基于IEC61850全数字化变电站.ppt

基于基于IEC61850的全数字化变电站的全数字化变电站 内容提要内容提要 概述 电子式互感器 智能开关 IEC61850 全数字化保护 系统结构 应用举例 概述概述 问题一：大量复杂的二次电缆û 接地引起误动û 零序电压引起的不正确动作û 母线、失灵保护复杂的二次接线û 信息的重复采集û 电缆遭受电磁干扰和一次设备传输过电压可能引起二 次设备运行异常û 在二次电缆比较长的情况下由电容耦合的干扰可能造成继电保护误动作 概述概述 问题二：互感器û 油浸式电流互感器的爆炸将使变电站一次设备受到较大损坏û CT物理结构上的困难使得它无法精确提供保护和测量需要的大范围量 程(动态范围从<10%In 到2000%In)û 剩磁问题的存在给CT和继电保护的设计带来很大困难û 电容式电压互感器的暂态特性可能造成快速保护的误动作û 超高压系统对互感器的体积、绝缘性能和价格等都是极大的挑战…û 体积大，质量重，安装运输成本高 概述概述 传统变电站自动化系统特征：n 分层分布式机构（两层式）n 站控层与间隔层以太网通信，IEC60870-5-104（103）通信协议n 间隔层与一次设备采用电缆连接硬连线数据采集n 电磁式CT、电容（电磁）式PTn 非智能开关 概述概述传统变电站系统结构： 概述概述 数字化变电站自动化系统特征：n 分层分布式机构（三层式）n IEC61850通信协议，标准化建模n 智能化一次设备－电子式CP/PT、智能开关n 网络化的二次设备n 集成化的应用信息资源，提高运行管理自动化水平 概述概述数字化变电站系统结构： 概述概述传统变电站传统变电站传统变电站传统变电站 智能变电站智能变电站智能变电站智能变电站 新增加的设备新增加的设备新增加的设备新增加的设备 ØECVTECVTØ合并单元合并单元Ø智能单元智能单元Ø交换机交换机Ø同步对时系统同步对时系统Ø网络传输方案网络传输方案 概述概述智能变电站接线组成图智能变电站接线组成图智能变电站接线组成图智能变电站接线组成图新增加的设备新增加的设备新增加的设备新增加的设备替换设备替换设备替换设备替换设备 概述概述 实现数字化意义：技术上ü 可以减少设备的退出次数和退出时间，提高设备的可用性ü 减少自动化设备数量，简化二次接线，提高系统的可靠性ü 设备的维护和更新更加方便，减少投运时间，提高工作效率ü 可以方便变电站的扩建及自动化系统的扩充ü 新功能的实现及性能的提高 概述概述 实现数字化意义：经济上ü 信息在各运行系统之间的共享，减少重复建设和投资ü 减少占地面积，从而减少基建投资ü 减少变电站寿命周期内的总体成本，初期建设成本和运行维护成本 电子式互感器电子式互感器 分类： 电子式互感器电子式互感器A. ROGOWSKI传感器优点：ü 大量程ü 宽频带不足：û 精度一致性较差û 需积分移相@ [适用于大适用于大范围保护范围保护] 电子式互感器电子式互感器 B.纳米晶LPCT传感器e=25.3.Z2.L/(N22.μ.S.K)ü 低功耗ü 高磁导ü 小体积@[适用于高精适用于高精度测量和小范度测量和小范围的保护围的保护] 电子式互感器电子式互感器 电子式互感器工作示意图 电子式互感器电子式互感器 电子式互感器实物图一 电子式互感器电子式互感器 电子式互感器实物图二ECT EVTGIS-VCT 电子式互感器电子式互感器 C. 光学传感器优点：ü 无源ü 抗干扰能力强不足：û 稳定性较差û 补偿和校正复杂@ [适用于高适用于高压和直流压和直流] 电子式互感器电子式互感器 光学互感器工作示意图 电子式互感器电子式互感器 光学互感器实物图 电子式互感器电子式互感器非常规互感器主要优点：n 优良的绝缘性能，造价低n 不含铁心，消除了磁饱和、铁磁谐振等问题n 低压侧无开路高压危险n 暂态响应范围大、频率响应范围宽n 没有因充油而产生易燃、易爆炸等危险n 体积小、重量轻，运输方便n 抗电磁干扰能力强n 具有光学敏感和光纤传输的优点，例如耐腐蚀、耐老化等n 以弱功率数字量输出，非常适合微机保护装置的需要 电子式互感器电子式互感器非常规互感器对二次回路的影响：n光缆本身不存在极性问题，因此，无需校验电流或电压互感器的极性，极性仅仅由安装位置决定。

