第1章變電站自動(dòng)化

1變電站綜合自動(dòng)化

胡炎上海交通大學(xué)電氣工程系2023/2/321、概述

發(fā)展變電站綜合自動(dòng)化也是當(dāng)前城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)建設(shè)和改造的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)之一。在此基礎(chǔ)上，配電自動(dòng)化得到發(fā)展。配電自動(dòng)化是城網(wǎng)建設(shè)和改造個(gè)現(xiàn)代化管理的重要手段。配電自動(dòng)化主要包括變電站自動(dòng)化和饋線自動(dòng)化，是配電管理系統(tǒng)的主要組成部分。31、概述

目前國內(nèi)科研院校、制造廠商如南瑞、四方、清華紫光、南自及東方電子、許繼、阿繼等經(jīng)過多年的開發(fā)已形成了技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠，保護(hù)、監(jiān)控合一（二合一）或保護(hù)、控制、測(cè)量和信號(hào)合一（四合一）的一體化系列化產(chǎn)品。特別是微機(jī)保護(hù)、監(jiān)控、防誤操作、故障錄波、小電流接地選線等功能不斷完善，為一體化設(shè)計(jì)提供了良好的基礎(chǔ)。外國公司早在幾年前就已推出一體化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品.國內(nèi)的四方、南瑞、南自等公司亦已先后推出一體化產(chǎn)品，并取得了成功。41、概述

變電站綜合自動(dòng)化是將變電站的二次設(shè)備(包括測(cè)量?jī)x表、信號(hào)系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和遠(yuǎn)動(dòng)裝置等)經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全變電站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、自動(dòng)控制和微機(jī)保護(hù)，以及與調(diào)度通信等綜合性的自動(dòng)化功能。利用多臺(tái)微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路組成的自動(dòng)化系統(tǒng)，代替常規(guī)的測(cè)量和監(jiān)視儀表。代替常規(guī)控制屏、中央信號(hào)系統(tǒng)和遠(yuǎn)動(dòng)屏，用微機(jī)保護(hù)代替常規(guī)的繼電保護(hù)屏，改變常規(guī)的繼保護(hù)裝置不能與外界通信的缺陷。5２、特點(diǎn)

１）功能綜合化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)建立在計(jì)算機(jī)硬軟件技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)之上，它綜合了除直流電源以外的全部二次設(shè)備。微機(jī)繼電保護(hù)裝置代替了電磁式保護(hù)，微機(jī)監(jiān)控裝置綜合了儀表盤、操作盤、模擬屏、變送器、遠(yuǎn)動(dòng)、有載調(diào)壓無功補(bǔ)償、中央信號(hào)系統(tǒng)和光字牌，微機(jī)保護(hù)和監(jiān)控還綜合了故障錄波測(cè)距、小電流接地選線等功能。6２、特點(diǎn)

２）結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，保護(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)裝置相對(duì)獨(dú)立，由網(wǎng)絡(luò)集成，即由網(wǎng)絡(luò)總線將微機(jī)保護(hù)、數(shù)據(jù)采集、控制等環(huán)節(jié)的多個(gè)CPU連接起來，構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)整體，實(shí)現(xiàn)各種功能。３）運(yùn)行管理智能化既能監(jiān)測(cè)一次設(shè)備，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)報(bào)警、報(bào)表、電壓無功調(diào)節(jié)、小電流接地選線、事故判斷與處理，也能在線自診斷，把自身故障報(bào)告主控中心。7２、特點(diǎn)

變電站自動(dòng)化的主要目的是：減少一次設(shè)備維護(hù)費(fèi)用；降低保護(hù)控制設(shè)備數(shù)目和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，降低變電站造價(jià)；減少發(fā)生、消除故障的時(shí)間，獲得更多有效數(shù)據(jù)作出更快決定，提高自動(dòng)化水平。因此變電站自動(dòng)化不僅要完成常規(guī)二次設(shè)備功能，還必須有更完善的綜合智能控制功能。8３、主要功能

１）微機(jī)保護(hù)：微機(jī)保護(hù)包括線路保護(hù)、饋線保護(hù)、變壓器保護(hù)、電容器保護(hù)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)、備用電源自投、母線保護(hù)等。各類保護(hù)裝置除保護(hù)功能自身外，還應(yīng)具有下列功能：故障記錄存儲(chǔ)多套定值顯示及當(dāng)?shù)匦薷亩ㄖ蹬c監(jiān)控系統(tǒng)通信，根據(jù)監(jiān)控命令上傳信息，接收監(jiān)控命令。9３、主要功能

２）數(shù)據(jù)采集處理及記錄變電站數(shù)據(jù)采集包括模擬量、狀態(tài)量、脈沖量的采集。３）事件記錄、故障錄波及測(cè)距事件記錄包括保護(hù)動(dòng)作序列記錄、開關(guān)跳合記錄等。４）自動(dòng)控制(后面再介紹)包括備用電源自動(dòng)投入、重合閘、同期合閘、低周減載、變電站電壓無功控制、單相接地自動(dòng)選線等。10３、主要功能

５）安全監(jiān)控（１）實(shí)時(shí)顯示畫面及數(shù)據(jù)：主接線顯示開關(guān)閘刀狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、設(shè)備的檢修狀態(tài)和接地線掛設(shè)，以及相關(guān)測(cè)量值，主變負(fù)荷曲線，開關(guān)正常變位操作顯示，開關(guān)事故跳閘顯示，事件順序記錄，事故記錄，報(bào)警畫面及提示信息，調(diào)度員操作記錄及時(shí)間。（２）控制與操作閉鎖：操作人員可在CRT屏幕上對(duì)斷路器、隔離開關(guān)進(jìn)行斷合操作，可對(duì)變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，對(duì)電容器組進(jìn)行投切操作，遙調(diào)消弧線圈分接頭，主變冷卻器控制，保護(hù)投退，定值修改，信號(hào)復(fù)歸，標(biāo)示牌掛設(shè)，設(shè)備狀態(tài)設(shè)置。為防止計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障，保留人工跳合閘操作。操作閉鎖有跳合閘閉鎖、防跳及電腦“五防”等。五防:指電力系統(tǒng)在倒閘操作中，防誤入帶電間隔，防誤拉合開關(guān)，防帶電荷拉合刀閘，防帶電掛地線（合地刀），防帶地線（地刀）合閘11３、主要功能

６）與遠(yuǎn)方調(diào)度中心（或控制中心）通信包括遙調(diào)、遙信、遙測(cè)、遙控、遠(yuǎn)方修改整定保護(hù)定值、故障錄波與測(cè)距信號(hào)遠(yuǎn)傳等?？膳c多個(gè)遠(yuǎn)方調(diào)度或操作中心通信，可與調(diào)度主站對(duì)時(shí)。７）人機(jī)聯(lián)系人機(jī)聯(lián)系可在智能設(shè)備、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)或遠(yuǎn)方調(diào)度中心（或操作中心）主機(jī)上進(jìn)行。８）自診斷系統(tǒng)內(nèi)各模塊應(yīng)具有自診斷功能，自診斷信息也周期性地送往當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)或遠(yuǎn)方調(diào)度或操作中心。12３、主要功能

9)從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，還包括電氣設(shè)備本身的監(jiān)視信息（如斷路器、變壓器、避雷器等的絕緣和狀態(tài)監(jiān)視）。13３、主要功能

10)電壓無功控制對(duì)于110kV電壓等級(jí)以上變電站.要求變電站自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分布式站內(nèi)自動(dòng)電壓無功控制VQC。目前基本作法是監(jiān)控主站根據(jù)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)獲得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù).按預(yù)定的先決條件和九域圖控制規(guī)律通過網(wǎng)絡(luò).給相應(yīng)間隔層設(shè)備IED發(fā)出無功補(bǔ)償設(shè)備的投切和變壓器分接頭的調(diào)整指令。對(duì)于35kV變電站.站內(nèi)自動(dòng)電壓無功控制功能不作要求.但應(yīng)滿足遠(yuǎn)方調(diào)整電壓無功.即通過自動(dòng)化系統(tǒng)可在當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)或調(diào)度端實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方手動(dòng)調(diào)整變壓器分接頭和投切電容器功能。14３、主要功能

