關于智能站和常規(guī)站的區(qū)別

1、智能站和常規(guī)站的區(qū)別一、了解智能變電站1、背景伴隨著工業(yè)控制信息交換標準化需求和技術的發(fā)展，國外提出了以“一個世界，一種技術，一種標準”為理念的新的信息交換標準:IEC61850標準。在國內(nèi)，現(xiàn)有信息交換技術在變電站自動化領域體現(xiàn)出來的種種弊端嚴重制約了生產(chǎn)管理新技術的提高，因此，采用IEC61850實現(xiàn)信息交換標準化已經(jīng)成為國內(nèi)電力自動化業(yè)界的一致共識，同時，國家電網(wǎng)公司又提出了“建設數(shù)字化電網(wǎng)，打造信息化企業(yè)”的戰(zhàn)略方針，如何提高變電站及其他電網(wǎng)節(jié)點的數(shù)字化程度成為打造信息化企業(yè)的重要工作之一。數(shù)字化變電站就是在這樣的背景下提出來的。因此，數(shù)字化變電站是變電站自動化發(fā)展及電網(wǎng)發(fā)展的結果。如

2、今，我國微機保護在原理和技術上已相當成熟，常規(guī)變電站發(fā)生事故的主要原因在于電纜老化接地造成誤動、CT特性惡化和特性不一致引起故障、季節(jié)性切換壓板易出錯等。這些問題在智能（數(shù)字）化變電站中都能得到根本性的解決。另外，微機技術和信息、通訊技術、網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展和現(xiàn)有的成熟技術也促成了數(shù)字化技術在電力行業(yè)內(nèi)的應用進程。這幾年國內(nèi)智能化一次設備產(chǎn)品質(zhì)量提升非常快，從一些試運行站的近期反饋情況可以看出，智能化一次設備已經(jīng)從初期的不穩(wěn)定達到了基本滿足現(xiàn)場應用的水平。工業(yè)以太網(wǎng)是隨著微機保護開始應用于電力系統(tǒng)的，更是成為近幾年的變電站自動化系統(tǒng)的主流通信方式。在大量的工程實踐證明站控層與間隔層之間的以太網(wǎng)

3、通信的可靠性不存在任何問題。而間隔層與過程層的通信對實時性、可靠性提出了更高的要求，但通過近兩年的研究與實踐，這一難點問題也已經(jīng)解決。可以說原來制約數(shù)字化變電站發(fā)展的因素目前已經(jīng)得到逐一排除。智能（數(shù)字）化變電站按照變電站自動化系統(tǒng)所要完成的控制、監(jiān)視和保護三大功能提出了變電站內(nèi)功能分層的概念:無論從邏輯概念上還是從物理概念上都可將變電站的功能分為三層，即站級層、間隔層和過程層。智能（數(shù)字）化變電站作為變電站的發(fā)展方向，主要解決現(xiàn)有變電站可能存在的以下問題：傳統(tǒng)互感器的絕緣、飽和、諧振等；長距離電纜、屏間電纜；通信標準等。 智能（數(shù)字）化變電站與傳統(tǒng)變電站相比，主要需對過程層和間隔層設備進行升

4、級，將一次系統(tǒng)的模擬量和開關量就地數(shù)字化，用光纖代替現(xiàn)有的電纜連接，實現(xiàn)過程層設備與間隔層設備之間的通信。2、智能變電站定義：采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡化、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。3、智能變電站體系分層（Q/GDW383智能變電站技術導則）變電站自動化系統(tǒng)的功能邏輯上可分配在三個不同的層（二次系統(tǒng)的分層） 1）過程層過程層設備：包括變壓器、斷路器、隔離開關、電流/電壓互感器等一次設備及其所屬的智能組件以

5、及獨立的智能電子裝置。過程層功能：為間隔層設備服務功能，狀態(tài)量和模擬量輸入輸出功能，如數(shù)據(jù)采集（采樣）、執(zhí)行間隔層設備發(fā)出控制命令。2）間隔層 間隔層設備：一般指繼電保護裝置、系統(tǒng)測控裝置、監(jiān)測功能組主 IED等二次設備。間隔層功能：實現(xiàn)使用一個間隔的數(shù)據(jù)并且作用于該間隔一次設備的功能，即與各種遠方輸入/輸出、傳感器和控制器通信。3）站控層站控層設備：包括自動化站級監(jiān)視控制系統(tǒng)、站域控制、通信系統(tǒng)、對時系統(tǒng)等，實現(xiàn)面向全站設備的監(jiān)視、控制、告警及信息交互功能，完成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制（SCADA） 、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護信息管理等相關功能。站控層的功能：將變電站看作一個整體

