絡(luò)通信 信息共享和互操作 iec61850 iec61850是國際電工委員會tc57工作組 制定的變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)系列 標準，是基于網(wǎng)絡(luò)通信平臺網(wǎng)絡(luò)通信平臺的變電站自 動化系統(tǒng)唯一的國際標準，也將成為電 力系統(tǒng)從調(diào)度中心到變電站、變電站內(nèi)、 配電自動化無縫連接無縫連接的通信標準，還可 望成為通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺的工業(yè)控制通 信標準。 iec61850 互操作 信息分層 站控層、間隔層、過程層 面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)

3、對象統(tǒng)一建模 邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點、數(shù)據(jù)對象、屬性 信息自我描述 抽象服務(wù)通信接口 iec61850 采樣值 goose message: 位置位置 a公司保護b公司保護 智能一次設(shè)備 保護測試儀 以太網(wǎng)以太網(wǎng) 模擬輸入模擬輸入 1. 仿真故障仿真故障 2. 跳閘跳閘 4. 重合重合 goose message: 重合重合 3. 新位置新位置 goose message: 位置位置 goose message: 跳閘跳閘 5. 新位置新位置 goose應(yīng)用演示應(yīng)用演示 iec61850 互操作試驗 2005年05月10日至11日 2005年10月18日至19日 2006年01月16日至18日 i

4、ec61850 實施方案 新建站 后臺監(jiān)控系統(tǒng)、二次設(shè)備采用支持iec61850的產(chǎn) 品 少數(shù)不支持iec61850的設(shè)備通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)接 改擴建站 改造后臺監(jiān)控系統(tǒng)，使之支持iec61850 擴建間隔采用支持iec61850的二次設(shè)備 升級在運行二次設(shè)備的網(wǎng)卡或者網(wǎng)關(guān) iec61850 關(guān)鍵技術(shù) 符合標準的系統(tǒng)建模和設(shè)備建模 基于iec61850-9-1和9-2的采樣值傳送 基于goose的設(shè)備之間的快速數(shù)據(jù)交換 功能規(guī)范、設(shè)計規(guī)范 運行操作和維護規(guī)程 iec61850 效益 網(wǎng)絡(luò)通訊條件下，設(shè)備之間的互操作 擴展二次功能，整合二次功能 面向?qū)ο蠼y(tǒng)一建模 確保模型和數(shù)據(jù)的一致性 降低數(shù)據(jù)管理費用

5、 簡化數(shù)據(jù)維護 電子式互感器 相關(guān)標準 iec 60044-7:1999 instrument transformers - part 7: electronic voltage transformers iec 60044-8:2002 instrument transformers - part 8: electronic current transformers gb/t xxxxx.7-200 x互感器-第7部分：電子式電壓互感 器（iec 600447：1999，mod）(制訂中) gb/t xxxxx.8-200 x互感器-第8部分：電子式電流互感 器（iec 60044-8：20

6、02，mod）(制訂中) 電子式互感器 常規(guī)互感器 絕緣復(fù)雜 體積大、重量重 ct動態(tài)范圍小，有磁飽和 電磁式pt易產(chǎn)生鐵磁諧振 ct二次輸出不能開路 電子式互感器 絕緣簡單 體積小、重量輕 ct動態(tài)范圍寬，無磁飽和 pt無諧振現(xiàn)象 ct二次輸出可以開路 電壓等級越高，電子式互感器優(yōu)勢越明顯 中低電壓等級使用電子式互感器意義不大 高壓直流輸電換流站、串補平臺 電子式互感器 相關(guān)標準 ieee c37.92-2005 ieee standard for analog inputs to protective relays from electronic voltage and current t

7、ransducers ieee pc37.235-200 x guide for the application of rogowski coils used for protective relaying purposes (制訂中) ieee c37.xx-200 x guide for application of optical current and optical voltage systems for protective relaying (制訂中) 電子式互感器 無源電子式互感器 faraday磁光效應(yīng)（電流互感器） pockels電光效應(yīng)（電壓互感器） 利用光纖傳輸傳感信號

8、 傳感頭部分不需電子電路及其電源 獨立安裝的互感器的理想解決方案 電子式互感器 電子式互感器 電子式互感器 全光纖電流互感器 電子式互感器 無源電子式互感器的關(guān)鍵技術(shù)及難點 光學(xué)傳感材料 傳感頭的組裝技術(shù) 微弱信號檢測 溫度對精度的影響 振動對精度的影響 長期穩(wěn)定性 電子式互感器 有源電子式ct、pt 利用電磁感應(yīng)等原理感應(yīng)被測信號 ct：空心線圈(rc)；小鐵芯線圈(lpct) pt：電阻、電容、電感分壓 傳感頭部分具有需用電源的電子電路 利用光纖傳輸數(shù)字信號 用于gis或者罐式斷路器更方便 hvdc換流站、串補平臺 電子式互感器 電子式互感器 電子式互感器 有源電子式互感器的關(guān)鍵技術(shù)及難點

9、 供電技術(shù)(gis、罐式斷路器例外) 激光；小ct；分壓器；光電池 遠端電子模塊的可靠性 電子式互感器 電子式互感器 電子式互感器 合并單元： 合并三相信號 同步 分配信號給二次設(shè)備 電子式互感器 輸出 模擬量 ect：4v（測量）及200mv（保護） evt：4v 數(shù)字量 ect：2d41h（測量）及01cfh（保護） evt：2d41h 電子式互感器不一定是“數(shù)字化” 電子式互感器 實用化實施方案 新建站 110kv數(shù)字接口的電子式互感器及其配套的二次設(shè)備 35kv常規(guī)互感器或模擬接口的電子式互感器 主變保護：各側(cè)不全是電子式互感器 線路縱聯(lián)保護：對側(cè)常規(guī)設(shè)備 改擴建站 只在新建間隔采用電

