智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范介紹

智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范介紹第1頁/共79頁目錄技術(shù)規(guī)范概況1基本概念和術(shù)語2技術(shù)規(guī)范基本原則32第2頁/共79頁3

技術(shù)規(guī)范概況1

技術(shù)規(guī)范概況1第3頁/共79頁智能電網(wǎng)建設(shè)思路發(fā)展基礎(chǔ)體系技術(shù)支撐體系智能應(yīng)用體系標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系一個目標(biāo)三個階段兩條主線四個體系五個內(nèi)涵構(gòu)建以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強的智能化電網(wǎng)技術(shù)上實現(xiàn)信息化、自動化、互動化管理上實現(xiàn)集團(tuán)化、集約化、精益化、標(biāo)準(zhǔn)化2009-2011年：規(guī)劃試點階段2012-2015年：全面建設(shè)階段2016-2020年：引領(lǐng)提升階段堅強可靠、經(jīng)濟(jì)高效清潔環(huán)保、靈活互動、友好開放智能電網(wǎng)發(fā)展的需求4第4頁/共79頁5國調(diào)中心各網(wǎng)、省調(diào)繼電保護(hù)專業(yè)國網(wǎng)繼電保護(hù)專家組成員智能變電站繼電保護(hù)工作組成員組織總結(jié)分析智能變電站運行經(jīng)驗討論智能變電站繼電保護(hù)及相關(guān)設(shè)備技術(shù)應(yīng)用原則討論智能變電站繼電保護(hù)及相關(guān)設(shè)備配置要求討論智能變電站繼電保護(hù)及相關(guān)設(shè)備實施方案形成《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》目的貫徹落實國家電網(wǎng)公司建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略，促進(jìn)和規(guī)范智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)應(yīng)用工作。編制目的第5頁/共79頁《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》

（Q/GDW383-2009）細(xì)化、補充和完善從指導(dǎo)工程應(yīng)用的角度繼電保護(hù)在功能上是統(tǒng)一的整體，需要一次設(shè)備、二次回路、通道、保護(hù)裝置之間的配合協(xié)調(diào)，發(fā)揮其整體性能。依據(jù)可靠性、選擇性、靈敏性、速動性遵循繼電保護(hù)的性能和智能化水平提高實現(xiàn)6編制的主要原則第6頁/共79頁目次前言正文附錄1范圍2規(guī)范性引用文件3術(shù)語和定義4總則5繼電保護(hù)及相關(guān)設(shè)備配置原則6繼電保護(hù)裝置及相關(guān)設(shè)備技術(shù)要求7繼電保護(hù)信息交互原則8繼電保護(hù)就地化實施原則附錄A、B、C、D7規(guī)范結(jié)構(gòu)和內(nèi)容第7頁/共79頁智能變電站繼電保護(hù)及相關(guān)設(shè)備

技術(shù)原則規(guī)定了110kV（66kV）及以上電壓等級

新建、改（擴）建智能變電站適用于智能變電站繼電保護(hù)及相關(guān)設(shè)備可采用

全部或相應(yīng)部分說明不包括

特高壓變電站8規(guī)范適用范圍第8頁/共79頁本標(biāo)準(zhǔn)針對智能變電站的特點，重點規(guī)范了繼電保護(hù)配置原則、技術(shù)要求、信息交互以及電子式互感器、合并單元等相關(guān)設(shè)備配置原則及技術(shù)要求。規(guī)范重點內(nèi)容9第9頁/共79頁

