智能变电站关键设备与网络方案(南自)课件.ppt

1、智能变电站关键设备与网络方案智能变电站关键设备与网络方案国电南自电网分公司数字化变电站事业部 郭 乐 副总经理Tel:025-5118326613851619009Fax:025-51183263guolesac-我的名片我的名片q智能变电站的基本概念及发展历程智能变电站的基本概念及发展历程q智能变电站关键设备的发展情况智能变电站关键设备的发展情况q智能变电站的网络方案智能变电站的网络方案基本概念基本概念智能变电站的基本概念及发展历程智能变电站的基本概念及发展历程基本概念基本概念q智能电网重要一环o 变电环节：采集数据、改变状态o 最分散、最重要的部分q采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设

2、备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。基本概念基本概念q数字化o 从技术实现手段方面定义o 强调数字方式交换信息q智能化o 从设备功能方面定义o 强调自检和在线监测q自动化（互动化）o 从用户体验方面定义o 集成、施工、调试、检修、改扩建o 强调经济性、可靠性，降低全生命周期成本技术发展阶段技术发展阶段IEC 61850电子式互感器智能一次设备功能挖掘、整合2000年2007年2009年201x年过程层网络数字化变电站智能变电

3、站推动力推动力q变电站设备演变o 信息化o 集成化 继保：电磁式-晶体管-集成电路-微机 保测一体：10kV、35kV-110kVo 就地化 低压保护：集中式-开关柜安装 高压保护：继保小室 远动：集中式RTU-分层分布式综自q外部推动力o 半导体技术+3C技术o 节能、环保q电子式互感器好处o 获得更好的系统性能o 高电压等级应用更有优势。o 节约绝缘和材料成本q数字化的好处o 取消长电缆连接，消除事故隐患;o 使用IEC 61850标准，互操作。q一次设备智能化的好处o 监视设备运行状态，消除事故隐患;o 提高设备运行寿命，降低全生命周期成本；o 实现智能操作。智能变电站关键设备的发展情况

4、智能变电站关键设备的发展情况q电子式互感器q继电保护装置q电能表及其认证q智能一次设备q工具软件q通信网络电子式互感器原理电子式互感器原理q分类分类电子式互感器电子式互感器电子式互感器电流互感器电压互感器Pockels效应电容/电感分压原理Faraday原理罗式线圈电子式互感器电子式互感器Faraday磁光效应（磁光玻璃为传感元件）磁光效应（磁光玻璃为传感元件）电子式互感器电子式互感器相位调制器反射膜信号处理电路输出Faraday磁光效应（光纤为感光元件）磁光效应（光纤为感光元件）电子式互感器电子式互感器Pockels电光效应电光效应 16 1.工装技术2.微小信号检测精度3.环境因素（温度、

5、振动等）的影响4.光学传感材料长期稳定性5.性能价格比短期内达到不了系统应用程度。电子式互感器电子式互感器光学原理电子式互感器的问题电子式互感器电子式互感器 dtdikdtdte优点优点：1.测量线圈与主回路直接无直接的电气联测量线圈与主回路直接无直接的电气联系，而仅通过电磁场耦合，因此与主回路系，而仅通过电磁场耦合，因此与主回路之间有良好的电气绝缘，无充油充气带来之间有良好的电气绝缘，无充油充气带来的易燃易爆危险，符合环保要求；的易燃易爆危险，符合环保要求；2.2.无铁芯饱和等问题，测量范围宽，线性无铁芯饱和等问题，测量范围宽，线性度好，准确度高；度好，准确度高；3.3.线圈感应电压对频率响

6、应好，暂态特性线圈感应电压对频率响应好，暂态特性好；好；4.4.低功率的输出易于转化为数字量；低功率的输出易于转化为数字量；5.5.体积小，质量轻，生产成本低；体积小，质量轻，生产成本低；电子式互感器电子式互感器一次电流一次电流iRogowski线圈结构及原理电子式互感器电子式互感器q CVT原理图q 大容量输出的设计使绝缘结构复杂，体积庞大；当实际负荷低于CVT额定输出的25%时，误差就有可能超出相应准确级的规定值。q CVT内部含有电容和非线性电感元件(中间变压器、补偿电抗器)，在一次突然合闸或二次短路消除产生的过电压作用下有可能产生内部分次谐波铁磁谐振现象，危及CVT本身的安全，影响二次

