智能變電站繼電保護及相關(guān)技術(shù)培訓

智能變電站繼電保護及相關(guān)技術(shù)培訓第1頁/共93頁2提綱二、智能變電站的基本概念及技術(shù)二一、智能變電站的發(fā)展歷程一四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則二三、IEC61850標準一六、智能變電站存在的主要問題二五、繼電保護工程實施方案二第2頁/共93頁3一、智能變電站的發(fā)展歷程美國IntelliGird自愈性、安全性、兼容性、交互性和高效性歐洲SmartGirds靈活性、易接入性、可靠性、經(jīng)濟性中國“堅強”是基礎(chǔ)“智能”是關(guān)鍵第3頁/共93頁4一、智能變電站的發(fā)展歷程2016年～2020年引領(lǐng)提升階段，基本建成堅強智能電網(wǎng)，使電網(wǎng)的資源配置能力、安全水平、運行效率，以及電網(wǎng)與電源、用戶之間的互動性顯著提高。2011年～2015年全面建設(shè)階段，加快特高壓電網(wǎng)和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)，初步形成智能電網(wǎng)運行控制和互動服務(wù)體系，關(guān)鍵技術(shù)和裝備實現(xiàn)重大突破和廣泛應(yīng)用。2009年～2010年規(guī)劃試點階段，重點開展堅強智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃工作，制定技術(shù)和管理標準，開展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和設(shè)備研制，開展各環(huán)節(jié)的試點工作。第一階段第二階段第三階段分三個階段推進堅強智能電網(wǎng)的建設(shè)：第4頁/共93頁5一、智能變電站的發(fā)展歷程

智能變電站作為統(tǒng)一堅強智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和節(jié)點支撐,是必不可少的建設(shè)內(nèi)容。1、第一批試點工程:2、從2011年開始所有新立項的110kV及以上變電站均需按智能站設(shè)計。第5頁/共93頁6提綱二、智能變電站的基本概念及技術(shù)二一、智能變電站的發(fā)展歷程一四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則二三、IEC61850標準一六、智能變電站存在的主要問題二五、繼電保護工程實施方案二第6頁/共93頁7二、智能變電站的基本概念及技術(shù)智能變電站的定義：采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)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。智能變電站的主要特點：一次設(shè)備數(shù)字化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)據(jù)平臺標準化。一次設(shè)備數(shù)字化主要體現(xiàn)為全數(shù)字化輸出的電子互感器和智能開關(guān)；二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化體現(xiàn)在二次設(shè)備對上和對下聯(lián)系均通過高速網(wǎng)絡(luò)通信；數(shù)據(jù)平臺標準化體現(xiàn)為IEC61850標準。智能變電站的目標:

常規(guī)站存在多套系統(tǒng)，每套系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集的要求不一致，大量設(shè)備都有數(shù)據(jù)采集單元，采集資源重復，保護、測控、故錄、計量都有自己的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。智能站要統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集，信息共享，節(jié)約資源。常規(guī)站回路設(shè)計復雜，變電站內(nèi)存在大量電纜，給維護、改造帶來很大困難。智能站要簡化回路設(shè)計、節(jié)約投資。常規(guī)站通信規(guī)約繁雜，設(shè)備、系統(tǒng)之間的互操作性差。智能站所有設(shè)備統(tǒng)一采用IEC61850標準，實現(xiàn)設(shè)備之間的互操作性。智能站對高級應(yīng)用功能提出了更高的要求。第7頁/共93頁8二、智能變電站的基本概念及技術(shù)功能分層:智能變電站按照所要完成的功能，從邏輯上將變電站的功能劃分為過程層、間隔層和站控層

第8頁/共93頁9二、智能變電站的基本概念及技術(shù)智能變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖第9頁/共93頁10二、智能變電站的基本概念及技術(shù)過程層包括變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電流電壓互感器等一次設(shè)備及其所屬的智能終端和合并單元（MU）。間隔層設(shè)備一般指繼電保護系統(tǒng)、測控裝置等二次設(shè)備，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(shè)備的功能。站控層包括監(jiān)控主機及工作站、站域控制、遠動系統(tǒng)、對時系統(tǒng)等，實現(xiàn)面向全站設(shè)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、順序控制等相關(guān)功能。站控層功能宜高度集成。第10頁/共93頁11二、智能變電站的基本概念及技術(shù)過程層裝置第11頁/共93頁12二、智能變電站的基本概念及技術(shù)過程層設(shè)備-電子式互感器

有源電子式電流互感器:羅氏線圈型/低功率線圈型.

無源電子式電流互感器:磁光玻璃型/全光纖型.

有源電子式電壓互感器:電容分壓型/電阻分壓型.