10)電壓無功控制目標(biāo)(1)維持供電電壓在規(guī)定的范圍內(nèi):500kV（330kV）變電站的220kV母線：正常時(shí)0～10%，事故時(shí)-5～10%220kV變電站的35～110kV母線：正常時(shí)-3～7%，事故時(shí)±10%配電網(wǎng)的10kV母線：電壓合格范圍10～10.7kV(2)保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定和合適的無功平衡，無功分區(qū)就地平衡的原則(3)電壓無功綜合控制的手段：調(diào)整分接頭位置，控制無功補(bǔ)償設(shè)備，兩者綜合考慮15３、主要功能

11)對(duì)時(shí)系統(tǒng)對(duì)時(shí)要求是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的最基本要求。110kV樞紐站和220kV站要求系統(tǒng)具有GPS對(duì)時(shí)功能.要求對(duì)變電站層設(shè)備和間隔層IED設(shè)備（包括智能電度表等）均實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)，并具有時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)傳輸校正措施。110kV終端站、350kV變電站不要求對(duì)時(shí)功能.但要求具有一定精度的站內(nèi)系統(tǒng)對(duì)時(shí)功能.定時(shí)完成由系統(tǒng)主機(jī)或由調(diào)度端發(fā)出的對(duì)站內(nèi)間隔層設(shè)備的對(duì)時(shí)功能。16３、主要功能

12)

故障錄波故障錄波的數(shù)據(jù)和波形是電網(wǎng)事故運(yùn)行分析的重要參數(shù)。35kV變電站和一般的110kV終端站可以不要求安裝故障錄波.一些分析信息可從保護(hù)裝置的簡(jiǎn)短記錄和SOE中提取。但110kV樞紐站要求具有分布故障錄波功能.通過專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的分布故障錄波系統(tǒng)不僅是變電站自動(dòng)化發(fā)展的必然.在性能指標(biāo)上也完全和專業(yè)故障錄波相媲美。以四方公司CSC－2000為例.專業(yè)WGL－12和CSC－2000的采樣周期同為１ms；分辨率為14位.一般是12位。220kV變電站可在分布或集中式故障錄波裝置中選擇。17３、主要功能

13)

小電流接地選線該功能要求配備三相CT或?qū)Ｓ昧阈駽T，受各種因素影響實(shí)際正確動(dòng)作率不高。一般通過IED檢出母線開口三角電壓越限并向主站廣播.主站在收到信號(hào)后調(diào)該母線各IED在接地瞬間記錄的零序電壓電流資料匯總分析后做出判斷。對(duì)于有35kV和10kV饋電線路的變電站,仍要求裝設(shè)分布的通過網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的小電流接地選線系統(tǒng)。184、結(jié)構(gòu)

國際大電網(wǎng)會(huì)議（CIGRE）WG34.03工作組在研究變電站的數(shù)據(jù)流時(shí)，分析了變電站自動(dòng)化需要完成的功能大概有63種。從系統(tǒng)的觀點(diǎn)和易于處理的觀點(diǎn)出發(fā)，將這些功能分為如下的功能組：控制監(jiān)視功能自動(dòng)控制功能測(cè)量表計(jì)功能繼電保護(hù)功能與繼電保護(hù)相關(guān)的功能接口功能系統(tǒng)功能194、結(jié)構(gòu)

為了完成這些功能，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)需要采用分層結(jié)構(gòu)，每一層的功能由該層的一組設(shè)備來完成。整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)分為三層，如圖所示：變電站管理層、間隔層、設(shè)備層。204、結(jié)構(gòu)

目前我國變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，間隔層和設(shè)備層之間尚存在著模擬的聯(lián)接，一次設(shè)備還不具備上述工作組所描述的自動(dòng)化功能。因此只有兩層，即變電站管理層和間隔層。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，變電站的一次設(shè)備因帶有智能傳感器和執(zhí)行器而具有新的能力。這些設(shè)備自身將具有測(cè)量、監(jiān)控和與系統(tǒng)接口的功能，從而可以自由地與其它設(shè)備交換信息，成為自動(dòng)化系統(tǒng)中的新成員——設(shè)備層。(數(shù)字化變電站)214、結(jié)構(gòu)

1)集中式結(jié)構(gòu)集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，指采用不同檔次的計(jì)算機(jī)，擴(kuò)展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬電量、開關(guān)量和數(shù)字量等信息。集中進(jìn)行計(jì)算與處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和一些自動(dòng)控制等功能。集中式結(jié)構(gòu)也并非指由一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成保護(hù)、監(jiān)控等全部功能。多數(shù)集中式結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)、微機(jī)監(jiān)控和與調(diào)度等通信的功能也是由不同的微型計(jì)算機(jī)完成。只是每臺(tái)微計(jì)算機(jī)承擔(dān)的任務(wù)多些。主要出現(xiàn)在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的初期。

224、結(jié)構(gòu)

234、結(jié)構(gòu)

缺點(diǎn)：

1)每臺(tái)計(jì)算機(jī)的功能較集中，如果一臺(tái)計(jì)算機(jī)出故障，影響面大，因此必須采用雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的結(jié)構(gòu)才能提高可靠件。

2)集中式結(jié)構(gòu)，軟件復(fù)雜，修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試麻煩。

3)組態(tài)不靈活，對(duì)不同主接線或規(guī)模不同的變電站軟、硬件都必須另行設(shè)計(jì)，工作量大，因此影響了批量生產(chǎn)，不利于推廣。

4)集中式保護(hù)與長(zhǎng)期以來采用一對(duì)一的常規(guī)保護(hù)相比，不直觀，不符合運(yùn)行和維護(hù)人員的習(xí)慣，調(diào)試和維護(hù)不方便，程序設(shè)計(jì)麻煩，只適合于保護(hù)算法比較簡(jiǎn)單的情況。244、結(jié)構(gòu)

2)分層分布式結(jié)構(gòu)分布式變電站綜合自動(dòng)化主要有兩種結(jié)構(gòu)：

一是分別將能實(shí)現(xiàn)測(cè)量、保護(hù)、控制功能的智能裝置分布于一次設(shè)備附近，然后按功能類別將它們集合，經(jīng)過網(wǎng)關(guān)或?qū)Ｓ玫臏y(cè)量管理機(jī)、保護(hù)管理機(jī)、監(jiān)控管理機(jī)等進(jìn)行適當(dāng)規(guī)約轉(zhuǎn)換，組成站內(nèi)局域網(wǎng)，如圖所示。這種結(jié)構(gòu)多見于220KV以上電壓等級(jí)的變電站。254、結(jié)構(gòu)

2)分層分布式結(jié)構(gòu)26繼電器A間隔控制繼電器

B繼電器

A間隔控制繼電器

B保護(hù)管理機(jī)2調(diào)度中心操作員站工程師站路由器站總線保護(hù)管理機(jī)3保護(hù)管理機(jī)1斷路器，閘刀，互感器斷路器，閘刀，互感器274、結(jié)構(gòu)

優(yōu)點(diǎn)：1：測(cè)量、保護(hù)、監(jiān)控分別由不同的智能裝置完成，相當(dāng)于一個(gè)CPU資源豐富的多處理機(jī)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、大量的計(jì)算和信息處理；2：適合當(dāng)前電力系統(tǒng)的分工習(xí)慣，責(zé)任明確。缺點(diǎn)：二次接線復(fù)雜，硬件重復(fù)設(shè)置。284、結(jié)構(gòu)

二是嚴(yán)格按一次設(shè)備的地理位置分布，一個(gè)或一組智能裝置專為特定一次設(shè)備設(shè)計(jì)，這組智能裝置通過現(xiàn)場(chǎng)總線傳至通信前置機(jī)，傳送該設(shè)備的信息，如圖所示。這種結(jié)構(gòu)多見于中低壓等級(jí)的變電站。優(yōu)點(diǎn)：二次接線簡(jiǎn)單，檢修方便；控制對(duì)象明確；變電站造價(jià)低。缺點(diǎn)是不符合當(dāng)前電力系統(tǒng)的分工習(xí)慣，因此比較適于無人值守的變電站和低電壓等級(jí)的變電站。294、結(jié)構(gòu)