6、的功能，站控層功能宜高度集成，可在一臺計算機或嵌入式裝置實現(xiàn)，也可分布在多臺計算機或嵌入式裝置中。4、數(shù)字化過程： 主要體現(xiàn)在過程層數(shù)字化，采樣值和開關設備就地實現(xiàn)數(shù)字化和信息網(wǎng)絡化傳輸。智能終端將刀閘、開關位置，開關本體信息（告警等）； 開關、刀閘控制等進行就地 數(shù)字化；合并單元（MU）實現(xiàn)電流電壓數(shù)字化；通常分兩類模式，一是通過電子式互感器通過光纖直接輸出數(shù)字信號給MU，二是通過常規(guī)互感器加裝就地MU的方式實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，采樣值以標準規(guī)約方式傳輸給間隔層設備。智能電子設備( IED) 一個或者多個處理器協(xié)調(diào)工作的設備，它具有從或到一個外部源接受和發(fā)送數(shù)據(jù)/控制(例如電子式多功能表計、數(shù)字繼電

7、保護、測控)的能力。智能終端：一種智能組件。與一次設備采用電纜連接，與保護、測控等二次設備采用光纖連接，實現(xiàn)對一次設備的測量、控制等功能。（斷路器操作箱、在線監(jiān)測裝置）電子式互感器：多個電流或電壓傳感器組成，用于傳輸正比于一次電流或電壓量，以供給測量儀器、儀表和繼電保護或控制裝置。電子式互感器通常由傳感模塊和合并單元兩部分構成，傳感模塊又稱遠端模塊,安裝在高壓一次側，負責采集、調(diào)理一次側電壓電流并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。合并單元MU：用以對來自二次轉(zhuǎn)換器的電流和/或電壓數(shù)據(jù)進行時間相關組合的物理單元。合并單元可是互感器的一個組成件，也可是一個分立單元。(主要作用：ABC三相電流、電壓的合并同步，并按照

8、特定協(xié)議向間隔層設備，發(fā)送采樣值)SV Sampled Value：采樣值?；诎l(fā)布/訂閱機制，交換采樣數(shù)據(jù)集中的采樣值的相關模型對象和服務，以及這些模型對象和服務到ISO/IEC8802-3 幀之間的映射。（相當于傳統(tǒng)站的交流采樣）。GOOSE Generic Object Oriented Substation Event：GOOSE 是一種面向通用對象的變電站事件。主要用于實現(xiàn)在多IED 之間的信息傳遞，包括傳輸跳合閘信號（命令），具有高傳輸成功概率。（相當于傳統(tǒng)保護的開入開出回路）5、繼電保護原則： SV：所謂的 61850 9-2協(xié)議的 電流、電壓的點對點傳輸、網(wǎng)絡傳輸； 過程層傳輸

9、， 由合并單元上傳給保護、測控， 相當于傳統(tǒng)站的交流采樣回路。GOOSE: 狀態(tài)量的網(wǎng)絡、點對點傳輸；（狀態(tài)量：跳閘、位置等信號、閉鎖等信號，相當于傳統(tǒng)保護的開入開出回路；）1）按照 國網(wǎng)441號文“智能化變電站繼電保護技術規(guī)范”要求， 保護裝置采用直采：MU到保護裝置用光纖點對點連接（象電纜連接 四芯電流、電壓電纜由光纖代替），不經(jīng)交換機； 直跳：保護作用于本間隔斷路器的跳閘，采用保護裝置到智能終端（操作箱）點對點連接，不經(jīng)交換機；網(wǎng)跳（網(wǎng)絡傳輸）：像啟失靈，母差跳閘等跨間隔的跳閘，宜采用GOOSE網(wǎng)絡傳輸。虛端子：GOOSE、SV輸入輸出信號為網(wǎng)絡上傳遞的變量，與傳統(tǒng)屏柜的端子存在著對應關

