智能化變電站知識

關(guān)于智能化變電站知識概念智能變電站smartsubstation采用先進(jìn)、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(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、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。第2頁,共75頁，2024年2月25日，星期天智能化變電站的概念組成：

1、電子式互感器 2、智能化開關(guān)設(shè)備

3、網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備 4、IEC61850的應(yīng)用第3頁,共75頁，2024年2月25日，星期天標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW

393（394）—2009393220KV及以下393330KV及以上110（66）kV～220kV智能變電站設(shè)計規(guī)范第4頁,共75頁，2024年2月25日，星期天概念智能設(shè)備intelligentequipment一次設(shè)備和智能組件的有機(jī)結(jié)合體，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高壓設(shè)備，是高壓設(shè)備智能化的簡稱。第5頁,共75頁，2024年2月25日，星期天概念智能組件intelligentcomponent由若干智能電子裝置集合組成，承擔(dān)宿主設(shè)備的測量、控制和監(jiān)測等基本功能；在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求時，智能組件還可承擔(dān)相關(guān)計量、保護(hù)等功能?？砂y量、控制、狀態(tài)監(jiān)測、計量、保護(hù)等全部或部分裝置。第6頁,共75頁，2024年2月25日，星期天概念智能單元smartunit一種智能組件。與一次設(shè)備采用電纜連接，與保護(hù)、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、主變等）的測量、控制等功能。第7頁,共75頁，2024年2月25日，星期天概念智能電子裝置IntelligentElectronicDevice(IED)一種帶有處理器、具有以下全部或部分功能的一種電子裝置：（1）采集或處理數(shù)據(jù)；（2）接收或發(fā)送數(shù)據(jù)；（3）接收或發(fā)送控制指令；（4）執(zhí)行控制指令。如具有智能特征的變壓器有載分接開關(guān)的控制器、具有自診斷功能的現(xiàn)場局部放電監(jiān)測儀等。第8頁,共75頁，2024年2月25日，星期天概念電子式互感器electronicinstrumenttransformer一種裝置，由連接到傳輸系統(tǒng)和二次轉(zhuǎn)換器的一個或多個電流或電壓傳感器組成，用于傳輸正比于被測量的量，供測量儀器、儀表和繼電保護(hù)或控制裝置。第9頁,共75頁，2024年2月25日，星期天概念設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測on-Linemonitoringofequipment狀態(tài)檢修condition-basedmaintenance制造報文規(guī)范MMSmanufacturingmessagespecification面向變電站事件通用對象服務(wù)GOOSEgenericobjectorientedsubstationevent互操作性interoperability

第10頁,共75頁，2024年2月25日，星期天與傳統(tǒng)變電站的比較第11頁,共75頁，2024年2月25日，星期天電子式互感器電子式互感器發(fā)展背景

-常規(guī)互感器的缺陷絕緣、飽和、爆炸、諧振、精度、接口等

-材料技術(shù)、微電子技術(shù)及通信技術(shù)的發(fā)展第12頁,共75頁，2024年2月25日，星期天電子式互感器發(fā)展及應(yīng)用情況ABBGIS用電子式電流電壓互感器

第13頁,共75頁，2024年2月25日，星期天電子式互感器發(fā)展及應(yīng)用情況

ABBSCHNIEWINDT第14頁,共75頁，2024年2月25日，星期天電子式互感器發(fā)展及應(yīng)用情況第15頁,共75頁，2024年2月25日，星期天電子式互感器的標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)

IEC60044-7、IEC60044-8國家標(biāo)準(zhǔn)

GB/T20840.7、GB/T20840.8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、試驗方法溫度試驗、電磁兼容試驗等第16頁,共75頁，2024年2月25日，星期天電子式互感器的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用框圖一次電流（電壓）傳感器一次轉(zhuǎn)換器傳輸系統(tǒng)二次轉(zhuǎn)換器合并單元A相電子式電流（電壓）互感器Ｐ１Ｐ２Ｂ相電子式電流（電壓）互感器Ｃ相電子式電流（電壓）互感器保護(hù)、測控IEC60044-8IEC61850-9-1/2第17頁,共75頁，2024年2月25日，星期天電子式互感器的分類