304、結(jié)構(gòu)

3)分層分布式結(jié)構(gòu)的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)：

節(jié)省變電站投資和安裝維護(hù)費(fèi)用:分布式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)取消了常規(guī)變電站所使用的模擬信號(hào)屏、中央信號(hào)屏、集中同期屏等。智能設(shè)備分散安裝于一次設(shè)備附近或內(nèi)置于開關(guān)柜上，節(jié)省了主控室的面積。節(jié)省大量控制信號(hào)電纜設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、施工方便:減輕了設(shè)計(jì)院二次線設(shè)計(jì)的大量工作,施工主要是管理級(jí)設(shè)備與間隔層智能裝置間的聯(lián)接擴(kuò)建方便:分布式變電站綜合自動(dòng)化一般采用現(xiàn)場(chǎng)總線通信網(wǎng)絡(luò)，這種通信網(wǎng)絡(luò)是一對(duì)N的結(jié)構(gòu)。314、結(jié)構(gòu)

4)分層分布式結(jié)構(gòu)的通信方案：

按通信系統(tǒng)系統(tǒng)配置劃分，目前分布式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通信方案主要有兩種：一是基于前置機(jī)的系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的基于RS-422/485的通信技術(shù)組成低速通信通線；一是基于網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)，采用局部控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如Lonworks和CAN等，實(shí)現(xiàn)較高傳輸速率的通信總線。325、變電站自動(dòng)化中微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)

繼電保護(hù)的根本任務(wù)－在盡可能短的時(shí)間內(nèi)切除故障元件，沒有改變也不會(huì)改變。繼電保護(hù)的基本原理－依據(jù)被保護(hù)元件“故障、不正常、正常狀態(tài)”間的“差別”，“甄別”出故障元件的保護(hù)原理，在持續(xù)完善和緩慢發(fā)展中。繼電保護(hù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)－隨著相關(guān)器件、技術(shù)的發(fā)展，快速變化。335、變電站自動(dòng)化中微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)在中、低壓電網(wǎng)中：反應(yīng)工頻相電流、電壓幅值特征的保護(hù)占統(tǒng)治地位，在今后仍會(huì)占統(tǒng)治地位。三段式保護(hù)的工作配合，仍將是引導(dǎo)建立繼電保護(hù)思想的“獨(dú)門絕技”。數(shù)字式、電磁式、集成電路式等并存的局面，將會(huì)持續(xù)存在。345、變電站自動(dòng)化中微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)在高壓電網(wǎng)中：工頻差動(dòng)原理的縱聯(lián)保護(hù)為主保護(hù)，距離和零序保為后備保護(hù)，今后仍為典型配置。工頻故障分量的原理正在逐步應(yīng)用中。數(shù)字式保護(hù)正在逐步取代模擬式保護(hù)，目前仍有部分模擬式保護(hù)在運(yùn)行中。355、變電站自動(dòng)化中微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)在超高壓電網(wǎng)中：工頻故障分量差動(dòng)原理的縱聯(lián)保護(hù)為主保護(hù)，距離和零序保護(hù)為后備保護(hù)，更加強(qiáng)調(diào)主保護(hù)雙重配置。工頻故障分量的原理得到發(fā)展和廣泛應(yīng)用。幾乎全部采用數(shù)字式保護(hù)，推動(dòng)著數(shù)字式保護(hù)技術(shù)的發(fā)展。365、變電站自動(dòng)化中微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)特高壓電網(wǎng)的出現(xiàn)將會(huì)：對(duì)保護(hù)的動(dòng)作速度提出更快的要求（全線小于20毫秒），可靠性要求更高。利用故障暫態(tài)特征的保護(hù)原理會(huì)得到發(fā)展，“預(yù)保護(hù)”的思想顯得更為重要。保護(hù)的硬件技術(shù)將會(huì)發(fā)展到采樣和處理MHz/S的信息。分析和計(jì)算工具可能以小波、形態(tài)學(xué)等為主。37

距離保護(hù)的應(yīng)用可能更大

在我們平時(shí)對(duì)“距離保護(hù)的基本概念”的理解中，主要有3個(gè)方面的內(nèi)容，即：

1、電流、電壓保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)和局限性，引入距離保護(hù)原理的必要性。這一內(nèi)容的原話為：“電流、電壓保護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠，在35kV及以下電壓等級(jí)的電網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于它們的定值選擇、保護(hù)范圍以及靈敏系數(shù)等受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響較大，難以應(yīng)用于更高電壓等級(jí)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中。為滿足高電壓等級(jí)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)的要求，必須采用性能更加完善的繼電保護(hù)原理和裝置，距離保護(hù)就是其中的一種?！?/p>

5、變電站自動(dòng)化中微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)38距離保護(hù)的應(yīng)用可能更大我們這里不想這樣講，只想講局限性，不講優(yōu)點(diǎn)，原因如下：因?yàn)殡娏鳌㈦妷罕Ｗo(hù)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠是針對(duì)電磁式保護(hù)而言的，采用微機(jī)保護(hù)后，這一優(yōu)點(diǎn)不再突出。

1）微機(jī)式電流、電壓保護(hù)的硬件配置與距離保護(hù)基本一致（為了監(jiān)控的需要，目前即使是電流保護(hù)，也都引入電壓量），軟件的差異也不太大，所以不再存在簡(jiǎn)單這一優(yōu)點(diǎn)；

5、變電站自動(dòng)化中微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)39距離保護(hù)的應(yīng)用可能更大2）就經(jīng)濟(jì)性而言，目前距離保護(hù)的價(jià)格可能高于電流、電壓保護(hù)，但這僅是廠家銷售策略的問題，也是因?yàn)榫嚯x保護(hù)數(shù)量較少的問題，若配網(wǎng)距離保護(hù)大量采用，其價(jià)格不會(huì)比電流、電壓保護(hù)高太多，所以經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)點(diǎn)也不再存在；

3）就可靠而言，由于不存在硬件及接線上的簡(jiǎn)單，所以也不會(huì)有額外高的可靠性，反而可能因?yàn)樵砩系娜毕?，使可靠性降低?/p>

5、變電站自動(dòng)化中微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)40距離保護(hù)的應(yīng)用可能更大

可見，在普遍采用微機(jī)保護(hù)后，簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠已不再是電流、電壓保護(hù)獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)。講了這句話，會(huì)給人一種誤導(dǎo)，即認(rèn)為35kV及以下電壓等級(jí)電網(wǎng)最好（或首選）是用電流、電壓保護(hù)，只有在更高電壓等級(jí)，它不能滿足要求的情況下，才選擇其他原理的保護(hù)。實(shí)際上距離保護(hù)在原理上也適合于35kV及以下電壓等級(jí)電網(wǎng)，且動(dòng)作的性能一般要優(yōu)于電流、電壓保護(hù)，整定計(jì)算也比較簡(jiǎn)單，在微機(jī)保護(hù)的情況下，其硬件配置與電流、電壓保護(hù)類似（即與電流、電壓保護(hù)一樣簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠）。

5、變電站自動(dòng)化中微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)41

距離保護(hù)的應(yīng)用可能更大

總之，距離保護(hù)除了軟件稍微復(fù)雜一點(diǎn)和需要考慮TV斷線閉鎖外，在其他任何方面都不遜色于電流、電壓保護(hù)，所以在配電網(wǎng)中，也應(yīng)該優(yōu)先選用距離保護(hù)。此觀點(diǎn)供大家商榷。此處不講電流、電壓保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，只講其局限性，有助于提高對(duì)此問題的認(rèn)識(shí)。或許會(huì)帶來配電系統(tǒng)繼電保護(hù)配置方面的一個(gè)革新。

5、變電站自動(dòng)化中微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)42距離保護(hù)的應(yīng)用可能更大

