智能变电站相关技术介绍 2010年5月 武汉 主要内容 电子式互感器/合并单元 2 智能终端 3 智能变电站的优势 1 IEC 61850标准 4 时钟同步 5 1 智能变电站的优势 智能变电站是智能电网的重要内容 智能变电站对智能电 网的建设将起到先驱 作用 智能 电网 输电发电 变电 配电 调度 用电 变电领域的发展重点 是智能变电站 1 智能变电站的优势 变电站综合自动化智能变电站 变电站层 间隔层 过程层 微机保护/微机测控 计算机监控系统 新型电子式互感器 数字化一次设备 网络IEC 61850-8 网络IEC 61850-9 一次设备 计算机监控系统 微机保护/微机测控 电磁式互感器 网络 103规约 电缆 光纤代替电缆，设计安装调试都变得简单 模拟量输入回路和开关量输入输出回路都被通信 网络所取代，二次设备硬件系统大为简化 统一的信息模型，避免了规约转换，信息可以充 分共享 可观测性和可控性增强，产生新型应用：如状态 监测、站域保护控制 1 智能变电站的优势 1 智能变电站的优势 交流输入模件 变换 微计算机 开入开出模件 人机对话模件 端子箱 继电保护 电缆 电缆 1 智能变电站的优势 交流输入模件 变换 微计算机 智能终端 人机对话模件 合并单元 高速以太网通信 一次设备的数字化改变了继电保护设备的结构 继电保护 1 智能变电站的优势 3）新体系结构合并 单元 智能 终端 SVGOOSE 1）新装置、新设备 电子式互感器、合并单元 智能终端、交换机等 2）新标准 继电保护系统、通信网络结构 IEC 61850标准、IEEE 1588 监控主机 MMS 4）新功能与新应用 智能变电站的本质特征 过程设备的数字化 信息传输的网络化 电子式互感器/合并单元 智能终端 IEC 61850标准 网络通信技术 1 智能变电站的优势 主要内容 电子式互感器/合并单元 2 智能终端 3 智能变电站的优势 1 IEC 61850标准 4 时钟同步 5 2.1 电子式互感器/合并单元 绝缘问题：绝缘困难，含油有爆炸危险，造价高 测量准确问题：含铁芯，具有非线性特性，存在饱和问题 ，不能反映系统故障时非周期性分量；频带响应特性较差， 频带窄 信号输出问题：模拟电信号（1A/5A，100V/57.7V） 运行安全问题：电压互感器不能短路，电流互感器不能开 路，电压互感器存在铁磁谐振问题 传统电磁式互感器的缺点 电子式电流互感器（各种名称） 铁心线圈低功率电流互感器（有源） 罗可夫斯基空心线圈电流互感器（有源） 光学电流互感器（无源） 名称 铁心线圈低功率 电流互感器 罗可夫斯基空心 线圈电流互感器 光学电流互感器 传感原理 电磁感应原理 （互感） 电磁感应原理（ 自感） 磁旋光效应原理 信号变换强电/弱电强电/弱电强电/光信号 2 电子式互感器/合并单元 B 铁芯线圈 电流I RRb 电流-电压转换器 高阻 VS 铁心线圈低功率电流互感器 VS 与被测电流 I 成正比 2 电子式互感器/合并单元 2 电子式互感器/合并单元 传统电磁式电流互感器 I/I变换 具备低功率输 入接口的设备 铁心线圈低功率电流互感器 I/V变换 对电磁式电流互感器的改进 罗可夫斯基空心线圈电流互感器 2 电子式互感器/合并单元 空心线圈的感应电压与被测电流的导 数成正比（ Rogowski，1912年） 被测电流线圈感应电压 B 空心线圈 电流 I 普通光 起偏器 偏振光 磁光材料 磁场 B 检偏器 Faraday旋光角 2 电子式互感器/合并单元 光学电流互感器 法拉第磁旋光效应 （1846年） 入射光 出射光 电流 旋转角与电流I成正比关系 I I 磁光玻璃 光纤 高压侧 光纤 高压侧 空心线圈 （或铁心线圈） 低压侧 低压侧 低电压信号需 要就地数字化 有源型电流互感器无源型电流互感器 A/D、积分器 等需要供电！ 