南瑞繼保-數(shù)字化變電站建設.ppt

數(shù)字化變電站,南京南瑞繼保電氣有限公司 2006年8月,2,數(shù)字化變電站,數(shù)字化變電站概述 電子式互感器 智能化一次設備 網(wǎng)絡化二次設備 IEC61850的應用,3,數(shù)字化變電站概述,什么是數(shù)字化變電站 數(shù)字化變電站是一個不斷發(fā)展的概念 數(shù)字式保護 變電站自動化 IEC61850在全站的實施 電子式互感器、網(wǎng)絡化二次設備 智能一次設備,4,數(shù)字化變電站概述,目前對數(shù)字化變電站的定義 數(shù)字化變電站是由電子式互感器、智能化一次設備、網(wǎng)絡化二次設備在IEC61850通信規(guī)范基礎上分層構建，能夠實現(xiàn)智能設備間信息共享和互操作的現(xiàn)代化變電站。,5,數(shù)字化變電站概述,數(shù)字化是手段，不是目的 確保安全性、可靠性和經(jīng)濟性 實際生產(chǎn)上的迫切需要 互感器的暫態(tài)特性 通信的互操作性 技術管理上的現(xiàn)實可能 積極探索，穩(wěn)妥推進,6,數(shù)字化變電站,數(shù)字化變電站概述 電子式互感器 智能化一次設備 網(wǎng)絡化二次設備 IEC61850的應用,7,電子式互感器,傳統(tǒng)互感器 絕緣復雜 體積大、重量重 CT動態(tài)范圍小，有飽和現(xiàn)象 電磁式PT易產(chǎn)生鐵磁諧振 CT二次輸出不能開路,電子式互感器 絕緣簡單 體積小、重量輕 CT動態(tài)范圍寬，無磁飽和 PT無諧振現(xiàn)象 CT二次輸出可以開路,8,電子式互感器,相關標準 IEC 60044-7:1999 Instrument transformers - Part 7: Electronic voltage transformers IEC 60044-8:2002 Instrument transformers - Part 8: Electronic current transformers GB/T xxxxx.7-200x互感器-第7部分：電子式電壓互感器（IEC 600447：1999，MOD）(制訂中) GB/T xxxxx.8-200x互感器-第8部分：電子式電流互感器（IEC 60044-8：2002，MOD）(制訂中),9,電子式互感器,相關標準 IEEE C37.92-2005 IEEE Standard for Analog Inputs to Protective Relays from Electronic Voltage and Current Transducers IEEE PC37.235-200x Guide for the Application of Rogowski Coils used for Protective Relaying Purposes (制訂中) IEEE C37.xx-200x Guide for Application of Optical Current and Optical Voltage Systems for Protective Relaying (制訂中),10,電子式互感器,有源電子式互感器 一次平臺上有采集單元 無源電子式互感器 光學互感器 電壓等級越高，電子式互感器優(yōu)勢越明顯 中低電壓等級使用電子式互感器意義不大,11,電子式互感器,有源電子式互感器 利用電磁感應等原理感應被測信號 CT：空心線圈(RC) PT：電阻、電容、電感分壓 傳感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 用于GIS或者罐式斷路器更方便 HVDC換流站、串補平臺,12,電子式互感器,電流互感器,13,電子式互感器,電壓互感器,14,電子式互感器,15,電子式互感器,16,電子式互感器,輸出 模擬量 ECT：4V（測量）及200mV（保護） EVT：4V 數(shù)字量 ECT：2D41H（測量）及01CFH（保護） EVT：2D41H,17,電子式互感器,有源電子式互感器的關鍵技術及難點 供電技術(GIS、罐式斷路器例外) 激光、小CT、分壓器、光電池 遠端電子模塊的可靠性 采集單元維護,18,電子式互感器,無源電子式互感器 Faraday磁光效應（電流互感器） Pockels電光效應（電壓互感器） 利用光纖傳輸傳感信號 傳感頭部分不需電子電路及其電源 獨立安裝的互感器的理想解決方案,19,電子式互感器,20,電子式互感器,21,電子式互感器,全光纖電流互感器,22,電子式互感器,輸出數(shù)字量 ECT：2D41H（測量）及01CFH（保護） EVT：2D41H,23,電子式互感器,無源電子式互感器的關鍵技術及難點 光學傳感材料 傳感頭的組裝技術 微弱信號檢測 溫度對精度的影響 振動對精度的影響 長期穩(wěn)定性,24,電子式互感器,實用化實施方案 新建站 110kV數(shù)字接口的電子式互感器及其配套的二次設備 35kV常規(guī)互感器或模擬接口的電子式互感器 主變保護：各側不全是電子式互感器 線路縱聯(lián)保護：對側常規(guī)設備,25,電子式互感器,實用化實施方案 改擴建站 只在新建間隔采用電子式互感器及其配套二次設備 變壓器保護、母線保護更換為適應電子式互感器的設備，同時要能夠接收常規(guī)互感器的信號。