智能化變電站的建設(shè)

1、智能化變電站的建設(shè),,,智能電網(wǎng),2,（1）“堅強”是基礎(chǔ)，“智能”是關(guān)鍵,兩者高度融合，電網(wǎng)的“堅強” 與“智能”本身也相互交叉，不可拆分。（2）智能電網(wǎng)包含發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度6大環(huán)節(jié)。,3,智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略框架,一個目標(biāo)兩條主線三個階段四個體系五個內(nèi)涵六個環(huán)節(jié),,構(gòu)建以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)。包括“三華”（華北—華中—華東）同步電網(wǎng)、西北和東北電網(wǎng)，涵蓋全部電壓等級。,一

2、個目標(biāo)兩條主線三個階段四個體系五個內(nèi)涵六個環(huán)節(jié),智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略框架,,技術(shù)上體現(xiàn)信息化、自動化、互動化?！　」芾砩象w現(xiàn)集團化、集約化、精益化、標(biāo)準化。,一個目標(biāo)兩條主線三個階段四個體系五個內(nèi)涵六個環(huán)節(jié),智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略框架,,2009年至2010年為規(guī)劃試點階段：重點開展電網(wǎng)智能化發(fā)展規(guī)劃工作，制訂技術(shù)標(biāo)準和管理標(biāo)準，開展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和設(shè)備研制，開展各環(huán)節(jié)的試點工作；　　2011年至2015年為全面建設(shè)階段：加快特

3、高壓電網(wǎng)和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)，初步形成智能電網(wǎng)運行控制和互動服務(wù)體系，關(guān)鍵技術(shù)和裝備實現(xiàn)重大突破和廣泛應(yīng)用；　　2016年至2020年為引領(lǐng)提升階段：全面建成統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)，使電網(wǎng)的資源配置能力、安全水平、運行效率，以及電網(wǎng)與電源、用戶之間的互動性顯著提高。,一個目標(biāo)兩條主線三個階段四個體系五個內(nèi)涵六個環(huán)節(jié),智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略框架,,電網(wǎng)基礎(chǔ)體系技術(shù)支撐體系智能應(yīng)用體系標(biāo)準規(guī)范體系,,電網(wǎng)基礎(chǔ)體系是堅強智能電網(wǎng)的物質(zhì)載體，是

4、實現(xiàn)“堅強”的重要基礎(chǔ)；技術(shù)支撐體系是指先進的通信、信息、控制等應(yīng)用技術(shù)，是實現(xiàn)“智能”的技術(shù)保障；智能應(yīng)用體系是保障電網(wǎng)安全、經(jīng)濟、高效運行，提供用戶增值服務(wù)的具體體現(xiàn)；標(biāo)準規(guī)范體系是指技術(shù)、管理方面的標(biāo)準、規(guī)范，以及試驗、認證、評估體系，是建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的制度依據(jù)。,一個目標(biāo)兩條主線三個階段四個體系五個內(nèi)涵六個環(huán)節(jié),智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略框架,,堅強可靠經(jīng)濟高效清潔環(huán)保透明開放友好互動,,堅強可靠是指具有堅強的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、

5、強大的電力輸送能力和安全可靠的電力供應(yīng)；經(jīng)濟高效是指提高電網(wǎng)運行和輸送效率，降低運營成本，促進能源資源和電力資產(chǎn)的高效利用；清潔環(huán)保是指促進可再生能源發(fā)展與利用，降低能源消耗和污染物排放，提高清潔電能在終端能源消費中的比重；透明開放是指電網(wǎng)、電源和用戶的信息透明共享，電網(wǎng)無歧視開放；友好互動是指實現(xiàn)電網(wǎng)運行方式的靈活調(diào)整，友好兼容各類電源和用戶接入與退出，促進發(fā)電企業(yè)和用戶主動參與電網(wǎng)運行調(diào)節(jié)。,一個目標(biāo)兩條主線三個階

6、段四個體系五個內(nèi)涵六個環(huán)節(jié),智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略框架,,發(fā)電環(huán)節(jié)輸電環(huán)節(jié)變電環(huán)節(jié)配電環(huán)節(jié)用電環(huán)節(jié)調(diào)度環(huán)節(jié),,發(fā)電環(huán)節(jié)：引導(dǎo)電源集約化發(fā)展，協(xié)調(diào)推進大規(guī)模能源基地的開發(fā)；強化網(wǎng)廠協(xié)調(diào)，提高電網(wǎng)安全運行水平；優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，促進新型能源的大規(guī)?？茖W(xué)利用。 輸電環(huán)節(jié)：加快建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強國家電網(wǎng)；集成應(yīng)用新技術(shù)、新材料、新工藝；全面實施輸電線路狀態(tài)檢修和全壽命周期管理；廣泛采用靈活

7、交流輸電技術(shù)，提高線路輸送能力和電壓、潮流控制的靈活性，技術(shù)和裝備全面達到國際領(lǐng)先水平。,一個目標(biāo)兩條主線三個階段四個體系五個內(nèi)涵六個環(huán)節(jié),智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略框架,一個目標(biāo)兩條主線三個階段四個體系五個內(nèi)涵六個環(huán)節(jié),智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略框架,智能站（數(shù)字站）和常規(guī)站的區(qū)別？采樣值如何實現(xiàn)數(shù)字化？開關(guān)如何實現(xiàn)數(shù)字化？智能化站高級應(yīng)用及配置方案？智能化（數(shù)字化）帶來的變化？,提綱,11,數(shù)字化變電站：由智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化

8、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)字化變電站智能化改造：通過改造，實現(xiàn)一次主設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、高級功能和輔助系統(tǒng)智能化。智能化變電站：采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策