2 电子式互感器/合并单元 2 电子式互感器/合并单元 有源电子式互感器的供电方式 功电方式供电原理主要缺点 CT供电 利用特殊CT从母线上感应电压，经 整流、滤波、稳压后供电 散热（大电流） 死区（小电流） 电容分压供电 利用电容分压，经整流、滤波、稳 压后供电 电气隔离 激光供电 低压侧通过光纤传输光能，由光电 池将光能专为电能（最大功率1W） 能量有限/ 成本/寿命 组合供电 CT供能（或电容分压供电） +激光供电 供能系统复杂 切换问题 2 电子式互感器/合并单元 光学电流互感器存在的问题 该比例系数（维尔德常数）是温度和光源工作波长的函数 温度对精度的影响 LED发光二极管老化 信号处理技术（自适应补偿） 保证驱动电流恒定 对策： 光源工作波长是温度和驱动电流的函数 2 电子式互感器/合并单元 分压型电压互感器（有源） 电子式电压互感器 阻容分压电容分压电阻分压 R1 R2 Usr 与常规电容式电压互感器原理相同，输出电压不超过5V 光学电压互感器（无源） 线偏振光通过有电场作用的Pockels晶体时，折射成两 束线偏振光，两者相位差正比与被测电压 2 电子式互感器/合并单元 Pockels效应（1893年） 合并单元 2 电子式互感器/合并单元 合并单元 MU ECT EVT 其他MU Ia，Ib，Ic（保护） Ia，Ib，Ic（测量） 3Io Ua，Ub，Uc，3Uo 母线电压 多路电流电压信号的采集与处理主要功能： 电流电压信号同步 报文处理和发送 IEC 60044-8 IEC 61850-9-2 保护 测控 计量 录波 SV报文 点对点或 交换式以太网 2 电子式互感器/合并单元 有源电子式电流互感器 2 电子式互感器/合并单元 无源电子式电流互感器 2 电子式互感器/合并单元 线圈、A/D、采集模块和合并单元的双重化配置 保护线圈1，2 计量线圈 光纤至 合并单元1 光纤至 合并单元2 电源 电源 2 电子式互感器/合并单元 传感原理的变化：变压器原理 VS 光学原理等 有源：强电/弱电变换，高压侧需要电源 无源：电/光变换，高压侧无需电源 电子式互感器的配置：线路EVT可按三相配置 合并单元的作用：采集、同步、共享 合并单元的配置：基本按照互感器组配置，例外 小结 比较项目传统电磁式互感器电子式互感器 绝缘复杂、造价高简单、造价低 测量 有磁饱和、频带窄 精度与二次回路负载有关 无磁饱和、频带宽 二次回路负载不受限制 信号输出 模拟量数字量、可共享 运行安全 CT不能开路，VT不能短路 ，VT易产生铁磁谐振 无此类问题 2 电子式互感器/合并单元 电子式互感器与传统电磁式互感器的比较 主要内容 电子式互感器/合并单元 2 智能终端 3 智能变电站的优势 1 IEC 61850标准 4 时钟同步 5 3 智能终端 智能终端的主要功能 智能终端 GOOSE 网 GOOSE 点对点 硬接点 2）上传开关刀闸位置信号 一次设备的数字接口： 1）接收保护动作信息/ 分合闸信号/控制信号 接收各种对一次设备 的操作命令 3 智能终端 智能控制功能 系统故障时快速开断，其它情况低速开断，提高寿命 选相分闸：各相在各自的电流过零点依次分闸，提高开断 能力 集成检同期和自动重合闸功能（试探自适应） 智能终端应具备的附加功能 状态监视与状态检修 跳闸回路的完好性，弹簧储能，气体压力，线圈监视等 状态评估/故障预报/检修计划 主要内容 电子式互感器/合并单元 2 智能终端 3 智能变电站的优势 1 IEC 61850标准 4 时钟同步 5 4 IEC 61850标准 IEC 61850标准的内容框架 建模方法 7-4 逻辑节点 物理设备 逻辑设备 数据对象 数据属性 7-1 5 信息模型信息服务模型 公共数据类 7-3 模板 7-2 面向变电站层的通信 面向过程层的通信 8-1 9-1/9-2 设备与系统的描述6 MMS报文 SV报文 GOOSE报文 8-1 4 