變電站設(shè)計方案

35KV智能變電站設(shè)計方案摘要保障能源安全和應對氣候變化是世界各國共同面臨的重大課題。近年來，世界主要發(fā)達國家相繼開展了智能電網(wǎng)相關(guān)研究工作，國內(nèi)外智能電網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展并得到廣泛應用，電網(wǎng)向智能化方向發(fā)展已成為必然趨勢。對電網(wǎng)智能化發(fā)展的關(guān)鍵——智能變電站的建設(shè)，進而提出了35kV智能化變電站的優(yōu)化設(shè)計方案,對智能化電網(wǎng)的建設(shè)具有一定的指導作用。本文首先分析了智能變電站的基本原理，以及對應的特征和構(gòu)成特點，提出智能變電站設(shè)計的關(guān)鍵因素，然后分析了智能變電站主要一次設(shè)備的構(gòu)成、特點，其次說明了智能變電站二次系統(tǒng)構(gòu)成的一些因素，根據(jù)上面的研究，智能變電站的設(shè)計是很復雜的問題，也是整個智能電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵部分，對智能電網(wǎng)運行產(chǎn)生一定的影響。關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)、智能設(shè)備、智能組件、設(shè)計方案ABSTRACTEnsuringenergysecurityandclimatechangeisasignificanttaskfacedbycountriesaroundtheworldtogether.Inrecentyears,theworld'smajordevelopedcountrieshavecarriedoutthesmartgridrelatedresearchwork,thesmartgridtechnologyrapiddevelopmentandwidelyusedathomeandabroad,thepowergridtotheintelligentdirectionhasbecomeaninevitabletrend.Forthekeytothedevelopmentofintelligentpowergrid,theconstructionofintelligentsubstation,andthenputsforwardtheoptimizeddesignschemeofintelligent35kvtransformersubstations,theintelligentpowergridconstructionhasacertainguidingrole.Thisarticlefirstanalyzesthebasicprincipleofintelligentsubstation,andthecorrespondingcharacteristicsandcompositioncharacteristics,thekeyfactorsforthedesignofintelligentsubstation,thenanalyzedthecompositionandcharacteristicsofintelligentsubstationmainequipmentonce,thenillustratestheintelligentsubstationsecondarysystemconsistingofsomefactors,accordingtotheaboveresearch,thedesignofintelligentsubstationisaverycomplicatedproblem,isalsothekeypartofthesmartgridconstruction,acertaininfluenceonthesmartgridoperation.Keywords：Thesmartgrid,smartdevices,intelligentcomponents,designscheme目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"目錄 3\o"CurrentDocument"第一章緒論 5\o"CurrentDocument"1.1選題的背景及意義 5\o"CurrentDocument"國內(nèi)外智能電網(wǎng)發(fā)展概述 5\o"CurrentDocument"第二章智能變電站介紹 7\o"CurrentDocument"2.1智能變電站的構(gòu)成 72.1.1智能變電站的特征及功能 7\o"CurrentDocument"2.1.2智能變電站特點 7\o"CurrentDocument"智能變電站設(shè)計的關(guān)鍵因素 8\o"CurrentDocument"2.3IEC61850標準及其特點 9\o"CurrentDocument"2.4本章小結(jié) 9\o"CurrentDocument"第三章智能變電站的一次設(shè)備設(shè)計 10\o"CurrentDocument"引言 10\o"CurrentDocument"3.2智能一次設(shè)備的構(gòu)架與組成 10\o"CurrentDocument"3.2.1智能一次設(shè)備的構(gòu)架 10\o"CurrentDocument"3.2.2傳感器 10\o"CurrentDocument"3.2.3智能組件 10\o"CurrentDocument"電子式互感器與數(shù)字采樣技術(shù) 11\o"CurrentDocument"3.3.1電子式電流互感器 12\o"CurrentDocument"3.3.2電子式電壓互感器 12\o"CurrentDocument"3.3.3電子式互感器的技術(shù)優(yōu)點 12\o"CurrentDocument"3.4一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測 13\o"CurrentDocument"3.4.1在線監(jiān)測 13\o"CurrentDocument"3.4.2離線檢測 14\o"CurrentDocument"3.5本章小結(jié) 