9、、協(xié)同互動等高級功能的變電站。,定義,12,數(shù)字站與常規(guī)站的區(qū)別,13,,,,傳統(tǒng)變電站設(shè)備功能分布,傳統(tǒng)微機保護,交流輸入組件,A/D 轉(zhuǎn)換組件,保護邏輯(CPU),開入開出組件,人機對話模件,,,,,,,二次設(shè)備和一次設(shè)備功能重新定位。,智能變電站設(shè)備功能分布,,,智能終端,,MU,傳統(tǒng)微機保護,交流輸入組件,A/D 轉(zhuǎn)換組件,保護邏輯(CPU),開入開出組件,人機對話模件,,,,,,,二次設(shè)備和一次設(shè)備功能重新定位：,ECT,一次

10、設(shè)備智能化,,,,,IED數(shù)字化保護,,,SMV光纖,GOOSE,網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備要求具有數(shù)字化接口滿足電子式互感器的要求滿足智能開關(guān)的要求網(wǎng)絡(luò)通信功能滿足IEC61850的要求間隔層和站控層設(shè)備PCS-9700變電站自動化系統(tǒng)PCS-900系列保護裝置PCS-9700系列測控裝置PCS-9000C系列四合一保護測控裝置PCS-9700系列通信設(shè)備,網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備,16,,一. 典型方案,1 常規(guī)61850站

11、2 帶GOOSE的半數(shù)字化站3 帶SMV的半數(shù)字化站4 帶GOOSE及SMV的全數(shù)字化站5 帶高級應(yīng)用功能的智能變電站,17,典型方案－－常規(guī)61850站,常規(guī)61850站即為普通的綜自站，只是在站控層采用IEC61850規(guī)約，相比于IEC103規(guī)約而言，最大優(yōu)點在于后臺可與不同廠家設(shè)備直接通訊，不再需要規(guī)約轉(zhuǎn)換。由于設(shè)備的互操作性強，所以即使在110kV變電站內(nèi)，也可能有多家制造商提供設(shè)備，測控也有可能與后臺廠家不是一家。6

12、1850站的測控聯(lián)鎖采用站控層GOOSE來完成，不同于之前的IEC103采用私有協(xié)議完成。,18,典型方案－－常規(guī)61850站,19,典型方案－－帶GOOSE的半數(shù)字化站,通過增加智能終端來完成。智能終端一般就地安裝在戶外一次設(shè)備旁邊，主要完成開關(guān)、刀閘、地刀的控制和信號采集功能；開入開出功能；聯(lián)鎖命令輸出功能。智能終端與間隔層設(shè)置之間通過接口插件1136（早期采用1126）連接，早期全部通過交換機來完成，后期隨著國網(wǎng)保護跳閘采用點對

13、點（直跳）、閉鎖失靈采用組網(wǎng)的方案，所以GOOSE通訊出現(xiàn)組網(wǎng)與點對點共存的局面。（南網(wǎng)對此尚無要求，因此GOOSE在南網(wǎng)依然有采用組網(wǎng)的方式）保護與測控取消了開入開出板，開入開出環(huán)節(jié)下放至就地智能終端內(nèi)，所以我們可以理解為將傳統(tǒng)的裝置的內(nèi)部通信轉(zhuǎn)成了保護測控與智能終端間的GOOSE通信。采樣輸入依然采用傳統(tǒng)方式。,20,典型方案－－帶GOOSE的半數(shù)字化站,21,典型方案－－帶SMV的半數(shù)字化站,分為兩種，1）常規(guī)互感器+PCS2

14、21G，主要是面對只采用一次常規(guī)互感器、二次數(shù)字采樣的方式；2）ECVT互感器+PCS221E/PCS221C,主要面對是一次采用ECVT，二次采用數(shù)字采樣的的方式。SMV從發(fā)展歷程來說先后經(jīng)歷以下三種方式： 1）IEC600044-8方式；2）IEC61850-9-1方式 3）IEC61850-9-2方式； 目前以采用IEC6185-9-2的方式最多。ECVT不能直接與保護測控通信，需要通過合并單元將ECVT的信息合

15、并同步后才可與保護測控通信,22,典型方案－－帶SMV的半數(shù)字化站,合并單元與間隔層裝置之間通過接口插件1136（早期采用1126）連接，早期全部通過交換機來完成，后期隨著國網(wǎng)保護采樣采用點對點（直采），測控錄波等采用組網(wǎng)的提出，所以SMV通訊出現(xiàn)組網(wǎng)與點對點共存的局面。（南網(wǎng)對此尚無要求，因此SMV在南網(wǎng)依然有采用組網(wǎng)的方式）保護測控直接采用數(shù)字采樣，因此AD轉(zhuǎn)換不在保護完成，如為ECVT方式，AD轉(zhuǎn)換在遠方采集模塊完成；保護測控如

16、為常規(guī)采樣方式，AD轉(zhuǎn)換在常規(guī)合并單元完成。開入開出依然采用GOOSE方式。,23,典型方案－－帶SMV的半數(shù)字化站,24,帶GOOSE及SMV的全數(shù)字化站,帶GOOSE和SMV的數(shù)字化站即全數(shù)字化變電站，是現(xiàn)在數(shù)字化站應(yīng)用最廣的一種模式。全數(shù)字化站典型配置：一次上采用ECVT,二次上采用SMV（目前以IEC61850-9-2為主）和GOOSE。全數(shù)字化站在組網(wǎng)特點上目前依然沒有相對統(tǒng)一及固定的模式，各站都可能略有區(qū)別。但有一些是

