數(shù)字化變電站

西安交通大學(xué)高壓張?jiān)?hangyb@數(shù)字化變電站什么是數(shù)字化變電站?

數(shù)字化變電站是指變電站信息采集、傳輸、處理、輸出過(guò)程全部數(shù)字化，其基本特征為設(shè)備智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化、模型和通信協(xié)議統(tǒng)一化、運(yùn)行管理自動(dòng)化。

數(shù)字化變電站的進(jìn)程

上世紀(jì)七十年代：遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)

上世紀(jì)八九十年代：變電站自動(dòng)化系統(tǒng)

本世紀(jì)初：數(shù)字化變電站系統(tǒng)

1）傳感技術(shù)

2）電子技術(shù)

3）網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

4）標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議電力系統(tǒng):大容量、超高壓和特高壓方向發(fā)展

電力設(shè)備:小型化、智能化、高可靠性

早在上世紀(jì)50年代，國(guó)外如ABB、SIMENS、ALSTOM等公司開(kāi)始進(jìn)行新式互感器的研究，電子式互感器就是主要的一種。90年代初，國(guó)外已應(yīng)用到電力系統(tǒng)中國(guó)際國(guó)內(nèi)發(fā)展情況國(guó)外自十年前開(kāi)始數(shù)字化變電站的理論研究，IECTC57技術(shù)委員會(huì)1996年開(kāi)始著手建立變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)規(guī)約IEC61850，ABB、西門(mén)子、AREVA、GE等公司已經(jīng)投入數(shù)字化變電站系統(tǒng)的研發(fā)工作,目前國(guó)際上數(shù)字化變電站的研究已從實(shí)驗(yàn)室階段進(jìn)入實(shí)際工程應(yīng)用階段。

國(guó)家十一五規(guī)劃中明確指出“推廣數(shù)字化變電站”。

國(guó)網(wǎng)公司制定了未來(lái)5年內(nèi)研究和推廣數(shù)字化變電站技術(shù)的實(shí)施方案，先后有20多個(gè)網(wǎng)、省局申報(bào)了數(shù)字化變電站示范工程項(xiàng)目。

南網(wǎng)公司成立了數(shù)字化研究中心，同時(shí)開(kāi)展了數(shù)字化變電站示范站的建設(shè)工作。數(shù)字化變電站的研究?jī)?nèi)容體系研究

——需求

——框架

一次設(shè)備的應(yīng)用研究

——ECT、EPT

——智能化高壓電器

——狀態(tài)維修

數(shù)字化變電站的研究?jī)?nèi)容自動(dòng)化系統(tǒng)研究

繼電保護(hù)數(shù)字化技術(shù)

測(cè)控裝置數(shù)字化技術(shù)

故障錄波數(shù)字化技術(shù)

數(shù)字化變電站對(duì)安穩(wěn)裝置的支撐

動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)字化技術(shù)

電能質(zhì)量檢測(cè)數(shù)字化技術(shù)

變電站仿真

數(shù)字化遙視系統(tǒng)等

數(shù)字化變電站的研究?jī)?nèi)容其他內(nèi)容

——計(jì)量數(shù)字化技術(shù)

——數(shù)字化變電站可靠性

——相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

——實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)境數(shù)字化變電站按照網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以分為:站控層間隔層過(guò)程層三層設(shè)備由兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接。理想數(shù)字化變電站的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)什么是過(guò)程層

電子PT、CT、智能開(kāi)關(guān)、狀態(tài)檢修定義:數(shù)字化的設(shè)備和相應(yīng)智能軟件實(shí)現(xiàn)集成(智能化的設(shè)備)例如在斷路器內(nèi)嵌電壓、電流變換器及其光電測(cè)量系統(tǒng)，由微機(jī)控制的二次系統(tǒng)、IED設(shè)備和相應(yīng)智能軟件實(shí)現(xiàn)集成開(kāi)關(guān)系統(tǒng)智能性的開(kāi)關(guān)設(shè)備。優(yōu)點(diǎn):

間隔內(nèi)自動(dòng)閉鎖和“五防”，保證設(shè)備和人身安全；

按電壓波形控制合閘角，按最佳滅弧時(shí)間控制跳閘，以減少操作過(guò)電壓就地實(shí)現(xiàn)重合閘；

實(shí)現(xiàn)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)和診斷，為狀態(tài)維修提供參考；

實(shí)現(xiàn)就地重合閘以及其他當(dāng)?shù)乜梢詧?zhí)行的功能，而不依賴(lài)站級(jí)控制系統(tǒng)。理想的數(shù)字化變電站