14\o"CurrentDocument"第四章智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計 15\o"CurrentDocument"4.1智能變電站一體化信息平臺 15\o"CurrentDocument"4.1.1一體化信息平臺介紹 15\o"CurrentDocument"4.1.2一體化信息平臺特點 154.2智能變電站二次系統(tǒng) 154.2.1時間同步系統(tǒng) 16\o"CurrentDocument"4.2.2交直流一體化電源 16\o"CurrentDocument"4.2.3輔助系統(tǒng) 17\o"CurrentDocument"4.3本章小結(jié) 17\o"CurrentDocument"第五章未來與展望 18\o"CurrentDocument"5.1結(jié)論 18\o"CurrentDocument"5.2展望 18\o"CurrentDocument"第六章總結(jié) 19\o"CurrentDocument"參考文獻 20\o"CurrentDocument"致謝 21第一章緒論選題的背景及意義當前我國的經(jīng)濟發(fā)展迅速，社會對能源的需求也越來越高，能源的穩(wěn)定性對整個社會的穩(wěn)定以及社會的發(fā)展和繁榮起著重要的作用，隨著當前經(jīng)濟的不斷提升，經(jīng)濟的安全與發(fā)展受到各個地區(qū)的關(guān)注。特別是進入到21世紀以來，全球環(huán)境發(fā)生的明顯改變，能源越來越短缺，經(jīng)濟發(fā)展遇到了前所未有的瓶頸，上面的因素都是制約電力行業(yè)發(fā)展所要面臨的一些問題，因此電力工業(yè)被賦予的極其重要的社會責任，為了更好的履行職責，發(fā)展智能電網(wǎng)是當前電力工業(yè)發(fā)展趨勢，也是必然選擇。我國自改革開放以來，社會保持高速發(fā)展，社會用電總量持續(xù)增加，在冬季和夏季的高峰期時間段，有的地點不得不采取拉閘限電的方式進行電力調(diào)節(jié)。歷史和經(jīng)驗告訴我們，電力建設(shè)必須要先于經(jīng)濟發(fā)展的步伐，如果電力發(fā)展滯后，就會對整個經(jīng)濟的發(fā)展產(chǎn)生重要影響，其次，我國各種自然資源主要集中在西北地區(qū)和西南地區(qū)，但是用電負荷主要集中在沿海經(jīng)濟發(fā)達的省份，因此建設(shè)特高壓進行輸電建設(shè)是必然途徑，通過特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，能夠緩解各個地區(qū)的負荷不平衡，盡管上述的輸電方式較為先進，但是面臨了很多工程難題以及技術(shù)難關(guān)，從而為電網(wǎng)的穩(wěn)定運行帶來了極大的挑戰(zhàn)。此外各種電力電子裝置的廣泛使用，使電網(wǎng)的復雜度進一步提升，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提出的更高要求。正是在這樣的背景下，各個國家都在開展智能電網(wǎng)的發(fā)展和研究，向智能化方向轉(zhuǎn)變，而智能變電站設(shè)計是其中的一個重要環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)的設(shè)計合理與否，對整個電網(wǎng)產(chǎn)生重要影響，加快特高壓電網(wǎng)的建設(shè)步伐，能夠快速的實現(xiàn)我國電網(wǎng)的跨越式發(fā)展，有效的實現(xiàn)互動、經(jīng)濟、高效、清潔的現(xiàn)代化電網(wǎng)，為實現(xiàn)經(jīng)濟的又好又快發(fā)展提供強大的支撐。國內(nèi)外智能電網(wǎng)發(fā)展概述智能電網(wǎng)發(fā)展過程中，主要有6個環(huán)節(jié)，分別為1、發(fā)電，2、線路，3、變電，4、配電，5、用電，5、調(diào)度，建設(shè)智能變電站是其中的一個目標。美國最先進行智能電網(wǎng)的建設(shè)，最早是進行電力基礎(chǔ)設(shè)置戰(zhàn)略防護提出的這個智能電網(wǎng)概念，在2003年，美國的相關(guān)研究機構(gòu)組建了世界上第一個智能電網(wǎng)的框架結(jié)構(gòu)，后續(xù)又成了相關(guān)的研究項目以及國家能源技術(shù)實驗室，有專門的研究機構(gòu)設(shè)計智能電網(wǎng)。在2008年終，美國的科羅拉多州的波爾得城市，率先成為了美國的一個智能電網(wǎng)城市，此后，很多的電氣巨頭都與美國共同開發(fā)智能電網(wǎng)，此后美國政府公布想相關(guān)的投資計劃，社會各界開始對智能電網(wǎng)的開發(fā)和建設(shè)工作。在歐洲，他們的電網(wǎng)運行形式與美國不同，對智能電網(wǎng)的研究主要針對分布式能源方面以及可再生能源的利用方向，通過對新能源的開發(fā)利用，從而帶動整個社會的發(fā)展。目前，日本東京的一個電力公司電網(wǎng)被世界上認為是最接近智能電網(wǎng)運行的網(wǎng)絡(luò)，值得其他國家的相關(guān)技術(shù)人員進行分析和研究。此外，隨著科技發(fā)展和信息化水平的提高，智能家具、電動汽車、智能電網(wǎng)、智能交通、智能建筑等等都是未來的發(fā)展方向。正是社會各方面的不斷推進，需要我們加快發(fā)展智能電網(wǎng)，從而滿足社會各界對能源的需求，才能夠滿足對客戶提供更多個性化、多樣化、互動化的需求，從而進一步提高服務水平和質(zhì)量。我國雖然對智能電網(wǎng)的研究步伐稍晚，但是我國對相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域進行了深入的研究，當前我們很多領(lǐng)域以及達到世界領(lǐng)先水平，特別是特高壓建設(shè)和輸電等諸多領(lǐng)域，在配電領(lǐng)域智能化的應用研究也在穩(wěn)步推進。