數(shù)字化變電站

1、西安交通大學(xué)高壓張?jiān)?) 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(guò)程全部數(shù)字化，其基本特征為設(shè)備智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化、模型和通信協(xié)議統(tǒng)一化、運(yùn)行管理自動(dòng)化。數(shù)字化變電站的進(jìn)程 上世紀(jì)七十 年代： 遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)上世紀(jì)八九十年代：變電站自動(dòng)化系統(tǒng)本 世 紀(jì) 初： 數(shù)字化變電站系統(tǒng) 1）傳感技術(shù) 2）電子技術(shù) 3）網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù) 4）標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備:小型化、智能化、高可靠性早在上世紀(jì)50年代，國(guó)外如ABB、SIMENS、ALSTOM等公司開(kāi)始進(jìn)行新式互感器的研究，電子式互感器就是主要的一種。9

2、0年代初，國(guó)外已應(yīng)用到電力系統(tǒng)中國(guó)際國(guó)內(nèi)發(fā)展情況國(guó)際國(guó)內(nèi)發(fā)展情況 國(guó)外國(guó)外自十年前開(kāi)始數(shù)字化變電站的理論研究，IEC TC57技術(shù)委員會(huì)1996年開(kāi)始著手建立變電站通信網(wǎng)絡(luò)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(guó)際上數(shù)字化變電站的研究已從實(shí)驗(yàn)室階段進(jìn)入實(shí)際工程應(yīng)用階段。國(guó)家國(guó)家十一五規(guī)劃中明確指出“推廣數(shù)字化變電站”。國(guó)網(wǎng)國(guó)網(wǎng)公司制定了未來(lái)5年內(nèi)研究和推廣數(shù)字化變電站技術(shù)的實(shí)施方案，先后有20多個(gè)網(wǎng)、省局申報(bào)了數(shù)字化變電站示范工程項(xiàng)目。南網(wǎng)南網(wǎng)公司成立了數(shù)字化研究中心，同時(shí)開(kāi)展了數(shù)字化變電站示范站的建設(shè)工作。數(shù)字化變電站的研究

3、內(nèi)容數(shù)字化變電站的研究?jī)?nèi)容 體系研究需求框架一次設(shè)備的應(yīng)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?jī)?nèi)容數(shù)字化變電站的研究?jī)?nèi)容 自動(dòng)化系統(tǒng)研究繼電保護(hù)數(shù)字化技術(shù)測(cè)控裝置數(shù)字化技術(shù)故障錄波數(shù)字化技術(shù)數(shù)字化變電站對(duì)安穩(wěn)裝置的支撐動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)字化技術(shù)電能質(zhì)量檢測(cè)數(shù)字化技術(shù)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?jī)?nèi)容數(shù)字化變電站的研究?jī)?nèi)容其他內(nèi)容其他內(nèi)容計(jì)量數(shù)字化技術(shù)數(shù)字化變電站可靠性相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)境數(shù)字化變電站按照網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以分為: 站控層 間隔層 過(guò)程層 三層設(shè)備由兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接。理想數(shù)字化變電站的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)什么是過(guò)程層什么是過(guò)程層電子電子PT、CT、智能開(kāi)關(guān)、狀態(tài)檢修、智

4、能開(kāi)關(guān)、狀態(tài)檢修定義定義:數(shù)字化的設(shè)備和相應(yīng)智能軟件實(shí)現(xiàn)集成數(shù)字化的設(shè)備和相應(yīng)智能軟件實(shí)現(xiàn)集成(智能化的設(shè)備智能化的設(shè)備)例如例如在斷路器內(nèi)嵌電壓、電流變換器及其光電測(cè)量系統(tǒng)，由微機(jī)控制的二次系統(tǒng)、IED設(shè)備和相應(yīng)智能軟件實(shí)現(xiàn)集成開(kāi)關(guān)系統(tǒng)智能性的開(kāi)關(guān)設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):間隔內(nèi)自動(dòng)閉鎖和“五防”，保證設(shè)備和人身安全；按電壓波形控制合閘角，按最佳滅弧時(shí)間控制跳閘，以減少操作過(guò)電壓就地實(shí)現(xiàn)重合閘；實(shí)現(xiàn)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)和診斷，為狀態(tài)維修提供參考；實(shí)現(xiàn)就地重合閘以及其他當(dāng)?shù)乜梢詧?zhí)行的功能，而不依賴站級(jí)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IEC 61850協(xié)議框架網(wǎng)絡(luò)式分布，所有間隔層設(shè)備