17、可以肯定的，國網(wǎng)的保護一定是采用直采直跳方式，測控推薦采用組網(wǎng)方式，南網(wǎng)雖然組網(wǎng)與直采直跳方式都有，但是我公司還是主推組網(wǎng)方案，（至于SMV和GOOSE是否共網(wǎng)，可能還是需要針對實際變電站來討論）。,25,帶GOOSE及SMV的全數(shù)字化站,26,帶高級應(yīng)用功能的智能變電站,智能化變電站是數(shù)字化變電站的一個提升。智能化變電站現(xiàn)在依然概念多一點，并沒有達到非常成熟的地步。目前已投運的變電站主要是在基于站控層提出一些高級應(yīng)用功能，如順控、

18、智能告警及故障信息綜合分析決策、設(shè)備狀態(tài)可視化、站域控制、源端維護、輔助控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動等。,27,帶高級應(yīng)用功能的智能變電站,28,二. IEC61850規(guī)約介紹,1. IEC61850標(biāo)準制定的背景2. IEC61850重要的基本名詞3. IEC61850規(guī)約內(nèi)容的層次關(guān)系4. 數(shù)字化變電站的層次關(guān)系5. IEC61850模型的層次關(guān)系6. IEC61850服務(wù)7. 模型文件,29,1. 通信介質(zhì)不統(tǒng)一：R

19、S422/485/232、Worldfip、CAN網(wǎng)、lon網(wǎng)、以太網(wǎng)2. 通信協(xié)議不統(tǒng)一： 101、Modbus、DNP3.0、Open2000、網(wǎng)絡(luò)103 弊端：1、規(guī)約的功能比較有限；2、各廠家對應(yīng)用功能自行擴充無法互操作；3、規(guī)約數(shù)據(jù)表達能力限制應(yīng)用功能的發(fā)展。4、不支持裝置間的通訊功能。,IEC61850標(biāo)準制定背景,30,理念：“一個世界，一種技術(shù)，一種標(biāo)準”1995年(IEC)TC57成立

20、了3個工作組來制定IEC61850的標(biāo)準。參考了IEC101,IEC103,UCA2.0,ISO/IEC9506等標(biāo)準。1999年3月IEC61850草案出臺。2000年6月(IEC)TC57工作組決定以IEC61850作為電力系統(tǒng)無縫通訊體系的基礎(chǔ)。2003年出版了IEC正式版本。國內(nèi)各大廠家在2001開始關(guān)注IEC61850，2004年進入實質(zhì)性研發(fā)，2005年開始有IEC61850的變電站投入運行。,IEC61850標(biāo)準制

21、定與應(yīng)用,31,IEC61850標(biāo)準制定的背景,IEC61850不僅僅是一個單純的通信規(guī)約，而且是數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的標(biāo)準，指導(dǎo)變電站自動化的設(shè)計、開發(fā)、工程、維護等各個領(lǐng)域。采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和獨立于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的抽象通信服務(wù)接口，統(tǒng)一建模，增強了設(shè)備之間的互操作性，不同廠家設(shè)備可以實現(xiàn)無縫連接，從而大大提高變電站自動化技術(shù)水平。 IEC61850解決的主要問題 （1）整個變電站數(shù)據(jù)建模； （2）網(wǎng)絡(luò)通信，變電站內(nèi)

22、信息共享和互操作； （3）變電站的集成與工程實施。,32,IEC61850 重要的基本名詞,MMS：Manufacturing Message Specification 制造報文規(guī)范GOOSE：Generic Object Oriented Substation Events 面向通用對象的變電站事件SV：sampled value 采樣值LD：Logical Device 邏輯設(shè)備LN：Logical

23、Node 邏輯節(jié)點CDC：Common Data Class 公用數(shù)據(jù)類DO：Data Object 數(shù)據(jù)對象（或數(shù)據(jù)），能夠被讀、寫，有意義的結(jié)構(gòu)化應(yīng)用信息。DA：Data Attribute 數(shù)據(jù)屬性， 命名：LD/LN$FC$DO$DA,33,IEC61850重要的基本名詞,FC：Functional Constraint功能約束FCDA：Functionally Constrained Data Attribu

24、te 功能約束數(shù)據(jù)屬性互操作性：同一或不同制造商提供的IED裝置交換信息并用這些信息正確地配合工作的能力。服務(wù)器：為客戶提供服務(wù)或發(fā)出非請求報文的實體?？蛻舳耍合蚍?wù)器請求服務(wù)以及接收來自服務(wù)器非請求報文的實體。,34,數(shù)字化變電站的層次關(guān)系,35,數(shù)字化變電站的層次關(guān)系,1.間隔層裝置與變電站監(jiān)控交換事件和狀態(tài)數(shù)據(jù)—MMS2.間隔層裝置與遠方保護交換數(shù)據(jù)--私有規(guī)約，未來發(fā)展也可用以太網(wǎng)方式借用GOOSE或SMV3.間隔內(nèi)裝

25、置間交換數(shù)據(jù)—GOOSE4.過程層與間隔層交換采樣數(shù)據(jù)--SMV5.過程層與間隔層交換控制和狀態(tài)數(shù)據(jù)--GOOSE6.間隔層裝置與變電站監(jiān)控交換控制數(shù)據(jù)--MMS7.監(jiān)控層與保護主站通信--MMS8.間隔間交換快速數(shù)據(jù)--GOOSE9.變電站層間交換數(shù)據(jù)--MMS10.變電站與調(diào)度中心交換數(shù)據(jù)--不在標(biāo)準范圍,36,IEC61850模型的層次關(guān)系,物理設(shè)備映射到IED，然后將各個功能分解到LN，組織成一個或者多個LD。每個