理想的數(shù)字化變電站的模型是基于IEC61850協(xié)議框架網(wǎng)絡(luò)式分布，所有間隔層設(shè)備與過(guò)程層設(shè)備間均按IEC61850協(xié)議建立統(tǒng)一模型以達(dá)到互操作的可能性。過(guò)程層設(shè)備按間隔布置與間隔設(shè)備單獨(dú)組網(wǎng)以交換機(jī)連接。跨間隔設(shè)備如變壓器保護(hù)置母線保護(hù)裝置、備自投裝置等由跨間隔交換機(jī)將數(shù)據(jù)收集后與間隔層設(shè)備相連。

數(shù)字化變電站優(yōu)點(diǎn)共享統(tǒng)一的信息平臺(tái)

簡(jiǎn)化信息傳輸通道

提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?/p>

提升系統(tǒng)精度

避免電纜帶來(lái)的電磁兼容、傳輸過(guò)電壓和兩點(diǎn)接地等問(wèn)題

解決設(shè)備間的互操作問(wèn)題

進(jìn)一步提高自動(dòng)化和管理水平

減少變電站生命周期成本

數(shù)字化變電站的特點(diǎn)

國(guó)產(chǎn)化的數(shù)字化變電站系統(tǒng)是在現(xiàn)有綜合自動(dòng)化變電站的基礎(chǔ)上將一次設(shè)備數(shù)字化，即數(shù)字化的互感器、智能化開(kāi)關(guān)。將這些數(shù)字化了的一次設(shè)備通過(guò)IEC61850協(xié)議納入到整個(gè)數(shù)字化變電站體系中。在確?，F(xiàn)有電網(wǎng)“安全性”“可靠性”“經(jīng)濟(jì)性”的基礎(chǔ)上采用最新的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站的數(shù)字化數(shù)字化變電站的特點(diǎn)

開(kāi)關(guān)智能終端與間隔層設(shè)備間的連接按照GOOSE報(bào)文進(jìn)行傳輸，跨間隔間的傳輸根據(jù)變電站跨間隔規(guī)模分為2種模式，第一種為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸開(kāi)關(guān)智能終端設(shè)備與間隔層設(shè)備相連采用GOOSE協(xié)議或IEC61850-9-1協(xié)議的開(kāi)關(guān)量傳輸?shù)奶厥夥?wù)應(yīng)用，跨間隔采用高速串行FT3光纖傳輸。此方案適合跨間隔設(shè)備不多的變電站，例如110kV變電站無(wú)母線保護(hù)架構(gòu)下的數(shù)字化變電站。第二種方案為GOOSE單獨(dú)組網(wǎng)模式即所有開(kāi)關(guān)量信息、跳閘信息以及跨間隔跳閘信息通過(guò)交換機(jī)相連分別送至各間隔設(shè)備和開(kāi)關(guān)智能設(shè)備。此方案適合與對(duì)跨間隔要求比較多的變電站，例如220kV數(shù)字化變電站。數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的主要特點(diǎn)：

1、采用智能一次設(shè)備（電子式互感器、智能開(kāi)關(guān)）

2、采樣數(shù)據(jù)放棄采用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，采用IEC61850-9-1協(xié)議。

3、跨間隔采樣數(shù)據(jù)傳輸采用60044-8串行FT3協(xié)議傳輸，可不依賴(lài)于同步信號(hào)而工作。

4、間隔層網(wǎng)絡(luò)按IEC61850協(xié)議組星型網(wǎng)絡(luò)與站控層相連。

5、現(xiàn)階段智能開(kāi)關(guān)由智能操作箱+傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。國(guó)產(chǎn)電子式互感器發(fā)展進(jìn)程

2004年6月通過(guò)部級(jí)鑒定（指國(guó)內(nèi)市場(chǎng)化最好的一家）

2004年獲發(fā)改委重點(diǎn)扶持和發(fā)展項(xiàng)目1.1億貼息貸款

2005年1月山東110kV陽(yáng)谷數(shù)字化變電站投運(yùn)

2005年9月500kV在武高所全套樣機(jī)試驗(yàn)和附加試驗(yàn)

2006年初云南110kV翠峰數(shù)字化變電站投運(yùn)

2006年底內(nèi)蒙220kV杜爾博特?cái)?shù)字化變電站投運(yùn)

業(yè)績(jī)已有34個(gè)站，最長(zhǎng)運(yùn)行3年，等級(jí)覆蓋10kV至500kV，應(yīng)用范圍包括獨(dú)立型、GIS型、變壓器套管型、開(kāi)關(guān)型等，已和西開(kāi)、泰開(kāi)、ABB、Siemens合作。在南京供電公司六合變運(yùn)行中的220kV數(shù)字式光電電流互感器在蘭州供電公司永登變運(yùn)行中的330kV數(shù)字式光電互感器電子式互感器標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