各種電子式互感器在各地的智能站試點工程中都有應(yīng)用,但是由于在抗干擾能力/運行穩(wěn)定性等方面存在問題,試點基本不成功.因此今后一段時間設(shè)計的智能站均采用常規(guī)互感器.第12頁/共93頁13二、智能變電站的基本概念及技術(shù)過程層裝置-合并單元合并并同步多個電子式互感器的數(shù)據(jù)，獲取電力系統(tǒng)電流和電壓瞬時值，并以確定的數(shù)據(jù)品質(zhì)傳輸?shù)诫娏ο到y(tǒng)電氣測量和繼電保護設(shè)備?？梢越尤氤Ｒ?guī)互感器，完成常規(guī)互感器的數(shù)據(jù)采樣。必要時，完成規(guī)約轉(zhuǎn)換:電子式互感器采用IEC60044-8協(xié)議，合并單元與保護之間采用IEC60044-8或IEC61850-9-2協(xié)議。需要時，完成電壓并列功能。第13頁/共93頁14二、智能變電站的基本概念及技術(shù)合并單元同步采樣數(shù)據(jù)需要同步：三相電流、電壓需要同步：三相平衡間隔內(nèi)電流電壓之間需要同步：功率、阻抗不同間隔的電流之間需要同步：差動同步方式：插值法第14頁/共93頁15合并單元延時二、智能變電站的基本概念及技術(shù)第15頁/共93頁16二、智能變電站的基本概念及技術(shù)點對點同步原理采樣點對點原理1、插值點即合并單元采樣時刻，合并單元負責數(shù)據(jù)同步。2、同步采樣時鐘不等于對時時鐘，可以不依賴于GPS。3、合并單元的誤差來源就在于插值法同步采樣，由于采樣率高，4000Hz，誤差非常小。4、保護裝置的采樣同步與此同（光纖點對點方式）。第16頁/共93頁17二、智能變電站的基本概念及技術(shù)過程層裝置-智能終端智能開關(guān)等設(shè)備的過渡產(chǎn)品功能：完成斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)等位置信息的采集完成斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)等的分合控制采集主變的檔位、溫度等信息采集智能控制柜的溫度、濕度等信息斷路器操作回路

GOOSE接口第17頁/共93頁18二、智能變電站的基本概念及技術(shù)GOOSE機制GOOSE定義：基于發(fā)布/訂閱機制，快速和可靠地交換數(shù)據(jù)集中的通用變電站事件數(shù)據(jù)值的相關(guān)模型對象和服務(wù)，以及這些模型對象和服務(wù)到ISO/IEC8802-3幀之間的映射。1、發(fā)布/訂閱機制:例如智能終端發(fā)布信息，但是不知道誰需要這些信息。需要這些信息的保護、測控等裝置自行接收這些信息，并且不需要對智能終端進行響應(yīng)。2、傳輸?shù)男畔⑹荌EC61850模型中的GOOSE數(shù)據(jù)集定義的數(shù)據(jù),包括斷路器、隔離開關(guān)和接地開關(guān)的位置，保護跳合閘、遙控跳合閘、隔離開關(guān)/接地開關(guān)的分合閘命令等開關(guān)量信息以及智能控制柜的溫度、濕度等變化較慢的模擬量信息。3、快速：保護的跳合閘命令等信息要求必須快速。直接映射到數(shù)據(jù)鏈路層。4、可靠：保護的跳合閘命令等信息要求必須可靠。傳輸機制與SV（采樣值）傳輸?shù)漠愅篠V也是發(fā)布/訂閱機制，直接映射到數(shù)據(jù)鏈路層，250μs（4000Hz）發(fā)送一幀采樣數(shù)據(jù)，但不進行重發(fā)。第18頁/共93頁19二、智能變電站的基本概念及技術(shù)GOOSE機制1、事件突變發(fā)送間隔2、2、4、8ms2、可靠依賴于重發(fā)機制3、GOOSE最大傳輸延時不能大于4ms(快速)第19頁/共93頁20二、智能變電站的基本概念及技術(shù)智能終端應(yīng)用特點應(yīng)用特點:1、裝置間快速信息通信；2、內(nèi)在自檢功能，在線監(jiān)測；3、不僅可以傳送開關(guān)量，還可傳遞變化不快的模擬量；4、代替了點對點的硬電纜降低造價、工期更改接線不需要配線，只需更改配置文件第20頁/共93頁21二、智能變電站的基本概念及技術(shù)

站控層網(wǎng)絡(luò)：間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)。在IEC61850標準中，其數(shù)據(jù)內(nèi)容是間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備之間、站控層設(shè)備之間、間隔層設(shè)備之間的通信數(shù)據(jù)，通信協(xié)議采用MMS和GOOSE。一般采用星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)即智能終端與間隔層設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)。在IEC61850標準中，其數(shù)據(jù)內(nèi)容是智能終端與間隔層設(shè)備之間的開關(guān)和刀閘相關(guān)的開入開出數(shù)據(jù)以及間隔層設(shè)備之間的聯(lián)閉鎖信息，通信協(xié)議采用IEC61850-8-1。一般采用星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

過程層SV網(wǎng)絡(luò)，MU（合并單元）與間隔層設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)。在IEC61850標準中，其數(shù)據(jù)內(nèi)容是MU提供給間隔層設(shè)備的電流電壓采樣數(shù)據(jù)，通信協(xié)議采用IEC61850-9-2或IEC60044-8。一般采用星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

一般過程層SV網(wǎng)絡(luò)與GOOSE網(wǎng)絡(luò)合一。注意:保護裝置要求直接采樣,本間隔直接跳閘。變電站網(wǎng)絡(luò)第21頁/共93頁22二、智能變電站的基本概念及技術(shù)MMS(制造報文規(guī)范)：是國際標準化組織ISO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、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。