7、测量、保护的正常工作，q 传统CVT带有中间变压器，且与电压互感器连接的保护继电器入口常有隔离用的铁芯变压器，当线路重合闸时在二次侧感应的电压直流分量可能会导致这些变压器饱和，引起严重的二次侧暂态问题。电子式互感器电子式互感器q 电子式电压互感器原理图q U 2=C1 U 1/(C1+C2)由上式可知,只要选择合适的C1,C2容量,即可 得到所需的分压比。q 当线路短路或断路的故障出现的时候，储存在分压电容中的能量可以通过并联在低压侧分压电容上的小电阻R快速释放，从而对线路上的电压变化实现快速响应跟踪测量。这种传感器结构模式的特点在于改善了全电容电压分压器的的暂态特性，同时继承了电容分压器原有

8、的优点。q 低功率小信号的输出使互感器体积大为减小，采用固体绝缘脂和硅橡胶复合套管形成密封实心柱体，消除了传统电容器存在的漏油的问题，具有耐污、防爆、难燃和绝缘可靠、免维护等优点。电子式互感器电子式互感器有源式电子式互感器应用现状o 进入工程化阶段o 与继电保护装置经过多次动模试验o 可靠性还需要进一步验证电子式互感器电子式互感器 电流互感器 电压互感器 电流电压式互感器电子式互感器电子式互感器q PSMU 602 合并器合并器电子式互感器电子式互感器q PSMU 602 合并器合并器互感器资质互感器资质2008.06 PSET6220CTDW电子式电流互感器通过型式试验；2008.09 PS

9、ET6220CTDW电子式电流互感器通过暂态型式试验；PSET6220CVDW电子式电流电压互感器通过型式试验；2009.01 PSET6110CTDW电子式电流互感器通过型式试验；PSET6110VTDW电子式电压互感器通过型式试验；PSET6110CVDW电子式电流电压互感器通过型式试验；PSET6010CTDH电子式电流互感器通过型式试验；2009.04 PSET6220VTDW电子式电压互感器通过型式试验；PSET6500CTDW电子式电流互感器通过型式试验；PSET6500VTDW电子式电压互感器通过型式试验；目前已形成10kV 500kV各电压等级的电流、电压、组合型电子式互感器系

10、列产品。PSET6000系列电子式互感器分类系列电子式互感器分类DW系列户外AIS，CT为罗氏线圈+低功率线圈；VT为串级式电容分压器；固体绝缘；SF系列户外AIS，CT为罗氏线圈+低功率线圈；VT为同轴电容分压器；SF6气体绝缘；OW系列户外AIS，CT为全光纤型；VT为串级式电容分压器；固体绝缘；GS系列GIS/PASS用，CT为罗氏线圈+低功率线圈；VT为电磁式/电容分压器；SF6气体绝缘；DH系列户内开关柜用，CT为罗氏线圈+低功率线圈；VT为电磁式/电阻分压器；固体绝缘；q继电保护装置o 装置直接支持IEC 61850标准o 过程层通信接口交换采样值、开关量等，光纤取代信号电缆和控制

11、电缆o 二次设备间用通信网络交换模拟量、开关量和控制命令等信息失灵启动、间隔联闭锁等o 保护、测控硬件统一，或一体化o 就地化o 网络化继电保护装置继电保护装置继电保护装置继电保护装置q PS6000+保护、测控设备保护、测控设备继电保护装置继电保护装置q PS6000+保护、测控设备保护、测控设备非常规CT对保护装置的影响o 互感器特性对保护的影响；o 由于各通信环节的可靠性问题带来的保护影响；o 不同保护对采样同步的依赖性区别；o IEC 61850检修状态的影响继电保护装置继电保护装置互感器特性对保护的影响o 电子式互感器暂态电流型式试验情况；o 互感器对一次电流的还原程度；*硬件积分：

12、固有角差、离散度*软件积分：收敛性、去直流特性o 采样点数+截至频率：抗混叠的问题；继电保护装置继电保护装置C-0.12s-O-0.45s-C-0.06s-O暂态试验波形继电保护装置继电保护装置通信环节的可靠性问题带来的保护影响o 采集单元与合并单元的通信o 合并单元与保护装置的通信o 通信出错、采样丢点o 应该做到只影响相关保护继电保护装置继电保护装置不同保护对同步的依赖性o 单间隔保护：不依赖同步o 光纤纵差保护：以太网报文抖动问题o 主变、母差保护：需要采样值同步o 失去同步的处理继电保护装置继电保护装置光纤纵差保护的问题光纤纵差保护的问题1.”乒乓“算法照用，采样时钟不等于保护时钟；2

