數(shù)字化變電站

西安交通大學高壓張源0hangyb@數(shù)字化變電站什么是數(shù)字化變電站?

數(shù)字化變電站是指變電站信息采集、傳輸、處理、輸出過程全部數(shù)字化，其基本特征為設備智能化、通信網(wǎng)絡化、模型和通信協(xié)議統(tǒng)一化、運行管理自動化。

數(shù)字化變電站的進程

上世紀七十年代：遠動技術

上世紀八九十年代：變電站自動化系統(tǒng)

本世紀初：數(shù)字化變電站系統(tǒng)

1）傳感技術

2）電子技術

3）網(wǎng)絡通信技術

4）標準協(xié)議電力系統(tǒng):大容量、超高壓和特高壓方向發(fā)展

電力設備:小型化、智能化、高可靠性

早在上世紀50年代，國外如ABB、SIMENS、ALSTOM等公司開始進行新式互感器的研究，電子式互感器就是主要的一種。90年代初，國外已應用到電力系統(tǒng)中國際國內(nèi)發(fā)展情況國外自十年前開始數(shù)字化變電站的理論研究，IECTC57技術委員會1996年開始著手建立變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)規(guī)約IEC61850，ABB、西門子、AREVA、GE等公司已經(jīng)投入數(shù)字化變電站系統(tǒng)的研發(fā)工作,目前國際上數(shù)字化變電站的研究已從實驗室階段進入實際工程應用階段。

國家十一五規(guī)劃中明確指出“推廣數(shù)字化變電站”。

國網(wǎng)公司制定了未來5年內(nèi)研究和推廣數(shù)字化變電站技術的實施方案，先后有20多個網(wǎng)、省局申報了數(shù)字化變電站示范工程項目。

南網(wǎng)公司成立了數(shù)字化研究中心，同時開展了數(shù)字化變電站示范站的建設工作。數(shù)字化變電站的研究內(nèi)容體系研究

——需求

——框架

一次設備的應用研究

——ECT、EPT

——智能化高壓電器

——狀態(tài)維修

數(shù)字化變電站的研究內(nèi)容自動化系統(tǒng)研究

繼電保護數(shù)字化技術

測控裝置數(shù)字化技術

故障錄波數(shù)字化技術

數(shù)字化變電站對安穩(wěn)裝置的支撐

動態(tài)檢測數(shù)字化技術

電能質量檢測數(shù)字化技術

變電站仿真

數(shù)字化遙視系統(tǒng)等

數(shù)字化變電站的研究內(nèi)容其他內(nèi)容

——計量數(shù)字化技術

——數(shù)字化變電站可靠性

——相關技術標準

——實驗驗證環(huán)境數(shù)字化變電站按照網(wǎng)絡架構可以分為:站控層間隔層過程層三層設備由兩個網(wǎng)絡連接。理想數(shù)字化變電站的網(wǎng)絡架構什么是過程層

電子PT、CT、智能開關、狀態(tài)檢修定義:數(shù)字化的設備和相應智能軟件實現(xiàn)集成(智能化的設備)例如在斷路器內(nèi)嵌電壓、電流變換器及其光電測量系統(tǒng)，由微機控制的二次系統(tǒng)、IED設備和相應智能軟件實現(xiàn)集成開關系統(tǒng)智能性的開關設備。優(yōu)點:

間隔內(nèi)自動閉鎖和“五防”，保證設備和人身安全；

按電壓波形控制合閘角，按最佳滅弧時間控制跳閘，以減少操作過電壓就地實現(xiàn)重合閘；

實現(xiàn)設備在線監(jiān)測和診斷，為狀態(tài)維修提供參考；

實現(xiàn)就地重合閘以及其他當?shù)乜梢詧?zhí)行的功能，而不依賴站級控制系統(tǒng)。理想的數(shù)字化變電站

理想的數(shù)字化變電站的模型是基于IEC61850協(xié)議框架網(wǎng)絡式分布，所有間隔層設備與過程層設備間均按IEC61850協(xié)議建立統(tǒng)一模型以達到互操作的可能性。過程層設備按間隔布置與間隔設備單獨組網(wǎng)以交換機連接。跨間隔設備如變壓器保護置母線保護裝置、備自投裝置等由跨間隔交換機將數(shù)據(jù)收集后與間隔層設備相連。

數(shù)字化變電站優(yōu)點共享統(tǒng)一的信息平臺

簡化信息傳輸通道

提高信號傳輸?shù)目煽啃?/p>

提升系統(tǒng)精度

避免電纜帶來的電磁兼容、傳輸過電壓和兩點接地等問題

解決設備間的互操作問題

進一步提高自動化和管理水平

減少變電站生命周期成本

數(shù)字化變電站的特點

國產(chǎn)化的數(shù)字化變電站系統(tǒng)是在現(xiàn)有綜合自動化變電站的基礎上將一次設備數(shù)字化，即數(shù)字化的互感器、智能化開關。將這些數(shù)字化了的一次設備通過IEC61850協(xié)議納入到整個數(shù)字化變電站體系中。在確?，F(xiàn)有電網(wǎng)“安全性”“可靠性”“經(jīng)濟性”的基礎上采用最新的技術來實現(xiàn)整個變電站的數(shù)字化數(shù)字化變電站的特點

開關智能終端與間隔層設備間的連接按照GOOSE報文進行傳輸，跨間隔間的傳輸根據(jù)變電站跨間隔規(guī)模分為2種模式，第一種為點對點傳輸開關智能終端設備與間隔層設備相連采用GOOSE協(xié)議或IEC61850-9-1協(xié)議的開關量傳輸?shù)奶厥夥諔?，跨間隔采用高速串行FT3光纖傳輸。此方案適合跨間隔設備不多的變電站，例如110kV變電站無母線保護架構下的數(shù)字化變電站。第二種方案為GOOSE單獨組網(wǎng)模式即所有開關量信息、跳閘信息以及跨間隔跳閘信息通過交換機相連分別送至各間隔設備和開關智能設備。此方案適合與對跨間隔要求比較多的變電站，例如220kV數(shù)字化變電站。數(shù)字化變電站網(wǎng)絡架構數(shù)字化變電站網(wǎng)絡架構的主要特點：