按工作原理劃分:1、有源式電子互感器2、無源式電子互感器按應(yīng)用場合劃分：1、GIS結(jié)構(gòu)的電子互感器2、AIS結(jié)構(gòu)(獨立式)電子互感器3、直流用電子式互感器第18頁,共75頁，2024年2月25日，星期天有源式電子互感器根據(jù)空芯線圈和低功率線圈原理測量電流根據(jù)分壓原理（電阻、電感、電容）測量電壓遠(yuǎn)端模塊由電子電路構(gòu)成，需要供電，因此稱為有源式電子互感器。相對來說，有源式電子互感器技術(shù)較為成熟，在國內(nèi)外已有一定的應(yīng)用。第19頁,共75頁，2024年2月25日，星期天有源式電流互感器的原理iuo

激光器驅(qū)動電路PIN數(shù)據(jù)處理合并單元保護(hù)測控計量LPCT空芯線圈遠(yuǎn)端模塊復(fù)合絕緣子光纖光纜IEC60044-8IEC61850-9-1/2保護(hù)、測控、計量第20頁,共75頁，2024年2月25日，星期天有源式電流電壓組合式互感器激光器驅(qū)動電路PIN數(shù)據(jù)處理合并單元保護(hù)測控計量LPCT空芯線圈遠(yuǎn)端模塊復(fù)合絕緣子光纖光纜電容分壓器油IEC60044-8IEC61850-9-1/2保護(hù)、測控、計量第21頁,共75頁，2024年2月25日，星期天GIS用電流電壓組合式互感器RSF6中間電極高壓導(dǎo)體C1C2uo第22頁,共75頁，2024年2月25日，星期天Faraday磁光效應(yīng)（電流互感器）第23頁,共75頁，2024年2月25日，星期天Pockels電光效應(yīng)（電壓互感器）第24頁,共75頁，2024年2月25日，星期天全光纖電流互感器光纖電流互感器是一種實用化的電流傳感器couplerLock-inamplifier第25頁,共75頁，2024年2月25日，星期天無源電子式電流互感器結(jié)構(gòu)

載流導(dǎo)體光纖電流傳感器復(fù)合絕緣子光纖光纜光纖耦合器光纖偏振器光纖調(diào)制器光源驅(qū)動及信號解調(diào)保護(hù)測控計量合并單元IEC60044-8IEC61850-9-1/2保護(hù)、測控、計量第26頁,共75頁，2024年2月25日，星期天無源式電子互感器的技術(shù)難點光學(xué)傳感材料的選擇溫度對精度的影響應(yīng)力對精度的影響傳感頭的封裝技術(shù)(一致性要求)……第27頁,共75頁，2024年2月25日，星期天合并單元的概念