基本概念和術(shù)語210第10頁/共79頁

智能變電站定義采用先進(jìn)、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(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、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。第11頁/共79頁12數(shù)字化變電站發(fā)展趨勢？第12頁/共79頁IF1：間隔層和站層之間交換保護(hù)數(shù)據(jù)IF2：間隔層和遠(yuǎn)方保護(hù)之間交換保護(hù)數(shù)據(jù)IF3：間隔層之間交換數(shù)據(jù)如保護(hù)和控制設(shè)備間IF4：間隔層和過程層之間交換采樣數(shù)據(jù)IF5：間隔層和過程層之間交換控制數(shù)據(jù)IF6：間隔層和站層之間交換控制數(shù)據(jù)IF7：站層和遠(yuǎn)方工程師之間交換數(shù)據(jù)IF8：間隔層之間直接快速交換數(shù)據(jù)，如聯(lián)鎖IF9：站層之間交換數(shù)據(jù)IF10：站層和遠(yuǎn)方控制中心之間交換數(shù)據(jù)變電站自動化系統(tǒng)的接口1－10

技術(shù)服務(wù)

遠(yuǎn)程控制(NCC)

控制.保護(hù).

功能.A

功能.B

保護(hù).

控制.

傳感器

操作機構(gòu)

間隔級

站級過程級

HV設(shè)備

遠(yuǎn)方保護(hù)

過程接口

1,633981,6224,54,5710遠(yuǎn)方保護(hù)

第13頁/共79頁14IEC61850標(biāo)準(zhǔn)制定的目標(biāo)自由配置

標(biāo)準(zhǔn)支持不同的原理并允許自由定位各功 能模塊，標(biāo)準(zhǔn)可同等地支持集中式的 系統(tǒng)（RTU）及分布式的系統(tǒng)（SCS）。互操作性

不同供貨商之智能電子設(shè)備互相交換信息 并使用這些信息實現(xiàn)設(shè)備本身功能的能力。

長期的穩(wěn)定性

標(biāo)準(zhǔn)必須經(jīng)得住未來的考驗，標(biāo)準(zhǔn)必需與

通訊技術(shù)的發(fā)展同步并滿足不斷演進(jìn) 的系統(tǒng)要求。第14頁/共79頁IED智能電子設(shè)備Request（要求）Response（響應(yīng)）Event（事件）具有可訪問的數(shù)據(jù)模型什么需要交換

(IEC61850-7-3&4)怎樣進(jìn)行交換

(IEC61850-7-2)由同一供貨商及不同供貨商所提供的IED具有相互交換信息并使用這些信息正確的執(zhí)行特定的功能目標(biāo)一：互操作性15第15頁/共79頁硬結(jié)線及點對點鏈路網(wǎng)關(guān)控制控制保護(hù)控制保護(hù)高壓設(shè)備高壓設(shè)備站級間隔級過程級目標(biāo)二：自由配置（通訊）16第16頁/共79頁分立的站級總線網(wǎng)絡(luò)及過程總線網(wǎng)關(guān)控制控制保護(hù)控制保護(hù)高壓設(shè)備高壓設(shè)備站級間隔級過程級目標(biāo)二：自由配置（通訊）17第17頁/共79頁保護(hù)及測控合一的智能設(shè)備IHMI人機界面站級操作平臺CSWI開關(guān)控制器保護(hù)與測控PDIS距離保護(hù)XCBR斷路器斷路器TCTR電流互感器TVTR電壓互感器集成傳感器目標(biāo)二：自由配置（IED功能）18第18頁/共79頁分立的保護(hù)及智能斷路器IHMI人機界面站級操作平臺保護(hù)PDIS距離保護(hù)XCBR斷路器斷路器及控制TCTR電流互感器TVTR電壓互感器集成傳感器CSWI開關(guān)控制器目標(biāo)二：自由配置（IED功能）19第19頁/共79頁應(yīng)用領(lǐng)域變電站通訊技術(shù)技術(shù)的變化！慢快標(biāo)準(zhǔn)化所面臨的問題標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案ISO/OSI7層棧7654321數(shù)據(jù)模型對象服務(wù)應(yīng)用開關(guān)設(shè)備保護(hù)及控制命令、事件、報警…通訊信息、報文、框架…分開！目標(biāo)三：長期的穩(wěn)定性20第20頁/共79頁系統(tǒng)概貌1介紹和概述2術(shù)語3總體要求4系統(tǒng)和項目管理5功能的通信要求和設(shè)備模型數(shù)據(jù)模型