此外中國很多的電氣研究院，如中國電氣科學研究院等單位承擔了國家制定的973計劃，從而提高大型互聯(lián)網(wǎng)的運行可靠性，為發(fā)展智能型電力系統(tǒng)動態(tài)調(diào)度和有效的調(diào)控提高保障，此外通過上面的研發(fā)還能夠為智能電網(wǎng)的運行控制提供很好的發(fā)展平臺。智能電網(wǎng)發(fā)展的核心組成環(huán)節(jié)就是智能變電站，因此深入的開發(fā)研究智能變電站，解決各項技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)和困難，從而保障整個智能電網(wǎng)的研究，為我國智能電網(wǎng)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。第二章智能變電站介紹2.1智能變電站的構(gòu)成智能變電站是堅強智能電網(wǎng)建設(shè)中實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換和控制的核心平臺之一，是智能電網(wǎng)的重要組成部分，它是銜接智能電網(wǎng)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度六大環(huán)節(jié)的關(guān)鍵，同時也是實現(xiàn)風能、太陽能等新能源接入電網(wǎng)的重要支撐。2.1.1智能變電站的特征及功能智能變電站是采用先進、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、協(xié)同互動等高級功能的變電站。智能變電站作為屯力網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，同常規(guī)變電站一樣連接線路、輸送電能，擔負著變換電壓等級、匯集電流、分配電能、控制電能流向、調(diào)整電壓等功能。與此同時，智能變電站能夠完成比常規(guī)變電站范圍更寬、層次更深、結(jié)構(gòu)更復雜的信息采集和信息處理，變電站內(nèi)、站與調(diào)度、站與站之間、站與大用戶和分布式能源的互動能力更強，信息的交換和融合更方便快捷，控制手段更靈活可靠。智能變電站具有全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化和高級應用互動化等主要功能：實現(xiàn)信息數(shù)字化。全站信息數(shù)字化指實現(xiàn)一次、二次設(shè)備的靈活控制，且具備雙向通信功能，能夠通過信息網(wǎng)進行管理，滿足全站信息采集、傳輸、處理、輸出過程完全數(shù)字化。實現(xiàn)通信平臺網(wǎng)絡(luò)化。變電站可根據(jù)實際需要靈活選擇網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，利用冗余技術(shù)提高系統(tǒng)可靠性;互感器的采樣數(shù)據(jù)可通過過程層網(wǎng)絡(luò)同時發(fā)送至測控、保護、故障錄波及相角測量等裝置，進而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享;利用光纜代替電纜可大大減少變電站內(nèi)二次回路的連接線數(shù)量，從而也提高了系統(tǒng)的可靠性。實現(xiàn)信息共享標準化。信息共享標準化指形成基于同一斷面的唯一性、一致性基礎(chǔ)信息，統(tǒng)一標準化信息模型，通過統(tǒng)一標準、統(tǒng)一建模來實現(xiàn)變電站內(nèi)外的信息交互和信息共享。實現(xiàn)高級應用互動化。高級應用互動化指實現(xiàn)各種變電站內(nèi)/外高級應用系統(tǒng)相關(guān)對象的互動，全面滿足智能電網(wǎng)運行、控制要求。2.1.2智能變電站特點智能變電站釆用先進技術(shù)與設(shè)備，強調(diào)優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能，其根本是服務于應用，從業(yè)務需求出發(fā)，把技術(shù)問題、經(jīng)濟問題、管理問題統(tǒng)籌考慮，實現(xiàn)對三態(tài)數(shù)據(jù)(穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、暫態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù))的統(tǒng)一采集和處理，從而提高智能電網(wǎng)對全景信息的感知能力，提高高級應用的深度和廣度，實現(xiàn)自動化、互動化的目標。為更好地實現(xiàn)與支持表1-3中所述智能變電站功能，智能變電站在結(jié)構(gòu)上更加側(cè)重于物理集成與邏輯集成。一方面在系統(tǒng)的層面，物理集成真正體現(xiàn)了面向?qū)ο?、功能自治的思想，有利于提高間隔功能的可靠性，降低運行和維護費用;另一方面，電力系統(tǒng)本質(zhì)是一個互聯(lián)的系統(tǒng)，僅依靠單間隔、局部信息是難以在系統(tǒng)層面優(yōu)化保護與控制功能的。為此，智能變電站同時強調(diào)邏輯集成，以構(gòu)成面向系統(tǒng)的應用，實現(xiàn)就地、區(qū)域和全局功能的協(xié)調(diào)，支持具有在線決策、協(xié)同互動特征的各種高級應用。智能變電站與常規(guī)變電站的結(jié)構(gòu)差異如圖1-1所示。與常規(guī)變電站相比，智能變電通過設(shè)備或系統(tǒng)的物理集成，為邏輯功能集成提供了載體，進而能夠更好地支持高級應用的實現(xiàn)。智能變電站設(shè)計的關(guān)鍵因素智能變電站與其他設(shè)計的變電站存在一定的相似地方，因此在智能變電站設(shè)計的過程中，可以借鑒常規(guī)變電站的設(shè)計方案，特別是一次設(shè)備的選擇方面，選型和配置是極其重要的。在智能變電站中，電子式互感器、交換機、智能終端、狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等等都會對變電站電能傳輸方式以及其他表現(xiàn)形式產(chǎn)生一定的影響，此外還應當設(shè)計智能變電站二次系統(tǒng)的相關(guān)功能，是變電站的二次系統(tǒng)的各項功能能夠更好的融合到一起，相互滲透，從而能夠更好的把握設(shè)計的關(guān)鍵點設(shè)計部分。