5、與過(guò)程層設(shè)備間均按IEC 61850協(xié)議建立統(tǒng)一模型以達(dá)到互操作的可能性。過(guò)程層設(shè)備按間隔布置與間隔設(shè)備單獨(dú)組網(wǎng)以交換機(jī)連接?？玳g隔設(shè)備如變壓器保護(hù)置母線保護(hù)裝置、備自投裝置等由跨間隔交換機(jī)將數(shù)據(jù)收集后與間隔層設(shè)備相連。 數(shù)字化變電站優(yōu)點(diǎn)數(shù)字化變電站優(yōu)點(diǎn) 共享統(tǒng)一的信息平臺(tái)簡(jiǎn)化信息傳輸通道提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃蕴嵘到y(tǒng)精度避免電纜帶來(lái)的電磁兼容、傳輸過(guò)電壓和兩點(diǎn)接地等問(wèn)題解決設(shè)備間的互操作問(wèn)題進(jìn)一步提高自動(dòng)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(diǎn)數(shù)字化變電站的特點(diǎn) 國(guó)產(chǎn)化的數(shù)字化變電站系統(tǒng)是在現(xiàn)有 綜合自動(dòng)化變電站的基礎(chǔ)上將一次設(shè)備數(shù)字化，即數(shù)字化的互感器、智能化開(kāi)關(guān)。將這些數(shù)字化了

6、的一次設(shè)備通過(guò)IEC 61850協(xié)議納入到整個(gè)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(jì)性”的基礎(chǔ)上采用最新的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站的數(shù)字化數(shù)字化變電站的特點(diǎn)數(shù)字化變電站的特點(diǎn) 開(kāi)關(guān)智能終端與間隔層設(shè)備間的連接按照GOOSE報(bào)文進(jìn)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸開(kāi)關(guān)智能終端設(shè)備與間隔層設(shè)備相連采用GOOSE協(xié)議或IEC 61850-9-1協(xié)議的開(kāi)關(guān)量傳輸?shù)奶厥夥?wù)應(yīng)用，跨間隔采用高速串行FT3光纖傳輸。此方案適合跨間隔設(shè)備不多的變電站，例如110kV變電站無(wú)母線保護(hù)架構(gòu)下的數(shù)字化變電站。第二種方案為GOOSE單獨(dú)組網(wǎng)模式即所有開(kāi)關(guān)量信息

7、、跳閘信息以及跨間隔跳閘信息通過(guò)交換機(jī)相連分別送至各間隔設(shè)備和開(kāi)關(guān)智能設(shè)備。此方案適合與對(duì)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(luò)架構(gòu)數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的主要特點(diǎn)：數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的主要特點(diǎn)：1、采用智能一次設(shè)備（電子式互感器、智能開(kāi)關(guān)）2、采樣數(shù)據(jù)放棄采用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用IEC 61850-9-1 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(hào)而工作。4、間隔層網(wǎng)絡(luò)按IEC 61850協(xié)議組星型網(wǎng)絡(luò)與站控層相連。5、現(xiàn)階段智能開(kāi)關(guān)由智能操作箱+傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。國(guó)產(chǎn)電子式互感器發(fā)展進(jìn)程發(fā)展進(jìn)程 20