2、距離保護(hù)的定義

這里強(qiáng)調(diào)兩個(gè)觀點(diǎn)：第一、距離保護(hù)是通過反映保護(hù)安裝處到故障點(diǎn)的距離而工作的，在保護(hù)區(qū)的正反向上，故障距離小于整定距離時(shí)，判為區(qū)內(nèi)故障，理想情況下，若測(cè)量沒有誤差，整定距離應(yīng)該正好等于線路的長(zhǎng)度，考慮到誤差的存在，無延時(shí)動(dòng)作的距離保護(hù)的整定距離應(yīng)該小于線路的長(zhǎng)度，減小的程度取決于測(cè)量的誤差；第二、只要能夠測(cè)出故障距離，就能夠構(gòu)成距離保護(hù)；

5、變電站自動(dòng)化中微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)43距離保護(hù)的應(yīng)用可能更大

3、故障距離的測(cè)量方法測(cè)量故障距離的方法包括：（1）測(cè)量阻抗法（2）行波法目前的距離保護(hù)絕大多數(shù)都是通過測(cè)量短路阻抗的方法來測(cè)量短路距離的。5、變電站自動(dòng)化中微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)44距離保護(hù)的應(yīng)用可能更大

需要區(qū)分距離保護(hù)和阻抗保護(hù)的概念：在線路保護(hù)中，阻抗保護(hù)僅是距離保護(hù)中最常用的一種，但兩者并不是同一個(gè)概念，如用其他方法測(cè)出故障距離，也是距離保護(hù)，但不再是阻抗保護(hù)。在應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器等集中參數(shù)元件的保護(hù)時(shí)，反映測(cè)量阻抗的保護(hù)應(yīng)該稱之為阻抗保護(hù)，而不應(yīng)該在稱為距離保護(hù)，因?yàn)檫@時(shí)“阻抗”與“距離”之間不再存在線性的關(guān)系。5、變電站自動(dòng)化中微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)45繼電保護(hù)情況保護(hù)裝置作為系統(tǒng)的有機(jī)部分要求和自動(dòng)化系統(tǒng)保持相對(duì)獨(dú)立。一般要求保證電磁兼容指標(biāo)。設(shè)置專用熔斷器（35kＶ電壓等級(jí)以上）電源回路，保護(hù)CT與測(cè)量CT分開，A/D轉(zhuǎn)換14位，可遠(yuǎn)方投退壓板和控制字，在線修改定值，帶簡(jiǎn)短的事故采樣數(shù)據(jù)和動(dòng)作記錄。110kＶ變電站1臺(tái)主變一般只配置1套保護(hù)，主保護(hù)和后備保護(hù)分開。220kＶ站1臺(tái)主變應(yīng)配置2套主變保護(hù)，主后備保護(hù)可不分開。220kＶ線路2套線路保護(hù)宜按不同原理配置。5、變電站自動(dòng)化中微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)466、新器件的運(yùn)用

?

電磁型傳感器：體積大重量沉安裝不便易受電磁干擾易飽和（CT）頻帶不寬?

數(shù)字式傳感器47

數(shù)字式電流電壓互感器分為有源電子式和無源磁光式互感器光學(xué)互感器是利用晶體的特定物理效應(yīng)來敏感電壓。它采用非金屬晶體作為傳感頭，光纖作為傳輸介質(zhì)，使電網(wǎng)與測(cè)量電路能有效隔離，從而避免了二次短路的危險(xiǎn)。是數(shù)字式電流電壓互感器的發(fā)展方向48數(shù)字式電流電壓互感器的特點(diǎn)測(cè)量準(zhǔn)確度高全數(shù)字化接口（IEC61850）工作頻帶寬，線性度高

49現(xiàn)在方式光學(xué)、電子互感器方式發(fā)展動(dòng)態(tài)50電子傳感器典型方案ABB的PASS系統(tǒng)：

PASS（PlugAndSwitchSystem）可稱為智能插接式開關(guān)，是將斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電流和電壓傳感器、以及套管等都放置在一個(gè)公共氣罐里，組成一個(gè)氣體絕緣金屬密閉的組合體。其電子TA采用了Rogowski線圈、TV采用電容分壓的有源方案，目前已在澳大利亞某電力公司運(yùn)行。

現(xiàn)在，不少網(wǎng)、省局也在開展電子互感器的應(yīng)用工作。51PASS示意圖52BlackwallSubstation,Queensland昆士蘭,AustraliaPASS應(yīng)用實(shí)例53PASS應(yīng)用實(shí)例PASS二次部分的光纖接口54電子傳感器典型方案電子式電流/電壓互感器的采集器單元和合并單元之間均采用光纖連接，采集器單元采集的數(shù)據(jù)通過一根光纖傳輸給合并單元，合并單元的同步信號(hào)通過另一根光纖傳給采集器單元，對(duì)有源型互感器，同步信號(hào)光纖同時(shí)傳遞激光信號(hào)，為采集器提供電源。不同互感器的合并單元結(jié)構(gòu)可能有所不同，但其主要實(shí)現(xiàn)的功能基本一致：接收并處理若干個(gè)采集器單元傳來的數(shù)據(jù)。接收站端同步信號(hào)，并傳給各采集器單元，同步各路A/D采樣。為有源型互感器提供激光電源，并監(jiān)視采集器單元的電源狀態(tài)。合并處理采集器單元的數(shù)據(jù)后，以網(wǎng)絡(luò)方式提供給繼電保護(hù)裝置和監(jiān)控系統(tǒng)。55電子傳感器典型方案不同原理的電子式互感器主要是采集器單元的電流/電壓傳感器所采用的原理不同。電子式電流互感器所采用的原理主要有以下幾種：Rogowski線圈電流傳感器原理Faraday磁光效應(yīng)原理（光電電流互感器，OCT）鐵芯線圈式低功率電流互感器（LPCT）電子式電壓互感器所采用的原理主要有以下幾種：電容分壓傳感器原理Pockels晶體縱向電光效應(yīng)原理（光電電壓互感器，OVT）電阻分壓傳感器原理56?

數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）?

全球定位系統(tǒng)（GPS）?

可編程控制器（PLC）577、存在的問題及趨勢(shì)

1)系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)不能充分發(fā)揮(尤其是高壓)全國已有80余套監(jiān)控系統(tǒng)在500kV變電站投入運(yùn)行,另有一些正在建設(shè)或等待投運(yùn)。此外,還有相當(dāng)數(shù)量的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過技術(shù)改造后能夠具備控制功能。調(diào)查情況表明,各變電站的監(jiān)控系統(tǒng)雖然具備控制功能,但大多數(shù)用戶都因?qū)刂频陌踩源嬖陬檻]而未使用或干脆拆除了該項(xiàng)功能,大部分監(jiān)控系統(tǒng)的控制功能基本上形同虛設(shè)。調(diào)查發(fā)現(xiàn),國內(nèi)多數(shù)用戶都僅僅將其監(jiān)控系統(tǒng)用于運(yùn)行值班,而其站內(nèi)遠(yuǎn)動(dòng)信息的上傳則由1臺(tái)專門的RTU來完成,也有把RTU和監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合在一起使用的情況,這不僅造成了設(shè)備的重復(fù)購置,也帶來了材料及人工的極大浪費(fèi)。RTU經(jīng)過長(zhǎng)期的發(fā)展、考驗(yàn),其功能及可靠性已有保證,相比之下,監(jiān)控系統(tǒng)還是一個(gè)新事物,其應(yīng)用和發(fā)展還需要一個(gè)較長(zhǎng)的認(rèn)識(shí)和接受過程。587、存在的問題及趨勢(shì)

2)

開發(fā)變電站間互聯(lián)接口開發(fā)變電站間聯(lián)網(wǎng)接口就是要在監(jiān)控系統(tǒng)上開發(fā)專用、大容量的通信接口,為未來建設(shè)具有參考相鄰系統(tǒng)狀態(tài)能力的監(jiān)控系統(tǒng)做好準(zhǔn)備,更為未來相鄰變電站或上下級(jí)變電站集中聯(lián)網(wǎng)控制(建設(shè)集控站)創(chuàng)造條件3)

