智能變電站技術(shù)交流

智能變電站技術(shù)交流2010-41智能變電站的地位作為國網(wǎng)工作重點(diǎn)之一的智能電網(wǎng)建設(shè)日益被大家所熟知。目前，最重要的，也是最基礎(chǔ)的就是基于智能電網(wǎng)的智能變電站的建設(shè)。從某種意義上也可以這么說，只有把智能變電站建設(shè)工作很好的完成了，才能使我們的電網(wǎng)真正步入智能電網(wǎng)。2按照考慮N-1情況下特定預(yù)想事故的原則，規(guī)劃建設(shè)多饋入直流和交流系統(tǒng)并聯(lián)的網(wǎng)架初步建設(shè)高級調(diào)度中心開展智能變電站試點(diǎn)堅(jiān)強(qiáng)型大電網(wǎng)

規(guī)劃建設(shè)適應(yīng)電力市場要求的特高壓電網(wǎng)建成高級調(diào)度中心智能變電站推廣適應(yīng)電力市場要求的運(yùn)行技術(shù)數(shù)字化電網(wǎng)

規(guī)劃以自愈為目標(biāo)的智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)度新型材料和智能設(shè)備的全面使用可再生能源的友好接入實(shí)現(xiàn)與用戶的智能互動(dòng)智能化電網(wǎng)201020202030智能電網(wǎng)全面轉(zhuǎn)型鞏固提升引領(lǐng)超越2007建設(shè)智能電網(wǎng)的三階段目標(biāo)3智能電子裝置IntelligentElectronicDevice

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。

智能變電站相關(guān)概念4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)控等基本功能；在滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求下，智能組件還可承擔(dān)相關(guān)計(jì)量、保護(hù)等功能?？砂y量、控制、狀態(tài)監(jiān)測、計(jì)量、保護(hù)等全部或部分裝置。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(dòng)化特征的高壓設(shè)備，是高壓設(shè)備智能化的簡稱。

智能變電站概念5智能變電站smartsubstation

采用先進(jìn)、可靠、集成、低炭、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級功能的變電站。智能變電站概念6智能變電站smartsubstation

采用先進(jìn)、可靠、集成、低炭、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級功能的變電站。

智能變電站概念7數(shù)字化并不等于智能化，數(shù)字化和智能化有著不同的內(nèi)涵。數(shù)字化是指實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段，強(qiáng)調(diào)的是以數(shù)字方式交換信息；智能化是指設(shè)備的功能，強(qiáng)調(diào)在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和自動(dòng)執(zhí)行。在數(shù)字化條件下可以方便的實(shí)現(xiàn)信息的共享和整合，可以提供更加全面的監(jiān)測信息，所以數(shù)字化為智能化的實(shí)現(xiàn)提供了更加有效的手段。

智能變電站和數(shù)字化變電站的區(qū)別8與傳統(tǒng)變電站的比較9智能變電站IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用一次設(shè)備智能化支持?jǐn)?shù)字化的二次設(shè)備10IEC61850簡介IEC61850標(biāo)準(zhǔn)制定的背景IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容IEC61850定義的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)和傳統(tǒng)協(xié)議的差別11IEC61850標(biāo)準(zhǔn)制定的背景

電力系統(tǒng)原來有IEC870-5-101、IEC870-5-103等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約在廣泛使用。這些規(guī)約主要面向以串口為通訊介質(zhì)的微機(jī)裝置時(shí)代,后來也有各個(gè)廠家以網(wǎng)絡(luò)為通訊介質(zhì)。主要存在規(guī)約的應(yīng)用功能比較有限，各廠家對應(yīng)用功能自行擴(kuò)充無法互操作，規(guī)約數(shù)據(jù)表達(dá)能力限制了其應(yīng)用功能的發(fā)展。不支持裝置間的通訊功能。12IEC61850標(biāo)準(zhǔn)制定的背景