10、系，為了便于形象的理解和應用GOOSE、SV信號，將這些信號的邏輯連接點成為虛端子。SV、GOOSE數(shù)據(jù)傳輸=過程層傳輸2）按照南網(wǎng)數(shù)字化站相關導則，保護裝置也可經(jīng)交換機采用“網(wǎng)采網(wǎng)跳”的方式。二、智能站和常規(guī)站的區(qū)別根據(jù)實現(xiàn)功能，數(shù)字化（傳統(tǒng)）變電站劃為三層結構，即過程層、間隔層、站控層。按照報文傳輸格式，數(shù)字化變電站網(wǎng)絡分為三類，即數(shù)據(jù)采樣（SMV）、控制信號（GOOSE）、信息管理（MMS）。從上圖看出兩者的區(qū)別，主要在于：1、 過程層設備的區(qū)別:(1)采樣值實現(xiàn)常規(guī)站用常規(guī)CT 、PT 優(yōu)點：多年來成熟的設備缺點：絕緣、飽和、爆炸、諧振、精度、接口等 智能站用電子式互感器：有源式互感器

11、、無源式（純光學）互感器優(yōu)點：不存在常規(guī)互感器的飽和、爆炸、諧振等問題比較項目常規(guī)互感器電子式互感器絕緣復雜絕緣簡單體積及重量大、重體積小、重量輕CT動態(tài)范圍范圍小、有磁飽和范圍寬、無磁飽和PT諧振易產(chǎn)生鐵磁諧振PT無諧振現(xiàn)象CT二次輸出不能開路可以開路 輸出形式 模擬量輸出 數(shù)字量輸出缺點：近年來發(fā)展起來的新設備，其測量精度、暫態(tài)特性、抗干擾能力，長期運行可靠性、溫度穩(wěn)定性問題，特別是光學互感器、設備能否長期可靠運行問題。注：目前智能站也可采用“常規(guī)互感器+就地合并單元”來實現(xiàn)互感器的就地數(shù)字化。(2)開關設備常規(guī)站用傳統(tǒng)開關設備，和間隔層設備電纜連接。智能站采用“傳統(tǒng)開關設備+智能終端”就

12、地完成開關數(shù)字化，將位置信息和控制信息轉(zhuǎn)化為GOOSE光纖數(shù)字信號和間隔層設備交互。2、 過程層網(wǎng)絡的區(qū)別常規(guī)站不存在過程層網(wǎng)絡的概念，一次設備和間隔層設備之間通過大量的電纜直接互連，電纜用量和二次回路較復雜，但長期以來也積累了成熟的經(jīng)驗。智能站采樣值通過電子式互感器（或常規(guī)互感器+MU）實現(xiàn)數(shù)字化，組建SV采樣值光纖數(shù)字傳輸網(wǎng)絡；一次開關設備通過智能終端完成數(shù)字化，經(jīng)GOOSE光纖網(wǎng)絡完成開關設備位置信息、控制信息的傳輸。根據(jù)不同的現(xiàn)場需求，GOOSE和SV網(wǎng)絡可以是相互獨立的網(wǎng)絡架構，也可是“SV+GOOSE”二合一網(wǎng)絡形式。過程層的網(wǎng)絡化大大簡化了常規(guī)綜自站中復雜的二次回路電纜，通過文件

13、配置和虛端子連接等進行管理，并可實施監(jiān)測鏈路狀態(tài)。3、 保護、測控等間隔層設備的區(qū)別智能化站中新型的數(shù)字化保護裝置在核心邏輯算法上和常規(guī)綜自站的保護裝置沒有大的差別，僅針對于SV或GOOSE的通訊特點做了相應的處理，裝置的交流頭插件被SV采樣值光口板所代替，開入開出板卡被GOOSE光口板所代替，保護本身僅保留CPU插件完成保護算法以及鍵盤、液晶等人機界面。常規(guī)保護示意數(shù)字化保護示意智能站中的測控裝置一般通過SV網(wǎng)絡接收電流電壓測量值，通過GOOSE完成信息量采集和控制命令下發(fā)等功能。保護、測控的間隔層設備對過程層均支持光纖通訊接口，數(shù)據(jù)基于統(tǒng)一標準建模，各IED設備間的信息共享和互操作性要大大

14、優(yōu)于常規(guī)站。對上接口均符合IEC61850規(guī)范要求，故智能站中規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置所接設備的數(shù)量降低。網(wǎng)絡化二次設備要求其具有數(shù)字化接口、滿足電子式互感器的要求、滿足智能開關的要求、網(wǎng)絡通信功能滿足IEC61850的要求4、 站控層網(wǎng)絡的區(qū)別站控層網(wǎng)絡在智能站及常規(guī)綜自站中最大變化在于規(guī)約的變化，常規(guī)綜自站的網(wǎng)絡103規(guī)約因各設備廠家對其理解區(qū)別較大，設備間的信息交互能力差，不利于信息共享。在智能站中均按照統(tǒng)一規(guī)范進行數(shù)據(jù)建模，體現(xiàn)出智能化站信息共享能力和互操作性能好的優(yōu)勢。5、 光纜和電纜用量區(qū)別常規(guī)站用電纜線連接優(yōu)點：多年來運行可靠。缺點：用量大，電纜采用銅材料，造價高 智能站用光纖連接，電纜用量