IEC61850將其引入變電站用于站控層網(wǎng)絡(luò)的實時通信。是應(yīng)用層協(xié)議，完全遵循OSI（開放系統(tǒng)互連）通信體系。第22頁/共93頁23二、智能變電站的基本概念及技術(shù)以太網(wǎng)的工作原理以太網(wǎng)采用帶沖突檢測的載波偵聽多路訪問機制。當以太網(wǎng)中的一臺主機要傳輸數(shù)據(jù)時，它將按如下步驟進行：1、監(jiān)聽信道上是否有信號在傳輸。如果有，表明信道處于忙狀態(tài)，就繼續(xù)監(jiān)聽，直到信道空閑為止。2、若沒有監(jiān)聽到任何信號，就傳輸數(shù)據(jù)。3、傳輸?shù)臅r候繼續(xù)監(jiān)聽，如發(fā)現(xiàn)沖突則執(zhí)行退避算法，隨機等待一段時間后，重新執(zhí)行步驟1：當發(fā)生沖突時，涉及沖突的主機會返回到監(jiān)聽信道狀態(tài)。注意：每臺主機一次只允許發(fā)生一個包，一個擁塞序列，用來警告所有的節(jié)點。4、若未發(fā)現(xiàn)沖突則發(fā)送成功，所有主機在試圖再一次發(fā)送數(shù)據(jù)之前，必須在最近一次發(fā)送后等待9.6μs(以10Mb/s運行)。第23頁/共93頁24二、智能變電站的基本概念及技術(shù)以太網(wǎng)的工作原理從以太網(wǎng)節(jié)點中可以看到在網(wǎng)路中發(fā)送的所有信息，因此我們說以太網(wǎng)是一種廣播網(wǎng)路，即在網(wǎng)絡(luò)傳輸中，向所有連通的節(jié)點發(fā)送消息。從以太網(wǎng)的工作原理可以看出：１、網(wǎng)絡(luò)傳輸中可能發(fā)生沖突：在以太網(wǎng)中，當兩個數(shù)據(jù)幀同時被發(fā)送到物理傳輸介質(zhì)上，并完全或部分重疊時，就發(fā)生了數(shù)據(jù)沖突。當發(fā)生沖突時，物理網(wǎng)段上的數(shù)據(jù)都不再有效。沖突是影響以太網(wǎng)性能的重要因素，由于沖突的存在，使得傳統(tǒng)的以太網(wǎng)在負載超過40%時，效率將明顯下降。因此當以太網(wǎng)的規(guī)模增大時，就必須采取措施來控制沖突的擴散，例如使用交換機將網(wǎng)絡(luò)分段（VLAN劃分等）。２、信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸是有延時的，而且這種延時是不確定的：監(jiān)聽信道等待其它信息傳輸?shù)臅r間，排隊的時間，沖突的時間等。保護對采樣的快速性和同步性要求高，因此要求直采（不經(jīng)交換機，不需排隊等候，不會沖突）。保護跳合閘（本斷路器）快速性要求高，因此要求直跳（不經(jīng)交換機，不需排隊等候，不會沖突）。保護要求直采直跳（本斷路器）的另一個原因是可靠性，沒有中間環(huán)節(jié)第24頁/共93頁25二、智能變電站的基本概念及技術(shù)交換機的工作原理1、交換機根據(jù)收到數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址建立該地址與交換機端口的映射，并將其寫入MAC地址表中。（學習）2、交換機將數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表進行比較，以決定由哪個端口進行轉(zhuǎn)發(fā)。（轉(zhuǎn)發(fā)/過濾）3、如數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址不在MAC地址表中，則向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)。(稱為泛洪)4、廣播幀和組播幀向所有的端口轉(zhuǎn)發(fā)。交換機依據(jù)幀頭信息進行轉(zhuǎn)發(fā)，因此交換機是工作在數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。第25頁/共93頁26二、智能變電站的基本概念及技術(shù)交換機運用的技術(shù)1、存儲轉(zhuǎn)發(fā)與優(yōu)先級：交換機在轉(zhuǎn)發(fā)之前必須接收整個數(shù)據(jù)幀，并進行檢錯，如無錯誤再將這一幀發(fā)向目的地址。（提高數(shù)據(jù)正確性）不同的報文采用不同的優(yōu)先級，快速報文優(yōu)先級高，低速報文優(yōu)先級低，使快速報文的等待時間短。如跳合閘命令優(yōu)先級高。2、VLAN：廣播網(wǎng)絡(luò)，不加限制流量大。