合并單元是對遠(yuǎn)端模塊傳來的三相電氣量進(jìn)行合并和同步處理，并將處理后的數(shù)字信號按特定的格式提供給間隔級設(shè)備使用的裝置。合并單元的輸出格式：IEC-60044-8IEC-61850-9-1IEC-61850-9-2第28頁,共75頁，2024年2月25日，星期天合并單元的結(jié)構(gòu)第29頁,共75頁，2024年2月25日，星期天采樣數(shù)據(jù)傳送標(biāo)準(zhǔn)（1）IEC60044-8：點對點光纖串行數(shù)據(jù)接口傳輸延時確定可以采用再采樣技術(shù)實現(xiàn)同步采樣硬件和軟件實現(xiàn)簡單適合保護(hù)要求合并單元數(shù)據(jù)分發(fā)第30頁,共75頁，2024年2月25日，星期天采樣數(shù)據(jù)傳送標(biāo)準(zhǔn)（2）IEC61850-9-1/2：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口傳輸延時不確定（400us-3ms）無法準(zhǔn)確采用再采樣技術(shù)硬件軟件比較通用，但對交換機(jī)要求極高硬件和軟件實現(xiàn)都將困難不同間隔間數(shù)據(jù)到達(dá)時間不確定，不利于母差、變壓器等保護(hù)的數(shù)據(jù)處理比較適合測控、電能儀表一類合并單元數(shù)據(jù)分發(fā)第31頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第32頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第33頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第34頁,共75頁，2024年2月25日，星期天電子式互感器的應(yīng)用第35頁,共75頁，2024年2月25日，星期天電子式互感器的應(yīng)用第36頁,共75頁，2024年2月25日，星期天電子式互感器與合并單元的配置配置方案將決定系統(tǒng)的安全性與可靠性，配置原則是保證一套系統(tǒng)出問題不會導(dǎo)致保護(hù)誤動，也不會導(dǎo)致保護(hù)拒動電子式互感器的就地采集單元（遠(yuǎn)端模塊）需要冗余配置合并單元冗余配置并分別連接冗余的電子式互感器遠(yuǎn)端模塊第37頁,共75頁，2024年2月25日，星期天電子式互感器遠(yuǎn)端模塊的配置第38頁,共75頁，2024年2月25日，星期天電子式互感器與合并單元接口第39頁,共75頁，2024年2月25日，星期天ECVT與合并單元的配置第40頁,共75頁，2024年2月25日，星期天ECVT與合并單元的配置第41頁,共75頁，2024年2月25日，星期天智能化開關(guān)的概念配有電子設(shè)備、數(shù)字通訊接口、傳感器和執(zhí)行器，不但具有分合閘基本功能，而且在監(jiān)測和診斷方面具有附加功能的開關(guān)設(shè)備。開關(guān)設(shè)備(包括斷路器和刀閘)的智能化是過程層數(shù)字化的重要組成部分。第42頁,共75頁，2024年2月25日，星期天智能化開關(guān)的發(fā)展方向智能控制功能在線監(jiān)視功能數(shù)字化的接口機(jī)構(gòu)的電子操動第43頁,共75頁，2024年2月25日，星期天智能控制功能保護(hù)測控一體化、一、二次功能一體化*傳統(tǒng)二次功能保護(hù)功能測量功能*一次設(shè)備本體的控制控制聯(lián)鎖儲能電機(jī)和機(jī)構(gòu)電機(jī)的保護(hù)順序控制受控分合閘第44頁,共75頁，2024年2月25日，星期天在線監(jiān)測功能斷路器滅弧室的局放和介損監(jiān)測機(jī)構(gòu)動作特性的監(jiān)測,斷路器觸頭和刀閘的行程、速度控制回路斷線監(jiān)視-彈簧儲能時間-開關(guān)工作時間、開關(guān)動作次數(shù)、切斷電流累積開關(guān)柜內(nèi)溫度、觸頭接觸部位的溫度監(jiān)測分合閘線圈的電流、電壓在線監(jiān)測的主要目的：狀態(tài)檢修第45頁,共75頁，2024年2月25日，星期天數(shù)字化接口