智能變電站主要具備以下幾個特征，1、結(jié)構(gòu)緊湊，2、功能集成，3、信息數(shù)字，4、狀態(tài)可視。正是由于智能變電站的上面幾個要求，從而使得該類型的變電站易維護、升級、改造、和擴展。從而能夠?qū)崿F(xiàn)智能電網(wǎng)集約化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等更多更高級的自動化水平，從而完成設(shè)備的在線監(jiān)測和維修、事故異常進行分析判斷、一體化五防、對整體的程序進行控制以及對系統(tǒng)進行整體聯(lián)鎖。上面的相關(guān)方案能夠充分體現(xiàn)了智能變電站數(shù)字化設(shè)計的理念和方式，因此設(shè)計時只需根據(jù)相關(guān)的國家要求設(shè)計即可，從而滿足三道防線要求和三級安全的標準，但是為了保障系統(tǒng)運行的穩(wěn)定和安全，仍然需要在以下幾個方面要特別注意：一次設(shè)備智能化。當前一次設(shè)備智能化水平不斷提高，先后出現(xiàn)了智能開關(guān)器件、電子式互感器器件、合并單元等機電一體化相關(guān)設(shè)備，上面的相關(guān)因素給變電站的發(fā)展提供了很好的基礎(chǔ)平臺。二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化。二次設(shè)備主要針對光電式互感器進行應用發(fā)展，也是一次設(shè)備和其他通訊設(shè)備的需要。主要分為三個結(jié)構(gòu)部分：1、間隔層，2、站控層，3、過程層。通過互聯(lián)互操作的步驟，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享終端，當前設(shè)計的首要原則就是保障穩(wěn)定和可靠性，從而靠網(wǎng)絡(luò)能夠真實實現(xiàn)資源的共享業(yè)務。運行管理系統(tǒng)自動化。系統(tǒng)的自動化水平一般包括全自動運行、運行數(shù)據(jù)的自動記錄，當設(shè)備發(fā)生故障之后，能夠及時的提供故障檢測報告，從而有效分析故障原因，從而提供解決方案。IEC61850標準規(guī)約的應用。上述標準主要針對一次、二次設(shè)備信息為智能研究對象，然后通過高速以太網(wǎng)為基礎(chǔ)。從而實現(xiàn)智能信息的建設(shè)，按照國際標準進行建設(shè)，不僅規(guī)范了相關(guān)繼電保護設(shè)備的通訊接口，還能夠很好的解決不同接口之間數(shù)據(jù)交換的困難。2.3IEC61850標準及其特點智能變電站建立在IEC61850標準之上，主要的技術(shù)特點是一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化°IEC61850是國際電工委員會(IEC)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)通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)唯一的國際標準。IEC61850規(guī)范了數(shù)據(jù)的命名、數(shù)據(jù)定義、設(shè)備行為、設(shè)備的自描述特征和通用配置語言，可以非常方便的實現(xiàn)不同智能電氣設(shè)備相互之間的信息共享和互操作。IEC61850不僅規(guī)范了以往變電站二次設(shè)備——如保護裝置、測控裝置的模型和通信接口，而且還定義了一次設(shè)備如電子式CT、PT、智能化開關(guān)等一次設(shè)備的模型和通信接口。實際生產(chǎn)中，綜合自動化站通信規(guī)約各廠家不同，再加上解析規(guī)約時，又各有理解，導致站內(nèi)各廠家通信困難，聯(lián)調(diào)經(jīng)常需要較長時間，且每次增加間隔時，新上設(shè)備需與前期廠家聯(lián)調(diào)，受制于原廠家，不僅不利于規(guī)模招標，而且使二次裝置通用性差。與以往規(guī)約不同，IEC61850不僅僅是一個單純的通信規(guī)約，而且是智能變電站自動化系統(tǒng)的標準，指導了變電站自動化系統(tǒng)的設(shè)計、研發(fā)、制造、工程、維護等各個環(huán)節(jié)。它不僅僅可以滿足不斷前進的通信技術(shù)的發(fā)展革新與復雜多變的變電站自動化應用功能，可以對變電站自動化系統(tǒng)的通信能力進行科學的評估，更重要的方面，它滿足了變電站應用功能的分布式實現(xiàn)和組合應用，真正意義上支持了變電站自動化相關(guān)設(shè)備的互操作，建立了完整的支持體系，對該體系作出了嚴格的規(guī)定，不再僅僅是一個傳統(tǒng)的通信協(xié)議。2.4本章小結(jié)本章主要介紹了目前智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀及研究背景，并闡述了智能變電站的基本原理，分析了智能變電站技術(shù)特征和構(gòu)成特點，以及設(shè)計的關(guān)鍵因素，介紹了IEC61850標準及其特點。第三章智能變電站的一次設(shè)備設(shè)計3.1引言智能電網(wǎng)的重要組成部分就是智能變電站一次設(shè)備的設(shè)計，經(jīng)過多年的分析研究，逐漸形成了我國關(guān)于智能變電站一次設(shè)備的相關(guān)理論，即智能一次設(shè)備是一次設(shè)備與相關(guān)傳感器及智能電子設(shè)備的有機結(jié)合體，是具有測量數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化、功能一體化和信息互動化特征的一次設(shè)備，也是一次設(shè)備智能化技術(shù)的具體體現(xiàn)。從上面的總體來講，可以將一次設(shè)備智能化設(shè)計后，不僅對整個控制技術(shù)進行了革新，同時測量技術(shù)水平也在提高，對整個變電站的規(guī)劃設(shè)計和電網(wǎng)穩(wěn)定運行以及其他方面的發(fā)展都會產(chǎn)生一定的影響。