n不存在绝缘电阻问题，无需测试回路的绝缘电阻n传统互感器采用的是电信号传输方式，任何电路的交叉或错接将使保护装置无法正常工作，采用非常规互感器后，数据的传输均带有标记，确保不会使用错误的数据，无需进行二次回路接线检查，减少了原来繁重的查线工作n由于取消了电通道信号传输，整个二次光缆传输回路是完全绝缘的，没有接地的要求，减少了现场查接地的工作量n传统的互感器由于受容量限制采用非常规互感器后，合并单元是分别输出信号给不同的装置的，只要合并单元的输出接口数量足够，即可满足使用需求，不存在容量要求限制n非常规互感器不存在TA饱和及断线问题，而原来的保护装置对于TA断线和饱和均有不同的检测原理和相应的闭锁逻辑，该部分程序内容可以省略，也就减少了现场针对TA断线和饱和的试验项目 电子式互感器电子式互感器非常规互感器对保护的影响：n促进保护新原理的研究n提高继电保护的可靠性n为保护提供新的功能n提高现场的安全性 合并单元合并单元数字接口站控层100M bit/s 站内以太网总线 IEC61850－8－1 过程层以太网总线 IEC61850－9－2 点对点链接 IEC61850－9－1 测控A保护A 保护B测控B保护C 保护D合并单元合并单元 合并单元合并单元合并单元传感器特有特征常规或非常规互感器传输的电压和电流信号合并单元A/D转换重采样同步转换为IEC61850规约IEC61850采样数据报时间同步与传感器无关的公共标准数据流 合并单元合并单元许继合并单元 合并单元合并单元合并单元：IEC61850-9-1点对点链接 合并单元合并单元合并单元：IEC61850-9-2L2 保护L1 保护L1 中性点电流L3 测量L3 保护L2 测量L1 测量L2 L3 中性点电压零序电压同步、监测、测试、配置可选:二进制输入LAN 以太网测控保护合并单元信号处理器智能开关智能开关 智能化操作功能的断路器：n 由电力电子技术、数字化控制装置组成执行单元，代替常规 机 械结构的辅助开关和辅助继电器。

可按电压波形控制跳、合闸角度，精确控制跳、合闸过程的时间，减少瞬时过电压幅值n 断路器操作所需的各种信息由装在断路器设备内的数字化控制装置直接处理，使断路器装置能独立地执行其当地功能，而不依赖于变电站级的控制系统n 新型传感器与数字化控制装置相配合，独立采集运行数据，可检测设备缺陷和故障，在缺陷变为故障之前发出报警信号，以便采取措施避免事故发生n 断路器具有数字化接口，可收发GOOSE消息以实现开关控制智能开关智能开关 国内外现状：n ABBABB：插接式开关系统：插接式开关系统PASS(Plug&Switch System) PASS(Plug&Switch System) 采用了智能化传感器技术和微处理技术，通过数字通信实现对设备的监测、诊断、采用了智能化传感器技术和微处理技术，通过数字通信实现对设备的监测、诊断、过程监视和站内计算机监控通过智能软件分析可确定出设备的运行状况过程监视和站内计算机监控通过智能软件分析可确定出设备的运行状况PASSPASS中安中安装了装了电子式互感器电子式互感器通过高速现场总线传送数字化的电流电压信号通过高速现场总线传送数字化的电流电压信号n 三菱：三菱：MITSMITS智能化开关产品智能化开关产品 以无铁芯电流互感器和分压式电压互感器取代了常规电流互感器和电压互感器，配合以无铁芯电流互感器和分压式电压互感器取代了常规电流互感器和电压互感器，配合使用同步相位控制器和复合传感器，可以实现智能化变电站的全数字化要求使用同步相位控制器和复合传感器，可以实现智能化变电站的全数字化要求n