1995年國際電工委員會(huì)第57委員會(huì)（IECTC57）開始成立了3個(gè)工作組負(fù)責(zé)制定IEC61850標(biāo)準(zhǔn)。這3個(gè)工作組參考和吸收了已有的許多相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，于1999年3月提出了委員會(huì)的草案版本。標(biāo)準(zhǔn)的各個(gè)部分經(jīng)過完善陸續(xù)于2003年、2004年正式發(fā)布為IEC61850系列國際標(biāo)準(zhǔn)。 國內(nèi)也從2001年開始研究翻譯相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并于04-06年發(fā)布等同采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的DL/T860系列標(biāo)準(zhǔn)。13IEC61850標(biāo)準(zhǔn)制定的背景

同傳統(tǒng)的IEC60870-5-103標(biāo)準(zhǔn)相比，IEC61850不僅僅是一個(gè)單純的通信規(guī)約，而且是數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)了變電站自動(dòng)化的設(shè)計(jì)、開發(fā)、工程、維護(hù)等各個(gè)領(lǐng)域。

該標(biāo)準(zhǔn)通過對變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的對象統(tǒng)一建模，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的抽象通信服務(wù)接口，增強(qiáng)了設(shè)備之間的互操作性，可以在不同廠家的設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無縫連接，從而大大提高變電站自動(dòng)化技術(shù)水平和安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，實(shí)現(xiàn)完全互操作。14IEC61850標(biāo)準(zhǔn)制定的背景IEC61850標(biāo)準(zhǔn)制定的目的互操作性不同廠家的IED之間能夠交換信息并能夠利用交換的信息完成各自的功能。自由配置能夠支持不同的設(shè)計(jì)理念，允許功能的自由分配。長期穩(wěn)定性面向未來發(fā)展，既能夠適應(yīng)通信技術(shù)的快速發(fā)展，又能滿足電力系統(tǒng)需求長期的穩(wěn)定性。15IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容16IEC61850定義的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)遠(yuǎn)方控制中心技術(shù)服務(wù)7功能A功能B9變電站層3控制繼電保護(hù)3控制繼電保護(hù)81616間隔層傳感器操作機(jī)構(gòu)過程層接口過程層高壓設(shè)備454517分層系統(tǒng)通訊61850解決方案間隔層裝置與變電站監(jiān)控系統(tǒng)之間交換事件和狀態(tài)數(shù)據(jù)——MMS間隔層裝置與遠(yuǎn)方保護(hù)交換數(shù)據(jù)——私有規(guī)約，未來發(fā)展也可用以太網(wǎng)方式、借用GOOSE或SMV間隔內(nèi)裝置間交換數(shù)據(jù)——GOOSE過程層與間隔層交換采樣數(shù)據(jù)——SMV過程層與間隔層交換控制和狀態(tài)數(shù)據(jù)——GOOSE18分層系統(tǒng)通訊61850解決方案間隔層裝置與變電站監(jiān)控系統(tǒng)之間交換控制數(shù)據(jù)——MMS監(jiān)控層與保護(hù)主站通信——MMS間隔間交換快速數(shù)據(jù)——GOOSE變電站層間交換數(shù)據(jù)——MMS變電站與控制中心交換數(shù)據(jù)——不在標(biāo)準(zhǔn)范圍，也有用戶希望采用618501961850與傳統(tǒng)協(xié)議差異點(diǎn)與面：看事物的角度數(shù)據(jù)模型通信協(xié)議配置過程2061850與傳統(tǒng)協(xié)議差異現(xiàn)有協(xié)議都是面向信號的，是線性的點(diǎn)，以點(diǎn)號來識(shí)別，自描述性比較差，需要雙方事先約定；IEC61850使用得了面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)，數(shù)據(jù)模型具有自描述能力，通信雙方不需要事先約定；21數(shù)據(jù)模型22PhysicalDevice(networkaddress)LogicalDevice(e.g.Relay1)MMXU1MMXU2MXMXAVLogicalNodesFunctionalConstraint“MMXU2$MX$A”=Feeder#2CurrentMeasurements數(shù)據(jù)模型23邏輯設(shè)備（LD）：一種虛擬設(shè)備，聚合邏輯節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)。物理設(shè)備可以包含一個(gè)或多個(gè)LD。邏輯節(jié)點(diǎn)（LN）：用來描述系統(tǒng)功能的基本單位，是數(shù)據(jù)對象的容器，可以任意分配到IED，每個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)和內(nèi)部的數(shù)據(jù)都有具體的語義，并通過他們的服務(wù)與外部進(jìn)行交互。數(shù)據(jù)模型24.SSD：系統(tǒng)說明文件，用于描述變電站的一次系統(tǒng)拓?fù)?ICD：IED能力描述文件，用于描述裝置功能配置情況.CID：經(jīng)過配置后的IED描述文件，用于描述經(jīng)過配置的裝置功能情況.SCD：變電站配置描述文件，用于描述配置后的變電站配置過程25配置過程26配置過程27配置過程28配置過程29一次設(shè)備的智能化電子式互感器開關(guān)智能化30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在經(jīng)濟(jì)性方面意義不大。電子式互感器比較項(xiàng)目常規(guī)互感器電子式互感器絕緣復(fù)雜絕緣簡單體積及重量大、重體積小、重量輕CT動(dòng)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31電子式互感器的構(gòu)成、分類