15、下降優(yōu)點：減少了使用電纜的數(shù)量，減少了電纜的費用缺點：增加了光纖的熔接工作，維護量高，有了光纖就更增加了交換機的數(shù)量（省了電纜的費用，增加了交換機的費用）6、 數(shù)據(jù)同步的區(qū)別常規(guī)站不依賴同步時鐘對時，常規(guī)互感器通過電纜接到保護裝置，保護CPU在同一時刻發(fā)鎖存指令，各相采樣數(shù)據(jù)為“一刀切”的方式，天生是同步的，保護自己根據(jù)采樣的數(shù)據(jù)判斷是否故障。智能站從電子式互感器出來數(shù)字量后要送到保護、計量等設備，需要考慮數(shù)據(jù)同步的問題，特別對于差動類保護要求保護功能的實現(xiàn)不依賴于對時。故在智能站中，電子式互感器的過程層設備及保護均需利用差值算法等有效措施保證采樣數(shù)據(jù)的同步。直接采樣因MU到保護的數(shù)據(jù)延時固定

16、，即便MU失步也不影響差動功能的實現(xiàn)，不依賴于對時系統(tǒng)，而網(wǎng)絡采樣的方式卻不得不保證時鐘系統(tǒng)的可靠性，若失步有可能會閉鎖保護。7、 網(wǎng)絡通訊及交換機配置的區(qū)別網(wǎng)絡通訊：智能化變電站中采集（數(shù)字式互感器、合并單元）、控制（智能終端）、應用（各類保護測控裝置）三者往往相對分離，通過網(wǎng)絡連接，因此，網(wǎng)絡通訊的可靠性與信息傳輸?shù)目焖傩灾苯記Q定了系統(tǒng)的可用性，網(wǎng)絡通訊的重要性上升到前所未有的高度，網(wǎng)絡設備與保護裝置同等重要。網(wǎng)絡通訊的可靠性主要通過選擇具有高可靠性的網(wǎng)絡拓撲結構以及采用冗余技術保證。交換機：常規(guī)站中交換機僅使用在站控層或間隔層，一般為電口百兆交換機，中心交換機級聯(lián)時或考慮千兆口的使用或采

17、用光口連接。過程層沒有實現(xiàn)網(wǎng)絡化，不存在過程層交換機的概念。智能站中除了站控層、間隔層交換機和常規(guī)站中配置要求大致類似，主要區(qū)別是增加了過程層交換機的配置，過程層多為光口交換機，用于傳輸SV或GOOSE信息，過程層交換機的使用和維護相對更復雜，需要考慮數(shù)據(jù)流向及流量的劃分以保障過程層信息傳輸?shù)目煽啃?，如劃分VLAN或動態(tài)組播方式等，在擴建間隔時需要考慮對過程層交換機配置的相應更改。尤其在網(wǎng)采網(wǎng)跳時，過程層交換機的重要性應和保護設備平級。8、 回路設計、運行維護、試驗檢測和設備管理的變革智能變電站取消了大部分的電纜連接，取而代之的是設備之間的信號軟連接，而這些連接信息以及變電站設備模型都保存在變

18、電站及裝置配置文件中，帶來了變電站的建設、技改、擴建二次回路設計方式的重大變革。由于信號采用網(wǎng)絡傳輸方式，現(xiàn)有的運行操作、檢修、試驗均發(fā)生很大的變化，如軟壓板取代硬壓板帶來運行操作的變化、設備檢修、故障消缺帶來安措的變化、現(xiàn)場調(diào)試方法的變化。同時，合并單元、智能終端、交換機、工程文件（全站配置文件、裝置配置文件、交換機配置文件等）的管理對繼電保護可靠運行至關重要，對運行維護和設備管理提出了新的要求。9、 部分功能實現(xiàn)的區(qū)別常規(guī)站的電壓切換和電壓并列由專門的嵌入式裝置完成，而智能站的電壓切換并列功能集成于合并單元內(nèi)完成。另外，智能站中故障錄波器可支持直接采集SV和GOOSE光纖信號，增配網(wǎng)絡分析