增加軟件運(yùn)行監(jiān)控、自診斷和管理功能幾乎所有的系統(tǒng)有較完善、可靠的硬件自診斷功能,而軟件監(jiān)視、自診斷和管理功能卻普遍欠缺。然而,從系統(tǒng)維護(hù)的角度來看,完善的軟件監(jiān)視、自診斷和管理功能是相當(dāng)重要且非常必要的。正如硬件一樣,系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中,其軟件也會(huì)產(chǎn)生一些不易發(fā)現(xiàn)的故障,給維護(hù)工作增加了難度并造成了一定的安全隱患597、存在的問題及趨勢(shì)

2)

開發(fā)變電站間互聯(lián)接口開發(fā)變電站間聯(lián)網(wǎng)接口就是要在監(jiān)控系統(tǒng)上開發(fā)專用、大容量的通信接口,為未來建設(shè)具有參考相鄰系統(tǒng)狀態(tài)能力的監(jiān)控系統(tǒng)做好準(zhǔn)備,更為未來相鄰變電站或上下級(jí)變電站集中聯(lián)網(wǎng)控制(建設(shè)集控站)創(chuàng)造條件3)

增加軟件運(yùn)行監(jiān)控、自診斷和管理功能幾乎所有的系統(tǒng)有較完善、可靠的硬件自診斷功能,而軟件監(jiān)視、自診斷和管理功能卻普遍欠缺。然而,從系統(tǒng)維護(hù)的角度來看,完善的軟件監(jiān)視、自診斷和管理功能是相當(dāng)重要且非常必要的。正如硬件一樣,系統(tǒng)在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中,其軟件也會(huì)產(chǎn)生一些不易發(fā)現(xiàn)的故障,給維護(hù)工作增加了難度并造成了一定的安全隱患607、存在的問題及趨勢(shì)

4)

通信接口協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化在變電站采用自動(dòng)化系統(tǒng)后,保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)之間除了少量的狀態(tài)信息以硬接點(diǎn)的方式傳送外,還有許多保護(hù)內(nèi)部的信息是以通信的方式送往監(jiān)控系統(tǒng),但由于變電站中保護(hù)型號(hào)不同,其通信協(xié)議也不一樣,如ABB保護(hù)協(xié)議為IEC60870252101,ALSTOM保護(hù)協(xié)議為IEC60870252103,國內(nèi)的產(chǎn)品同樣存在這個(gè)問題。需要監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行協(xié)議解釋轉(zhuǎn)換,這給系統(tǒng)的調(diào)試工作帶來困難。而實(shí)際工程中留給調(diào)試的時(shí)間往往比較少。617、存在的問題及趨勢(shì)

5)

信息融合優(yōu)化在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)施中往往強(qiáng)調(diào)信息總量問題,認(rèn)為信息采集的內(nèi)容越全,對(duì)變電站監(jiān)視和事故處理越有利,但實(shí)際還存在信息融合優(yōu)化的問題。尤其是保護(hù)裝置通過監(jiān)控系統(tǒng)上送的報(bào)文,裝置會(huì)上送大量的報(bào)文,影響運(yùn)行人員對(duì)重要信息的捕捉。因此,必須對(duì)系統(tǒng)采集的信息進(jìn)行必要的融合和優(yōu)化篩選。627、存在的問題及趨勢(shì)

6)電能質(zhì)量變電站綜自系統(tǒng)保證電力系統(tǒng)的電壓和電流的幅值、頻率、波形等參數(shù)在允許范圍內(nèi)變化,滿足機(jī)電設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量的要求,但在近5～10年,隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,由微處理器控制的設(shè)備在電力系統(tǒng)大量使用,這些設(shè)備對(duì)系統(tǒng)污染更敏感,對(duì)電能質(zhì)量的要求更高。電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的一個(gè)難點(diǎn)是電壓、電流等電氣量需要在高采樣率下同步則量。第二個(gè)難點(diǎn)信息的完整性，僅僅對(duì)系統(tǒng)的某些點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)也是不可取的,必須能夠把監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在網(wǎng)局級(jí)(或省局級(jí))、地市局級(jí)、縣局級(jí)和變電站級(jí)層層雙向傳遞。637、存在的問題及趨勢(shì)

6)藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用藍(lán)牙技術(shù)是一種無線數(shù)據(jù)與語音通信開放性全球規(guī)范,它是一種以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ)、為固定與移動(dòng)設(shè)備通信環(huán)境建立一個(gè)特別連接的短程無線電技術(shù),解決了以太網(wǎng)用于變電站自動(dòng)化布線難的問題。該技術(shù)具有小功率、微型化、低成本以及與網(wǎng)絡(luò)時(shí)代相適應(yīng)的特點(diǎn)。藍(lán)牙技術(shù)是一項(xiàng)發(fā)展中的技術(shù),其應(yīng)用正處于起步階段,但藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、知識(shí)產(chǎn)權(quán)共享的優(yōu)勢(shì)是非常明顯的,變電站內(nèi)許多設(shè)備間采用無線方式通信在不久的將來就可以實(shí)現(xiàn)。641）智能一次設(shè)備的發(fā)展智能設(shè)備是將測(cè)量、控制等功能與一次設(shè)備原始生產(chǎn)商的設(shè)計(jì)相結(jié)合的結(jié)果。例如智能開關(guān)柜，各CT應(yīng)該使用智能的測(cè)量單元，直接輸出數(shù)字化后的采樣數(shù)據(jù)；各相開關(guān)的控制回路直接綜合進(jìn)該開關(guān)的操縱機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)掃描，按最優(yōu)分閘角度、合閘角度自動(dòng)實(shí)現(xiàn)開關(guān)的分相操作；各刀閘的位置傳感器具有智能的信息通信，方便地實(shí)現(xiàn)連鎖。將測(cè)量、控制等二次系統(tǒng)的功能進(jìn)一步細(xì)分，深入到一次設(shè)備內(nèi)部，可以顯著提高性能，分擔(dān)智能裝置CPU的任務(wù)，使得保護(hù)單元可以集中CPU資源完成保護(hù)原理的邏輯判斷，進(jìn)一步提高保護(hù)的速度和精度。并且有可能在完成保護(hù)功能的空閑時(shí)間，完成設(shè)備的通信和協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)真正意義上的面向?qū)ο?。因此，智能一次設(shè)備的發(fā)展將完全支持面向?qū)ο蟮淖冸娬揪C合自動(dòng)化系統(tǒng)。8、數(shù)字化變電站

65

2）數(shù)字化變電站主要技術(shù)特征

（1）系統(tǒng)建模標(biāo)準(zhǔn)化

IEC61850確立了電力系統(tǒng)的建模標(biāo)準(zhǔn)，為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)定義了統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的信息模型和信息交換模型。主要意義在于：a)實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備的互操作。采用了對(duì)象建模技術(shù)、抽象通信服務(wù)接口ACSI技術(shù)和設(shè)備自我描述規(guī)范，使得變電站自動(dòng)化功能不但在語法上而且在語義上都得以標(biāo)準(zhǔn)化，并使功能完全獨(dú)立于具體的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)真正的互操作

66客戶通過ASCI，由專用通信服務(wù)映射（SCSM）映射到所采用的通信?；騾f(xié)議子集。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)使用ASCI和SCSM技術(shù)，解決了標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性與未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展之間的矛盾，即當(dāng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議和通信棧改變時(shí)，只要改動(dòng)SCSM。67

b)實(shí)現(xiàn)變電站信息共享。對(duì)一、二次設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一建模，資源采用全局統(tǒng)一命名規(guī)則，變電站內(nèi)及變電站與控制中心之間實(shí)現(xiàn)了無縫通信

C)簡(jiǎn)化系統(tǒng)維護(hù)、配置和工程實(shí)施。

682）數(shù)字化變電站主要技術(shù)特征（2）數(shù)據(jù)采集數(shù)字化作為數(shù)字化變電站技術(shù)應(yīng)用的主要標(biāo)志就是在電流、電壓的采集環(huán)節(jié)采用數(shù)字化電氣量測(cè)系統(tǒng)，如光電式互感器或電子式互感器，實(shí)現(xiàn)了電氣量數(shù)據(jù)采集的數(shù)字化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了一、二次系統(tǒng)電氣上的有效隔離，電氣量動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍大、測(cè)量精度高。