8、04年年6月通過(guò)部級(jí)鑒定（指國(guó)內(nèi)市場(chǎng)化最好的一家）月通過(guò)部級(jí)鑒定（指國(guó)內(nèi)市場(chǎng)化最好的一家）2004年獲發(fā)改委重點(diǎn)扶持和發(fā)展項(xiàng)目年獲發(fā)改委重點(diǎn)扶持和發(fā)展項(xiàng)目1.1億貼息貸款億貼息貸款2005年年1月山東月山東110kV陽(yáng)谷數(shù)字化變電站投運(yùn)陽(yáng)谷數(shù)字化變電站投運(yùn)2005年年9月月500kV在武高所全套樣機(jī)試驗(yàn)和附加試驗(yàn)在武高所全套樣機(jī)試驗(yàn)和附加試驗(yàn)2006年初云南年初云南110kV翠峰數(shù)字化變電站投運(yùn)翠峰數(shù)字化變電站投運(yùn)2006年底內(nèi)蒙年底內(nèi)蒙220kV杜爾博特?cái)?shù)字化變電站投運(yùn)杜爾博特?cái)?shù)字化變電站投運(yùn)業(yè)績(jī)已有業(yè)績(jī)已有34個(gè)站，最長(zhǎng)運(yùn)行個(gè)站，最長(zhǎng)運(yùn)行3年，等級(jí)覆蓋年，等級(jí)覆蓋10kV至至500kV，應(yīng)

9、用范圍包括獨(dú)立型、應(yīng)用范圍包括獨(dú)立型、GIS型、變壓器套管型、開(kāi)關(guān)型等，型、變壓器套管型、開(kāi)關(guān)型等，已和西開(kāi)、泰開(kāi)、已和西開(kāi)、泰開(kāi)、ABB、Siemens合作。合作。電子式互感器標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)電子式互感器標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)和傳統(tǒng)互感器標(biāo)準(zhǔn)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(guān)于數(shù)字量的定義、原理、數(shù)學(xué)描述、試驗(yàn)規(guī)定等。定義的區(qū)別定義的區(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15Hz100Hz的電氣測(cè)量?jī)x器和繼電保護(hù)裝置使用的電流電壓互感器。 電子式互感器具有模擬量輸

10、出標(biāo)準(zhǔn)值（如225mV）和數(shù)字量輸出標(biāo)準(zhǔn)值（2D41）。電子式互感器的精度等級(jí)和傳統(tǒng)基本一致。光電式互感器種類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(yīng)電容/電感分壓原理Faraday原理羅式線圈Faraday磁光效應(yīng)Pockets電光效應(yīng)光學(xué)原理電子式互感器的問(wèn)題 工裝技術(shù) 微小信號(hào)檢測(cè)精度 環(huán)境因素（溫度、振動(dòng)等）的影響 光學(xué)傳感材料長(zhǎng)期穩(wěn)定性 短期內(nèi)達(dá)不到系統(tǒng)批量應(yīng)用程度Rogowski線圈結(jié)構(gòu)及原理線圈結(jié)構(gòu)及原理 dtdikdtdte原理優(yōu)勢(shì)：原理優(yōu)勢(shì)： 頻率響應(yīng)好 線性度好 暫態(tài)特性好 無(wú)磁滯互感器結(jié)構(gòu)（戶外型）互感器結(jié)構(gòu)（戶外型）光 纜合并器單元 (OEMU

11、)出 線 進(jìn)線屏蔽環(huán)采集器單元 (OESC)光纜大裙小裙信號(hào)柱傳感頭部件 （OEH）(OES)電磁式互感器與電子式互感器類比電磁式互感器與電子式互感器類比測(cè)量、保護(hù)等裝置電磁式互感器A/D轉(zhuǎn)換CPURAMROMI/O等微機(jī)系統(tǒng)CT/PT 變 換電 纜電磁式互感器應(yīng)用系統(tǒng)電磁式互感器應(yīng)用系統(tǒng)電磁式互感器與電子式互感器類比電磁式互感器與電子式互感器類比OET700系 列數(shù) 字 式 光 電 互 感 器電 流 電 壓傳 感 器LED光 收 發(fā)光 纜數(shù) 字 信 號(hào) 傳 輸微 機(jī) 系 統(tǒng)A/D變 換測(cè) 量 、 保 護(hù) 等裝 置微 機(jī) 系 統(tǒng)CPURAMROMI/O等電子式互感器應(yīng)用系統(tǒng)電子式互感器應(yīng)用系統(tǒng)