構(gòu)成：電子式互感器通常由傳感模塊和合并單元兩部分構(gòu)成，傳感模塊又稱遠(yuǎn)端模塊，安裝在高壓一次側(cè)，負(fù)責(zé)采集、調(diào)理一次側(cè)電壓電流并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；合并單元安裝在二次側(cè)，負(fù)責(zé)對各相遠(yuǎn)端模塊傳來的信號做同步合并處理。分類：按一次傳感部分是否需要供電劃分有源式電子互感器和無源式電子互感器按應(yīng)用場合劃分GIS、AIS結(jié)構(gòu)、直流用電子互感器32利用電磁感應(yīng)等原理感應(yīng)被測信號，傳感頭部分具有需用電源的電子電路，利用光纖來傳輸數(shù)字信號。

ECT：空心線圈(RC)；低功率線圈(LPCT)EVT：分壓原理電容、電感、電阻有源電子式互感器33有源電子式互感器結(jié)構(gòu)34圖2中低壓側(cè)相間電壓的電子式電壓互感器圖3中低壓側(cè)相對地電壓的電子式電壓互感器圖4中低壓母線電子式電壓互感器圖1

中低壓電子式電流互感器35電子式互感器與二次設(shè)備連接圖36配置方案

配置原則是保證一套系統(tǒng)出問題不會(huì)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)，也不會(huì)導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)。電子式互感器的遠(yuǎn)端模塊和合并單元根據(jù)需要冗余配置，遠(yuǎn)端模塊中電流冗余采樣，防止采樣回路故障導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。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。測量電流用于保護(hù)啟動(dòng)和測量，保護(hù)電流用于保護(hù)邏輯計(jì)算和錄波。電子式互感器配置37GIS互感器一次CT、PT配置