將一個物理的局域網(wǎng)人為的劃分成多個邏輯意義上的子網(wǎng)，一個VLAN內(nèi)部的廣播流量不會轉(zhuǎn)發(fā)到其他的VLAN中，從而可以控制流量、減少設(shè)備投資、簡化網(wǎng)絡(luò)管理、提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。第26頁/共93頁27二、智能變電站的基本概念及技術(shù)交換機運用的技術(shù)2、VLAN：第27頁/共93頁28二、智能變電站的基本概念及技術(shù)交換機運用的技術(shù)3、GMRP或者MMRP：動態(tài)VLAN，方便設(shè)備的投入退出。4、端口鏡像：把一個或多個端口的數(shù)據(jù)鏡像到一個或多個端口的方法。應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)視（例如：網(wǎng)絡(luò)記錄分析儀）。5、鏈路聚合：將多個數(shù)據(jù)信道聚合為一個信道使用。第28頁/共93頁29二、智能變電站的基本概念及技術(shù)智能變電站繼電保護與常規(guī)站的差異電流采樣不一樣；開關(guān)量輸入輸出回路、跳閘回路不一樣；二次回路簡化，大量電纜變少量光纜；壓板設(shè)置不一樣（只有檢修硬壓板，智能終端有出口壓板和檢修壓板，其余都為軟壓板）；定值不一樣（電子式互感器：一次值（數(shù)據(jù)編碼））；組屏不一樣（合并單元／智能終端就地化）；與后臺監(jiān)控的通信不一樣；保護原理基本一樣(電子式互感器無零序電壓、零序電流，采用外接零序電流、電壓的保護會有所改變；電子式互感器雙A/D采樣，兩路數(shù)字量進入保護裝置。今后隨著電子式互感器的應(yīng)用,原理會有所變化,程序簡化,加快保護動作速度；新原理保護可以應(yīng)用：暫態(tài)量保護)第29頁/共93頁30提綱二、智能變電站的基本概念及技術(shù)二一、智能變電站的發(fā)展歷程一四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則二三、IEC61850標準一六、智能變電站存在的主要問題二五、繼電保護工程實施方案二第30頁/共93頁31三、IEC61850標準新一代的變電站站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)規(guī)約。常規(guī)站保護信息上送監(jiān)控系統(tǒng)，需要保護信息點表，并進行對點調(diào)試。IEC61850信息自描述，并在SCD文件中配置好，不需對點。并未改變變電站信息傳輸?shù)囊蠛蛢?nèi)容，只是改變信息表達的格式和傳輸形式。保護的基本原理／功能并沒有變化，所需要的模擬量／開關(guān)量信息也基本沒有變化。IEC61850主要覆蓋變電站內(nèi)的通信。線路兩側(cè)的光纖縱差保護仍采用各廠家的私有協(xié)議。遠動系統(tǒng)到調(diào)度中心的通信仍采用103/104協(xié)議。IEC61850不僅僅限于規(guī)約范疇，包括變電站功能分層，信息建模等。第31頁/共93頁32三、IEC61850標準主要目標第32頁/共93頁33三、IEC61850標準IEC61850標準的主要特點1、變電站功能分層2、面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一建模3、功能與通信的解耦4、IEC61850的通信映射第33頁/共93頁34面向結(jié)構(gòu)的建模：序號姓名身高(cm)1張三1752李四165………45王五180序號姓名體重(kg)1張三652李四60………45王五70面向?qū)ο蟮慕＃盒彰砀?cm)體重(kg)張三17565姓名身高(cm)體重(kg)李四16560姓名身高(cm)體重(kg)王五18070面向?qū)ο蟮慕＃哼€包括服務(wù)(函數(shù));模型的繼承/重載三、IEC61850標準第34頁/共93頁35三、IEC61850標準面向?qū)ο蟮慕ED視為客戶機/服務(wù)器的運行模式，客戶機代表向其它IED請求或確認功能服務(wù)，服務(wù)器代表IED本身可視或可訪問的自動化功能。IEC61850通常將IED的服務(wù)器功能作為建模對象。例如：將保護裝置對外接口的部分按面向?qū)ο蟮姆绞竭M行建模，包括：電流、電壓輸入，開關(guān)量輸入，跳合閘輸出，啟動失靈輸出，定值，軟壓板，故障信息，告警信息，裝置參數(shù)，通信參數(shù)等等。保護裝置內(nèi)部邏輯運算用到的變量、參數(shù)等不納入IEC61850范疇，由各廠家自行建模。第35頁/共93頁36三、IEC61850標準面向?qū)ο蟮慕EC61850建立的信息模型包含邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點、數(shù)據(jù)對象、數(shù)據(jù)屬性四個層次