,26,電子式互感器,實用化效益 簡化互感器絕緣結構，減少體積和重量 避免電流互感器飽和 避免電壓互感器的鐵磁諧振 改善暫態(tài)特性的同時確保穩(wěn)態(tài)精度 保護、測量、計量等二次設備共享信號，降低成本，提高性能,27,數(shù)字化變電站,數(shù)字化變電站概述 電子式互感器 智能化一次設備 網(wǎng)絡化二次設備 IEC61850的應用,28,智能化一次設備,智能開關設備的定義 IEC62063:1999具有較高性能的開關設備和控制設備，配有電子設備、傳感器和執(zhí)行器，不僅具有開關設備的基本功能，還具有附加功能，尤其在監(jiān)測和診斷方面。,29,智能化一次設備,在線監(jiān)視功能 智能控制功能 數(shù)字化的接口 電子操動,30,智能化一次設備,相關標準 IEC 62271-3 High voltage switchgear and assemblies with digital interfaces based on IEC 61850 (制訂中) IEC/TR 62063:1999 High-voltage switchgear and control gear - The use of electronic and associated technologies in auxiliary equipment of switchgear and control gear,31,智能化一次設備,在線監(jiān)視功能 電、磁、溫度、開關機械、機構動作 狀態(tài)檢修 狀態(tài)監(jiān)測 狀態(tài)評估 檢修計劃 監(jiān)測系統(tǒng)的成本、可信度、可靠性,32,智能化一次設備,智能控制功能 最佳開斷 定相位合閘 定相位分閘 順序控制,33,智能化一次設備,數(shù)字化的接口 位置信息 其它狀態(tài)信息 分合閘命令,34,智能化一次設備,開關的電子操動 變機械儲能為電容儲能 變機械傳動為變頻器通過電機直接驅動 機械運動部件減少到一個 機械系統(tǒng)的可靠性提高 電子電路的壽命、可靠性成為關鍵,35,智能化一次設備,實施方案 方案1：間隔級智能終端 方案2：操動機構智能終端 現(xiàn)階段：利用現(xiàn)有的成熟的二次技術，結合傳統(tǒng)開關設備，提升智能化水平,36,智能化一次設備,37,智能化一次設備,智能匯控柜功能 保護：電機過熱，超時，開關位置不一致 智能化監(jiān)視 智能化控制 聯(lián)鎖 電機控制 順序控制,38,智能化一次設備,39,智能化一次設備,40,智能化一次設備,41,智能化一次設備,優(yōu)勢 節(jié)約占地 節(jié)省電纜 現(xiàn)場投運工作量小，投運周期短 減少人為失誤 控制回路優(yōu)化 與互感器的電氣距離縮短 在線監(jiān)測,42,智能化一次設備,關鍵技術 智能模塊的高可靠性設計技術 惡劣環(huán)境：EMI、振動、濕熱 相應的檢驗、運行維護規(guī)程,43,智能化一次設備,效益 狀態(tài)信息和分合命令通過光纖傳送，節(jié)約二次電纜。 實現(xiàn)狀態(tài)檢修，提高可靠性，降低維護成本 實現(xiàn)智能控制 自適應開斷，獲得最佳效果，延長開關壽命 選相合閘，減少涌流，降低過電壓，取消合閘電阻； 選相分閘，提高斷路器的實際開斷能力,44,數(shù)字化變電站,數(shù)字化變電站概述 電子式互感器 智能化一次設備 網(wǎng)絡化二次設備 IEC61850的應用,45,網(wǎng)絡化二次設備,適應電子式互感器應用的需要 適應智能化一次設備的需要 適應IEC61850的需要,46,網(wǎng)絡化二次設備,硬件平臺 高性能的DSP、MCU 大容量存儲器 大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?100M網(wǎng)絡接口、光纖接口 工業(yè)用實時多任務操作系統(tǒng),47,網(wǎng)絡化二次設備,基于IEC61850的 測控裝置、保護裝置、遠動裝置、網(wǎng)關 