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2）數(shù)字化變電站主要技術(shù)特征（3）設(shè)備操作智能化高壓斷路器二次技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是用微機(jī)、電力電子技術(shù)和新型傳感器建立新的斷路器二次系統(tǒng)，如ABB公司的PASS，SIEMENS公司的HIS等。其主要特點(diǎn)是：(1)由微機(jī)控制、電力電子組成執(zhí)行單元，代替常規(guī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的輔助開關(guān)和輔助繼電器。實(shí)現(xiàn)按電壓波形控制跳、合閘角度，精確控制跳、合閘過程的時(shí)間，減少暫態(tài)過電壓幅值；(2)斷路器設(shè)備的信息由設(shè)備內(nèi)微機(jī)直接處理，并能獨(dú)立執(zhí)行當(dāng)?shù)毓δ埽灰蕾囉谧冸娬炯?jí)的控制系統(tǒng)；(3)非常規(guī)傳感器與微機(jī)相配合，獨(dú)立采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，可早期檢測(cè)設(shè)備缺陷和故障；(4)具有自檢功能，可監(jiān)視斷路器設(shè)備一次和二次系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)報(bào)警，為狀態(tài)維修提供參考。

702）數(shù)字化變電站主要技術(shù)特征（4)系統(tǒng)分層分布化

IEC61850體系提出了過程層、間隔層、站控層的三層結(jié)構(gòu)模型，采用面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)、軟件復(fù)用技術(shù)、高速以太網(wǎng)技術(shù)、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS技術(shù)，以及XML技術(shù)等，滿足了電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、可靠性要求，有效地解決了異構(gòu)系統(tǒng)間的信息互通、裝置的自我描述、互操作以及系統(tǒng)的擴(kuò)展性等問題，使得變電站分層分布式方案的實(shí)施具備了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。712）數(shù)字化變電站主要技術(shù)特征

（5）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊化

在高壓和超高壓變電站中，保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、故障錄波及其他自動(dòng)裝置的I/O單元，如A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等作為智能一次設(shè)備的一部分，實(shí)現(xiàn)智能電子裝置的所謂“近過程化”

。而在中低壓變電站則將保護(hù)、監(jiān)控裝置小型化、緊湊化，完整地安裝在開關(guān)柜上。

72

IEDA中集成了斷路器（XCBR）及其監(jiān)視（SCBR）功能；IEDB中集成了電流采樣（TCTR）、電壓采樣（TVTR）以及作為后備的過流保護(hù)（PTOC）功能；IEDC中集成了開關(guān)控制（CSWI）以及作為主保護(hù)的距離保護(hù)（PDIS）功能。732）數(shù)字化變電站主要技術(shù)特征

（6）信息交互網(wǎng)絡(luò)化

數(shù)字化變電站采用低功率、數(shù)字化的新型互感器代替常規(guī)互感器，將高電壓、大電流直接變換為數(shù)字信號(hào)。變電站內(nèi)設(shè)備之間信息交互全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場(chǎng)接口。通過標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源共享。

74

網(wǎng)絡(luò)化的信息流主要包括如下幾類：④、⑤-過程層與間隔層之間的信息交換，過程層的各種智能傳感器和執(zhí)行器可以自由地與間隔層的裝置交換信息；③-間隔層內(nèi)部的信息交換；⑧-間隔層之間的通信；①、⑥-間隔層與變電站層的通信；⑨變電站層的內(nèi)部通信，在變電站層不同設(shè)備之間存在信息流。

753）數(shù)字化變電站的應(yīng)用數(shù)字化變電站的發(fā)展將會(huì)是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，需要考慮與目前常規(guī)變電站技術(shù)的兼容性。(1)過程層常規(guī)設(shè)備接入方案過程層常規(guī)設(shè)備主要指互感器和斷路器設(shè)備，具體應(yīng)用就是采取非常規(guī)互感器技術(shù)和智能斷路器技術(shù)，或智能斷路器控制器技術(shù)，常規(guī)設(shè)備的接入方式主要有二種基本模式:常規(guī)互感器和常規(guī)斷路器;常規(guī)互感器和智能斷路器(含智能斷路器控制器);非常規(guī)互感器和常規(guī)斷路器，過程層對(duì)常規(guī)設(shè)備的各種接入方案見圖763）數(shù)字化變電站的應(yīng)用773）數(shù)字化變電站的應(yīng)用數(shù)字化變電站的發(fā)展將會(huì)是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，需要考慮與目前常規(guī)變電站技術(shù)的兼容性。(2)間隔層常規(guī)IED接入方案符合lEC61850標(biāo)準(zhǔn)的IED設(shè)備將支持以太網(wǎng)方式的G00SE信急交互機(jī)制，常規(guī)變電站間隔層還有大量非lEC61850標(biāo)準(zhǔn)的IED設(shè)備，因此，需要通過網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)lEC61850標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)接入變電站內(nèi)部局域網(wǎng)G00SE;信急傳輸機(jī)制的實(shí)現(xiàn)。下圖說明了間隔層接入常規(guī)IED(或系統(tǒng))的方案。其中ServerIED起到lEC61850網(wǎng)關(guān)的作用。這樣，非lEC61850智能電子裝置也可被接入數(shù)字化變電站中，因此，上圖中非lEC61850標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控單元和保護(hù)單元需要通過網(wǎng)關(guān)接入變電站局域網(wǎng)。783）數(shù)字化變電站的應(yīng)用79下圖變電站內(nèi)三層結(jié)構(gòu)圖表達(dá)的不夠充分，沒有站層功能間以及不同間隔功能間的邏輯接口

804）智能化開關(guān)設(shè)備開關(guān)設(shè)備和二次設(shè)備之間有開關(guān)位置信號(hào)、開關(guān)告警信號(hào)、開關(guān)控制信號(hào)等信息需要傳輸，在傳統(tǒng)的變電站中，這些信息均是以模擬方式通過控制電纜進(jìn)行傳輸?shù)?，所以形成了變電站?nèi)電纜溝、電纜層中龐大的二次電纜群。數(shù)字化變電站提出了過程層通信的思想，要求開關(guān)設(shè)備內(nèi)的遙信信號(hào)和控制命令通過通信報(bào)文的方式來實(shí)現(xiàn)，因此要求智能開關(guān)設(shè)備必須具備過程層通信的接口，能夠接收和發(fā)送符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的通信報(bào)文，這樣的一個(gè)接口設(shè)備稱為智能開關(guān)控制箱。814）智能化開關(guān)設(shè)備形成過程層通信之后，跳合閘報(bào)文將直接從微機(jī)保護(hù)裝置和測(cè)控裝置的通信控制器中發(fā)出，因此智能開關(guān)控制箱除了要滿足IEC61850通信的要求之外，還需要覆蓋目前開關(guān)操作箱的功能，也就是說，在今后的數(shù)字化變電站中，開關(guān)操作箱功能將會(huì)下放到過程層。智能開關(guān)控制箱和傳統(tǒng)開關(guān)控制箱的區(qū)別是：采用了CPU，且和保護(hù)裝置的聯(lián)系是通過網(wǎng)絡(luò)而不是硬接點(diǎn)。智能開關(guān)控制箱只要從合并單元引入電流電壓量就完全具備斷路器控制單元功能，推薦在智能開關(guān)控制箱回路中加入斷路器控制單元功能。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：在超高壓系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)能使斷路器在最佳時(shí)刻進(jìn)行分合閘操作，另外獲取交流量可以使智能操作箱更好的判別開關(guān)的運(yùn)行情況。824）智能化開關(guān)設(shè)備智能開關(guān)控制箱需要具備的另一個(gè)功能是對(duì)斷路器的狀態(tài)檢測(cè)，具體包含以下的檢測(cè)內(nèi)容：跳合閘回路的完好性、斷路器操作次數(shù)統(tǒng)計(jì)、液壓機(jī)構(gòu)啟動(dòng)次數(shù)和打壓時(shí)間統(tǒng)計(jì)、斷路器開斷電流加權(quán)值Q、彈簧儲(chǔ)能狀態(tài)、SF6氣體密度、機(jī)構(gòu)箱內(nèi)溫度和濕度等?？紤]到智能操作箱的運(yùn)行環(huán)境在室外，還應(yīng)檢測(cè)就地的溫度和濕度（引入溫度繼電器和濕度繼電器的接點(diǎn)即可）。由于智能操作回路的基本功能是對(duì)斷路器的跳合閘進(jìn)行控制，所以合（分）閘線圈電流和控制母線電壓也需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)，跳合閘線圈電流波形中包含了許多操作系統(tǒng)信息如線圈是否接通、鐵芯是否卡澀、脫扣是否有障礙等，因此采集跳合閘電流量便于在斷路器發(fā)生跳合閘故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行故障處理。監(jiān)視控制母線電壓可以更好地監(jiān)視智能開關(guān)控制箱的工作狀態(tài)。834）智能化開關(guān)設(shè)備--研究現(xiàn)狀智能開關(guān)技術(shù)目前正處于理論研究和實(shí)驗(yàn)室開發(fā)階段，其目前遲遲不能進(jìn)入實(shí)用化階段主要原因在于其跳合閘方式發(fā)生了革命性的變化，從原先的電纜傳送跳合閘電流操作方式變?yōu)橥ㄐ艌?bào)文操作方式，無論從技術(shù)上還是運(yùn)行管理上都將帶來一場(chǎng)變革。用GOOSE、GSSE等快速報(bào)文傳輸跳合閘命令的可靠性和實(shí)時(shí)性受到了大多數(shù)人的懷疑，而斷路器跳合閘回路在電力系統(tǒng)的重要性又使得廠家不敢貿(mào)然推出新一代的產(chǎn)品。但是技術(shù)畢竟需要發(fā)展，因此國內(nèi)外廠家紛紛開展了一系列關(guān)于智能開關(guān)技術(shù)的研究和試驗(yàn)工作。844）智能化開關(guān)設(shè)備--研究現(xiàn)狀61850協(xié)議的三種服務(wù)