變電站和饋線設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu)7-4兼容邏輯節(jié)點類和數(shù)據(jù)類7-3公用數(shù)據(jù)類抽象通信服務(wù)變電站和饋線設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu)7-2抽象通信服務(wù)接口(ACSI)7-1原理和模型配置6變電站自動化系統(tǒng)配置描述語言映射到實際通信網(wǎng)絡(luò)8-1映射到MMS和ISO/IEC8802-39-1通過單向多路點對點串行通信鏈路采樣值9-2ISO8802-3之上的采樣值測試10一致性測試IEC61850標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容21第21頁/共79頁棧選擇跟隨快速發(fā)展先進(jìn)的通訊技術(shù)每一選擇的棧棧接口客戶端

–服務(wù)器

通訊GOOSESV采樣數(shù)據(jù)應(yīng)用(對象,服務(wù))慢速變化應(yīng)用

領(lǐng)域

變電站抽象接口長期的定義保障投資以太網(wǎng)鏈路層以太網(wǎng)物理層（具有優(yōu)先權(quán)標(biāo)識）

實時性要求IPTCPMMS快速變化通訊技術(shù)映射適應(yīng) 棧映射MappingToStack(8-1,9-2)IEC61850建模22第22頁/共79頁功能（FC）邏輯節(jié)點（LN）、物理設(shè)備（PD）、邏輯連接（LC）、物理連接（PC）功能分為三層：站層、間隔層、過程層同一功能可以分布在不同廠家提供的物理設(shè)備之間功能與物理設(shè)備無關(guān)，可以在物理設(shè)備上自由分布邏輯節(jié)點可以理解為功能分解的最小單位邏輯節(jié)點之間的連接稱為邏輯連接一個物理連接可以包含多個邏輯連接23IEC61850建模第23頁/共79頁功能F、邏輯節(jié)點LN、物理設(shè)備PD、邏輯連接LC、物理連接PC的關(guān)系IEC61850建模24第24頁/共79頁SSD:系統(tǒng)規(guī)范描述文件（SystemSpecificationDescription.XMLdescriptionoftheentiresystem.）SCD:系統(tǒng)配置描述文件（SubstationConfigurationDescription. XMLdescriptionofasinglesubstation.)ICD:IED能力描述文件IED(CapabilityDescription.XMLdescriptionofitemssupportedbyanIED.)CID:IED配置后的描述文件(ConfiguredIEDDescription.XMLconfigurationforaspecificIED.)SCL文件類型第25頁/共79頁采用XML語言描述變電站的配置SSD系統(tǒng)圖組態(tài)工具裝置模板組態(tài)工具ICD系統(tǒng)組態(tài)工具SCD裝置實例組態(tài)工具IEC61850裝置CID全站系統(tǒng)配置文件一次系統(tǒng)配置文件裝置模板配置文件裝置配置IED描述文件第26頁/共79頁傳輸時間的定義Fastmessages

TRIP othersMediumspeedSlowspeedDistributionarea(P1)10ms100ms100ms500msTransmissionarea(P2/P3)3ms20msIEC61850通信要求27第27頁/共79頁Signal8-20msTimeRelay

energizes

contactContactsclosesInput

thresholdreached信號輸出/輸入過程IEC61850通信要求28第28頁/共79頁Signal<20msTimeComm.

modulecreates&

sends

atelegramNetwork

access

andtrans-

missionComm.

module

recieves&

understandsatelegramGOOSE通信<3msIEC61850通信要求29第29頁/共79頁延遲指數(shù)據(jù)幀從源到目的地址所需要的時間存儲轉(zhuǎn)發(fā)最小的延遲等于交換機傳輸一幀所花的時間100M以太網(wǎng)幀收發(fā)延遲從5到120μs不等-與幀長度成比例交換機本身帶來的交換時延在5μs左右服務(wù)品質(zhì)(QoS)將重要報文優(yōu)先傳輸，減少了延遲交換機以太網(wǎng)的時延由以下4部分組成