26、功能的保護數(shù)據(jù)映射到DO，并且根據(jù)功能約束（FC）進行拆分并映射到若干個DA。,37,IEC61850規(guī)約－－模型文件,模型文件 （四種文件） ICD文件:IED capability descriptionIED能力描述文件SSD文件:system specification description系統(tǒng)規(guī)格描述文件,一次設(shè)備單線圖配置文件SCD文件:substation configuration全站系統(tǒng)配置文件CID

27、文件:configurated IED description, IED實例配置文件,38,ICD模型文件信息和工程實施,ICD模型文件分為四個部分：Header、Communication、IED和DataTypeTemplates。ICD模型的邏輯節(jié)點和數(shù)據(jù)對象類型具體規(guī)范參考規(guī)約7-2和7-3部分。裝置廠家通過自己的IED配置工具生成裝置的描述文件ICD文件（為XML標(biāo)準格式），見下圖。ICD文件里描述裝置的數(shù)據(jù)模型和能力：(

28、1)裝置包含哪些邏輯裝置、邏輯節(jié)點(2)邏輯節(jié)點類型、數(shù)據(jù)類型的定義(3)數(shù)據(jù)集定義、控制塊定義(4)通信能力和參數(shù)的描述,39,SSD模型文件信息和工程實施,通過系統(tǒng)配置工具生成變電站一次系統(tǒng)的描述文件SSD文件（為標(biāo)準XML格式），實施示意見下圖，SSD文件包含的信息包括：（1） 包含一次系統(tǒng)的單線圖（2） 一次設(shè)備的邏輯節(jié)點（3） 邏輯節(jié)點的類型定義,40,SCD模型文件信息和工程實施,以變電站包含的各種類型的二次設(shè)備

29、的ICD文件和變電站的SSD文件為輸入，通過SCD配置工具生成變電站的數(shù)據(jù)文件SCD文件。SCD文件應(yīng)作為后臺、遠動以及后續(xù)其他配置的統(tǒng)一數(shù)據(jù)來源，SCD文件信息包含：(1)變電站一次系統(tǒng)配置（含一二次關(guān)聯(lián)信息配置）(2)二次設(shè)備配置（信號描述配置、GOOSE信號連接配置）(3)通訊網(wǎng)絡(luò)及參數(shù)的配置,41,CID模型文件信息和工程實施,從SCD文件中導(dǎo)出裝置運行所需的CID文件和goose.txt文件。CID文件是PowerPC插

30、件IEC61850程序元件運行需要的信息，goose.txt是goose插件的goose程序元件運行需要的信息，CID文件信息包括：（1）CID文件中包含的實例化信息、數(shù)據(jù)模板信息和ICD文件中的信息一致（2）CID文件中也有和ICD文件不同的特有信息，包含SCD文件中針對該裝置的配置信息，配置信息包括MMS和GOOSE通信地址、IED名稱、GOOSE輸入等。,42,工程配置流程,IEC61850服務(wù),從裝置研發(fā)角度來看，IEC61

31、850標(biāo)準的服務(wù)實現(xiàn)主要分為三個部分：MMS服務(wù)、GOOSE服務(wù)、SMV服務(wù)。其中，MMS服務(wù)用于裝置和后臺之間的數(shù)據(jù)交互，GOOSE服務(wù)用于裝置之間的通訊，SMV服務(wù)用于采樣值傳輸。在裝置和后臺之間涉及到雙邊應(yīng)用關(guān)聯(lián)，在GOOSE報文和傳輸采樣值中涉及多路廣播報文的服務(wù)。雙邊應(yīng)用關(guān)聯(lián)傳送服務(wù)請求和響應(yīng)（傳輸無確認和確認的一些服務(wù)）服務(wù) ，多路廣播應(yīng)用關(guān)聯(lián)（僅在一個方向）傳送無確認服務(wù)。目前，PCS系列裝置IEC61850模塊支持上述所

32、有服務(wù)。從用戶使用角度來看，IEC61850 標(biāo)準的實現(xiàn)主要分為客戶端（后臺）、服務(wù)器端（裝置）、配置工具三個部分。配置文件是聯(lián)系三者的紐帶。,44,國外電子式互感器的研制及應(yīng)用始于二十世紀七十年代初:英國、前蘇聯(lián)、日本、美國等二十世紀八十年代發(fā)展較快: 微電子、光纖傳感及光纖通信技術(shù)推動二十世紀九十年代進入實用化研究階段:ABB、ALSTHOM、SIEMENS等二十一世紀初開始工程應(yīng)用國內(nèi)電子式互感器的研

33、制及應(yīng)用我國二十世紀九十年代初開始電子式互感器的研究。 主要研制單位有清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、中國電力科學(xué)研究院、南瑞繼保、南自新寧等。,電子式互感器發(fā)展情況,45,常規(guī)互感器的主要缺陷絕緣、飽和、爆炸、諧振、精度、接口等 電子式互感器的主要優(yōu)勢(1)高低壓完全隔離，絕緣簡單，安全性高；沒有因漏油而潛在的易燃、易爆等危險。(2)不存在磁飽和、鐵磁諧振等問題。(3)頻率響應(yīng)寬，動態(tài)范圍大，精度高，可同時

34、滿足測量和繼電保護的需要。 (4)體積小，重量輕，節(jié)約占地面積；無污染，無噪聲，具有優(yōu)越的環(huán)保性能。(5)不存在CT二次輸出開路及PT二次輸出短路的危害。(6)數(shù)字信號分享更為容易，帶負載能力強。(7)成本與電壓等級的關(guān)系不大。因此電壓等級越高，經(jīng)濟性越明顯。(8)方便地實現(xiàn)電壓電流組合式。(9)適應(yīng)電力系統(tǒng)數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的需要。,電子式互感器優(yōu)勢,46,按一次傳感部分是否需要供電劃分有源式電子互感器無源式電子互