第36頁/共93頁37三、IEC61850標準面向?qū)ο蟮慕?、邏輯設(shè)備：邏輯設(shè)備用于包含一組特定應(yīng)用功能的產(chǎn)生和使用信息的虛擬設(shè)備，邏輯設(shè)備由邏輯節(jié)點和附加的功能服務(wù)聚合而成。例如：保護、測控、錄波等。2、邏輯節(jié)點：邏輯節(jié)點是交換數(shù)據(jù)的最小功能單元，一個邏輯節(jié)點代表服務(wù)器的一項基本功能或IED中的一組設(shè)備信息，可以與其它邏輯節(jié)點進行信息交互，并執(zhí)行特定的操作，邏輯節(jié)點由數(shù)據(jù)對象、數(shù)據(jù)屬性、數(shù)據(jù)屬性列表以及對應(yīng)的功能服務(wù)聚合而成。例如：過流保護I段、分相電流差動、距離保護I段等。3、數(shù)據(jù)對象：數(shù)據(jù)對象包含邏輯節(jié)點的所有信息。例如：A相電流、保護定值等。4、數(shù)據(jù)屬性：數(shù)據(jù)屬性是數(shù)據(jù)對象的內(nèi)涵，是模型中信息的最終承載者。包括：值、描述、最大值、最小值、步長等。信息模型不是數(shù)據(jù)集合，而是數(shù)據(jù)與功能服務(wù)的聚合，模型中的數(shù)據(jù)和功能服務(wù)相互對應(yīng)，數(shù)據(jù)的交換必須通過對應(yīng)的功能服務(wù)來實現(xiàn)。第37頁/共93頁38三、IEC61850標準IED的幾個重要配置文件ICD文件：由裝置廠商提供給系統(tǒng)集成廠商，該文件描述IED提供的基本數(shù)據(jù)模型及服務(wù)，但不包含IED的實例名稱和通信參數(shù)。（由裝置配置工具根據(jù)裝置按對象建立的模型生成的描述文件）SSD文件：應(yīng)全站唯一，該文件描述變電站一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及相關(guān)聯(lián)的邏輯節(jié)點。SCD文件：應(yīng)全站唯一，該文件描述所有IED的實例配置和通信參數(shù)、IED之間的通信配置以及變電站一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由系統(tǒng)集成商完成。SCD文件應(yīng)包含版本修改信息,明確描述修改時間、修改版本號等內(nèi)容。（一二次設(shè)備連接、虛端子連接、通信參數(shù)配置）CID文件：每個裝置有一個，由裝置廠商根據(jù)SCD文件中本IED相關(guān)配置生成。（通信參數(shù)、虛端子連接）采用SCL（變電站配置描述語言）進行描述。第38頁/共93頁39三、IEC61850標準虛端子連接虛端子:GOOSE、SV輸入輸出信號為網(wǎng)絡(luò)上傳遞的變量，與傳統(tǒng)屏柜的端子存在著對應(yīng)的關(guān)系，為了便于形象地理解和應(yīng)用GOOSE、SV信號，將這些信號的邏輯連接點稱為虛端子。常規(guī)站設(shè)備之間通過電纜和端子進行連接，看得見，摸得著，實實在在，容易接受和理解。智能站設(shè)備之間的大量數(shù)據(jù)交換通過光纜進行，看不見，摸不著，為了更形象的理解和應(yīng)用這種聯(lián)系，提出了虛端子的概念。將設(shè)備之間的GOOSE、SV通信表示成虛端子連接。IEC61850并未改變信息傳輸?shù)囊蠛蛢?nèi)容，因此虛端子和實端子基本是對應(yīng)的。虛端子連接是在接收端進行的，因此接收端知道它要接收什么信息。GOOSE、SV報文采用組播/廣播的方式進行發(fā)送（并不知道誰要接收）。虛端子能夠一對多，不能夠多對一，因此一個開出信號能夠給多個IED設(shè)備使用，而開入信號卻不能夠并聯(lián)，只能夠一對一輸入，實端子則剛好相反。第39頁/共93頁40三、IEC61850標準虛端子連接第40頁/共93頁41三、IEC61850標準文件配置：工具的重要性第41頁/共93頁42三、IEC61850標準SCD文件總體結(jié)構(gòu)第42頁/共93頁43三、IEC61850標準SCD文件：一次設(shè)備的連接關(guān)系及關(guān)聯(lián)的二次設(shè)備邏輯節(jié)點第43頁/共93頁44SCD文件：通信參數(shù)配置三、IEC61850標準第44頁/共93頁45三、IEC61850標準SCD文件：IED配置---虛端子連接第45頁/共93頁46SCD文件：IED配置---服務(wù)、站控層數(shù)據(jù)三、IEC61850標準第46頁/共93頁47SCD文件：IED配置---過程層數(shù)據(jù)集三、IEC61850標準第47頁/共93頁48三、IEC61850標準SCD文件數(shù)字式測試儀獲得SCD文件后，可以獲得每一個SV報文、GOOSE報文的源MAC地址、目的MAC地址、發(fā)送的數(shù)據(jù)量和各個數(shù)據(jù)量的位置，因此可以模擬電子式互感器、合并單元、智能終端、保護裝置發(fā)送和接受SV報文和GOOSE報文，從而對合并單元、智能終端、保護裝置進行調(diào)試（調(diào)試方便）。保護裝置升級、改造換型后，不再需要象常規(guī)站一樣需要重新進行大量改線／接線，只需要修改SCD文件，并將其提供給相應(yīng)的設(shè)備做好配置即可。鑒于SCD文件的重要性，SCD文件需要專門管理。第48頁/共93頁49三、IEC61850標準功能與通信的解耦I(lǐng)EC61850定義了14類ACSI(抽象通信服務(wù)接口)模型，用來規(guī)范信息模型的功能服務(wù)，包括服務(wù)器模型、應(yīng)用關(guān)聯(lián)模型、邏輯設(shè)備模型、邏輯節(jié)點模型、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)集模型、替換模型、整定值控制塊模型、報告及記錄控制塊模型、通用變電站事件模型、采樣值傳輸模型、控制模型、時間及時間同步模型和文件傳輸模型。功能服務(wù)的最終實現(xiàn)還需要經(jīng)過SCSM(特定通信服務(wù)映射)。SCSM負責將抽象的功能服務(wù)映射到具體的通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議上，具體包括：根據(jù)功能需要和實際情況選擇通信網(wǎng)絡(luò)的類型和OSI模型的1~6層協(xié)議；在應(yīng)用層上(OSI模型中的第七層)，對功能服務(wù)進行映射，生成應(yīng)用層協(xié)議數(shù)據(jù)單元，形成通信報文。第49頁/共93頁50三、IEC61850標準功能與通信的解耦第50頁/共93頁51三、IEC61850標準功能與通信的解耦A(yù)CSI對信息模型的約束是強制和唯一的，而SCSM的方法卻是多樣和開放的。采用不同的SCSM方法,可以滿足不同功能服務(wù)對通信過程、通信速率以及可靠性的不同要求，解決變電站內(nèi)通信復雜多樣性和標準統(tǒng)一之間的矛盾。適時的改變SCSM方法，就能夠應(yīng)用最新的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而不需要改變ACSI模型，解決了標準的穩(wěn)定性與未來通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展之間的矛盾。第51頁/共93頁52三、IEC61850標準IEC61850的通信映射第52頁/共93頁53三、IEC61850標準IEC61850的通信映射IEC61850定義了三種SCSM方法，都以O(shè)SI模型為基礎(chǔ)并都選擇以太網(wǎng)作為通信網(wǎng)絡(luò)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。1、基于客戶機/服務(wù)器模式的核心ACSI服務(wù)向MMS的映射。2、GOOSE報文傳輸服務(wù)和采樣值傳輸服務(wù)直接向以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層的映射。3、時間及時間同步服務(wù)向簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議(SNTP)的映射。第53頁/共93頁54三、IEC61850標準序號IEC61850信息模型MMS對象1Server(服務(wù)器)VMD(虛擬制造設(shè)備)2LD(邏輯設(shè)備)Domain(域)3LN(邏輯節(jié)點)NamedVariable(有名變量)4DO(數(shù)據(jù)對象)5DA(數(shù)據(jù)屬性)6DataSet(數(shù)據(jù)集)NamedVariableList(有名變量列表)7Log(日志)Journal(日志)8File(文件)File(文件)１、IEC61850信息模型向MMS的映射２、IEC61850功能服務(wù)向MMS的映射基于客戶機/服務(wù)器模式的核心ACSI服務(wù)向MMS的映射第54頁/共93頁55三、IEC61850標準GOOSE/SV傳輸報文的通信映射