12、電子式互感器電子式互感器（室外部分）（室外部分）信號(hào)柱（OES）采集器單元（OESC）串行感應(yīng)分壓器積分器 信號(hào)預(yù)處理 模數(shù) 轉(zhuǎn)換羅科夫斯基線圈 ( 3%保護(hù))信號(hào)傳遞光纜供能光纜光電能量轉(zhuǎn)換組件 LED光收光發(fā)電力線羅科夫斯基線圈 (0.1級(jí)測(cè)量)中央處理單元電子式互感器電子式互感器（室內(nèi)部分）（室內(nèi)部分）同步信號(hào)輸入/輸出 告警 擴(kuò)展I/O光纖以太網(wǎng)光纖以太網(wǎng)模數(shù)采集單元（擴(kuò)展）485/232/USB數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸出模擬量輸入本地?cái)?shù)據(jù)存取開(kāi)入開(kāi)出、跳閘出口、信號(hào)等供能光纜傳輸信號(hào)光纜站用電源 合并器單元 （OEMU）光能提供單元通道配置信息通道配置信息傳統(tǒng)互感器與電子式互感器的不同傳統(tǒng)互感

13、器與電子式互感器的不同絕緣性能不同絕緣性能不同系統(tǒng)精度不同系統(tǒng)精度不同負(fù)載特性不同負(fù)載特性不同體積造價(jià)不同體積造價(jià)不同部分試驗(yàn)不同部分試驗(yàn)不同電磁式互感器與傳統(tǒng)電能表構(gòu)成的測(cè)量系統(tǒng)電磁式互感器與傳統(tǒng)電能表構(gòu)成的測(cè)量系統(tǒng)CT0.2級(jí)VT0.2級(jí)線纜誤差0.1A/D轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)電能表0.2級(jí)測(cè)量系統(tǒng)誤差0.7 系統(tǒng)誤差取決于互感器準(zhǔn)確度、傳輸附系統(tǒng)誤差取決于互感器準(zhǔn)確度、傳輸附加誤差、電表精度加誤差、電表精度電子式互感器與數(shù)字電能表構(gòu)成的測(cè)量系統(tǒng)電子式互感器與數(shù)字電能表構(gòu)成的測(cè)量系統(tǒng)電子式CT0.2級(jí)電子式VT0.2級(jí)光纜數(shù)字傳輸無(wú)誤差測(cè)量系統(tǒng)誤差0.4全數(shù)字系統(tǒng)無(wú)誤差 光電式電能表數(shù)字式光電互感器構(gòu)

14、成的測(cè)光電式電能表數(shù)字式光電互感器構(gòu)成的測(cè)量系統(tǒng)（誤差取決于互感器）量系統(tǒng)（誤差取決于互感器）應(yīng)用關(guān)鍵 傳統(tǒng)互感器二次輸出側(cè)以1A，5A，或100V的信號(hào)形式與電能表計(jì)、控制保護(hù)等二次設(shè)備相連接，目前絕大多數(shù)二次設(shè)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(hù)、計(jì)量?jī)x表及測(cè)控裝置等二次裝置具適合數(shù)字化的特點(diǎn)，與電子式互感器的應(yīng)用較為接近。因此，互感器的精度等級(jí)、二次側(cè)輸出參數(shù)和與之相連的二次設(shè)備匹配和無(wú)縫連接，是電子式互感器應(yīng)用于工程的關(guān)鍵所在。電子式互感器優(yōu)點(diǎn)電子式互感器優(yōu)點(diǎn)互感器的高低壓部分通過(guò)光纖連接，沒(méi)有電氣聯(lián)系，絕緣距離約等于互感器整體高度；無(wú)磁飽和、頻率響應(yīng)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(hào)通過(guò)光纖傳輸，增強(qiáng)了抗EMI性能，數(shù)據(jù)可靠性大大提高；無(wú)傳統(tǒng)二次負(fù)荷概念；高低壓部分的光電隔離，使得電流互感器二次開(kāi)路、電壓互感器二次短路可能導(dǎo)致危及設(shè)備或人身安全等問(wèn)題不復(fù)存在；高壓側(cè)采集器單元的工作電源同時(shí)由取能線圈和激光電源提供，兩者動(dòng)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(wú)需檢壓檢漏，運(yùn)行過(guò)程中免維護(hù)。電子式互感器優(yōu)點(diǎn)電子式互感器優(yōu)點(diǎn) 互