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1、數字化變電站 南京南瑞繼保電氣有限公司 2006年 8月 2 數字化變電站 數字化變電站概述 電子式互感器 智能化一次設備 網絡化二次設備 IEC61850的應用 3 數字化變電站概述 什么是數字化變電站 數字化變電站是一個不斷發(fā)展的概念 數字式保護 變電站自動化 IEC61850在全站的實施 電子式互感器、網絡化二次設備 智能一次設備 4 數字化變電站概述 目前對數字化變電站的定義 數字化變電站是由電子式互感器、智能化一 次設備、網絡化二次設備在 IEC61850通信規(guī) 范基礎上分層構建，能夠實現智能設備間信 息共享和互操作的現代化變電站。 5 數字化變電站概述 數字化是手段，不是目的 確保

2、安全性、可靠性和經濟性 實際生產上的迫切需要 互感器的暫態(tài)特性 通信的互操作性 技術管理上的現實可能 積極探索，穩(wěn)妥推進 6 數字化變電站 數字化變電站概述 電子式互感器 智能化一次設備 網絡化二次設備 IEC61850的應用 7 電子式互感器 傳統(tǒng)互感器 絕緣復雜 體積大、重量重 CT動態(tài)范圍小， 有飽和現象 電磁式 PT易產生 鐵磁諧振 CT二次輸出不能 開路 電子式互感器 絕緣簡單 體積小、重量輕 CT動態(tài)范圍寬， 無磁飽和 PT無諧振現象 CT二次輸出可以 開路 8 電子式互感器 相關標準 IEC 60044-7:1999 Instrument transformers - Part

3、7: Electronic voltage transformers IEC 60044-8:2002 Instrument transformers - Part 8: Electronic current transformers GB/T xxxxx.7-200 x互感器 -第 7部分：電子式電壓 互感器（ IEC 60044 7： 1999， MOD） (制訂中 ) GB/T xxxxx.8-200 x互感器 -第 8部分：電子式電流 互感器（ IEC 60044-8： 2002， MOD） (制訂中 ) 9 電子式互感器 相關標準 IEEE C37.92-2005 IEEE Stan

4、dard for Analog Inputs to Protective Relays from Electronic Voltage and Current Transducers IEEE PC37.235-200 x Guide for the Application of Rogowski Coils used for Protective Relaying Purposes (制訂中 ) IEEE C37.xx-200 x Guide for Application of Optical Current and Optical Voltage Systems for Protecti

5、ve Relaying (制訂中 ) 10 電子式互感器 有源電子式互感器 一次平臺上有采集單元 無源電子式互感器 光學互感器 電壓等級越高，電子式互感器優(yōu)勢越明顯 中低電壓等級使用電子式互感器意義不大 11 電子式互感器 有源電子式互感器 利用電磁感應等原理感應被測信號 CT：空心線圈 (RC) PT：電阻、電容、電感分壓 傳感頭部分具有需用電源的電子電路 利用光纖傳輸數字信號 用于 GIS或者罐式斷路器更方便 HVDC換流站、串補平臺 12 電子式互感器 電流互感器 13 電子式互感器 電壓互感器 14 電子式互感器 15 電子式互感器 一 次 轉 換 器 （ R o g o w s k

6、i 線 圈 電 容 分 壓 器 等 ） A / D A / D A / D F P G A 保 護 數 據 合 并 單 元 3 X 二 次 轉 換 器 保 護 1 一 次 轉 換 器 （ R o g o w s k i 線 圈 電 容 分 壓 器 等 ） A / D A / D A / D F P G A 保 護 數 據 合 并 單 元 3 X 二 次 轉 換 器 保 護 2 G I S 開 關 測 量 數 據 合 并 單 元 測 控 / 電 能 表3 X 16 電子式互感器 輸出 模擬量 ECT： 4V（測量）及 200mV（保護） EVT： 4V 數字量 ECT： 2D41H（測量）及 0