1)幀收發(fā)時延(LSF)2)交換時延(LSW)3)線路傳輸時延(LWL)4)幀排隊時延(LQ)總的網(wǎng)絡(luò)延遲=∑LSF+LSW+LWL+LQ交換機交換機帶來的延遲第30頁/共79頁10Mbit/s以太網(wǎng)幀收發(fā)時延:64字節(jié)數(shù)據(jù)包 =51.2μs1522字節(jié)數(shù)據(jù)包

=1217.6μs100Mbit/s以太網(wǎng)幀收發(fā)時延:64字節(jié)數(shù)據(jù)包

=5.12μs1522字節(jié)數(shù)據(jù)包

=121.76μs1000Mbit/s以太網(wǎng)幀收發(fā)時延:64字節(jié)數(shù)據(jù)包

=0.512μs1522字節(jié)數(shù)據(jù)包

=12.176μs幀收發(fā)時延(LSF)第31頁/共79頁交換時延(LSW)不同交換機交換時延不同，如RuggedCom交換機的交換時延小于7μs第32頁/共79頁線路傳輸時延(LWL)數(shù)據(jù)在線路上的傳輸?shù)乃俣劝?/3的光速計算如果傳輸距離較長,比如說100KM,時延LWL計算如下LWL

=1x105m/(0.66×3×108m/s)≈500μs第33頁/共79頁平均幀排隊時延可以按以下公式估算LQ

=(網(wǎng)絡(luò)負(fù)載)×LSF(max)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)負(fù)載占網(wǎng)絡(luò)帶寬的百分比LSF(max)存儲轉(zhuǎn)發(fā)最大數(shù)據(jù)幀(1500byte)的收發(fā)時間.舉例,網(wǎng)絡(luò)負(fù)載在25%的情況下平均幀排隊時延為:LQ

=0.25×[12000bits/100Mbps]=30μs幀排隊時延(LQ)第34頁/共79頁最大延遲計算(LTOTAL)如果有N個交換機第35頁/共79頁GOOSE報文的實時性要求GenericObjectOrientedSubstationEvent(GOOSE)報文提供了功能強大的IED到IED的通信機制，進(jìn)行有效且實時的狀態(tài)和參數(shù)交換最嚴(yán)格的要求是Type1ATrip快速報文，總傳輸時間小于3ms，包括兩頭IED的處理時間加網(wǎng)絡(luò)延時傳輸時間=應(yīng)用層到應(yīng)用層，包括IED處理時間+網(wǎng)絡(luò)延遲.第36頁/共79頁GOOSE報文的實時性要求對于大的網(wǎng)絡(luò)，比如由20臺交換機構(gòu)成的100Mbps網(wǎng)絡(luò)，超過2ms可能影響保護(hù)動作GOOSE報文帶有優(yōu)先級HighestClassofService(CoS–IEEE802.1P)inthenetworkGOOSE報文被置于存儲/轉(zhuǎn)發(fā)隊列的前面正在發(fā)送的GOOSE報文不被中斷第37頁/共79頁GOOSE水平通信(peer-to-peer)GOOSE=GenericObjectOrientedSystem-wideEventsStationcomputerStation

gatewayProtectionProcessInterfaceProcessInterfaceProcessInterfaceControlProtectionControlControl&