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)實(shí)現(xiàn)主要分為三個(gè)部分:MMS服務(wù)、GOOSE服務(wù)、SMV服務(wù)。其中，MMS服務(wù)用于裝置和后臺(tái)之間的數(shù)據(jù)交互，GOOSE服務(wù)用于裝置之間的通訊，SMV服務(wù)用于采樣值傳輸。在裝置和后臺(tái)之間涉及到雙邊應(yīng)用關(guān)聯(lián)，在GOOSE報(bào)文和傳輸采樣值中涉及多路廣播報(bào)文的服務(wù)。雙邊應(yīng)用關(guān)聯(lián)傳送服務(wù)請(qǐng)求和響應(yīng)(傳輸無確認(rèn)和確認(rèn)的一些服務(wù))服務(wù)，多路廣播應(yīng)用關(guān)聯(lián)(僅在一個(gè)方向)傳送無確認(rèn)服務(wù)。MMS為慢速服務(wù)，要求可為數(shù)十至數(shù)百ms，用于傳送遙控和遙信；而GOOSE和SMV為快速服務(wù)，時(shí)間要求為幾個(gè)ms，用于跳閘、聯(lián)閉鎖和采用值。854）智能化開關(guān)設(shè)備--研究現(xiàn)狀MMS服務(wù)MMS即制造報(bào)文規(guī)范，是ISO/IEC9506標(biāo)準(zhǔn)所定義的一套用于工業(yè)控制系統(tǒng)的通信協(xié)議。MMS規(guī)范了工業(yè)領(lǐng)域具有通信能力的智能傳感器、智能電子設(shè)備（IED）、智能控制設(shè)備的通信行為，使出自不同制造商的設(shè)備之間具有互操作性。GOOSEGOOSE是一種通用面向?qū)ο笞冸娬臼录Ｖ饕糜趯?shí)現(xiàn)在多IED之間的信息傳遞，包括傳輸跳合閘信號(hào)，具有高傳輸成功概率。GOOSE報(bào)文是數(shù)字化變電站中IED到IED之間通信的一種機(jī)制，既能夠滿足保護(hù)跳閘的快速要求，又能夠按照需要傳輸各種數(shù)字量和模擬量，極大地提高二次系統(tǒng)通信的效率，減少電纜接線。SMV服務(wù)它主要用來傳輸變電站內(nèi)的電壓、電流采樣值數(shù)據(jù)，具體規(guī)定見DL/T860-9-2。其主要技術(shù)特點(diǎn)；用網(wǎng)絡(luò)方式傳遞采樣值，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；簡(jiǎn)化了光纖接線，有效的對(duì)合并單元送出的采樣值報(bào)文進(jìn)行監(jiān)視。

86距離保護(hù)動(dòng)作后的GOOSE發(fā)送機(jī)制

87ABB的智能一次設(shè)備88HGIS的分類

hgis就是混合型gis，一般gis是把母線、開關(guān)、閘刀、避雷器、pt等都裝在筒體里，而hgis則只是將開關(guān)和閘刀做進(jìn)筒體，母線還是采用戶外管母。避雷器和pt也是采用戶外型的。

“2+1”的分相組合模式

“3+0”的分相組合模式

89“2+1”HGIS實(shí)物圖90突出智能一次設(shè)備狀態(tài)的動(dòng)態(tài)管理功能ABB認(rèn)為自愈功能是智能電網(wǎng)的主要功能之一。智能變電站是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的必備條件。只有在變電站實(shí)現(xiàn)智能化以后，才有可能實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的自診斷、自協(xié)調(diào)、自恢復(fù)，才有可能實(shí)現(xiàn)真正意義的智能電網(wǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自愈。智能電網(wǎng)的建設(shè)需要兩個(gè)重要基礎(chǔ)來支撐：一個(gè)是智能一次設(shè)備狀態(tài)的動(dòng)態(tài)管理功能(自檢測(cè),自診斷)，另一個(gè)是智能變電站與高級(jí)調(diào)度中心,智能變電站之間的互動(dòng)協(xié)同。智能是有限的智能，而不是無限的智能。對(duì)電網(wǎng)安全有幫助的智能是我們所需要的，對(duì)電網(wǎng)安全沒有幫助的智能不一定需要。91SIEMENS智能變電站特點(diǎn)控制中心層變電站自動(dòng)化層GISSF6傳感器變壓器傳感器OHL傳感器其它狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器變壓器監(jiān)測(cè)變電站自動(dòng)化OHL監(jiān)測(cè)其它監(jiān)測(cè)信息模塊信息模塊信息模塊接口GIS監(jiān)測(cè)以設(shè)備為對(duì)象的智能節(jié)點(diǎn)信息采用IEC61850協(xié)議接入智能變電站系統(tǒng)?？刂浦行膶樱和ㄟ^統(tǒng)一信息模型掌握變電站系統(tǒng)及設(shè)備的狀態(tài)。突出一次設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)、智能評(píng)估及預(yù)警92AREVA智能變電站特點(diǎn)主要特點(diǎn):1.突出同步相量測(cè)量功能在變電站的應(yīng)用好處：可以增強(qiáng)觀測(cè)跨區(qū)域電網(wǎng)振蕩或其他重要?jiǎng)討B(tài)行為分析。2.突出變電站狀態(tài)估計(jì)功能好處：可在智能變電站內(nèi)校正拓?fù)溴e(cuò)誤和完成狀態(tài)估計(jì)。93