7、1CFH（保護） EVT： 2D41H 17 電子式互感器 有源電子式互感器的關鍵技術及難點 供電技術 (GIS、罐式斷路器例外 ) 激光 、 小 CT、 分壓器 、 光電池 遠端電子模塊的可靠性 采集單元維護 18 電子式互感器 無源電子式互感器 Faraday磁光效應（電流互感器） Pockels電光效應（電壓互感器） 利用光纖傳輸傳感信號 傳感頭部分不需電子電路及其電源 獨立安裝的互感器的理想解決方案 19 電子式互感器 20 電子式互感器 21 電子式互感器 全光纖電流互感器 22 電子式互感器 輸出數字量 ECT： 2D41H（測量）及 01CFH（保護） EVT： 2D41H 23

8、 電子式互感器 無源電子式互感器的關鍵技術及難點 光學傳感材料 傳感頭的組裝技術 微弱信號檢測 溫度對精度的影響 振動對精度的影響 長期穩(wěn)定性 24 電子式互感器 實用化實施方案 新建站 110kV數字接口的電子式互感器及其配套的 二次設備 35kV常規(guī)互感器或模擬接口的電子式互感器 主變保護：各側不全是電子式互感器 線路縱聯保護：對側常規(guī)設備 25 電子式互感器 實用化實施方案 改擴建站 只在新建間隔采用電子式互感器及其配套二次設 備 變壓器保護、母線保護更換為適應電子式互感器 的設備，同時要能夠接收常規(guī)互感器的信號。 26 電子式互感器 實用化效益 簡化互感器絕緣結構，減少體積和重量 避免

9、電流互感器飽和 避免電壓互感器的鐵磁諧振 改善暫態(tài)特性的同時確保穩(wěn)態(tài)精度 保護、測量、計量等二次設備共享信號， 降低成本，提高性能 27 數字化變電站 數字化變電站概述 電子式互感器 智能化一次設備 網絡化二次設備 IEC61850的應用 28 智能化一次設備 智能開關設備的定義 IEC62063:1999具有較高性能的開關設備和 控制設備 ， 配有電子設備 、 傳感器和執(zhí)行器 ， 不僅具有開關設備的基本功能 ， 還具有附加 功能 ， 尤其在監(jiān)測和診斷方面 。 29 智能化一次設備 在線監(jiān)視功能 智能控制功能 數字化的接口 電子操動 30 智能化一次設備 相關標準 IEC 62271-3 Hi

10、gh voltage switchgear and assemblies with digital interfaces based on IEC 61850 (制訂中 ) IEC/TR 62063:1999 High-voltage switchgear and control gear - The use of electronic and associated technologies in auxiliary equipment of switchgear and control gear 31 智能化一次設備 在線監(jiān)視功能 電 、 磁 、 溫度 、 開關機械 、 機構動作 狀態(tài)檢修

11、狀態(tài)監(jiān)測 狀態(tài)評估 檢修計劃 監(jiān)測系統(tǒng)的成本 、 可信度 、 可靠性 32 智能化一次設備 智能控制功能 最佳開斷 定相位合閘 定相位分閘 順序控制 33 智能化一次設備 數字化的接口 位置信息 其它狀態(tài)信息 分合閘命令 34 智能化一次設備 開關的電子操動 變機械儲能為電容儲能 變機械傳動為變頻器通過電機直接驅動 機械運動部件減少到一個 機械系統(tǒng)的可靠性提高 電子電路的壽命 、 可靠性成為關鍵 35 智能化一次設備 實施方案 方案 1：間隔級智能終端 方案 2：操動機構智能終端 現階段：利用現有的成熟的二次技術 ， 結 合傳統(tǒng)開關設備 ， 提升智能化水平 36 智能化一次設備 37 智能化一

12、次設備 智能匯控柜功能 保護：電機過熱，超時，開關位置不一致 智能化監(jiān)視 智能化控制 聯鎖 電機控制 順序控制 38 智能化一次設備 39 智能化一次設備 40 智能化一次設備 41 智能化一次設備 優(yōu)勢 節(jié)約占地 節(jié)省電纜 現場投運工作量小，投運周期短 減少人為失誤 控制回路優(yōu)化 與互感器的電氣距離縮短 在線監(jiān)測 42 智能化一次設備 關鍵技術 智能模塊的高可靠性設計技術 惡劣環(huán)境： EMI、振動、濕熱 相應的檢驗、運行維護規(guī)程 43 智能化一次設備 效益 狀態(tài)信息和分合命令通過光纖傳送，節(jié)約二次 電纜。 實現狀態(tài)檢修，提高可靠性，降低維護成本 實現智能控制 自適應開斷，獲得最佳效果，延長開