13、.以太网接收中断的抖动问题，影响数据插值*PLL（锁相环）技术解决*国调技术导则对以太网的要求：抖动组网（未来）o GOOSE:组网点对点-组网（未来）q交换机o VLAN:工程化应用o GMRP、1588：尚待验证环网和星型网对比环网和星型网对比交换机环网交换机环网:利用利用RSTP协议，交换机之间通过带内管理协议，交换机之间通过带内管理报文获得网络拓扑信息，决定冗余链路在何处解环。报文获得网络拓扑信息，决定冗余链路在何处解环。q 环型网络（国外应用较多）o 具有一定的冗余特性（对随机性的数据流效果较好）o 有因为交换机软件bug导致网络风暴的风险IEDIEDIEDIED需要采用需要采用RS

14、TP 实实现备用连接现备用连接IED冗余接线增强冗余接线增强网络弹性网络弹性环网和星型网对比（续）环网和星型网对比（续）q 星型网络（国内应用较多）o 简单、经济、可靠，无冗余链路不会造成广播风暴o 和变电站的主接线及数据流天然一致o 冗余需采用双套网络设备，且需设备支持IEDIEDIEDIED数字化变电站网络结构数字化变电站网络结构 I数字化变电站网络结构数字化变电站网络结构 II数字化变电站网络结构数字化变电站网络结构 III不包含组网部分不包含组网部分q多级星型网q通信带宽16个间隔，极限情况为30Mq站控层GOOSE和MMS共网GOOSE网络网络单网双网之争单网双网之争o 装置单网：单

15、网单源 网络随设备双重化 简单清晰，双重化系统间无公共耦合o 装置双网：双网单源 利用网络实现双重化：实现特殊应用需求 多一倍网络投资，实际增加了故障点GOOSE网络网络主变网络方案主变网络方案GOOSE网络网络大名、陈甫大名、陈甫浙江兰溪浙江兰溪q2005年2008年：以点对点方案为主 单间隔采用IEC 61850-9-1或IEC 60044-8 FT3；跨间隔采用IEC 60044-8 FT3q2009年：出现组网方案 唐山郭家屯：9-1 浙江大侣、浙江田乐：9-2 LE采样值网络采样值网络p采样同步网（PPS、B码）必须在过程层构建独立的采样同步网，增加了设备投资。同时增加了故障发生点，

16、降低了系统的整体可靠性指标；PPS只能做到相对时间同步，不能做到绝对时间的对时，因此合并单元的数据不能被某些需要绝对时间标签的装置使用，比如PMU；与GPS的配合关系。采样同步网采样同步网pIEEE 1588 精密对时协议 硬件对时精度在ns级别，满足计量需要；与数据网络合一，减少了故障点，增加了系统的可靠性 支持绝对时间；光纤纵差保护可以借助硬件1588实现与合并单元的同步 软件1588可以实现事件“打时标”的要求。采样同步网采样同步网过程层合网的可能性过程层合网的可能性采样值、GOOSE、采样同步三网合一将大大提高系统可靠性q IEC 60044-8/FT3实际上是采样值和采样同步合网q

17、GOOSE和采样值合网o 带宽上具有可行性(稳定流量和突发性流量配合)o 降低了成本o 9-2可采用48点/周波供保护测控，9-1用200点/周波点对点供计量o 9-2、48点/周波，16回达到80Mbit/sq 以太网时钟同步与采样网合一o IEEE 1588v2，硬件参与，ns级对时，满足计量要求o 提高了采样数据的可靠性数字化变电站过程层网络数字化变电站过程层网络计量数据带宽保护数据带宽GOOSE带宽保护装置带宽MU带宽线路间隔15M12M2.414.4M21M主变大间隔15M18M6M24M21M母线保护（12个单元）82M30M112M过程层通信带宽o 采用GMRP技术；o 保护数据为80点、计量数据200点；o GOOSE考虑极端情况国电南自的数字化变电站技术国电南自的数字化变电站技术q国内主流厂家o 参与制订电子式互感器、DL/T 860等标准o 三层数字化产品全部通过了省部级鉴定q悠久运行业绩o 技术发展的每一步留下了自己的足迹o 具有35kV到500kV变电站全系列解决方案q一流实施团队o 快速响应用户需求的事业部模式