19、儀設備完成對MMS網(wǎng)絡及過程層網(wǎng)絡的報文存儲、監(jiān)視、分析。智能站中數(shù)字接口電能表為全數(shù)字處理系統(tǒng)，獲取的是已經(jīng)數(shù)字化的電流電壓瞬時值，電能表在電量計算的過程中理論上不產(chǎn)生誤差。其精度高于常規(guī)電度表，一是不存在二次電纜壓降的問題，二是沒有電表自身的誤差。數(shù)字式電度表通過RS485接口，標準規(guī)約(DL645)和電表處理器通信，對處理器沒有特殊要求。數(shù)字電表在得到國家計量部門認可的基礎上，還需通過省電力研究院的計量檢測，以獲得本省的入網(wǎng)許可證。10、 二次系統(tǒng)檢修的變化如應用電子式互感器，現(xiàn)場無需校驗電流或電壓互感器的極性，極性由安裝位置決定；使用現(xiàn)場不存在回路電阻問題，無需測試回路電阻；合并單元輸

20、出的數(shù)據(jù)均帶有品質(zhì)標記，可保證不會使用錯誤的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場無需進行二次回路接線檢查，減輕了查線工作量；由于取消了二次電纜而采用光纖通訊，光纖回路是絕緣的，沒有接地的可能，減輕了現(xiàn)場查接地的工作量。11、 保護測試的實現(xiàn)區(qū)別由于間隔層的保護測控裝置的輸入數(shù)據(jù)接口為數(shù)字化接口，所以進行間隔層設備的測試需采用數(shù)字式光電測試儀，目前數(shù)字式光電測試儀有兩種，一種是 omicron、博電等公司可提供數(shù)字信號的新型測試設備，但這種裝置價格比較高；另一種方式：模擬信號的測試設備+模/數(shù)轉(zhuǎn)換設備方式，可方便現(xiàn)場使用。間隔層設備和智能終端的閉環(huán)測試方法的實現(xiàn)：用omicron、博電的新型測試設備，通過GOOSE網(wǎng)絡給

21、保護裝置發(fā)送動作信號，保護裝置通過GOOSE網(wǎng)絡發(fā)GOOSE動作命令給智能終端，智能終端收到命令后跳/合閘出口接點動作并反饋開關位置信號。12、 工程配置流程區(qū)別智能化站的主要配置調(diào)試流程如下第 21 頁 共 21 頁13、 常規(guī)站擴建增加新的間隔，比較簡單。智能化站要擴建增加新的間隔就必須將原來全站的IED 能力描述文件ICD 文件，SSD系統(tǒng)規(guī)格文件，全站系統(tǒng)配置SCD文件重新更換并定義。三、智能變電站模式隨著智能（數(shù)字）化技術的發(fā)展和應用深入，我國數(shù)字化變電站進入了一個快速發(fā)展的新階段，按照應用IEC61850協(xié)議的程度和對繼電保護系統(tǒng)的影響，變電站類型主要分為以下三種模式。建議華能集團

22、采用第三種模式進行智能化方案配置。1、模式一1)、站內(nèi)繼電保護配置、設計、應用與現(xiàn)有技術規(guī)程相一致，采用常規(guī)互感器和傳統(tǒng)的跳閘方式，保護和互感器、斷路器之間以電纜相互連接。2)、保護裝置通信采用IEC61850規(guī)約，實現(xiàn)保護與監(jiān)控后臺、繼電保護故障信息系統(tǒng)子站的信息交換。3)、間隔層和站控層設備之間采用雙星型網(wǎng)絡（MMS）和IEC61850規(guī)約通信，采用統(tǒng)一建模，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，提高了互操作能力。4)、能夠滿足智能電網(wǎng)對變電站信息的需要。5)、繼電保護運行模式與傳統(tǒng)一致，與現(xiàn)有的規(guī)程、規(guī)定相適應。 模式一變電站結構層次圖2、模式二1）、站內(nèi)模擬量采用常規(guī)互感器一對一電纜連接，開關量（如斷路器運行狀態(tài)、保護跳閘等）采用網(wǎng)絡方式傳輸，智能操作箱就地布置，網(wǎng)絡通訊采用IEC61850規(guī)約。2）、保護裝置交流回路采用電纜接線，通過GOOSE網(wǎng)絡實現(xiàn)跳閘，不再以物理連接（“硬壓板”）作為電氣隔離，采用軟件控制（“軟壓板”）。3)、站控層和間