智能一次設(shè)備的構(gòu)架與組成3.2.1智能一次設(shè)備的構(gòu)架此處將智能一次設(shè)備分為三個方面進行分析研究：一次設(shè)備，指的就是一次設(shè)備本體。傳感器，一般將傳感器放置在設(shè)備上，有些傳感器也架設(shè)到其他的設(shè)備之上，此外有些傳感器還包含其他設(shè)備，如執(zhí)行器等相關(guān)器件。智能組件，主要為一次設(shè)備提供相關(guān)的測量服務。能夠有效的進行測量、控制、實時監(jiān)測、保護等，傳感器與一次設(shè)備形成一個完整的整體，能夠?qū)崿F(xiàn)控制、計量、測量、保護等功能。3.2.2傳感器將一次設(shè)備進行智能化升級過程中，首要解決的問題就是能夠較為準確的獲得設(shè)備的相關(guān)信息，而要完成這樣的任務與傳感器植入或接入存在密切的聯(lián)系。傳感器將一次設(shè)備的相關(guān)信息轉(zhuǎn)化為一次設(shè)備中相關(guān)智能化器件可處理的信息，然后進行分析，其中的環(huán)節(jié)當中，自檢測功能是最重要的功能。接入的傳感器，必須能夠在靈敏度范圍內(nèi)對其進行全方位的檢測，同時安裝使用相當來講比較方便，最重要的是不會對設(shè)備本體或者其他人造成重大影響。并不是說傳感器安裝越多越好，在工程實際中，需要根據(jù)相關(guān)的理論進行計算，確定按照的具體位置和數(shù)量，從而達到最佳的性價比。3.2.3智能組件(1)智能組件相關(guān)的組成構(gòu)架一次設(shè)備最關(guān)鍵的環(huán)境就是智能組件的一次設(shè)備。對整個一次設(shè)備產(chǎn)生極其重要的影響。該器件的組成部分有，電力電子裝置、合并單元、狀態(tài)監(jiān)測、智能終端等等。能夠承擔起相關(guān)設(shè)備的測量任務，能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)測和控制等功能。在滿足相關(guān)的要求標準同時，還需要將保護設(shè)備和電能表等設(shè)備嵌入其中，從而能夠及時的承擔計量保護等功能。智能組件的其他一次設(shè)備可以組成一個整體實現(xiàn)功能，也可以分散獨立，從而能夠較好的實現(xiàn)就地布置測控、計量、保護裝置、狀態(tài)監(jiān)測等。當前智能組件的發(fā)展趨勢是結(jié)構(gòu)為一體化設(shè)施，功能更加齊全，更加集成化。其中最核心設(shè)備智能組件能夠集中反映宿主設(shè)備。一般智能組件一般滿足以下三個屬性：1、首先是一個物理設(shè)備，2、是一次設(shè)備的一部分，3、至少包含一個智能電子設(shè)備。在工程實際中，一次設(shè)備包含的相關(guān)智能組件IED也是不一樣的，其內(nèi)部相關(guān)結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示。Hi控層網(wǎng)紹綿111保Hi控層網(wǎng)紹綿111保護裝代狀態(tài)監(jiān)測功能紐合井恒兒糸饒測挖裝赳智能終端圖2-1部分智能組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖電子式互感器與數(shù)字采樣技術(shù)當前，當前電力系統(tǒng)廣泛使用電壓電流互感器以及常規(guī)的電容互感器，絕緣結(jié)構(gòu)相當比較復雜，體積較大無法適應很多場合的應用要求，因此發(fā)展受到了一定的局限，正是在這樣的背景下，需要研發(fā)出能夠適應的互感器，因此電子式互感器得到了人們的重視，相比之下，電子式互感器絕緣相對簡單，體積較小，無磁飽和影響，而且暫態(tài)是影響方位較大，因此具有廣闊的應用前景。當前光纖技術(shù)和電子技術(shù)不斷取得突破性進展，因此在以后的智能電網(wǎng)建設(shè)方面，電子式互感器會得到廣泛的應用。3.3.1電子式電流互感器根據(jù)相關(guān)的國家要求和規(guī)范，電子式電流互感器按照測量原理分為以下幾類：1、羅氏線圈式，2、鐵芯線圈式低功率，3、光學電流式。上面的互感器均有適應自己的應用空間，要根據(jù)實際場合的要求，選擇恰當?shù)幕ジ衅髌骷瑥亩軌虬l(fā)揮其自身最大的價值。如光學電流是互感器主要運用光學原理，通過光學原理第一被測電流調(diào)制的光波物理特征、參量的變化情況進行分析，從而得到最佳的效果。3.3.2電子式電壓互感器根據(jù)相關(guān)的國家要求和規(guī)范，電子式電壓互感器按照測量原理分為以下幾類：阻容分壓型電壓互感器。該互感器通過電容和電阻兩部分進行分壓處理，將得到的分壓信號通過光纖組織傳輸?shù)蕉无D(zhuǎn)換器當中，然后進行相應的調(diào)解，最后得到被測的電壓信號，因此也稱上面的方法為傳光型電子式電壓互感器。光學電壓互感器。該互感器主要通過光學晶體制作而成，里面包含大量的敏感元件，通過相應的原理如、逆壓電效應、電光效應、干涉等方式從而完成最終的調(diào)制工作，將測到的電壓信號直接加到敏感的元器件當中，通過光纖光纜，進行傳輸。電子式電壓互感器如果按照相關(guān)的電壓等級進行劃分：可以分為以下幾個部分：1、中壓(10-35kV)等級，2、高壓(llOkV及以上)等級，3、超高壓(500kV以上)等級等。3.3.3電子式互感器的技術(shù)優(yōu)點在整個電力系統(tǒng)當中，常規(guī)互感器一般認為有下面幾個部分：1、電磁式電壓型，2、電容式電壓型，3、電磁式電流型。而電子式互感器包含常規(guī)互感器的全部功能，兩者運行的原理和結(jié)果不同，最突出的不同之處在于絕緣能力和暫態(tài)性能方面?？偟膩碇v，電子式互感器主要有以下幾個優(yōu)點：電力系統(tǒng)故障響應快，現(xiàn)有的保護裝置主要是根據(jù)得到的工頻量進行分析判斷，容易受到其他信號的干擾，因此判斷的準確度下降，無法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的要求，因此需要進行改進。消除了磁飽和現(xiàn)象。