IEC60044-7《電子式電壓互感器》

IEC60044-8《電子式電流互感器》

電子式互感器的標(biāo)準(zhǔn)和傳統(tǒng)互感器標(biāo)準(zhǔn)GB1207、GB1208相比，大部分內(nèi)容是相同的，較為明顯的不同是增加了關(guān)于數(shù)字量的定義、原理、數(shù)學(xué)描述、試驗(yàn)規(guī)定等。定義的區(qū)別電子式互感器是具有模擬量電壓輸出或數(shù)字量輸出，供頻率15Hz～100Hz的電氣測(cè)量?jī)x器和繼電保護(hù)裝置使用的電流電壓互感器。電子式互感器具有模擬量輸出標(biāo)準(zhǔn)值（如225mV）和數(shù)字量輸出標(biāo)準(zhǔn)值（2D41）。

電子式互感器的精度等級(jí)和傳統(tǒng)基本一致。光電式互感器種類(lèi)光電式互感器電流互感器電壓互感器Pockels效應(yīng)電容/電感分壓原理Faraday原理羅式線圈Faraday磁光效應(yīng)Pockets電光效應(yīng)光學(xué)原理電子式互感器的問(wèn)題工裝技術(shù)微小信號(hào)檢測(cè)精度環(huán)境因素（溫度、振動(dòng)等）的影響光學(xué)傳感材料長(zhǎng)期穩(wěn)定性短期內(nèi)達(dá)不到系統(tǒng)批量應(yīng)用程度Rogowski線圈結(jié)構(gòu)及原理原理優(yōu)勢(shì)：頻率響應(yīng)好線性度好暫態(tài)特性好無(wú)磁滯互感器結(jié)構(gòu)（戶(hù)外型）電磁式互感器與電子式互感器類(lèi)比電磁式互感器應(yīng)用系統(tǒng)電磁式互感器與電子式互感器類(lèi)比電子式互感器應(yīng)用系統(tǒng)電子式互感器（室外部分）電子式互感器（室內(nèi)部分）通道配置信息傳統(tǒng)互感器與電子式互感器的不同絕緣性能不同系統(tǒng)精度不同負(fù)載特性不同體積造價(jià)不同部分試驗(yàn)不同電磁式互感器與傳統(tǒng)電能表構(gòu)成的測(cè)量系統(tǒng)系統(tǒng)誤差取決于互感器準(zhǔn)確度、傳輸附加誤差、電表精度電子式互感器與數(shù)字電能表構(gòu)成的測(cè)量系統(tǒng)光電式電能表數(shù)字式光電互感器構(gòu)成的測(cè)量系統(tǒng)（誤差取決于互感器）應(yīng)用關(guān)鍵傳統(tǒng)互感器二次輸出側(cè)以1A，5A，或100V的信號(hào)形式與電能表計(jì)、控制保護(hù)等二次設(shè)備相連接，目前絕大多數(shù)二次設(shè)備廠商提供的產(chǎn)品也是按此匹配的。而電子式互感器的二次輸出參數(shù)則完全不同，繼電保護(hù)、計(jì)量?jī)x表及測(cè)控裝置等二次裝置具適合數(shù)字化的特點(diǎn)，與電子式互感器的應(yīng)用較為接近。因此，互感器的精度等級(jí)、二次側(cè)輸出參數(shù)和與之相連的二次設(shè)備匹配和無(wú)縫連接，是電子式互感器應(yīng)用于工程的關(guān)鍵所在。電子式互感器優(yōu)點(diǎn)互感器的高低壓部分通過(guò)光纖連接，沒(méi)有電氣聯(lián)系，絕緣距離約等于互感器整體高度；無(wú)磁飽和、頻率響應(yīng)范圍寬、精度高、暫態(tài)特性好，不受環(huán)境因素響；數(shù)字信號(hào)通過(guò)光纖傳輸，增強(qiáng)了抗EMI性能，數(shù)據(jù)可靠性大大提高；無(wú)傳統(tǒng)二次負(fù)荷概念；高低壓部分的光電隔離，使得電流互感器二次開(kāi)路、電壓互感器二次短路可能導(dǎo)致危及設(shè)備或人身安全等問(wèn)題不復(fù)存在；高壓側(cè)采集器單元的工作電源同時(shí)由取能線圈和激光電源提供，兩者動(dòng)態(tài)自檢，互為熱備用；以絕緣脂替代了傳統(tǒng)互感器的油或SF6，避免了傳統(tǒng)充油互感器滲漏油現(xiàn)象，也避免了SF6互感器的SF6氣體的滲漏氣現(xiàn)象；固體絕緣保證了互感器絕緣性能更加穩(wěn)定，無(wú)需檢壓檢漏，運(yùn)行過(guò)程中免維護(hù)。電子式互感器優(yōu)點(diǎn)互感器可直接提供諸如斷線等各種故障信息，二次設(shè)備接收后可閉