IEC 61850标准 IEC 61850模型与103模型 103模型： 点表形式，按照索引号进 行访问 IEC 61850模型： 面向对象的分层模型，按 照分层对象名称进行访问 列表表示圆上每 一个点的坐标 给出圆心坐标和 半径，方程表示 O(x1,y1) R 4 IEC 61850标准 功能类型 信息序号 信息元素集 信息体时标 信息体 标识符 公共地址 传送原因 可变结构限定词 类型标识 数据单元 类型 : 传送带标志的状态变位 : 自发（突发） : 线路保护 : 距离保护I段出口256个语义 : 距离保护II段出口 : 距离保护III段出口 103模型：线性模型 数据属性 逻辑节点 数据对象 逻辑设备 物理设备 4 IEC 61850标准 PHD LD LN DO DA 实际的保护装置 公用/保护/测量/控制/录波 Str Op 保护动作 保护启动 general phsA phsB phsC 是否动作（总） A相是否动作 B相是否动作 C相是否动作 接地距离I段：PDIS1 接地距离II段：PDIS2 接地距离III段：PDIS3 1 1 0 0 分层模型 4 IEC 61850标准 IEC 61850的模型框架 逻辑节点类 LN 物理设备 PHD 逻辑设备 LD 数据对象类 DO 数据属性 DA公共数据类 CDC 模板 29个 500多个 92个 公共LD：装置告警/装置自检信息 保护LD：保护启动/保护动作/定值/压板信息 测量LD：交流量/直流量 控制及开入LD：断路器/刀闸/变压器分接头 录波LD：录波信息 逻辑节点组组代号 系统逻辑节点（System Logical Node）L 继电保护功能（Protection Function）P 继电保护相关功能（Protection Related Function）R 监视控制（Supervisory Control）C 通用引用（Generic Reference）G 接口和存档（Interfacing and Archiving）I 自动控制（Automatic Control）A 计量和测量（Metering and Measurement）M 开关（Switchgear）X 仪用变压器（Instrument Transformer）T 电力变压器（Power Transformer）Y 未来电力系统设备（Future Power System Equipment）Z 4 IEC 61850标准 4 IEC 61850标准 距离保护逻辑节点模板：PDIS（1/2） 数据对象名CDC类型说明 Str PctRch Ofs 启动 范围百分比 偏移 ACD ASG ASG PoRch欧姆圆直径ASG PhStr相启动值ASG GndStr对地启动值ASG DirMod方向模式ING AngLod负荷区域角度ASG Op动作ACT pctOfs RisLod 偏移百分比 负荷区域电阻范围 ASG ASG M/O M O O O O O O O M O O ACD：方向保护激活 ACT：保护激活 ASG：模拟定值 ING：整数状态定值 4 IEC 61850标准 距离保护逻辑节点模板：PDIS（2/2） 数据对象名CDC类型说明 动作时间延迟 线路阻抗角 OpDlTmms LinAng ING ASG 相间故障动作时间延时PhDlTmmsING 单相故障动作时间延时模式GndDlModSPG 单相故障动作时间延时GndDlTmmsING 线路正序阻抗X1ASG 零序补偿系数角K0FactAngASG 相间故障动作延时模式PhDlModSPG 零序补偿系数K0K0FactASG TmDlMod动作时间延迟模式SPG 复归延时RsDlTmmsING M/O O O O O O O O O O O O ASG：模拟定值ING：整数状态定值SPG：单点状态定值 4 IEC 618