常規(guī)的電流互感器在運行時，很有可能導致一些異常現(xiàn)象發(fā)生，如發(fā)生短路時會導致電流值很大，特別是在非周期分量還未衰減之前，會導致相關(guān)的斷路器發(fā)生動作，從而使設(shè)備運行出現(xiàn)問題。絕緣性能更好，隨著電壓水平的生高，對電磁式電壓、電流互感器的絕緣水平也要求越來越高，因此需要開發(fā)新的絕緣材料，才能滿足實際的要求。適應電力計量與保護數(shù)字化的發(fā)展。通過數(shù)字信號進行相關(guān)的計量和保護，有助于二次設(shè)備的進一步發(fā)展，今后的發(fā)展方向是集成化，更加便捷，從而加深整個變電站的數(shù)字化和信息化進程，能夠更好為電力系統(tǒng)的發(fā)展做出重大貢獻，普及自動化裝置等。消除了鐵磁諧振，通過相應的技術(shù)，能夠加強抗干擾能力，有效提升常規(guī)互感器的應用效果，一般是通過電磁諧振的原理完成整個環(huán)節(jié)的設(shè)計。在電子式互感器當中，不存在電磁諧振，因此也就不會產(chǎn)生電磁諧振，因此其抗干擾能力更強。經(jīng)濟性好。隨著電壓等級的上升，常規(guī)互感器的價格上升很高，因此費用較大，但電子式互感器價格增長不算太大，因此具有良好的經(jīng)濟型，此外電子式互感器體積較小，能夠節(jié)約空間，因此使用非常方便，有效減少變電站占地面積。一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測隨著相關(guān)電力電子器件技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)在線對高壓一次設(shè)備進行檢測是當前發(fā)展的必然趨勢，智能變電站的狀態(tài)檢測是在不影響其正常使用的前提下，根據(jù)相關(guān)的檢測設(shè)備對變電站相關(guān)的數(shù)據(jù)進行實時檢測和記錄，從而能夠及時獲取設(shè)備運轉(zhuǎn)信息以及周圍環(huán)境相關(guān)信息，根據(jù)專家總結(jié)的相關(guān)經(jīng)驗進行計算和分析判斷，然后給出預警信息。變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視是智能變電站設(shè)計方案中重要的環(huán)節(jié)之一，主要分為在線和離線兩種檢測方案。3.4.1在線監(jiān)測在線監(jiān)測一般是指不對設(shè)備的正常運行產(chǎn)生任何影響，保持設(shè)備穩(wěn)定運行，一般將相關(guān)的檢測元器件安裝在被檢測的設(shè)備上面，通過實時進行連續(xù)的記錄數(shù)據(jù)，或者設(shè)定一定的周期，從而完成自動檢測的過程。該方法主要的優(yōu)點在于，能夠?qū)崟r檢測到記錄的數(shù)據(jù)運行量，因此能夠真實的反映出設(shè)備運行的實際情況，因此參考價值較大，缺點是，因為需要保證設(shè)備的正常運行，因此測量的數(shù)量比較有限。當時各項技術(shù)不斷完善，因此在線監(jiān)測功能系統(tǒng)逐漸趨于成熟，基本上能夠?qū)崿F(xiàn)集成化模塊，各種變電設(shè)備的監(jiān)測單元通過相關(guān)的現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)與主機相連，從而完成數(shù)據(jù)的采集工作，進行分析判斷，根據(jù)最后分析的結(jié)果，將數(shù)據(jù)上傳到相關(guān)的監(jiān)控主機數(shù)據(jù)庫中，主機會對獲得的相關(guān)信息進行綜合判斷和分析，最后根據(jù)結(jié)果生成圖表、報表等形式，統(tǒng)一存放到數(shù)據(jù)庫中。變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)的形成實現(xiàn)了隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，各類單一功能的在線監(jiān)測系統(tǒng)趨向集成，各種變電設(shè)備的監(jiān)測電抗器、GIS、斷路器、避雷器、容性設(shè)備、高壓套管、變電站變壓器、變電設(shè)備的實時在線監(jiān)測功能。3.4.2離線檢測離線監(jiān)測一般通過各種儀器儀表或者其他的生產(chǎn)設(shè)備等進行人工測量，然后記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。能夠從運行的設(shè)備中獲得相關(guān)的采樣數(shù)據(jù)，通過儀器或者其他設(shè)備對這些樣本進行分析和判斷，然后進行加工處理，一般來講，離線檢測一般具有非實時性的特點，因此實驗結(jié)果并不是當場獲得，一般具有一定的延遲特性，不能反映出設(shè)備當前的運行狀況。但是通過離線檢測，也能夠記錄設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，相關(guān)的運行參數(shù)，能夠有效的發(fā)現(xiàn)故障出現(xiàn)的一些征兆，從而為排除故障，提出改進的方法。離線檢測一般需要停電處理，從這些年的運行情況來看，突發(fā)性的故障占到了相當大的比重。因此隨著智能互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，離線監(jiān)測由于需要的試驗時間較長，工作量大等情況，或造成停電損失，因此會設(shè)備產(chǎn)生一定的影響，成為了制約電網(wǎng)發(fā)展的一個重要因素。正是在這樣的情況下，所以實時監(jiān)測系統(tǒng)越來越得到重視，需要進一步加強電力設(shè)備和人身安全等等。離線監(jiān)測對可能存在的或者已經(jīng)存在的很多故障情況進行分析研究，從而做到防患于未然，是進行檢修的重要手段之一。在實際當中，由于兩種方法各有優(yōu)勢和缺點，因此需要根據(jù)實際情況，綜合利用兩種方法進行測量，最大限度的發(fā)揮他們的優(yōu)勢，當發(fā)生異常情況后，根據(jù)嚴重程度采取恰當?shù)牟呗詫Ξ惓０l(fā)生的情況進行判斷，最終得到檢修策略。