后臺監(jiān)控系統(tǒng) 與電子式互感器配套的 合并單元：數(shù)據(jù)的匯總和分發(fā)環(huán)節(jié) 保護測控裝置,48,網(wǎng)絡化二次設備,合并單元 合并三相或多相采集數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)采樣同步 按需分配采樣數(shù)據(jù)給二次設備,49,網(wǎng)絡化二次設備,保護 測控 計量 錄波,50,網(wǎng)絡化二次設備,合并單元關鍵技術 互感器的安裝位置、合并單元的配置方案 各個二次設備共享數(shù)字信號 采樣數(shù)據(jù)的同步三相電流電壓之間、差動保護,51,網(wǎng)絡化二次設備,關鍵技術 高性能的硬件、軟件平臺 通信的可靠性、冗余配置 網(wǎng)絡化計量系統(tǒng)的認證 相應的檢驗、運行維護規(guī)程,52,數(shù)字化變電站,數(shù)字化變電站概述 電子式互感器 智能化一次設備 網(wǎng)絡化二次設備 IEC61850的應用,53,IEC61850的應用,相關標準 IEC 61850-SER Communication networks and systems in substations DL 860系列標準 變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)(IEC61850 IDT),54,IEC61850的應用,IEC61850是國際電工委員會TC57工作組制定的變電站通信網(wǎng)絡和系統(tǒng)系列標準 基于網(wǎng)絡通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)唯一的國際標準，也將成為電力系統(tǒng)從調度中心到變電站、變電站內、配電自動化無縫連接的通信標準,55,IEC61850的應用,它指導了變電站自動化的設計、開發(fā)、工程、維護等各個領域 該標準通過對變電站自動化系統(tǒng)中的對象統(tǒng)一建模，采用面向對象技術和獨立于網(wǎng)絡結構的抽象通信服務接口，增強了設備之間的互操作性，可以在不同廠家的設備之間實現(xiàn)無縫連接 智能化一次設備和數(shù)字式變電站要求變電站自動化采用IEC61850標準,56,IEC61850的應用,IEC61850是至今為止最為完善的變電站自動化標準，它不僅規(guī)范保護測控裝置的模型和通信接口，而且還定義了數(shù)字式CT、PT、智能式開關等一次設備的模型和通信接口。 采用IEC61850國際標準可以大大提高變電站自動化技術水平、提高變電站自動化安全穩(wěn)定運行水平，節(jié)約開發(fā)驗收維護的人力物力，實現(xiàn)完全的互操作,57,IEC61850的應用,互操作性 信息分層 站控層、間隔層、過程層 面向對象的數(shù)據(jù)對象統(tǒng)一建模 邏輯設備、邏輯節(jié)點、數(shù)據(jù)對象、屬性 信息自我描述 抽象服務通信接口,58,IEC61850的應用,通信應用 遙控的實現(xiàn) 遙測、保護事件等信息上送的實現(xiàn) 采用GOOSE實現(xiàn)裝置間的數(shù)據(jù)交換 模擬采樣值通信 互感器的數(shù)字化接口標準 提供了IED間共享信息的方法 支持在以太網(wǎng)上多播和串行鏈路上點對點傳送,59,IEC61850的應用,面向對象、物理與邏輯的映射,60,IEC61850的應用,IEC61850層次模型,61,IEC61850的應用,邏輯設備、功能、邏輯節(jié)點,所有的功能都可分解為邏輯節(jié)點組成 任何一個邏輯節(jié)點都是屬于某個邏輯設備,62,IEC61850的應用,功能、裝置、邏輯節(jié)點定義 功能：變電站自動化系統(tǒng)執(zhí)行的任務。如：母線保護，聯(lián)鎖，報警管理等。 裝置：是一種設備，實現(xiàn)部分功能。如：斷路器、繼電器、變電站計算機等。 邏輯節(jié)點：功能的基本單元。,63,IEC61850的應用,應用、邏輯節(jié)點、邏輯設備關系,1) 站控計算機. 2) 同期裝置. 3) 距離保護+過流保護 4) 開關單元控制器 5) 電流互感器 6) 電壓互感器 7) 母線電壓互感器,64,IEC61850的應用,邏輯節(jié)點的相互關系示例,65,物理設備,服務器,數(shù)據(jù),數(shù)據(jù),物理設備,抽象通信服務接口客戶端,應用,數(shù)據(jù),物理設備,服務器,數(shù)據(jù),數(shù)據(jù),應用,數(shù)據(jù),物理設備,應用,對等網(wǎng)絡通信方式的應用 斷路器跳閘: 傳送采樣值,IEC61850演示,66,IEC61850的應用,采樣值,67,A公司保護,B公司保護,智能一次設備,保護測試儀,以太網(wǎng),2. 