220kV及以上電壓等級GIS電子式互感器

RC（RogowskiCoil）、LPCT（LowPowerCurrentTransformer

）、電容分壓環(huán)按雙重化配置，遠(yuǎn)端模塊雙重化配置。變壓器間隔另配有中性點(diǎn)獨(dú)立式互感器。

110kV及以下電壓等級GIS電子式互感器

RC、LPCT、電容分壓環(huán)按單重化配置，線路間隔遠(yuǎn)端模塊單重化配置，變壓器間隔遠(yuǎn)端模塊雙重化配置。變壓器間隔另配有中性點(diǎn)獨(dú)立式互感器。3835kV一次CT、PT配置線路、主變間隔： 一套保護(hù)CT（額定輸出電壓250mV）一套測量CT（額定輸出電壓4V）一個(gè)線路PT（額定輸出電壓4V）母線間隔： 一套母線PT（額定輸出電壓3.5V）39合并單元功能（1）合并單元對下通過光纖接收三相遠(yuǎn)端模塊的采樣數(shù)據(jù)，通過插值算法來同步一個(gè)間隔內(nèi)所有模擬采樣信號。（2）合并單元對上通過IEC60044-8或IEC61850-9-1/9-2協(xié)議將一個(gè)間隔內(nèi)同步后的采樣數(shù)據(jù)送給保護(hù)、測控等設(shè)備。（3）線路間隔合并單元接收母線合并單元的母線電壓信號，母線電壓信號經(jīng)插值同步后與線路信號一起送給線路保護(hù)等設(shè)備，母線電壓用于合閘檢同期。40合并單元功能（4）主變間隔合并單元接收主變零序、間隙電流采樣遠(yuǎn)端模塊或就地采集合并單元發(fā)送的采樣數(shù)據(jù)，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)同步后送給主變保護(hù)等裝置。（5）線路間隔合并單元完成母線電壓切換功能。（6）母線合并單元完成母線電壓并列功能。41合并單元的通訊協(xié)議 合并單元與保護(hù)、測控等裝置較多的采用IEC60044-8協(xié)議，保護(hù)裝置收到數(shù)據(jù)后通過插值來同步來之不同間隔合并單元的采樣數(shù)據(jù)。采樣數(shù)據(jù)同步不需要秒脈沖，同步實(shí)現(xiàn)簡單、可靠，非常適合于線路縱差、主變和母差保護(hù)。合并單元現(xiàn)階段支持IEC61850-9-1協(xié)議，以點(diǎn)對點(diǎn)方式傳輸采樣數(shù)據(jù)。部分合并單元現(xiàn)階段支持IEC61850-9-2協(xié)議，9-2協(xié)議是發(fā)展的趨勢。42合并單元配置220kV及以上電壓等級合并單元按雙重化配置110kV及以下電壓等級合并單元按單重化配置主變各側(cè)合并單元按雙重化配置合并單元按間隔來配置43線路間隔合并單元包含的信號44合并單元輸入輸出接口一個(gè)間隔遠(yuǎn)端模塊、合并單元45合并單元電壓切換線路間隔合并單元通過開入采集線路隔離刀閘1G和2G位置信號，通過檢測線路隔離刀閘的位置狀態(tài)，完成母線電壓自動(dòng)切換功能。46合并單元電壓切換當(dāng)合并單元通過開入檢測到線路隔離刀閘1G和2G都在分位時(shí)，合并單元輸出母線電壓維持不變，延時(shí)報(bào)電壓切換回路同時(shí)返回告警。當(dāng)合并單元檢測到線路隔離刀閘1G和2G都在合位時(shí)，合并單元輸出母線電壓維持不變，延時(shí)報(bào)電壓切換回路同時(shí)動(dòng)作告警。47合并單元電壓并列

每條母線都有一個(gè)電壓強(qiáng)制并列把手。以雙母線接線方式為例：母線合并單元檢測母聯(lián)位置信號和就地把手強(qiáng)制并列等開入信號。當(dāng)母聯(lián)在合位，1母電壓強(qiáng)制并列把手打到強(qiáng)制2母位置，1母輸出2母三相電壓信號。當(dāng)母聯(lián)在分位，1母電壓強(qiáng)制并列把手打到強(qiáng)制2母位置，1母輸出本母三相電壓信號，并經(jīng)延時(shí)報(bào)警。48電子式互感器調(diào)試（1）現(xiàn)場精度校驗(yàn)（2）合并單元調(diào)試49電子式互感器精度校驗(yàn)

ECT標(biāo)準(zhǔn)CT1A/4V合并單元電子式互感器校驗(yàn)儀測量用電子式電流互感器誤差限值準(zhǔn)確級電流誤差±（%）在下列額定電流（%）時(shí)相位誤差±（′）在下列額定電流（%）時(shí)152010012015201001200.2S0.750.350.20.20.23015101010保護(hù)用電子式電流互感器誤差限值準(zhǔn)確級額定一次電流下的電流誤差±（%）額定一次電流下的相位誤差±(′)額定準(zhǔn)確限值一次電流下的復(fù)合誤差（%）額定準(zhǔn)確限值條件下最大峰值瞬時(shí)誤差（%）5P1605-5TPE16051050電子式互感器精度校驗(yàn)EVT標(biāo)準(zhǔn)PT感分合并單元電子式互感器校驗(yàn)儀準(zhǔn)確級電壓誤差±（%）在下列額定電壓(%)時(shí)相位誤差±（′）在下列額定電壓(%)時(shí)258010012015025801001201500.2/3P630.20.20.23240120101010120現(xiàn)場比差、角差、極性測試51數(shù)字化變電站建設(shè)的一些實(shí)際問題電子式互感器的校驗(yàn)電子式互感器對線路差動(dòng)的影響故障錄波器的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析裝置故障信息子站的實(shí)現(xiàn)數(shù)字式電度表的實(shí)現(xiàn)保護(hù)測試手段的實(shí)現(xiàn)52電子式互感器的校驗(yàn)被測ECTP1V1數(shù)字幀P2基準(zhǔn)CTP1KrP2S1S2傳輸系統(tǒng)Ip二次轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)A/D轉(zhuǎn)換器R1IsRc合并單元求值單元(例如，微機(jī))is(n)iref