35、感器按應(yīng)用場合劃分GIS結(jié)構(gòu)的電子互感器AIS結(jié)構(gòu)(獨立式)電子互感器直流用電子式互感器,電子式互感器分類,47,國際標(biāo)準 IEC60044-7、IEC60044-8國家標(biāo)準 GB/T20840.7、GB/T20840.8注：與GB1207、GB1208的比較：-共同點：絕緣要求、誤差定義等-不同點：結(jié)構(gòu)、輸出信號、試驗方法、電磁兼容試驗等數(shù)字信號額定輸出（66kV以上） - 電流測量：

36、2D41H 　 - 電流保護：01CFH 　 - 電壓：　　2D41H模擬信號額定輸出(安裝在35kV及以下開關(guān)柜中, 經(jīng)低壓合并器轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號） - 電流互感器：保護用150mV，225mV，測量用4V 等 - 電壓互感器：2/　 V，4/ V，6.5/ V等,電子式互感器標(biāo)準,48,-利用電磁感應(yīng)等原理感應(yīng)被測信號CT：空心線圈(RC)；低功率線圈(LPCT)PT：分壓原理 電容、電感、電阻-傳感

37、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-獨立式、GIS式,有源電子式互感器,49,獨立型電子式電流互感器采用低功率鐵芯線圈（LPCT）傳感測量電流，采用空芯線圈傳感保護電流，這樣可使電流互感器具有較高的測量準確度、較大的動態(tài)范圍及較好的暫態(tài)特性；采用硅橡膠復(fù)合絕緣子，絕緣結(jié)構(gòu)簡單可靠、體積小、重量輕；電子式電壓互感器采用電容分壓器傳感被測電壓，體積較小、重量較輕、線性度好；電子式互感器的遠端模塊及合并單元根據(jù)保護是否雙重

38、化可采用雙重化冗余配置，保證電子式互感器具有較高的可靠性；電子式電流電壓互感器利用光纖傳送信號，抗干擾能力強，適應(yīng)了數(shù)字化變電站技術(shù)發(fā)展的要求。,AIS有源電子式電流電壓組合互感器,運行于哈爾濱延壽變的220kV電子式電流電壓互感器,AIS有源電子式組合互感器結(jié)構(gòu),51,AIS有源電子式組合互感器參數(shù),52,AIS電子式互感器產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù),AIS有源電子式組合互感器型式試驗,53,500kV、220kV及110kV AIS電子式互

39、感器先后在國家高壓電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心通過了型式試驗。,現(xiàn)場運行的GIS有源電子式互感器,54,1）國內(nèi)唯一可以提供罐體的具有GIS整體封裝結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，可以方便實現(xiàn)組合式互感器，遠端模塊就地放置，避免了小信號的衰減和電磁干擾問題。2）各電壓等級GIS電子式互感器作為整體產(chǎn)品通過了型式實驗。3）兩端通過變徑法蘭和絕緣盆子能方便地和不同的GIS廠家配合，已和國內(nèi)西開、沈高、泰開、平高東芝等主流GIS廠家配套過,具有成熟調(diào)試及運行經(jīng)驗。,

40、運行于合肥植物園的220kV GIS電子式互感器,GIS有源電子式互感器產(chǎn)品實物,55,,500kV GIS電子式互感器,220kV GIS電子式互感器,110kV GIS電子式互感器,GIS有源電子式組合互感器結(jié)構(gòu),56,目前國內(nèi)唯一提供互感器罐體并通過GIS互感器型式試驗和計量認證的產(chǎn)品,1．罐體，2．空芯線圈，3．LPCT（低功率電流互感器），4．電容分壓環(huán)，5．密封端子板，6．遠端模塊，7．屏蔽箱體，8．轉(zhuǎn)接法蘭，9．一次導(dǎo)體

41、，10．盆式絕緣子。,運行于青島午山變的220kV GIS電子式電流電壓互感器,GIS有源電子式組合互感器,57,220kV三相分箱GIS電子式電流電壓互感器,GIS有源電子式組合互感器,58,運行于江西董家窯數(shù)字化站的110kV三相共箱GIS電子式電流電壓互感器,GIS有源電子式組合互感器,59,（1）充分利用GIS氣體絕緣的結(jié)構(gòu)特點，絕緣結(jié)構(gòu)簡單可靠；（2）互感器罐體、空心線圈、LPCT、電壓傳感器及遠端模塊一體化設(shè)計，結(jié)構(gòu)

42、緊湊，抗干擾特性好，互感器可與不同廠家的GIS配套使用；（3）三相共箱GIS電子式互感器設(shè)計有特殊的凸環(huán)屏蔽結(jié)構(gòu)（已申請專利），能夠很好地解決了三相電壓測量間易相互影響的問題；（4）采用特殊設(shè)計的金屬密封端子板（已申請專利），可有效避免開關(guān)操作產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓（VFTO）對遠端模塊信號的影響；（5）ECT利用空芯線圈傳感保護用電流信號，利用LPCT傳感測量用電流信號，使電流互感器具有較高的測量精度、較大的動態(tài)范圍及較好的暫態(tài)特性。