13、關壽命 選相合閘，減少涌流，降低過電壓，取消合閘電阻； 選相分閘，提高斷路器的實際開斷能力 44 數字化變電站 數字化變電站概述 電子式互感器 智能化一次設備 網絡化二次設備 IEC61850的應用 45 網絡化二次設備 適應電子式互感器應用的需要 適應智能化一次設備的需要 適應 IEC61850的需要 46 網絡化二次設備 硬件平臺 高性能的 DSP、 MCU 大容量存儲器 大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?100M網絡接口、光纖接口 工業(yè)用實時多任務操作系統(tǒng) 47 網絡化二次設備 基于 IEC61850的 測控裝置、保護裝置、遠動裝置、網關 后臺監(jiān)控系統(tǒng) 與電子式互感器配套的 合并單元：數據的匯總和分

14、發(fā)環(huán)節(jié) 保護測控裝置 48 網絡化二次設備 合并單元 合并三相或多相采集數據 數據采樣同步 按需分配采樣數據給二次設備 49 網絡化二次設備 保護 測控 計量 錄波 50 網絡化二次設備 合并單元關鍵技術 互感器的安裝位置、合并單元的配置方案 各個二次設備共享數字信號 采樣數據的同步三相電流電壓之間、差 動保護 51 網絡化二次設備 關鍵技術 高性能的硬件、軟件平臺 通信的可靠性、冗余配置 網絡化計量系統(tǒng)的認證 相應的檢驗、運行維護規(guī)程 52 數字化變電站 數字化變電站概述 電子式互感器 智能化一次設備 網絡化二次設備 IEC61850的應用 53 IEC61850的應用 相關標準 IEC 6

15、1850-SER Communication networks and systems in substations DL 860系列標準 變電站通信網絡和系統(tǒng) (IEC61850 IDT) 54 IEC61850的應用 IEC61850是國際電工委員會 TC57工作組 制定的 變電站通信網絡和系統(tǒng) 系列 標準 基于 網絡通信平臺 的變電站自動化系統(tǒng) 唯一的國際標準 ， 也將成為電力系統(tǒng)從 調度中心到變電站 、 變電站內 、 配電自 動化 無縫連接 的通信標準 55 IEC61850的應用 它指導了變電站自動化的設計、開發(fā)、工程、 維護等各個領域 該標準通過對變電站自動化系統(tǒng)中的對象統(tǒng)一 建模

16、，采用面向對象技術和獨立于網絡結構的 抽象通信服務接口，增強了設備之間的互操作 性，可以在不同廠家的設備之間實現無縫連接 智能化一次設備和數字式變電站要求變電站自 動化采用 IEC61850標準 56 IEC61850的應用 IEC61850是至今為止最為完善的變電站自動化 標準，它不僅規(guī)范保護測控裝置的模型和通信 接口，而且還定義了數字式 CT、 PT、智能式開 關等一次設備的模型和通信接口。 采用 IEC61850國際標準可以大大提高變電站自 動化技術水平、提高變電站自動化安全穩(wěn)定運 行水平，節(jié)約開發(fā)驗收維護的人力物力，實現 完全的互操作 57 IEC61850的應用 互操作性 信息分層

17、站控層 、 間隔層 、 過程層 面向對象的數據對象統(tǒng)一建模 邏輯設備 、 邏輯節(jié)點 、 數據對象 、 屬性 信息自我描述 抽象服務通信接口 58 IEC61850的應用 通信應用 遙控的實現 遙測 、 保護事件等信息上送的實現 采用 GOOSE實現裝置間的數據交換 模擬采樣值通信 互感器的數字化接口標準 提供了 IED間共享信息的方法 支持在以太網上多播和串行鏈路上點對點傳送 59 IEC61850的應用 面向對象、物理與邏輯的映射 60 IEC61850的應用 IEC61850層次模型 61 IEC61850的應用 邏輯設備、功能、邏輯節(jié)點 所有的功能都可分解為 邏輯節(jié)點組成 任何一個邏輯節(jié)