ProtectionGOOSE38第38頁/共79頁GOOSE報文的格式參數(shù)名參數(shù)類型值/值域/解釋應(yīng)用標(biāo)識配置版本號AppIDConfRevVISIBLESTRING65INT32U時標(biāo)TEntryTime狀態(tài)號（事件計數(shù)器）StNumINT32U序列號（報文計數(shù)器）SqNumINT32U測試標(biāo)識位TestBOOLEAN數(shù)據(jù)集成員1~nGOOSEData[1～n]GOOSE控制塊路徑GoCBRefObjectReference需要重新配置NdsComBOOLEANDatSet數(shù)據(jù)集的路徑ObjectReferenceGOOSE報文第39頁/共79頁數(shù)據(jù)集的概念GndPDIS1GndPDIS2GndPDIS3generalOpPhsAPhsBPhsCgeneralOpPhsAPhsBPhsCgeneralOpPhsAPhsBPhsCGndPDIS1.Op.generalGndPDIS2.Op.generalGndPDIS3.Op.generalGndPDIS1.Op.PhsAGndPDIS1.Op.PhsBGndPDIS1.Op.PhsCGndPDIS2.Op.PhsAGndPDIS2.Op.PhsBGndPDIS2.Op.PhsCGndPDIS3.Op.PhsAGndPDIS3.Op.PhsBGndPDIS3.Op.PhsC數(shù)據(jù)對象100100000000接地距離保護(hù)I段動作跳A相數(shù)據(jù)屬性的集合邏輯節(jié)點數(shù)據(jù)屬性GOOSE報文第40頁/共79頁數(shù)據(jù)集GndPDIS1.Op.general……GndPDIS1.Op.PhsAGndPDIS1.Op.PhsBGndPDIS1.Op.PhsC保護(hù)程序通信程序負(fù)責(zé)刷新數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)的值置1：表示動作置0：表示返回監(jiān)視數(shù)據(jù)集中數(shù)據(jù)值的變化一旦發(fā)生變化就認(rèn)為產(chǎn)生一個事件以特殊的重傳機制發(fā)送GOOSE報文GOOSE報文第41頁/共79頁GOOSE傳輸機制：變時間間隔重復(fù)傳輸事件結(jié)束后以較長的間隔連續(xù)傳輸（1s），以保持通信線路的暢通事件發(fā)生時以較短的間隔連續(xù)傳輸（1ms，2ms，4ms），避免數(shù)據(jù)報文的丟失事件計數(shù)器C1報文計數(shù)器C2C1=8C2=10C1=9C2=0C1=9C2=5保護(hù)動作GOOSE重發(fā)機制第42頁/共79頁保護(hù)程序判斷結(jié)果距離I段動作，跳A相St5Sq8St6Sq0St6Sq1St6Sq2St6Sq3St7Sq0St加1，Sq清零事件發(fā)生時刻St7Sq3St5Sq71024ms1ms1ms2ms1024msSt：事件計數(shù)器Sq：報文計數(shù)器GndPDIS1.Op.generalGndPDIS1.Op.PhsAGndPDIS1.Op.PhsBGndPDIS1.Op.PhsC0000110011001100110000000000保護(hù)程序：刷新數(shù)據(jù)0000通信程序：監(jiān)測數(shù)據(jù)變化/傳輸GOOSE報文000000000000St7Sq1返回時間到St7Sq2St7Sq4事件發(fā)生時刻St加1，Sq清零1ms1ms2msGOOSE重發(fā)機制第43頁/共79頁Normal

TelegramsGOOSEBufferfornormaltelegramsOvertakelaneforIECGOOSEEthernet-SwitchGOOSE通信44第44頁/共79頁IEC61850stationoutgoingfeeders62,5μor50μopticalfibreOSM-switchCentraldevicewith