43、空芯線圈采用等匝數(shù)密度及回繞線技術(shù)，具有較好的抗外磁場干擾性能 ；,GIS有源電子式組合互感器,60,（6）EVT利用基于同軸電容及精密電阻的微分電壓傳感器傳感被測電壓，利用軟硬件相結(jié)合的積分技術(shù)還原被測電壓信號，使電壓互感器具有較高的測量精度、較好的溫度特性及較好的暫態(tài)特性；（7）遠端模塊采用兩路獨立模擬采樣回路，完成雙重化采樣，實時比較、校驗兩路采樣值，實現(xiàn)采樣回路硬件自檢功能，避免采樣異常引起保護誤動；（8）MU采用插值算法實

44、現(xiàn)同步，硬件簡單、可靠性高。遠端模塊及合并單元具有完善的自監(jiān)視功能，便于運行監(jiān)視及故障維護 ；（9）MU支持IRIG-B碼光纖點對點和IEEE1588網(wǎng)絡(luò)兩種對時方式 ，便于現(xiàn)場應(yīng)用； （10）MU數(shù)據(jù)輸出即支持IEC60044-8標(biāo)準也可支持IEC61850-9-2，接口符合國際標(biāo)準，具有良好的兼容性，便于系統(tǒng)集成。,GIS有源電子式組合互感器參數(shù),61,GIS電子式互感器產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù),500kV、220kV及110kV GI

45、S電子式互感器先后在電力工業(yè)電氣設(shè)備檢驗測試中心和國家高壓電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心通過了型式試驗。,GIS有源電子式組合互感器型式試驗,62,電流互感器利用空芯線圈及低功率線圈傳感被測一次電流：1) 空芯線圈是一種密繞于非磁性骨架上的螺線管，如圖所示。空芯線圈不含鐵芯，具有很好的線性度。 空芯線圈的輸出信號e與被測電流i有如下關(guān)系：,空芯線圈和LPCT線圈,63,2) 低功率線圈（LPCT）的工作原理與常規(guī)CT的原理相同，只是LPC

46、T的輸出功率要求很小，因此其鐵芯截面就較小。,采用低功率CT（LPCT）實現(xiàn)對一次電流的測量。由于總消耗功率的降低，低功率CT便有可能無飽和地高準確度測量高達短路電流的過電流。對全偏移短路電流也能滿足。除了量程比較寬，LPCT的尺寸比傳統(tǒng)電磁式電流互感器小很多。 LPCT澆注于澆注在環(huán)氧樹脂，二次信號采用航空端子及雙屏蔽雙絞線引出。采用瑪絲作為取樣電阻，溫度系數(shù)很?。?0ppm）.測量電流額定二次輸出為4V，保護電流額定二

47、次輸出為225mV。,為提高電壓測量的精度，改善電壓測量的暫態(tài)特性，在電容分壓器的輸出端并一精密小電阻。電容分壓器的輸出信號U0 與被測電壓Ui有如下關(guān)系：式中C1為高壓電容，C2為低壓電容。利用電子電路對電壓傳感器的輸出信號進行積分變換便可求得被測電壓。,電容分壓器,64,遠端模塊,電容分壓器用于傳感一次被測電壓，要求其具有較好的精度（0.2/3P）、溫度穩(wěn)定性及暫態(tài)特性。AIS電子式互感器采用性能穩(wěn)定可靠的電容分壓器將一次高壓分壓

48、為小電壓信號，經(jīng)隔離變壓器后送遠端模塊進行處理。,電壓互感器利用電容分壓器測量電壓：,遠端模塊,65,遠端模塊 遠端模塊同時采集LPCT、空芯線圈和電壓傳感器的輸出信號，空芯線圈及電壓傳感器的輸出均是被測量的微分，遠端模塊需要對空芯線圈和電壓傳感器的輸出信號進行積分，還原被測量的波形，然后再依適當(dāng)?shù)母袷揭詳?shù)字光信號的形式輸出給合并單元。,電子式互感器遠端模塊的配置,無源電子式互感器,運行于佳木斯花馬變的220kV光學(xué)電子

49、式電流電壓互感器,無源電子式互感器分類,無源電子式互感器分類,68,磁光玻璃式 優(yōu)點：技術(shù)難度較小，原理簡單 缺點：1、系統(tǒng)由分立元件組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，抗振動能力差 2、光學(xué)元件間用光學(xué)膠粘接，長期運行穩(wěn)定性差 3、采用的分立光學(xué)元件加工困難，一致性難以保證全光纖式（FOCT） 優(yōu)點：1、無分立元件，全光纖結(jié)構(gòu)簡單，抗振動能力強 2、光纖熔接

50、后連接可靠，長期穩(wěn)定性好 3、所有光學(xué)器件基于光纖制作，工藝成熟，一致性好 缺點：技術(shù)難度大，原理復(fù)雜。,Faraday磁光效應(yīng)（電流互感器）,無源電子式互感器原理,69,Pockels電光效應(yīng)（電壓互感器）,無源電子式互感器,70,無源電子式互感器,71,無源電子式互感器,72,無源電子式互感器技術(shù)難點,73,關(guān)鍵技術(shù)難點-光學(xué)傳感材料的選擇-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

51、度的影響-長期穩(wěn)定性,無源電子式互感器特點,74,在結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝選擇上著手，采用特殊的光纖纏繞方式，有效地抑制了溫度漂移。采用自適應(yīng)環(huán)境補償技術(shù)，合理選擇和嚴格控制λ/4波片參數(shù) ，當(dāng)溫度變化時，波片參數(shù)引起的誤差變化與Verdet系數(shù)引起的誤差變化相抵消 。開發(fā)了一套獨特的波片制作工藝，能夠可靠的控制波片的技術(shù)參數(shù)，保證了全光纖電流互感器具有良好的溫度特性 。采用了特殊的電路處理方案，同時開發(fā)了獨有的算法系統(tǒng)，消除了光源功率不