18、點都是 屬于某個邏輯設備 62 IEC61850的應用 功能、裝置、邏輯節(jié)點定義 功能：變電站自動化系統(tǒng)執(zhí)行的任務。如： 母線保護，聯鎖，報警管理等。 裝置：是一種設備，實現部分功能。如：斷 路器、繼電器、變電站計算機等。 邏輯節(jié)點：功能的基本單元。 63 IEC61850的應用 應用、邏輯節(jié)點、邏輯設備關系 1) 站控計算機 . 2) 同期裝置 . 3) 距離保護 +過流保護 4) 開關單元控制器 5) 電流互感器 6) 電壓互感器 7) 母線電壓互感器 64 IEC61850的應用 邏輯節(jié)點的相互關系示例 65 物理設備 服務器 數據 數據 物理設備 抽象通信服務 接口客戶端 應用 數據

19、物理設備 服務器 數據 數據 應用 數據 報 告 請求 /響應 請求 /響應 客戶 /服務器通信模式 物理設備 應用 GOOSE Message Sampled Values 多波 對等網絡通信方式 對等網絡通信方式的應用 斷路器跳閘 : 傳送采樣值 IEC61850演示 66 IEC61850的應用 采樣值 67 Goose Message: 位置 A公司保護 B公司保護 智能一次設備 保護測試儀 以太網 模擬輸入 1. 仿真故障 2. 跳閘 4. 重合 Goose Message: 重合 3. 新位置 位置Goose Message: 跳閘 5. 新位置 IEC61850的應用 GOOSE

20、應用演示 68 IEC61850的應用 IEC61850的優(yōu)點和特點 信息分層 。 無論從邏輯概念上還是從物理概念 上都將變電站的功能分為 3層 ， 即變電站層 、 間隔層和過程層 。 面向對象的數據對象統(tǒng)一建模 。 數據自描述 ， 在數據源就對數據進行自我描述 ， 因數據本身帶有說明 ， 這就不受預先定義的限 制進行傳輸 ， 簡化了數據管理和維護工作 。 在 實際應用中只需要在客戶端配置服務器網絡地 址就可以訪問服務器模型 ， 可以通過通信方式 獲得測點名 ， 無需手動配置 。 69 IEC60870-5-103的缺陷 IEC60870-5-103規(guī)約沒有定義標準化的網絡 通信規(guī)范 。 缺乏

21、對變電站系統(tǒng)模型的支持 ， 沒有標準的 的模型規(guī)范 。 在國際上卻沒有任何一個組織可以對 103規(guī)約 的實施細節(jié)進行解釋 ， 導致 103規(guī)約在使用過 程中缺乏統(tǒng)一的實施規(guī)范 。 103規(guī)約不支持元數據傳送 ， 沒有統(tǒng)一的命名 規(guī)范 。 IEC61850的應用 70 IEC61850的優(yōu)點和特點 IEC 61850與 IEC 61970調度通信標準具有 一定的互操作性 ， 正在發(fā)展的 IEC61850+正 是為了彌合兩者的差異 ， 實現主站對變電站 的直接訪問 ， 減少了通信瓶頸和規(guī)約轉換數 據損失 。 制定了變電站通信和系統(tǒng)的總體要求 、 系 統(tǒng)和工程管理 、 一致性測試等標準 。 IEC6

22、1850的應用 71 傳統(tǒng)的變電站構架 IEC61850的應用 72 傳統(tǒng)的網絡構架缺點： 與不同廠家的裝置通信采用不同的通信方式 應用程序必須處理大量不同的通信規(guī)約 、 數 據格式和數據訪問形式 采用的協(xié)議功能有限 ， 經常需要擴充 很難給其他廠家的應用提供標準接口 在新添裝置或新增功能時需要重新配置整個 系統(tǒng) IEC61850的應用 73 IEC61850變電站構架 IEC61850的應用 74 傳統(tǒng)的數據訪問方式 IEC61850的應用 75 IEC61850變電站構架的優(yōu)點： 通過通信網絡 ， 各種應用都可以得到各個裝 置中的數據 當添加裝置或增加應用時 ， 無須修改通信配 置 標準的