PISA(ProcessInterfaceforSensorsandActuators)智能終端位置信息、溫度等狀態(tài)信息、分合閘命令等第46頁,共75頁，2024年2月25日，星期天目前實現(xiàn)開關(guān)智能化的方案方案1:操動機(jī)構(gòu)智能終端方案2:間隔級智能終端第47頁,共75頁，2024年2月25日，星期天操動機(jī)構(gòu)智能終端在斷路器和刀閘機(jī)構(gòu)中安置智能終端與間隔級設(shè)備間通過數(shù)字信號傳遞信息。二次設(shè)備通過數(shù)字信號發(fā)送分合閘命令給斷路器和刀閘?？煽啃院头€(wěn)定性至關(guān)重要，數(shù)字通道必須冗余配置。第48頁,共75頁，2024年2月25日，星期天操作機(jī)構(gòu)智能終端第49頁,共75頁，2024年2月25日，星期天間隔級智能終端間隔級智能終端的主要思想是把間隔級設(shè)備下放至過程層，由智能化的間隔級設(shè)備同時擔(dān)負(fù)過程層設(shè)備的數(shù)字化功能。ABB的基于REF542、SIEMENS的基于SIPROTEC4的智能開關(guān)柜均基于此思想。這種方案的最大優(yōu)點在于基于成熟的間隔層數(shù)字化技術(shù)，能在大量減少電纜、節(jié)約占地、提升數(shù)字化水平的同時，滿足可靠性和穩(wěn)定性的要求。第50頁,共75頁，2024年2月25日，星期天國外智能化開關(guān)設(shè)備的現(xiàn)狀A(yù)BB的REF542以及基于REF542的智能化控制柜第51頁,共75頁，2024年2月25日，星期天國內(nèi)外智能化開關(guān)設(shè)備的現(xiàn)狀SIEMENS的SIPROTEC4以及基于SIPROTEC4的智能化開關(guān)柜第52頁,共75頁，2024年2月25日，星期天國外智能化開關(guān)設(shè)備的現(xiàn)狀高壓開關(guān)的發(fā)展方向是小型化、智能化*ABB：PASS(Plug&SwitchSystem)*Mitsubishi:MITS(MitsubishiInformationTechnologySwitchgear)*SIEMENS：HIS(HighlyIntegratedSwitchgear)近年來國外各大開關(guān)廠家均推出了小型化和智能化的新型GIS，均采用了類似REF542這樣的保護(hù)、測量和GIS智能控制一體化裝置。第53頁,共75頁，2024年2月25日，星期天國內(nèi)智能化開關(guān)設(shè)備的現(xiàn)狀

國內(nèi)的高壓開關(guān)設(shè)備廠家也急于提升開關(guān)設(shè)備的智能化水平。一、二次廠家的整合和合作是國內(nèi)開關(guān)智能化的必然趨勢。

-間隔級智能終端，把保護(hù)、測控和GIS控制功能整合在一起第54頁,共75頁，2024年2月25日，星期天智能開關(guān)方案

研制了針對GIS智能控制：測（ECT、PT）、控（位置）、監(jiān)測相對獨立、后臺統(tǒng)一的裝置把保護(hù)、測控和GIS控制功能整合在一起，構(gòu)成智能開關(guān)功能。第55頁,共75頁，2024年2月25日，星期天智能開關(guān)方案第56頁,共75頁，2024年2月25日，星期天智能開關(guān)方案第57頁,共75頁，2024年2月25日，星期天智能控制柜方案第58頁,共75頁，2024年2月25日，星期天智能控制柜方案