變電站自動化系統(tǒng)中具有大量的快速報文，這些報文如果按照MMS的通信方式進行傳輸，不但要經(jīng)過IEC61850協(xié)議向應(yīng)用層協(xié)議MMS的轉(zhuǎn)換延遲，而且其它各層協(xié)議封裝、解析的時間開銷巨大，顯然無法滿足實時性要求。

GOOSE報文傳輸/SV報文傳輸直接映射到以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層。同時為了確保GOOSE報文和SV報文的實時性，又在數(shù)據(jù)鏈路層上采用了基于VLAN的以太網(wǎng)優(yōu)先級標記，通過賦予上述兩類報文較高的優(yōu)先級別，使它們通過交換機時消耗較小的排隊延時。第55頁/共93頁56提綱二、智能變電站的基本概念及技術(shù)二一、智能變電站的發(fā)展歷程一四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則二三、IEC61850標準一六、智能變電站存在的主要問題二五、繼電保護工程實施方案二第56頁/共93頁57四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則4.3繼電保護新技術(shù)應(yīng)滿足“可靠性、選擇性、靈敏性、速動性”的要求，并提高保護的性能和智能化水平。繼電保護在功能實現(xiàn)上是統(tǒng)一的整體，需要一次設(shè)備、二次回路、通道、保護裝置之間的配合協(xié)調(diào)，發(fā)揮其整體性能。1、繼電保護技術(shù)應(yīng)用的研究與探索，應(yīng)以進一步提高保護的性能和安全可靠性為目的。2、不能為了智能化而智能化，繼電保護的智能化不能犧牲保護的“四性”，應(yīng)以提高保護的可靠性為基本出發(fā)點，不能降低保護的可靠性。3、智能變電站繼電保護是“繼電保護系統(tǒng)”，不再是傳統(tǒng)的“繼電保護裝置”，一次設(shè)備和二次回路應(yīng)協(xié)調(diào)配合。釋義第57頁/共93頁58四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則4.6保護裝置應(yīng)不依賴于外部對時系統(tǒng)實現(xiàn)其保護功能。4.7保護應(yīng)直接采樣。釋義保護裝置接入外部對時信號，但對時信息不參與邏輯運算。保護采用點對點直接采樣，采樣同步不依賴于外部時鐘。第58頁/共93頁59四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則4.2智能變電站繼電保護電壓電流量可通過傳統(tǒng)互感器或電子式互感器采集。4.9在技術(shù)先進、運行可靠的前提下，可采用電子式互感器。電子式互感器不是智能變電站的必備要素。鑒于電子式互感器在抗干擾性、運行穩(wěn)定性等方面存在很大的問題，今后一段時間設(shè)計的智能變電站均采用常規(guī)互感器。例如：羅氏線圈電子式電流互感器和低功率線圈電子式電流互感器的供電電源穩(wěn)定性差，導致數(shù)據(jù)丟幀、錯幀；金南變電容分壓電子式電壓互感器由于操作電弧被擊壞。繼電保護裝置采用就地安裝方式時，宜采用常規(guī)互感器，應(yīng)采用電纜跳閘。釋義第59頁/共93頁60四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則4.2智能變電站繼電保護與站控層信息交互采用DL/T860（IEC61850）標準，跳合閘命令和聯(lián)閉鎖信息可通過直接電纜連接或GOOSE機制傳輸。4.7對于單間隔的保護應(yīng)直接跳閘，涉及多間隔的保護（母線保護）宜直接跳閘。對于涉及多間隔的保護（母線保護），如確有必要采用其他跳閘方式，相關(guān)設(shè)備應(yīng)滿足保護對可靠性和快速性的要求。4.8繼電保護設(shè)備與本間隔智能終端之間通信應(yīng)采用GOOSE點對點通信方式；繼電保護之間的聯(lián)閉鎖信息、失靈啟動等信息宜采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。釋義第60頁/共93頁61四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則1.本間隔采用GOOSE點對點跳合閘，跨間隔采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)跳閘。例如：主變保護跳各側(cè)斷路器采用GOOSE點對點跳閘，主變保護跳各側(cè)母聯(lián)（分段）斷路器采用GOOSE網(wǎng)路跳閘。3/2接線的邊斷路器失靈保護跳相鄰斷路器通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)接入母線保護和中斷路器智能終端跳相關(guān)斷路器；母線故障主變開關(guān)失靈聯(lián)跳主變中低壓側(cè)，3/2接線的斷路器失靈保護和并聯(lián)電抗器保護啟動遠跳等采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。2.繼電保護之間的聯(lián)閉鎖、失靈啟動等信息宜采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。例如：線路保護、主變保護、母聯(lián)保護啟動斷路器失靈保護；主變保護解除失靈保護復壓閉鎖；主變保護閉鎖備自投；3/2接線的線路保護啟動邊斷路器和中斷路器重合閘等采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。3.斷路器位置接點經(jīng)點對點和網(wǎng)絡(luò)傳輸，本間隔采用GOOSE點對點方式，間隔間采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)方式。4.在證實網(wǎng)絡(luò)方式跳閘確實可靠之前，母差保護跳閘應(yīng)采用GOOSE點對點方式。第61頁/共93頁62四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則4.4