23、應用網絡通信平臺提高了系統(tǒng)的靈活 性 、 可擴展性 、 互操作性 。 應用程序和智能裝置采用相同的規(guī)約 、 數據 格式 、 數據訪問方式 、 命名規(guī)則和配置語言 。 同過配置文件的互操作 ， 不同應用可以按照 標準倒入 、 導出系統(tǒng)配置文件 ， 實現互聯 。 IEC61850的應用 76 傳統(tǒng)的數據對象映射 IEC61850的應用 77 傳統(tǒng)的數據處理的缺點： 數據標識的格式各個廠家不同 。 不具有自描述特性 ， 往往需要人工輸入測 點和人工校驗 。 應用程序與數據標識綁定 ， 當數據標識修 改時 ， 影響應用程序的功能 。 用戶定義數據標識沒有標準 。 IEC61850的應用 78 IEC6

24、1850數據處理的優(yōu)點： 只需在客戶端配置服務器網絡地址就可以 訪問到服務器模型 。 測點名具有層次特性 、 自描述特性 。 可以通過通信的方式得到測點名 ， 無需手 動配置 。 所有裝置都采用標準化的統(tǒng)一命名規(guī)則 。 裝置配置文件遵循 IEC61850-6， 配置文件 具有互操作性 。 IEC61850的應用 79 傳統(tǒng)遠方通信方案 IEC61850的應用 80 傳統(tǒng)調度通信方案缺點： 數據帶寬小 調度端的其他應用需通過 SCADA來訪問變電 站數據 每一個變電站與調度的通信方式都有一定 的個性 每一個應用和節(jié)點都需要單獨配置 IEC61850的應用 81 IEC61850調度通信方案 IE

25、C61850的應用 82 IEC61850調度通信方案優(yōu)點： 與 IEC61970具有一定的互操作性，正在 制定的 IEC61850+可以實現主站與變電 站的無縫。 可以提供調度端應用對變電站信息的直 接訪問 減少了數據瓶頸和規(guī)約轉換的信息損失。 IEC61850的應用 83 以 以 以 以 以 以 2 G P S 以 以 以 以 以以 以 以 1 R C S - 9 7 0 0 R C S - 9 7 0 0 R C S - 9 7 0 0 P C S - 2 2 0 P C S - 2 2 0 P C S - 2 2 0C L K 1 C L K 2 W W WW WW W W W E C

26、 V T 1 - 2 5 2 / 3 6 3 E C V T 1 - 2 5 2 / 3 6 3 E C V T 1 - 2 5 2 / 3 6 3 1 期 2 期 以 以 以 以 以 以 以 以 以 以 R C S 9 7 0 0 以 以 以 以 以 84 IEC61850的應用 實施方案 新建站 后臺監(jiān)控系統(tǒng)、二次設備采用支持 IEC61850的產品 少數不支持 IEC61850的設備通過網關轉接 改擴建站 改造后臺監(jiān)控系統(tǒng)，使之支持 IEC61850 擴建間隔采用支持 IEC61850的二次設備 升級在運行二次設備的網卡或者網關 85 IEC61850的應用 效益 網絡通訊條件下，設備之

27、間的互操作 擴展二次功能，整合二次功能 面向對象統(tǒng)一建模 確保模型和數據的一致性 降低數據管理費用 簡化數據維護 86 IEC61850的應用 關鍵技術 符合標準的系統(tǒng)建模和設備建模 基于 IEC61850-9-1和 9-2的采樣值傳送 基于 GOOSE的裝置之間的快速數據交換 功能規(guī)范、設計規(guī)范 相應的運行操作和維護規(guī)程 87 結論 數字化變電站是變電站自動化技術的發(fā) 展方向 數字化變電站的建設應從生產上的迫切 需要出發(fā)，考慮技術上、管理上的現實 可能，積極探索，穩(wěn)妥推進。 88 結論 電子式互感器 有源電子式互感器 GIS和罐式斷路器 無源電子式互感器 努力完成實用化研究 89 結論 智能化一次設備 成熟的二次技術結合傳統(tǒng)一次設備，提升 智能化水平 IEC61850 首先應用于間隔層和站控層 逐步拓展到過程層 謝謝大家！