國內(nèi):變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的不足從50年代的布線邏輯遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù),到微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù),到無人值班變電站,到數(shù)字化變電站。存在的問題如下:量測(cè)不全,存取的數(shù)據(jù)有限變電站端的系統(tǒng)主要任務(wù)是數(shù)據(jù)采集，采集資源重復(fù)浪費(fèi)，數(shù)據(jù)格式及信息模型不一致。SCADA/EMS存取實(shí)時(shí)信息有限,量測(cè)不全。全站設(shè)備沒有實(shí)現(xiàn)全景信息采集,自檢測(cè),自診斷功能。多個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并存,沒有實(shí)現(xiàn)信息高度集成目前變電站中存在綜自、五防、操作票、保護(hù)信息子站、PMU、故障測(cè)距、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)等多種系統(tǒng)。變電站內(nèi)的系統(tǒng)和裝置存在多種通信規(guī)約，比如CDT、1801、POLLING、101、103等等。大量重復(fù)的量測(cè)設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)缺陷,增加了安裝、檢修、運(yùn)行與維護(hù)的成本。多個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)并存,沒有實(shí)現(xiàn)信息高度集成。在高級(jí)應(yīng)用方面:沒有實(shí)現(xiàn)智能分析,高度協(xié)調(diào)與決策。94國內(nèi):數(shù)字化變電站存在的問題（1）數(shù)字化變電站沒有形成完整的標(biāo)準(zhǔn)體系、設(shè)計(jì)規(guī)范、驗(yàn)收規(guī)范、裝置檢驗(yàn)規(guī)程、計(jì)量檢定規(guī)程、運(yùn)行規(guī)范等。（2）數(shù)字化變電站的數(shù)據(jù)采集和信息處理缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，接口不統(tǒng)一、模型不統(tǒng)一、不同廠家生產(chǎn)的測(cè)控裝置不但在硬件上有功能的差異，而且在軟件上所采用的算法、通信規(guī)約也不盡相同。（3）多數(shù)數(shù)字化變電站都是局部數(shù)字化，如僅在過程層采用電子式互感器，或僅在站控層采用IEC-6185O標(biāo)準(zhǔn)等，距實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)字化尚有一定距離。

(4)數(shù)字化變電站的投產(chǎn)，使得原有的檢驗(yàn)手段已不能滿足現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的需要，需要研究新的檢測(cè)方法，配置相應(yīng)的檢測(cè)儀器。

(5)就目前而言，數(shù)字化變電站以符合IEC-61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備、自動(dòng)化的運(yùn)行管理系統(tǒng)，為其最主要的技術(shù)特征。分布式實(shí)時(shí)智能分析技術(shù)，智能一次設(shè)備狀態(tài)評(píng)估與預(yù)警等功能則沒有涉及。954）智能化開關(guān)設(shè)備--研究現(xiàn)狀此后，ABB、SIEMENS、ALSTOM、GE等公司又多次組織了關(guān)于快速報(bào)文傳輸跳合閘命令的試驗(yàn)，也分別開展了智能開關(guān)的研發(fā)工作。ABB等歐洲公司和GE等北美公司產(chǎn)品研發(fā)思路最大的區(qū)別在于合并單元的定義和使用，ABB等歐洲公司定義的合并單元主要功能在于電壓電流量的傳輸和通信，跳合閘報(bào)文的通信利用智能開關(guān)的接口來完成，而GE公司定義的合并單元還有傳送跳合閘、遙信快速報(bào)文的功能。遺憾的是，出于商業(yè)利益和技術(shù)保密方面的考慮，這些公司并沒有把他們關(guān)于智能開關(guān)等產(chǎn)品詳細(xì)的開發(fā)思路推廣到中國來。國內(nèi)也有部分廠家開始了智能開關(guān)的理論研究，比較典型的有四方繼保公司。建立了一套基于IEC61850的過程總線通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅包括了對(duì)電子式互感器的研究，還涉及到對(duì)智能開關(guān)、GOOSE報(bào)文傳輸跳合閘等技術(shù)的研究。965）站內(nèi)其它電氣設(shè)備的數(shù)字化

用IEC61850構(gòu)建數(shù)字化變電站，要求變電站內(nèi)電氣設(shè)備具備支持IEC61850的數(shù)字接口。例如變壓器，目前變壓器本體的告警等遙信信號(hào)和溫度等遙測(cè)信號(hào)是以模擬量通過控制電纜上傳給測(cè)控裝置和保護(hù)裝置，在數(shù)字化變電站中，就要求變壓器具備一個(gè)以太網(wǎng)接口，將遙測(cè)信息和遙信信息以符合IEC61850-8和IEC61850-9的通信報(bào)文上傳給測(cè)控裝置和保護(hù)裝置。由于其實(shí)時(shí)性要求和復(fù)雜性低于電壓電流模擬量的采集及跳合閘快速報(bào)文的傳輸，因此其實(shí)現(xiàn)難度不大。由于市場(chǎng)的因素，相關(guān)廠家并沒有開展此類產(chǎn)品的研發(fā)工作，只是處于理論研究階段。975）站內(nèi)其它電氣設(shè)備的數(shù)字化

變電站內(nèi)其它輔助設(shè)備，如直流系統(tǒng)、UPS電源等，目前國內(nèi)外大部分廠家都能做到以RS232/485串行通信方式實(shí)現(xiàn)遙信、遙測(cè)信息的上傳，有的廠家已經(jīng)開發(fā)出相應(yīng)產(chǎn)品的以太網(wǎng)接口，這對(duì)于此類產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)IEC61850通信是一個(gè)好的基礎(chǔ)。由于這些產(chǎn)品上傳的信息量比較簡(jiǎn)單，而且實(shí)時(shí)性、可靠性要求較低，因此隨著數(shù)字化變電站技術(shù)的發(fā)展，其關(guān)于IEC61850通信的功能也會(huì)迎刃而解。986）IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展現(xiàn)狀

為了適應(yīng)變電站自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，從1995年開始，IEC（國際電工委員會(huì)）TC57成立了3個(gè)工作組10、11、12（WG10/11/12）負(fù)責(zé)制定一個(gè)面向未來的變電站內(nèi)通信的全球標(biāo)準(zhǔn)――IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。1999年3月，3個(gè)工作組提出了IEC61850委員會(huì)草案。2005年6月，IEC61850的十個(gè)部分全部出版發(fā)行。IECTC57已撤銷第11、12工作組，保留第10工作組，其新名稱為“電力系統(tǒng)智能電子設(shè)備通信及其數(shù)據(jù)模型”，原WG10/11/12的大部分成員已成為新WG10的成員。新工作組的主要任務(wù)是對(duì)IEC61850進(jìn)行修訂并進(jìn)行補(bǔ)充。在我國，“全國電力系統(tǒng)控制及其通信”標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會(huì)于1999年成立“變電站自動(dòng)化”工作組，主要任務(wù)是跟蹤、消化、參與制定國際標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)提出意見并將其轉(zhuǎn)化為國家標(biāo)準(zhǔn)。截至目前為止，“變電站自動(dòng)化”工作組已將IEC61850-3、IEC61850-4、IEC61850-7、IEC61850-9等部分轉(zhuǎn)換為國家標(biāo)準(zhǔn)。997）IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用實(shí)例

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用具體體現(xiàn)在智能設(shè)備按照IEC61850建模并通信，智能設(shè)備包括所有的具備通信功能的一次設(shè)備和二次設(shè)備。按照目前的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，一次設(shè)備中只有電子式互感器具備了部分支持IEC61850的功能，因此近幾年IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用主要聚集在二次設(shè)備。廣義的二次設(shè)備包括繼電保護(hù)裝置，測(cè)控裝置、站控層監(jiān)控系統(tǒng)、計(jì)量裝置、故障錄波裝置等，計(jì)量裝置、故障錄波裝置還沒有見到能夠支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)道。ABB、AREVA、西門子、GE等國外公司已經(jīng)推出了成系列的具備IEC61850功能的繼電保護(hù)裝置和測(cè)控裝置。1007）IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用實(shí)例

下圖是上海電力設(shè)計(jì)院基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的一個(gè)220kV變電站的二次系統(tǒng)，站內(nèi)大部分的保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、變電站層設(shè)備均按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)建模并通信，物理通信介質(zhì)采用了光纖以太環(huán)網(wǎng)。其它不支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備（如直流屏等）采用串行通信的方式接入主控單元，由于IEC61850并未提供至遠(yuǎn)方調(diào)度中心的標(biāo)準(zhǔn)，所以遠(yuǎn)傳仍采用IEC60870-5-101規(guī)約。1017）IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用實(shí)例

1028）IEC61850對(duì)保護(hù)和自動(dòng)化的影響（GIGRE）

（1）配置和結(jié)構(gòu)

AREVA的通信結(jié)構(gòu)，在物理上是環(huán)網(wǎng)，邏輯上是星型網(wǎng)絡(luò)（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)），SIEMENS提出了星型網(wǎng)絡(luò)和環(huán)型兩種結(jié)構(gòu)。在環(huán)網(wǎng)上采