所以實時監(jiān)測電氣設(shè)備的運行狀態(tài)對電力系統(tǒng)的安全運行至關(guān)重要，加強電氣設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測與診斷，有利于及時發(fā)現(xiàn)隱患以確保電力設(shè)備和人身安全。離線檢測是對可能存在或已經(jīng)存在的故障進行分析，而在線監(jiān)測的實質(zhì)是要求分析設(shè)備的當前狀態(tài)及未來趨勢，在發(fā)生故障之前提出檢修計劃，做到防患于未然，是狀態(tài)檢修的技術(shù)基礎(chǔ)之一。在實際的應用中有時需要結(jié)合在線監(jiān)測和離線檢測兩種手段，充分發(fā)揮各自的優(yōu)點，一般的做法是采用在線監(jiān)測的方法對運行的設(shè)備實施實時監(jiān)測，當發(fā)現(xiàn)異常后，根據(jù)嚴重程度可以采用必要的合適的離線檢測方法對異常進行進一步的判定，最終確定檢修策略。3.5本章小結(jié)智能一次設(shè)備是智能變電站的重要組成部分，本章分別介紹了智能一次設(shè)備的構(gòu)架、電子式互感器、數(shù)字采樣技術(shù)及一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的狀態(tài)監(jiān)測，并細化分析了幾種常用類型傳感器及智能組件、電子式電壓互感器、電流互感器，簡述了各自的優(yōu)缺點和使用范圍，同時對在線監(jiān)測和離線監(jiān)測的不同配置和應用范圍。第四章智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計4.1智能變電站一體化信息平臺智能變電站站控層技術(shù)的基礎(chǔ)就是進行一體化信息平臺的建設(shè)，根據(jù)相關(guān)的國家要求，需要制定一整套數(shù)據(jù)庫，從而完成統(tǒng)一的規(guī)范化、標準化的調(diào)度流程，通過對第一批智能變電站試點的相關(guān)工程可以看到，一體化信息平臺得到了較為廣泛的運用。4.1.1一體化信息平臺介紹一體化信息平臺貫穿于整個智能變電站，將所有的有效信息融合到一個系統(tǒng)之中，從而滿足各種需求。一體化信息平臺主要運用的技術(shù)為無關(guān)的圖形基系統(tǒng)和統(tǒng)一建模技術(shù)的實時數(shù)據(jù)庫，能夠?qū)?shù)據(jù)進行歸一化處理，因而在各個部門之間數(shù)據(jù)可以通用，此外還能夠提供基于模型應用的編程端口，從而方便對歷史信息的搜索和查詢，最后提供的數(shù)據(jù)信息通過標準化的接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)和文件的相關(guān)服務功能。4.1.2一體化信息平臺特點一體化體化信息平臺的關(guān)鍵技術(shù)主要有下面幾種：1、圖形基系統(tǒng)技術(shù)，2、全景數(shù)據(jù)庫技術(shù)，3、通信標準化技術(shù)。1)圖形基系統(tǒng)技術(shù)。該方法與實際的應用設(shè)計方法無關(guān)，這個技術(shù)能夠?qū)D形與具體的應用分離開，通過各種操作指令進行控制，從而完成對輸出圖形的顯示工作，這種控制方法能夠通過加載相關(guān)的標準接口從而擴展到其他的應用領(lǐng)域。2)全景數(shù)據(jù)庫技術(shù)。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)變電站靜態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)與變電站其他運行的數(shù)據(jù)進行有機的結(jié)合，從而完成整個數(shù)據(jù)信息的共享，從而實現(xiàn)資源共享的功能，降低整個系統(tǒng)的監(jiān)測成本?？赡芡ㄟ^相關(guān)的技術(shù)，將采集到的各類數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為可以被其他系統(tǒng)識別的數(shù)據(jù)，從而為相關(guān)的其他工作提供便利，運用更加方便，費用更低。通信標準化技術(shù)。該技術(shù)使得通信規(guī)約、通信架構(gòu)、通信流程能夠統(tǒng)一到一個模塊之中，從而為平臺與其他過程層、間隔層進行網(wǎng)絡(luò)化通信，然后通過智能接口的方法，進行信息的交換工作，從而實現(xiàn)整個系統(tǒng)的高標準通信，通過變電站的相關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，一體化信息平臺的建立，實現(xiàn)整個信息的交互功能。4.2智能變電站二次系統(tǒng)智能變電站的二次系統(tǒng)釆用統(tǒng)一監(jiān)測控制后臺，相關(guān)的控制單元建立統(tǒng)一的信息平臺，然后對得到的數(shù)據(jù)進行集中處理，從而對整個變電站運行情況進行及時反饋，對變電站安全防范、自然災害預測、異常情況預警等都會產(chǎn)生影響。4.2.1時間同步系統(tǒng)隨著變電站自動化水平的提高，電力系統(tǒng)對時鐘統(tǒng)一對時的要求越來越迫切。建立了統(tǒng)一精確的時間，既可實現(xiàn)全站各系統(tǒng)在統(tǒng)一時間基準下的運行監(jiān)控和事故后的故障分析，也可以通過各開關(guān)動作、調(diào)整的先后順序及準確時間來分析事故的原因及過程。時間同步系統(tǒng)的概念及組成時間同步系統(tǒng)由主時鐘、時間信號傳輸通道、時間信號用戶設(shè)備接口(擴展裝置)組成。其中主時鐘設(shè)定方位一般為變電站的二次設(shè)備間，主要包含的元器件有：1、接收模塊，2、接收天線，3、電源模塊，4、標準機箱，5、時間信號輸出模塊等。變電站時間同步系統(tǒng)通常采用組屏方案，包括主時鐘屏和擴展時鐘屏。主時鐘屏一般由兩臺主時鐘及數(shù)臺從時鐘構(gòu)成，擴展時鐘屏由數(shù)臺從時鐘構(gòu)成。