52、穩(wěn)造成的影響，保證了系統(tǒng)運行的精度和穩(wěn)定性。在光路中大量采用互易結(jié)構(gòu)，傳感光信號在發(fā)送和接收時通過同一光纖和同樣的光學(xué)系統(tǒng)，可以克服大量的光學(xué)系統(tǒng)缺陷，同時提高了系統(tǒng)抗振動、抗干擾和抗溫度變化等性能。,無源電子式互感器（套管式）,75,無源電子式互感器型式試驗,76,500kV、220kV及110kV 光學(xué)電子式互感器先后在國家高壓電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心通過了型式試驗。,低壓用電子式互感器產(chǎn)品,77,圖1 中低壓電子式電流互感器,圖2

53、 中低壓測相間電壓的電子式電壓互感器,圖3 中低壓測相對地電壓的電子式電壓互感器,圖4 中低壓母線電子式電壓互感器,低壓用電子式互感器技術(shù)參數(shù),78,低壓電子式互感器主要技術(shù)參數(shù),低壓電子式電流互感器和電壓互感器在電力工業(yè)電氣設(shè)備檢驗測試中心通過了型式試驗。,低壓用電子式互感器型式試驗,79,低壓電子式電流電壓互感器已有近五百多套在青島午山、合肥植物園、保定安新及內(nèi)蒙臨河等數(shù)字化變電站等投入運行，運行兩年多，產(chǎn)品運行穩(wěn)定可靠。,

54、現(xiàn)場運行的低壓用電子式互感器,80,合肥植物園低壓ECT,內(nèi)蒙臨河低壓EVT,直流電子式電流互感器,直流電子式電流互感器,運行于廣州換流站的500kV直流電子式CT,運行于葛洲壩換流站的50kV直流電子式CT,AIS電子式電流電壓互感器已有近兩百套在哈爾濱延壽數(shù)字化變電站、浙江大侶數(shù)字化變電站、河南冷泉數(shù)字化變電站、內(nèi)蒙卓資數(shù)字化變電站等投入運行，運行時間近兩年，產(chǎn)品運行穩(wěn)定可靠。,現(xiàn)場運行的AIS有源電子式互感器,83,220kV(延

55、壽),66kV(延壽),110kV(午山),GIS電子式電流電壓互感器已有三百多套在青島午山、安徽合肥植物園變、保定安新變、江西董家窯變、福州會展中心變、河南金谷園變、內(nèi)蒙臨河變等數(shù)字化變電站投入運行，運行時間最長的有四年多，產(chǎn)品運行穩(wěn)定可靠。,現(xiàn)場運行的GIS有源電子式互感器,84,運行于合肥植物園的110kV GIS電子式互感器,運行于內(nèi)蒙臨河的110kV GIS電子式互感器,GIS電子式互感器應(yīng)用情況,應(yīng)用情況220kV青島午山

56、變220kV保定安新變220kV董家窯220kV合肥植物園110kV福州會展變110kV金谷園變……等大量變電站使用,GIS用電子式電流電壓互感器,GIS電子式互感器應(yīng)用情況,GIS用電子式電流電壓互感器,GIS電子式互感器應(yīng)用情況,內(nèi)蒙臨河110kV三相共箱,江西董家窯110kV三相共箱,GIS用電子式電流電壓互感器,無源電子式互感器應(yīng)用情況,無源電子式電流電壓互感器,無源電子式互感器應(yīng)用情況,89,運行于浙江大侶變的

57、110kV光學(xué)電子式電流互感器,光學(xué)電子式電流電壓互感器已有近三十套在黑龍江景山變電站、浙江大侶數(shù)字化變電站、及內(nèi)蒙卓資數(shù)字化變電站等投入運行，運行時間近兩年，產(chǎn)品運行穩(wěn)定可靠。,錦山220kV光學(xué)電子式電流電壓互感器,電子式互感器應(yīng)用情況,電子式互感器應(yīng)用情況,直流用電子式電流電壓互感器,合并單元,92,合并單元：合并單元是電子式互感器與二次設(shè)備接口的關(guān)鍵裝置。(1)數(shù)據(jù)合并，合并單元同時接受并處理三相電流互感器和三相電壓互感器的

58、輸出信號，并按IEC60044-8或IEC61850-9-1/2的要求輸出信號；(2)數(shù)據(jù)同步，三相電流互感器和三相電壓互感器獨立采樣，其同步的實現(xiàn)由合并單元完成。(3)分配信號，不同的測控裝置及保護裝置均從合并單元獲取一次電流電壓信息，合并單元的一個主要功能是分配信號給不同的二次設(shè)備。,PCS-221A：有源式GIS電子式互感器合并單元 PCS-221E：光供電AIS電子式互感器合并單元PCS-221O：無源光纖電子式互感器

59、合并單元 PCS-220MA：常規(guī)互感器就地采樣合并單元,PT間隔（雙母線）,合并單元,93,線路間隔或主變間隔,同步采樣問題常規(guī)互感器與電子式互感器會并存，如電壓、電流之間，變壓器不同的電壓等級之間三相電流、電壓采樣必須同步變壓器差動保護從不同電壓等級的多個間隔獲取數(shù)據(jù)存在同步問題母線差動保護從多個間隔獲取數(shù)據(jù)也存在同步線路縱差保護線路兩端數(shù)據(jù)采樣也存在同步,合并單元,94,合并單元數(shù)據(jù)同步,95,解決同步采樣的兩種方