相比較于傳統(tǒng)方案，新方案將保護(hù)、測控和GIS智能控制集成于智能控制柜中，安放在GIS室，對下與GIS機(jī)構(gòu)通過標(biāo)準(zhǔn)化的接插件連接，優(yōu)化了二次回路的設(shè)計，對上直接通過光纖與主控室連接。構(gòu)成了基于一次設(shè)備智能化的數(shù)字化變電站。第59頁,共75頁，2024年2月25日，星期天第60頁,共75頁，2024年2月25日，星期天智能控制柜方案的優(yōu)勢1、節(jié)約了電纜等設(shè)備投資以及相應(yīng)的施工投資；數(shù)字化變電站建設(shè)的一個主要現(xiàn)實目標(biāo)是為了減少變電站內(nèi)控制電纜的數(shù)量，一方面由于原材料的漲價，電纜成本越來越高，一方面，光纜電磁兼容性能遠(yuǎn)好于電纜，能顯著提高變電站內(nèi)信號傳輸?shù)目煽啃?。另外，變模擬信號為數(shù)字信號能大大增加傳輸?shù)膸捄托畔⒘俊?、節(jié)約了保護(hù)小室及主控室等的占地面積和投資；應(yīng)用智能化GIS控制柜使得保護(hù)控制下放成為可能，從而能夠顯著減少保護(hù)小室和主控室的占地面積，這對一些需要盡量減少變電站土地的城市變電站和地下變電站來說有明顯的效益。第61頁,共75頁，2024年2月25日，星期天智能控制柜方案的優(yōu)勢3、GIS智能控制柜優(yōu)化了二次回路和結(jié)構(gòu)；原來由于一次和二次的專業(yè)細(xì)分，使得原傳統(tǒng)匯控柜內(nèi)的許多功能與保護(hù)控制二次中的功能相重復(fù)，例如防跳、壓力閉鎖、三相不一致等等?；谝欢握系腉IS智能控制柜能夠有效地取消和簡化冗余回路，提高了整個二次回路的可靠性。4、智能控制裝置提供了系統(tǒng)的交互性； 引入智能控制裝置以后，友好的中文液晶人機(jī)界面以及豐富的自檢和就地操作報告功能，使得運(yùn)行維護(hù)人員無論在就地還是遠(yuǎn)方都能及時了解GIS的運(yùn)行情況。第62頁,共75頁，2024年2月25日，星期天智能控制柜方案的優(yōu)勢5、聯(lián)調(diào)在出廠前完成，現(xiàn)場調(diào)試工作量減少；傳統(tǒng)方案中，一次設(shè)備和二次設(shè)備的電纜連接和調(diào)試只能到現(xiàn)場后完成，調(diào)試周期比較長，新方案中一二次設(shè)備聯(lián)調(diào)在廠內(nèi)完成，到現(xiàn)場后調(diào)試工作量極小。能夠顯著地縮短投運(yùn)周期。6、一次二次聯(lián)合設(shè)計，減輕了設(shè)計院的負(fù)擔(dān)；原來一次和二次設(shè)備分別有雙方廠家分別出圖，中間的電纜信號連接由設(shè)計院完成，應(yīng)用一二次結(jié)合的新方案后，由兩個廠家聯(lián)合出圖并對圖紙的正確性負(fù)責(zé)。第63頁,共75頁，2024年2月25日，星期天智能控制柜方案的優(yōu)勢7、基于通訊和組態(tài)軟件的聯(lián)鎖功能比傳統(tǒng)硬接點聯(lián)鎖方便；智能控制裝置能夠采集到間隔內(nèi)所有刀閘位置，且間隔間也有光纜連接，所以可以方便地實現(xiàn)基于軟件和通訊的聯(lián)鎖，能顯著減少機(jī)構(gòu)輔助接點數(shù)量，提高系統(tǒng)的可靠性。8、縮小了與互感器的電氣距離，減輕了互感器的負(fù)載；新方案下互感器與保護(hù)控制設(shè)備的電氣距離大大縮短，使得互感器的容量選擇更為容易，也為小功率互感器（LPCT）的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。第64頁,共75頁，2024年2月25日，星期天IEC61850IEC61850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(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)。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。使不同智能電氣設(shè)備間的信息共享和互操作成為可能。第65頁,共75頁，2024年2月25日，星期天IEC61850與傳統(tǒng)規(guī)約的比較目前實施的變電站自動化系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一的系統(tǒng)規(guī)范，廣泛應(yīng)用的IEC60870-5-103規(guī)約只是變電站內(nèi)傳輸規(guī)約，缺乏對變電站系統(tǒng)模型、二次功能模型的描述，沒有將系統(tǒng)應(yīng)用與通信技術(shù)進(jìn)行分層處理，其應(yīng)用受到通信技術(shù)的限制，缺乏一致性測試標(biāo)準(zhǔn)，因此103規(guī)約不適合作為未來數(shù)字化變電站的統(tǒng)一信息平臺。第66頁,共75頁，2024年