10、子式互感器及其配套二次設(shè)備 變壓器保護、母線保護更換為適應(yīng)電子式互感器的設(shè)備， 同時要能夠接收常規(guī)互感器的信號。 電子式互感器 關(guān)鍵技術(shù) 二次接口 互感器的安裝位置、合并單元的配置方案 各個二次設(shè)備共享數(shù)字信號 采樣數(shù)據(jù)的同步三相電流電壓之間、差動保護 計量系統(tǒng) 互感器的可靠性 、穩(wěn)定性 通信、供電、遠端模塊 運行維護規(guī)程 電子式互感器 實用化的效益 簡化互感器絕緣結(jié)構(gòu)，減少體積和重量 避免電流互感器飽和 避免電壓互感器的電磁諧振 改善暫態(tài)特性的同時確保穩(wěn)態(tài)精度。 保護、測量、計量等二次設(shè)備共享信號，降 低成本，提高性能。 智能化開關(guān)設(shè)備 相關(guān)標準 iec 62271-3 high volta

11、ge switchgear and assemblies with digital interfaces based on iec 61850 (制訂中) iec/tr 62063:1999 high-voltage switchgear and control gear - the use of electronic and associated technologies in auxiliary equipment of switchgear and control gear 智能化開關(guān)設(shè)備 智能開關(guān)設(shè)備的定義 iec62063:1999 具有較高性能的開關(guān)設(shè)備和控制 設(shè)備，配有電子設(shè)備、

12、傳感器和 執(zhí)行器，不僅具有開關(guān)設(shè)備的基 本功能，還具有附加功能，尤其 在監(jiān)測和診斷方面。 智能化開關(guān)設(shè)備 在線監(jiān)視功能 智能控制功能 數(shù)字化的接口 電子操動 智能化開關(guān)設(shè)備 在線監(jiān)視功能 電、磁、溫度、開關(guān)機械、機構(gòu)動作 狀態(tài)檢修 狀態(tài)監(jiān)測 狀態(tài)評估 檢修計劃 監(jiān)測系統(tǒng)的成本、可信度、可靠性 智能化開關(guān)設(shè)備 智能控制功能 最佳開斷 定相位合閘 定相位分閘 順序控制 智能化開關(guān)設(shè)備 數(shù)字化的接口 位置信息 其它狀態(tài)信息 分合閘命令 智能化開關(guān)設(shè)備 開關(guān)的電子操動 變機械儲能為電容儲能 變機械傳動為變頻器通過電機直接驅(qū)動 機械運動部件減少到一個 機械系統(tǒng)的可靠性提高 電子電路的壽命、可靠性成為關(guān)鍵

13、 智能化開關(guān)設(shè)備 實施方案 方案1:間隔級智能終端 方案2:操動機構(gòu)智能終端 現(xiàn)階段：利用現(xiàn)有的成熟的二 次技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)開關(guān)設(shè)備， 提升智能化水平 智能化開關(guān)設(shè)備 功能 保護：電機過熱，超時，開關(guān)位置不一致 智能化監(jiān)視 智能化控制 聯(lián)鎖 電機控制 順序控制 智能化開關(guān)設(shè)備 智能化開關(guān)設(shè)備 優(yōu)勢 節(jié)約占地 節(jié)省電纜 現(xiàn)場投運工作量小，投運周期短 減少人為失誤 控制回路優(yōu)化 與互感器的電氣距離縮短 在線監(jiān)測 智能化開關(guān)設(shè)備 關(guān)鍵技術(shù) 智能模塊的高可靠性設(shè)計技術(shù) 惡劣環(huán)境：emi、振動、濕熱 相應(yīng)的檢驗、運行維護規(guī)程 智能化開關(guān)設(shè)備 效益 狀態(tài)信息和分合命令通過光纖傳送，節(jié)約二 次電纜。 實現(xiàn)狀態(tài)

14、檢修，提高可靠性，降低維護成本 實現(xiàn)智能控制 自適應(yīng)開斷，獲得最佳效果，延長開關(guān)壽命 選相合閘，減少涌流，降低過電壓，取消合閘電 阻； 選相分閘，提高斷路器的實際開斷能力 網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備 相關(guān)標準，同 電子式互感器 智能化開關(guān) iec61850 網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備 要解決的問題 適應(yīng)iec61850的需要 適應(yīng)電子式互感器的應(yīng)用 適應(yīng)智能化開關(guān)的需要 網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備 平臺 高性能的dsp、mcu 大容量存儲器 大規(guī)模可編程邏輯器件 100m網(wǎng)絡(luò)接口 工業(yè)用實時多任務(wù)操作系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備 基于iec61850的 測控裝置、保護裝置、保護測控一體化裝置、 遠動裝置、網(wǎng)關(guān) 后臺監(jiān)控系統(tǒng) 與電子式互感器配套的 合并單元 保護測控裝置 網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備 關(guān)鍵技術(shù) 高性能的硬件、軟件平臺 網(wǎng)絡(luò)化計量系統(tǒng)的認證 相應(yīng)的檢驗、運行維護規(guī)程 網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備 效益 提供必要條件 iec61850 電子式互感器 智能化開關(guān) 結(jié)論 數(shù)字化變電站是變電站自動化技術(shù)的發(fā) 展方向 數(shù)字化變電站的建設(shè)應(yīng)從生產(chǎn)上的迫切 需要出發(fā)，考慮技術(shù)上、管理上的現(xiàn)實 可能，積極探索，穩(wěn)妥推進。