1、采用智能一次設備（電子式互感器、智能開關）

2、采樣數(shù)據(jù)放棄采用網(wǎng)絡架構，采用IEC61850-9-1協(xié)議。

3、跨間隔采樣數(shù)據(jù)傳輸采用60044-8串行FT3協(xié)議傳輸，可不依賴于同步信號而工作。

4、間隔層網(wǎng)絡按IEC61850協(xié)議組星型網(wǎng)絡與站控層相連。

5、現(xiàn)階段智能開關由智能操作箱+傳統(tǒng)開關來實現(xiàn)。國產(chǎn)電子式互感器發(fā)展進程

2004年6月通過部級鑒定（指國內(nèi)市場化最好的一家）

2004年獲發(fā)改委重點扶持和發(fā)展項目1.1億貼息貸款

2005年1月山東110kV陽谷數(shù)字化變電站投運

2005年9月500kV在武高所全套樣機試驗和附加試驗

2006年初云南110kV翠峰數(shù)字化變電站投運

2006年底內(nèi)蒙220kV杜爾博特數(shù)字化變電站投運

業(yè)績已有34個站，最長運行3年，等級覆蓋10kV至500kV，應用范圍包括獨立型、GIS型、變壓器套管型、開關型等，已和西開、泰開、ABB、Siemens合作。在南京供電公司六合變運行中的220kV數(shù)字式光電電流互感器在蘭州供電公司永登變運行中的330kV數(shù)字式光電互感器電子式互感器標準依據(jù)

IEC60044-7《電子式電壓互感器》

IEC60044-8《電子式電流互感器》

電子式互感器的標準和傳統(tǒng)互感器標準GB1207、GB1208相比，大部分內(nèi)容是相同的，較為明顯的不同是增加了關于數(shù)字量的定義、原理、數(shù)學描述、試驗規(guī)定等。定義的區(qū)別電子式互感器是具有模擬量電壓輸出或數(shù)字量輸出，供頻率15Hz～100Hz的電氣測量儀器和繼電保護裝置使用的電流電壓互感器。電子式互感器具有模擬量輸出標準值（如225mV）和數(shù)字量輸出標準值（2D41）。

電子式互感器的精度等級和傳統(tǒng)基本一致。光電式互感器種類光電式互感器電流互感器電壓互感器Pockels效應電容/電感分壓原理Faraday原理羅式線圈Faraday磁光效應Pockets電光效應光學原理電子式互感器的問題工裝技術微小信號檢測精度環(huán)境因素（溫度、振動等）的影響光學傳感材料長期穩(wěn)定性短期內(nèi)達不到系統(tǒng)批量應用程度Rogowski線圈結構及原理原理優(yōu)勢：頻率響應好線性度好暫態(tài)特性好無磁滯互感器結構（戶外型）電磁式互感器與電子式互感器類比電磁式互感器應用系統(tǒng)電磁式互感器與電子式互感器類比電子式互感器應用系統(tǒng)電子式互感器（室外部分）電子式互感器（室內(nèi)部分）通道配置信息傳統(tǒng)互感器與電子式互感器的不同絕緣性能不同系統(tǒng)精度不同負載特性不同體積造價不同部分試驗不同電磁式互感器與傳統(tǒng)電能表構成的測量系統(tǒng)系統(tǒng)誤差取決于互感器準確度、傳輸附加誤差、電表精度電子式互感器與數(shù)字電能表構成的測量系統(tǒng)光電式電能表數(shù)字式光電互感器構成的測量系統(tǒng)（誤差取決于互感器）應用關鍵傳統(tǒng)互感器二次輸出側以1A，5A，或100V的信號形式與電能表計、控制保護等二次設備相連接，目前絕大多數(shù)二次設備廠商提供的產(chǎn)品也是按此匹配的。而電子式互感器的二次輸出參數(shù)則完全不同，繼電保護、計量儀表及測控裝置等二次裝置具適合數(shù)字化的特點，與電子式互感器的應用較為接近。因此，互感器的精度等級、二次側輸出參數(shù)和與之相連的二次設備匹配和無縫連接，是電子式互感器應用于工程的關鍵所在。電子式互感器優(yōu)點互感器的高低壓部分通過光纖連接，沒有電氣聯(lián)系，絕緣距離約等于互感器整體高度；無磁飽和、頻率響應范圍寬、精度高、暫態(tài)特性好，不受環(huán)境因素響；數(shù)字信號通過光纖傳輸，增強了抗EMI性能，數(shù)據(jù)可靠性大大提高；無傳統(tǒng)二次負荷概念；高低壓部分的光電隔離，使得電流互感器二次開路、電壓互感器二次短路可能導致危及設備或人身安全等問題不復存在；高壓側采集器單元的工作電源同時由取能線圈和激光電源提供，兩者動態(tài)自檢，互為熱備用；以絕緣脂替代了傳統(tǒng)互感器的油或SF6，避免了傳統(tǒng)充油互感器滲漏油現(xiàn)象，也避免了SF6互感器的SF6氣體的滲漏氣現(xiàn)象；固體絕緣保證了互感器絕緣性能更加穩(wěn)定，無需檢壓檢漏，運行過程中免維護。電子式互感器優(yōu)點互感器可直接提供諸如斷線等各種故障信息，二次設備接收后可閉