SIEMENSSIEMENS：综合开关设备：综合开关设备HIS(Highly Integrated Switchgear)HIS(Highly Integrated Switchgear)采用了智能模块对断路器的相关参数进行监视，并通过高速现场总线传输到变电站层采用了智能模块对断路器的相关参数进行监视，并通过高速现场总线传输到变电站层作进一步的分析作进一步的分析n 平高：平高： GISGIS开关开关通过对其内部多种状态参数的采集和结果的分析处理，完成状态信息和分析结果的显通过对其内部多种状态参数的采集和结果的分析处理，完成状态信息和分析结果的显示以及相应的控制操作示以及相应的控制操作 电子式互感器电子式互感器许继智能接口单元智能开关智能开关示例： 系统结构系统结构三层分布式结构 系统结构系统结构逻辑接口说明功能层及逻辑接口总线过程层间隔层变电站层IF4过程层和间隔层之间PT和CT暂态数据交换●●过程总线IF5过程层和间隔层之间控制数据交换●●IF3间隔层内数据交换●变电站总线IF8间隔之间直接数据交换●IF1间隔层和变电站层之间保护数据交换●IF6间隔和变电站层之间控制数据交换●IF9变电站层内数据交换●IF7变电站层与远方工程师办公室数据交换● 系统结构系统结构星型（Star）控制中心人机接口工程师站以太网交换机间隔测控保护A保护B间隔测控保护A保护B常规断路器常规CT/PT常规断路器常规CT/PT路由器 系统结构系统结构环形（Ring）控制中心人机接口工程师站间隔测控保护A保护B间隔测控保护A保护B常规断路器常规CT/PT常规断路器常规CT/PT路由器环形以太网 系统结构系统结构变电站总线（Star）+过程总线（9-1）控制中心人机接口工程师站间隔测控保护A保护B间隔测控保护A保护B常规断路器电子式CT/PT常规断路器电子式CT/PT以太网交换机 系统结构系统结构变电站总线（Star）+过程层总线（9-2）控制中心人机接口工程师站间隔测控保护A保护B间隔测控保护A保护B智能开关 合并单元电子式CT/PT以太网交换机智能开关 合并单元电子式CT/PT 系统结构系统结构变电站总线（Ring）+过程层总线（9-2）路由器控制中心人机接口工程师站间隔测控保护A保护B间隔测控保护A保护B环形以太网智能开关 合并单元电子式CT/PT智能开关 合并单元电子式CT/PT 系统结构系统结构合并的变电站总线与过程层总线（Star）控制中心人机接口工程师站间隔测控保护A保护B间隔测控保护A保护B智能开关 合并单元电子式CT/PT以太网交换机智能开关 合并单元电子式CT/PT 系统结构系统结构合并的变电站总线与过程层总线（Ring＋Star）路由器控制中心人机接口工程师站间隔测控保护A保护B间隔测控保护A保护B环形以太网智能开关 合并单元电子式CT/PT智能开关 合并单元电子式CT/PT全数字化保护全数字化保护 传统保护装置工作示意图全数字化保护全数字化保护 数字化保护装置工作示意图全数字化保护全数字化保护 测试系统1、配置信息；、配置信息；2、采样值；、采样值；3、、GOOSE 保护装置保护装置 变电站网络变电站网络 测试设备测试设备全数字化保护全数字化保护装置实物对比图 数字化变电站应用数字化变电站应用  数字化变电站应用数字化变电站应用  数字化变电站应用数字化变电站应用 开关、电流互感器、电压互感器 数字化变电站应用数字化变电站应用电流采集器、合并器 数字化变电站应用数字化变电站应用电压合并器 数字化变电站应用数字化变电站应用 智能接口单元 数字化变电站应用数字化变电站应用 智能接口单元 数字化变电站应用数字化变电站应用 110kV线路保护 数字化变电站应用数字化变电站应用 主变保护 数字化变电站应用数字化变电站应用 母联保护。