跳閘,4. 重合,3. 新位置,5. 新位置,IEC61850的應用,GOOSE應用演示,68,IEC61850的應用,IEC61850的優(yōu)點和特點 信息分層。無論從邏輯概念上還是從物理概念上都將變電站的功能分為3層，即變電站層、間隔層和過程層。 面向對象的數(shù)據(jù)對象統(tǒng)一建模。 數(shù)據(jù)自描述，在數(shù)據(jù)源就對數(shù)據(jù)進行自我描述，因數(shù)據(jù)本身帶有說明，這就不受預先定義的限制進行傳輸，簡化了數(shù)據(jù)管理和維護工作。在實際應用中只需要在客戶端配置服務器網(wǎng)絡地址就可以訪問服務器模型，可以通過通信方式獲得測點名，無需手動配置。,69,IEC60870-5-103的缺陷 IEC60870-5-103規(guī)約沒有定義標準化的網(wǎng)絡通信規(guī)范。 缺乏對變電站系統(tǒng)模型的支持，沒有標準的的模型規(guī)范。 在國際上卻沒有任何一個組織可以對103規(guī)約的實施細節(jié)進行解釋，導致103規(guī)約在使用過程中缺乏統(tǒng)一的實施規(guī)范。 103規(guī)約不支持元數(shù)據(jù)傳送，沒有統(tǒng)一的命名規(guī)范。,IEC61850的應用,70,IEC61850的優(yōu)點和特點 IEC 61850與IEC 61970調度通信標準具有一定的互操作性，正在發(fā)展的IEC61850+正是為了彌合兩者的差異，實現(xiàn)主站對變電站的直接訪問，減少了通信瓶頸和規(guī)約轉換數(shù)據(jù)損失。 制定了變電站通信和系統(tǒng)的總體要求、系統(tǒng)和工程管理、一致性測試等標準。,IEC61850的應用,71,傳統(tǒng)的變電站構架,IEC61850的應用,72,傳統(tǒng)的網(wǎng)絡構架缺點： 與不同廠家的裝置通信采用不同的通信方式 應用程序必須處理大量不同的通信規(guī)約、數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)訪問形式 采用的協(xié)議功能有限，經(jīng)常需要擴充 很難給其他廠家的應用提供標準接口 在新添裝置或新增功能時需要重新配置整個系統(tǒng),IEC61850的應用,73,IEC61850變電站構架,IEC61850的應用,74,傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問方式,IEC61850的應用,75,IEC61850變電站構架的優(yōu)點： 通過通信網(wǎng)絡，各種應用都可以得到各個裝置中的數(shù)據(jù) 當添加裝置或增加應用時，無須修改通信配置 標準的應用網(wǎng)絡通信平臺提高了系統(tǒng)的靈活性、可擴展性、互操作性。 應用程序和智能裝置采用相同的規(guī)約、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)訪問方式、命名規(guī)則和配置語言。 同過配置文件的互操作，不同應用可以按照標準倒入、導出系統(tǒng)配置文件，實現(xiàn)互聯(lián)。,IEC61850的應用,76,傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)對象映射,IEC61850的應用,77,傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理的缺點： 數(shù)據(jù)標識的格式各個廠家不同。 不具有自描述特性，往往需要人工輸入測點和人工校驗。 應用程序與數(shù)據(jù)標識綁定，當數(shù)據(jù)標識修改時，影響應用程序的功能。 用戶定義數(shù)據(jù)標識沒有標準。,IEC61850的應用,78,IEC61850數(shù)據(jù)處理的優(yōu)點： 只需在客戶端配置服務器網(wǎng)絡地址就可以訪問到服務器模型。 測點名具有層次特性、自描述特性。 可以通過通信的方式得到測點名，無需手動配置。 所有裝置都采用標準化的統(tǒng)一命名規(guī)則。 裝置配置文件遵循IEC61850-6，配置文件具有互操作性。,IEC61850的應用,79,傳統(tǒng)遠方通信方案,IEC61850的應用,80,傳統(tǒng)調度通信方案缺點： 數(shù)據(jù)帶寬小 調度端的其他應用需通過SCADA來訪問變電站數(shù)據(jù) 每一個變電站與調度的通信方式都有