南瑞继保-数字化变电站建设.ppt

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1、数字化变电站,南京南瑞继保电气有限公司 2006年8月,2,数字化变电站,数字化变电站概述 电子式互感器 智能化一次设备 网络化二次设备 IEC61850的应用,3,数字化变电站概述,什么是数字化变电站 数字化变电站是一个不断发展的概念 数字式保护 变电站自动化 IEC61850在全站的实施 电子式互感器、网络化二次设备 智能一次设备,4,数字化变电站概述,目前对数字化变电站的定义 数字化变电站是由电子式互感器、智能化一次设备、网络化二次设备在IEC61850通信规范基础上分层构建，能够实现智能设备间信息共享和互操作的现代化变电站。,5,数字化变电站概述,数字化是手段，不是目的 确保安全性、可

2、靠性和经济性 实际生产上的迫切需要 互感器的暂态特性 通信的互操作性 技术管理上的现实可能 积极探索，稳妥推进,6,数字化变电站,数字化变电站概述 电子式互感器 智能化一次设备 网络化二次设备 IEC61850的应用,7,电子式互感器,传统互感器 绝缘复杂 体积大、重量重 CT动态范围小，有饱和现象 电磁式PT易产生铁磁谐振 CT二次输出不能开路,电子式互感器 绝缘简单 体积小、重量轻 CT动态范围宽，无磁饱和 PT无谐振现象 CT二次输出可以开路,8,电子式互感器,相关标准 IEC 60044-7:1999 Instrument transformers - Part 7: Electron

3、ic voltage transformers IEC 60044-8:2002 Instrument transformers - Part 8: Electronic current transformers GB/T xxxxx.7-200x互感器-第7部分：电子式电压互感器（IEC 600447：1999，MOD）(制订中) GB/T xxxxx.8-200x互感器-第8部分：电子式电流互感器（IEC 60044-8：2002，MOD）(制订中),9,电子式互感器,相关标准 IEEE C37.92-2005 IEEE Standard for Analog Inputs to Prot

4、ective Relays from Electronic Voltage and Current Transducers IEEE PC37.235-200x Guide for the Application of Rogowski Coils used for Protective Relaying Purposes (制订中) IEEE C37.xx-200x Guide for Application of Optical Current and Optical Voltage Systems for Protective Relaying (制订中),10,电子式互感器,有源电子式

5、互感器 一次平台上有采集单元 无源电子式互感器 光学互感器 电压等级越高，电子式互感器优势越明显 中低电压等级使用电子式互感器意义不大,11,电子式互感器,有源电子式互感器 利用电磁感应等原理感应被测信号 CT：空心线圈(RC) PT：电阻、电容、电感分压 传感头部分具有需用电源的电子电路 利用光纤传输数字信号 用于GIS或者罐式断路器更方便 HVDC换流站、串补平台,12,电子式互感器,电流互感器,13,电子式互感器,电压互感器,14,电子式互感器,15,电子式互感器,16,电子式互感器,输出 模拟量 ECT：4V（测量）及200mV（保护） EVT：4V 数字量 ECT：2D41H（测量）

6、及01CFH（保护） EVT：2D41H,17,电子式互感器,有源电子式互感器的关键技术及难点 供电技术(GIS、罐式断路器例外) 激光、小CT、分压器、光电池 远端电子模块的可靠性 采集单元维护,18,电子式互感器,无源电子式互感器 Faraday磁光效应（电流互感器） Pockels电光效应（电压互感器） 利用光纤传输传感信号 传感头部分不需电子电路及其电源 独立安装的互感器的理想解决方案,19,电子式互感器,20,电子式互感器,21,电子式互感器,全光纤电流互感器,22,电子式互感器,输出数字量 ECT：2D41H（测量）及01CFH（保护） EVT：2D41H,23,电子式互感器,无源

7、电子式互感器的关键技术及难点 光学传感材料 传感头的组装技术 微弱信号检测 温度对精度的影响 振动对精度的影响 长期稳定性,24,电子式互感器,实用化实施方案 新建站 110kV数字接口的电子式互感器及其配套的二次设备 35kV常规互感器或模拟接口的电子式互感器 主变保护：各侧不全是电子式互感器 线路纵联保护：对侧常规设备,25,电子式互感器,实用化实施方案 改扩建站 只在新建间隔采用电子式互感器及其配套二次设备 变压器保护、母线保护更换为适应电子式互感器的设备，同时要能够接收常规互感器的信号。,26,电子式互感器,实用化效益 简化互感器绝缘结构，减少体积和重量 避免电流互感器饱和 避免电压互