220kV及以上電壓等級繼電保護系統(tǒng)應(yīng)遵循雙重化配置原則，每套保護系統(tǒng)裝置功能獨立完備、安全可靠。雙重化配置的兩個過程層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)遵循完全獨立的原則。釋義220kV及以上電壓等級繼電保護裝置應(yīng)遵循雙重化配置原則。雙重化配置保護對應(yīng)的過程層合并單元、智能終端均應(yīng)雙重化配置（包括主變中低壓側(cè)）。過程層網(wǎng)絡(luò)按電壓等級組網(wǎng)。雙重化配置的保護及過程層設(shè)備，第一套接入過程層A網(wǎng)，第二套接入過程層B網(wǎng)。為防止相互干擾，兩網(wǎng)之間應(yīng)完全獨立。第62頁/共93頁63四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則4.4

220kV及以上電壓等級繼電保護系統(tǒng)應(yīng)遵循雙重化配置原則，每套保護系統(tǒng)裝置功能獨立完備、安全可靠。雙重化配置的兩個過程層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)遵循完全獨立的原則。舉例合并單元1智能終端1線路保護1GOOSE交換機1SV交換機1合并單元2智能終端2線路保護2GOOSE交換機2SV交換機2第63頁/共93頁64四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則4.4

220kV及以上電壓等級繼電保護系統(tǒng)應(yīng)遵循雙重化配置原則，每套保護系統(tǒng)裝置功能獨立完備、安全可靠。雙重化配置的兩個過程層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)遵循完全獨立的原則。舉例特別說明母聯(lián)保護3/2接線斷路器保護第64頁/共93頁65四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則變電站間隔較多時可以采用分布式母線保護：間隔較多時采用集中式母線保護，裝置光以太網(wǎng)接口較多，發(fā)熱問題較突出；分布式方案將網(wǎng)絡(luò)接口分散到主、子單元中。分布式保護是面向間隔，由若干單元裝置組成，功能分布實現(xiàn)。主單元可安裝于室內(nèi)，子單元就地安裝（滿足就地安裝條件）。分布式母線保護子單元n子單元1子單元2母線保護主單元-----舉例光纖點對點第65頁/共93頁66四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則變壓器非電量保護：非電量保護采用就地直接電纜跳閘，信息通過本體智能終端上送至過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)，再經(jīng)測控裝置上送至站控層MMS網(wǎng)絡(luò)。非電量保護和本體智能終端分別配置。第66頁/共93頁67四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則4.13110kV及以下電壓等級宜采用保護測控一體化設(shè)備。110kV線路保護單套配置，推薦采用保護測控一體化設(shè)備(外橋接線除外)。110kV變壓器電量保護宜按雙套配置，不采用測控一體化設(shè)備。220kV保護雙重化配置，由于涉及到測控雙重化配置/數(shù)據(jù)源切換等問題，不宜采用測控一體化設(shè)備。釋義第67頁/共93頁6866kV、35kV及以下間隔保護66kV、35kV及以下間隔保護：5.8.b） 當采用開關(guān)柜方式時，保護裝置安裝于開關(guān)柜內(nèi)，不宜使用電子式互感器；5.8.c） 當使用電子式互感器時，每個間隔的保護、測控、智能終端、合并單元功能宜按間隔合并實現(xiàn)；當采用戶內(nèi)開關(guān)柜方式時：保護裝置安裝在開關(guān)柜內(nèi)，采用保護測控合一裝置，不宜采用電子式互感器。當采用戶外敞開式布置時：使用電子式互感器時，采用保護測控合一裝置，保護、測控、智能終端、合并單元功能整合到同一裝置內(nèi)。釋義第68頁/共93頁6966kV、35kV及以下間隔保護66kV、35kV及以下間隔保護：5.8.d） 跨間隔開關(guān)量信息交換可采用過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸。間隔間的信息交互原則：低壓間隔間的聯(lián)閉鎖信息通過GOOSE實現(xiàn)，可采用GOOSE和MMS合一方案。主變保護閉鎖備自投實現(xiàn)方案：由于主變保護跳閘通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，低壓備自投一般采用GOOSE和MMS合一方案，因此需要將站控層的MMS網(wǎng)和低壓側(cè)的MMS＋GOOSE網(wǎng)合一。釋義第69頁/共93頁70四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則4.14智能變電站應(yīng)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將保護信息上送至站控層，集成斷路器變位動作信息、保護裝置、故障錄波等數(shù)據(jù)以及電子式互感器、MU、智能終端的狀態(tài)信息和變電站監(jiān)控信息，最終實現(xiàn)變電站故障信息綜合分析決策。站控層宜建立站內(nèi)全景數(shù)據(jù)統(tǒng)一信息平臺，供各子系統(tǒng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準化規(guī)范化存取訪問以及和調(diào)度等其他系統(tǒng)進行標準化交互。本條的實質(zhì)是對子站的要求，將故障信息系統(tǒng)子站整合在監(jiān)控系統(tǒng)中，將對安全分區(qū)產(chǎn)生一定影響。故障信息系統(tǒng)子站系統(tǒng)要遵循安全分區(qū)的規(guī)定。