timesynchronisationincoming

feederopticalelectricalOC-Feed1OC-Feed2OC-Feed3OC-Feed4ANSI

50-1pickedup

IEC

I>pickedupOC-Feed1

50-1pickedup

-F1OC-Feed2

50-1pickedup

–F2OC-Feed3

50-1pickedup

-F3OC-Feed4

ANSI

>Block50-2

IEC

>I>>BlockoutgoingfeederGOOSE舉例45第45頁/共79頁技術(shù)規(guī)范基本原則346第46頁/共79頁智能變電站繼電保護(hù)與站控層信息交互采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，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，電壓電流量可通過傳統(tǒng)互感器或電子式互感器采集。具體應(yīng)用中采用的技術(shù)應(yīng)遵循本標(biāo)準(zhǔn)中與之對應(yīng)的部分。應(yīng)滿足“可靠性、選擇性、靈敏性、速動性”的要求，繼電保護(hù)在功能實現(xiàn)上是統(tǒng)一的整體?；驹瓌t47第47頁/共79頁智能變電站中的電子式互感器的二次轉(zhuǎn)換器（A/D采樣回路）、合并單元、光纖連接、智能終端、過程層網(wǎng)絡(luò)交換機等設(shè)備內(nèi)任一個元件損壞，除出口繼電器外，裝置不應(yīng)誤動作跳閘。基本原則48邏輯保護(hù)電子式互感器第48頁/共79頁保護(hù)應(yīng)直接采樣，是指不經(jīng)過以太網(wǎng)交換機而以點對點連接方式直接進(jìn)行采樣值傳輸?；驹瓌t49線路保護(hù)母線保護(hù)電流合并單元其他保護(hù)SV光纖點對點第49頁/共79頁單間隔的保護(hù)應(yīng)直接跳閘。直接跳閘是指不經(jīng)過以太網(wǎng)交換機而以點對點連接方式直接進(jìn)行跳合閘信號的傳輸。繼電保護(hù)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(hù)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。線路保護(hù)母線保護(hù)智能終端其他保護(hù)GOOSE光纖點對點基本原則50第50頁/共79頁多間隔的保護(hù)（母線保護(hù)）宜直接跳閘，母線保護(hù)、變壓器保護(hù)在接口數(shù)量較多時可采用分布式方案。分布式保護(hù)面向間隔，由若干單元裝置組成，功能分布實現(xiàn)；主單元安裝于室內(nèi)，子單元可就地安裝；可有效解決裝置光以太網(wǎng)接口較多時的發(fā)熱問題。51分布式母線保護(hù)子單元n子單元1子單元2母線保護(hù)主單元-----光纖點對點基本原則第51頁/共79頁220kV及以上電壓等級繼電保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)遵循雙重化原則，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。允許不同電壓等級的SV或GOOSE網(wǎng)絡(luò)通過以太網(wǎng)交換機一一對應(yīng)進(jìn)行連接。110kV及以上電壓等級的過程層SV網(wǎng)絡(luò)、過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)、站控層MMS網(wǎng)絡(luò)應(yīng)完全獨立。智能變電站應(yīng)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將保護(hù)信息上送至站控層，集成動作信息、狀態(tài)信息和變電站監(jiān)控信息，實現(xiàn)變電站故障信息綜合分析決策。基本原則52第52頁/共79頁合并單元1智能終端1線路保護(hù)1GOOSE交換機1SV交換機1合并單元2智能終端2線路保護(hù)2GOOSE交換機2SV交換機2基本原則第53頁/共79頁保護(hù)裝置應(yīng)不依賴于外部對時系統(tǒng)實現(xiàn)其保護(hù)功能。電子式互感器內(nèi)應(yīng)由兩路獨立的采樣系統(tǒng)進(jìn)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(jìn)入一套保護(hù)裝置，以滿足雙重化保護(hù)相互完全獨立的要求。保護(hù)裝置的采樣輸入接口數(shù)據(jù)的采樣頻率宜為4000Hz。54基本原則第54頁/共79頁55基本原則第55頁/共79頁56基本原則第56頁/共79頁57基本原則第57頁/共79頁保護(hù)裝置宜獨立分散、就地安裝，保護(hù)裝置安裝運行環(huán)境應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求。繼電保護(hù)就地化現(xiàn)階段在35kV電壓等級繼電保護(hù)應(yīng)用相對較成熟；110kV及以上電壓等