主時鐘屏和擴展時鐘屏可分散布置。變電站時間同步系統(tǒng)以北斗定位系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)GPS為時間基準，能輸出各種?類型的對時編碼信號。與常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)相比，智能變電站間隔層和站控層的設(shè)備只是接口和通信模型發(fā)生了變化，而過程層卻發(fā)生了較大的改變，由常規(guī)的互感器、一次設(shè)備以及一次設(shè)備與二次設(shè)備之間的電纜連接，逐步改變?yōu)橹悄芙K端、合并單元與二次設(shè)備之間的光纖連接等。時間同步系統(tǒng)的應用為了保障整個智能變電站能夠非常精準的運行，需要保持相對統(tǒng)一精確時間系統(tǒng)，此外該環(huán)節(jié)還是提高整個系統(tǒng)運行水平的重要措施，主要有兩種方案：站控層使用SNTP對時，間隔層和過程層采用IEEE1588碼對時。站控層使用SNTP對時，間隔層和過程層采用IRIG-B碼對時。上述兩個方案的站控層都使用SNTP技術(shù)，方案1的間隔層和過程層采用IEEE1588技術(shù)，方案2間隔層和過程層采用IRIG-B碼技術(shù)。根據(jù)上面的要求，實際應用中，一般需要考慮IEEE1588成本和可靠性，方案1應用相當較少，方案2是目前應用較多方案。隨著當前各種技術(shù)的不斷發(fā)展，芯片技術(shù)成本下降，功能不斷的增強，因此其時間同步精度高和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)勢越來越明顯，因此在之后的發(fā)展中，IEEE1588技術(shù)將會得到更為廣泛的應用前景。4.2.2交直流一體化電源交直流一體化電源系統(tǒng)包含：1、直流電源部分，2、交流不間斷電源(UPS)部分，3、逆變電源(INV)部分，4、直流變換電源(DC/DC)部分，這些電源模塊組成為一個整體，從而方便的完成一體化設(shè)置、一體化監(jiān)控，設(shè)計更加簡便，實現(xiàn)了整體的設(shè)計，其運行時，需要遠方進行操控。各電源之間能夠?qū)崿F(xiàn)各種數(shù)據(jù)的共享功能，具體的結(jié)構(gòu)圖如3.2所示。圖3-6交直流一體化電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖4.2.3輔助系統(tǒng)智能輔助控制系統(tǒng)包含下面相關(guān)模塊：1、環(huán)境監(jiān)測部分，2、火災報警模塊，3、圖像監(jiān)視及安全警衛(wèi)模塊，通過二次系統(tǒng)的相關(guān)模塊，從而完成上面幾個子系統(tǒng)之間信息傳遞和共享，能夠有效的實現(xiàn)照明、暖通、消防等功能。其中環(huán)境監(jiān)測主要對環(huán)境數(shù)據(jù)進行采集，包含SF6泄漏傳器、濕度傳感器、水浸傳感器等，火災自動報警包含探測器、地址模塊、控制模塊、控制器、手動報警按鈕等，圖像監(jiān)視及安全警衛(wèi)包含攝像機、編碼器、視頻服務器、錄像設(shè)備等信息記錄設(shè)備。4.3本章小結(jié)本章從智能變電站二次系統(tǒng)的重要性開始分析，分別詳細說明了智能變電站一體化信息平臺目前的組成結(jié)構(gòu)，介紹了信息化平臺的使用特點；通過分析時間同步系統(tǒng)、交直流一體化電源在變電站的重要性，并提出了幾種簡單的設(shè)計方案。第五章未來與展望5.1結(jié)論本文通過分析目前智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及前期，圍繞智能變電站建設(shè)設(shè)計技術(shù)，從基本概念入手，對智能變電站中若干關(guān)鍵技術(shù)，如一次設(shè)備智能化技術(shù)、電子式互感器與數(shù)字化釆樣技術(shù)、一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)、二次系統(tǒng)智能化技術(shù)和智能變電站試驗技術(shù)進行總結(jié)，歸納智能化變電站設(shè)計重點內(nèi)容：設(shè)備高度集成、系統(tǒng)深入整合。將變壓器、斷路器等綜合智能組件將集成保護、測量、控制、計量、狀態(tài)監(jiān)測等功能，并將與一次設(shè)備進行融合，實現(xiàn)一次設(shè)備的高度集成。信息標準統(tǒng)一、系統(tǒng)協(xié)同互動。對于系統(tǒng)全景信息的采集數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了全站各子系統(tǒng)的信息共享，同時，各功能模塊間的協(xié)同互動成為可能。簡化接線方式、運維高效便捷。智能一次設(shè)備的應用使得控制回路大大簡化，極大地縮減了檢修工作量。5.2展望智能電網(wǎng)的出現(xiàn)是社會經(jīng)濟快速發(fā)展的需求，也是科技日益發(fā)展的產(chǎn)物。隨著未來信息接口的不斷更新發(fā)展，需要更多新材料、新技術(shù)、新工藝和新設(shè)備的不斷投入，也囊括了未來一次設(shè)備本身的技術(shù)革新和其智能化部件技術(shù)革新以及它們相互之間的融合，同時還需要在智能組件方面加大研究力度，提高設(shè)備的準確性，從而提高智能變電站設(shè)計水平和應用水平。第六章總結(jié)本文通過分析目前智能電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及前期，緊緊圍繞智能變電站建設(shè)設(shè)計技術(shù)，從基本概念入手，對智能變電站中若干關(guān)鍵技術(shù)，如一次設(shè)備智能化技術(shù)、電子式互感器與數(shù)字化釆樣技術(shù)、一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)、智能變電站通信標準、變電站自動化系統(tǒng)技術(shù)、智能變電站高級功能、其他二次系統(tǒng)智能化技術(shù)和智能變