(n)時(shí)鐘

,e53電子式互感器對線路差動(dòng)的影響常規(guī)互感器和電子式互感器兩個(gè)采樣回路路由的延時(shí)是不一致的。（1）電流電壓經(jīng)CT、PT轉(zhuǎn)換為二次模擬值，再經(jīng)保護(hù)交流插件、AD采樣回路進(jìn)入保護(hù)裝置；（2）電流電壓經(jīng)電子式互感器、遠(yuǎn)端模塊、合并單元進(jìn)入保護(hù)裝置。線路一側(cè)是常規(guī)互感器，另一側(cè)是電子式互感器。如果不進(jìn)行任何處理，相當(dāng)于兩側(cè)采樣時(shí)刻不一致，必然產(chǎn)生角差，正常運(yùn)行時(shí)有差動(dòng)電流。54電子式互感器對線路差動(dòng)的影響

解決方案：通過調(diào)整采樣時(shí)刻，對兩側(cè)的采樣路由延時(shí)差別進(jìn)行補(bǔ)償，保證計(jì)算差動(dòng)電流的兩側(cè)電流是同一時(shí)刻值。為此增加兩個(gè)定值：“本側(cè)ECVT路由延時(shí)”、“對側(cè)ECVT路由延時(shí)”定值。對于電子式互感器，該定值為電流從電子式互感器經(jīng)合并單元傳送到保護(hù)裝置的延時(shí)。對于常規(guī)互感器，該延時(shí)為電流從互感器經(jīng)電纜通過交流插件、低通插件的延時(shí)。當(dāng)兩側(cè)都使用常規(guī)互感器、或兩側(cè)都使用同一型號的電子式互感器時(shí)，該定值可以整定為“0”。當(dāng)一側(cè)為常規(guī)電磁型互感器，另一側(cè)為電子式互感器；或兩側(cè)電子式互感器型號不一致時(shí)，必須根據(jù)實(shí)際延時(shí)整定。55故障錄波器的實(shí)現(xiàn)故障錄波器應(yīng)具有采樣數(shù)據(jù)網(wǎng)接口，從合并器接收數(shù)字化的交流采樣信號，進(jìn)行交流量錄波；開關(guān)量的采集有兩種方式：

1）采用常規(guī)電纜接線方式，電纜使用量大，但是保證了錄波數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。

2）通過從GOOSE網(wǎng)絡(luò)記錄開關(guān)量信息從技術(shù)上是也是可行的。56網(wǎng)絡(luò)分析裝置的實(shí)現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)分析裝置主要有以下幾個(gè)功能：1）在線通訊監(jiān)視：網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)監(jiān)視，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)2）網(wǎng)絡(luò)故障及隱患告警：網(wǎng)絡(luò)流量異常，網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文異常，MMS通訊異常3）二次回路監(jiān)視：監(jiān)視二次回路運(yùn)行狀態(tài)，二次回路異常告警4）通訊信息記錄：通訊過程重現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)流量和報(bào)文統(tǒng)計(jì)5）分析功能：在線分析和離線分析57故障信息子站的實(shí)現(xiàn)故障信息子站建議不再單獨(dú)組網(wǎng)，因?yàn)楸Ｗo(hù)裝置采用IEC61850協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了裝置之間的互聯(lián)互通，不同廠家保護(hù)設(shè)備不再需要規(guī)約轉(zhuǎn)換，需要信息子站支持IEC61850協(xié)議，可以直接從間隔層網(wǎng)絡(luò)共享保護(hù)信息，可以通過子站直接訪問各保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)信息子站的管理功能。58數(shù)字式電度表的實(shí)現(xiàn)數(shù)字式電度表的精度高于常規(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，只要電子互感器精度滿足0.2S級，電表的精度就能保證到0.2S級。數(shù)字式電度表通過RS4