釋義第70頁/共93頁71四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則與常規(guī)保護在配置上的區(qū)別220kV母聯(lián)（分段）保護雙重化配置、3/2接線斷路器保護雙重化配置。過電壓及遠跳就地判別功能應(yīng)集成在線路保護裝置中。短引線保護功能可集成在邊斷路器保護中，也可獨立獨立設(shè)置。母線保護可采用分布式保護。釋義第71頁/共93頁725.1.a)220kV及以上電壓等級的繼電保護及與之相關(guān)的設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)按照雙重化原則進行配置，雙重化配置的繼電保護應(yīng)遵循以下要求。兩套保護的電壓（電流）采樣值應(yīng)分別取自相互獨立的MU。雙重化配置的MU應(yīng)與電子式互感器兩套獨立的二次采樣系統(tǒng)一一對應(yīng)。雙重化配置保護使用的GOOSE（SV）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)遵循相互獨立的原則，當一個網(wǎng)絡(luò)異常或退出時不應(yīng)影響另一個網(wǎng)絡(luò)的運行。兩套保護的跳閘回路應(yīng)與兩個智能終端分別一一對應(yīng)；兩個智能終端應(yīng)與斷路器的兩個跳閘線圈分別一一對應(yīng)。雙重化的兩套保護及其相關(guān)設(shè)備（電子式互感器、MU、智能終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、跳閘線圈等）的直流電源應(yīng)一一對應(yīng)。釋義四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則第72頁/共93頁73電子式互感器內(nèi)應(yīng)由兩路獨立的采樣系統(tǒng)進行采集，每路采樣系統(tǒng)應(yīng)采用雙A/D系統(tǒng)，接入MU，每個MU輸出兩路數(shù)字采樣值由同一路通道進入一套保護裝置。四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則第73頁/共93頁74四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則第74頁/共93頁756.1.7保護裝置應(yīng)采取措施，防止輸入的雙A/D數(shù)據(jù)之一異常時誤動作。防止雙A/D數(shù)據(jù)之一異常，導致保護的誤動的措施一般采用兩路數(shù)據(jù)相互校驗方式，也可采用一路作為啟動、一路邏輯運算方式。釋義四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則第75頁/共93頁766.1.1線路縱聯(lián)保護、母線差動保護、變壓器差動保護應(yīng)適應(yīng)常規(guī)互感器和電子式互感器混合使用的情況。常規(guī)互感器和電子式互感器的主要區(qū)別：電磁式互感器存在CT飽和問題，而電子式互感器不存在此問題。常規(guī)互感器傳輸無延時，而電子式互感本身有延時?；ジ衅骰旌鲜褂檬遣豢杀苊獾?，差動保護應(yīng)采取措施防止互感器混合使用導致保護不正確動作。（采樣同步；抗飽和）釋義四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則第76頁/共93頁776.1.5保護裝置應(yīng)處理MU上送的數(shù)據(jù)品質(zhì)位（無效、檢修等），及時準確提供告警信息。在異常狀態(tài)下，利用MU的信息合理地進行保護功能的退出和保留，瞬時閉鎖可能誤動的保護，延時告警，并在數(shù)據(jù)恢復正常之后盡快恢復被閉鎖的保護功能，不閉鎖與該異常采樣數(shù)據(jù)無關(guān)的保護功能。接入兩個及以上MU的保護裝置應(yīng)按MU設(shè)置“MU投入”軟壓板。詳細規(guī)定了保護裝置對MU數(shù)據(jù)異常數(shù)據(jù)的處理原則。按MU設(shè)置“MU投入”軟壓板的目的主要是為了方便單個MU的投退。（方便檢修）釋義四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則第77頁/共93頁786.1.8除檢修壓板可采用硬壓板外，保護裝置應(yīng)采用軟壓板，滿足遠方操作的要求。檢修壓板投入時，上送帶品質(zhì)位信息，保護裝置應(yīng)有明顯顯示（面板指示燈和界面顯示）。參數(shù)、配置文件僅在檢修壓板投入時才可下裝，下裝時應(yīng)閉鎖保護。保護裝置一般只設(shè)檢修硬壓板，其余均為軟壓板。當該壓板投入時，其他裝置收到保護信息，視為無效數(shù)據(jù)。釋義四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則第78頁/共93頁796.1.11保護裝置應(yīng)具備MMS接口與站控層設(shè)備通信。保護裝置的交流電流、交流電壓及保護設(shè)備參數(shù)的顯示、打印、整定應(yīng)能支持一次值，上送信息應(yīng)采用一次值。6.1.12保護裝置內(nèi)部MMS接口、GOOSE接口、SV接口應(yīng)采用相互獨立的數(shù)據(jù)接口控制器接入網(wǎng)絡(luò)。6.1.13保護裝置應(yīng)具備通信中斷、異常等狀態(tài)的檢測和告警功能。11條要求保護支持一次值，難點是測試儀不支持一次值，存在一次值和二次值切換問題。(數(shù)字式測試儀)12條再次強調(diào)了接入不同網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)接口控制器應(yīng)相互獨立。釋義四、繼電保護技術(shù)原則和配置原則第79頁/共93頁806.4.6

MU輸出應(yīng)能支持多種采樣頻率，用于保護、測控的輸出接口采樣頻率宜為4000Hz。6.4.7若電子式互感器由MU提供電源，MU應(yīng)具備對激光器的監(jiān)視以及取