60、案方案一：基于同步脈沖（或同步時間）的同步采樣GPS秒脈沖同步IEEE1588對時同步（高精度）同步方法簡單(全站采用同一GPS秒脈沖信號)秒脈沖丟失時存在危險,基于GPS秒脈沖同步的同步采樣,合并單元數(shù)據(jù)同步,96,方案二：二次設(shè)備通過再采樣技術(shù)(插值算法)實現(xiàn)同步采樣率要求高硬件軟件要求高，實現(xiàn)難度較大不依賴于GPS和秒脈沖傳輸系統(tǒng)差值算法的同步原理：1.合并器收到每路數(shù)據(jù)的每個采樣值時記下相應(yīng)的時刻T

61、11 、 T12 、 T13和T21 、 T22、T23，在進入中斷程序的每個重采樣時刻點T上，每一路的數(shù)據(jù)在其前后都會有采樣值，根據(jù)前后點與此時刻的數(shù)值和時間差，利用插值算法（拉格朗日插值）可以得到一個“同步采樣值”，所有路的數(shù)據(jù)“同步采樣值”都是此參考時刻的。2.參考時刻T按固定間隔時間后移，計算不斷進行，于是得到連續(xù)的“同步采樣值”。,插值算法就是通過采樣點的x（時間）y（瞬時值），以及插值目標(biāo)的x，來計算插值目標(biāo)的y。最重要

62、的是把所有被用于同步的數(shù)據(jù)的x統(tǒng)一在同一個時間體系內(nèi)，例如以采樣點的采樣時間為準。要獲得準確的采樣點的采樣時刻，必須采取以下方式之一：（1）接收方自己給數(shù)據(jù)貼上接收的時標(biāo)，然后減去數(shù)據(jù)的傳輸延時，從而得到數(shù)據(jù)采樣時刻。此情況下要求數(shù)據(jù)傳輸延時是固定值。（2）發(fā)送方將數(shù)據(jù)發(fā)送時刻填在數(shù)據(jù)幀內(nèi)，接收方以發(fā)送方寫入的發(fā)送時刻為準進行數(shù)據(jù)處理。適用于傳輸延時不確定的情況。,插值算法,97,IEC60044-8:光纖串行點對點,98,I

63、EC60044-8:光纖串行點對點物理層：傳輸速度2.5Mbit/s，曼徹斯特編碼，光纖或銅線傳輸。 鏈路層：IEC60870-5-1規(guī)定的FT3格式 應(yīng)用：固定數(shù)據(jù)集(數(shù)據(jù)集長度、邏輯節(jié)點名、數(shù)據(jù)集名、邏輯裝置名、額定相電流、額定中性點電流、額定相電壓、額定延時時間、12通道采樣值、狀態(tài)字、樣本計數(shù)器),IEC61850-9-2,99,IEC61850-9-1/2：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口

64、 物理層：以太網(wǎng)，光纖傳輸 鏈路層：以太網(wǎng)地址、優(yōu)先級標(biāo)志/虛擬局域網(wǎng)、以太網(wǎng)類 應(yīng)用：無數(shù)據(jù)集配置數(shù)據(jù)固定與60044-8相同，支持USVCB服務(wù)（單播采樣值服務(wù)映射），不支持MSVCB類服務(wù)（多播采樣值服務(wù)映射）,MU傳輸標(biāo)準比較,應(yīng)用電子式互感器需要面對的幾個問題配置方案同步采樣問題采樣數(shù)據(jù)傳送標(biāo)準配置方案配置原則是保證一套系統(tǒng)出問題不會導(dǎo)致保護誤動，

65、也不會導(dǎo)致保護拒動電子式互感器的遠端模塊和合并單元需要冗余配置遠端模塊中電流需要冗余采樣合并單元冗余配置并分別連接冗余的電子式互感器遠端模塊，合并單元可以安裝在開關(guān)附近或保護小室,電子式互感器配置,101,220kV雙母線方式,102,220kV雙母線方式:,低壓10kV、35kV出線、母線,103,低壓10kV、35kV出線、母線:,1.低壓互感器(35kV以下)的輸出為小電壓模擬信號 2.經(jīng)合并單元轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,低壓10k

66、V、35kV開關(guān)柜,104,一次設(shè)備智能化及GOOSE,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、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)測和診斷方面在線監(jiān)視功能：電、磁、溫度、開關(guān)機械、機構(gòu)動作智能控制功能：最佳開斷、定相位合閘、定相位分閘、順序控制數(shù)字化的接口：位置信息、其它狀態(tài)信息、分合閘命令電子操動： 變機械儲能為電容儲能、變機械傳動

67、為變頻器通過電機直接驅(qū)動、機械運動部件減少到一個，可靠性提高、電子電路的壽命、可靠性成為關(guān)鍵,開關(guān)智能化,106,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，提升智能化水平實施方案方案1：智能終端+GOOSE網(wǎng)絡(luò) (敞開站/戶外GIS)方案2：GIS智能匯控柜+GOOSE網(wǎng)絡(luò) (室內(nèi)GIS站),智能終端：與一次設(shè)備采用電纜連接，與保護、測控等二次設(shè)備采用光纖連接，實現(xiàn)對一次設(shè)備（如：斷路器、刀閘、主變壓器等）的測量、控制等功能。,

68、能夠在不改變開關(guān)現(xiàn)有條件下實現(xiàn)一次設(shè)備和間隔級設(shè)備的數(shù)據(jù)通信GOOSE方式(Generic Object Oriented Substation Event)也能解決保護間的屏間連線針對不同應(yīng)用場合，成對使用或單獨使用可靠性、實時性,方案1--智能終端及操作箱,107,南瑞繼保智能終端產(chǎn)品：PCS-222B500/220kV分相式智能操作箱PCS-222D500/220kV分相式智能操作箱合并單元一體化裝置支持常規(guī)互感