8、感器的铁磁谐振 改善暂态特性的同时确保稳态精度 保护、测量、计量等二次设备共享信号，降低成本，提高性能,27,数字化变电站,数字化变电站概述 电子式互感器 智能化一次设备 网络化二次设备 IEC61850的应用,28,智能化一次设备,智能开关设备的定义 IEC62063:1999具有较高性能的开关设备和控制设备，配有电子设备、传感器和执行器，不仅具有开关设备的基本功能，还具有附加功能，尤其在监测和诊断方面。,29,智能化一次设备,在线监视功能 智能控制功能 数字化的接口 电子操动,30,智能化一次设备,相关标准 IEC 62271-3 High voltage switchgear and a

9、ssemblies with digital interfaces based on IEC 61850 (制订中) 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,智能化一次设备,在线监视功能 电、磁、温度、开关机械、机构动作 状态检修 状态监测 状态评估 检修计划 监测系统的成本、可信度、可靠性,32,智能

10、化一次设备,智能控制功能 最佳开断 定相位合闸 定相位分闸 顺序控制,33,智能化一次设备,数字化的接口 位置信息 其它状态信息 分合闸命令,34,智能化一次设备,开关的电子操动 变机械储能为电容储能 变机械传动为变频器通过电机直接驱动 机械运动部件减少到一个 机械系统的可靠性提高 电子电路的寿命、可靠性成为关键,35,智能化一次设备,实施方案 方案1：间隔级智能终端 方案2：操动机构智能终端 现阶段：利用现有的成熟的二次技术，结合传统开关设备，提升智能化水平,36,智能化一次设备,37,智能化一次设备,智能汇控柜功能 保护：电机过热，超时，开关位置不一致 智能化监视 智能化控制 联锁 电机控

11、制 顺序控制,38,智能化一次设备,39,智能化一次设备,40,智能化一次设备,41,智能化一次设备,优势 节约占地 节省电缆 现场投运工作量小，投运周期短 减少人为失误 控制回路优化 与互感器的电气距离缩短 在线监测,42,智能化一次设备,关键技术 智能模块的高可靠性设计技术 恶劣环境：EMI、振动、湿热 相应的检验、运行维护规程,43,智能化一次设备,效益 状态信息和分合命令通过光纤传送，节约二次电缆。 实现状态检修，提高可靠性，降低维护成本 实现智能控制 自适应开断，获得最佳效果，延长开关寿命 选相合闸，减少涌流，降低过电压，取消合闸电阻； 选相分闸，提高断路器的实际开断能力,44,数字

12、化变电站,数字化变电站概述 电子式互感器 智能化一次设备 网络化二次设备 IEC61850的应用,45,网络化二次设备,适应电子式互感器应用的需要 适应智能化一次设备的需要 适应IEC61850的需要,46,网络化二次设备,硬件平台 高性能的DSP、MCU 大容量存储器 大规模可编程逻辑器件 100M网络接口、光纤接口 工业用实时多任务操作系统,47,网络化二次设备,基于IEC61850的 测控装置、保护装置、远动装置、网关 后台监控系统 与电子式互感器配套的 合并单元：数据的汇总和分发环节 保护测控装置,48,网络化二次设备,合并单元 合并三相或多相采集数据 数据采样同步 按需分配采样数据给

13、二次设备,49,网络化二次设备,保护 测控 计量 录波,50,网络化二次设备,合并单元关键技术 互感器的安装位置、合并单元的配置方案 各个二次设备共享数字信号 采样数据的同步三相电流电压之间、差动保护,51,网络化二次设备,关键技术 高性能的硬件、软件平台 通信的可靠性、冗余配置 网络化计量系统的认证 相应的检验、运行维护规程,52,数字化变电站,数字化变电站概述 电子式互感器 智能化一次设备 网络化二次设备 IEC61850的应用,53,IEC61850的应用,相关标准 IEC 61850-SER Communication networks and systems in substatio

14、ns DL 860系列标准 变电站通信网络和系统(IEC61850 IDT),54,IEC61850的应用,IEC61850是国际电工委员会TC57工作组制定的变电站通信网络和系统系列标准 基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一的国际标准，也将成为电力系统从调度中心到变电站、变电站内、配电自动化无缝连接的通信标准,55,IEC61850的应用,它指导了变电站自动化的设计、开发、工程、维护等各个领域 该标准通过对变电站自动化系统中的对象统一建模，采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口，增强了设备之间的互操作性，可以在不同厂家的设备之间实现无缝连接 智能化一次设备和数字式变电站要求变电

15、站自动化采用IEC61850标准,56,IEC61850的应用,IEC61850是至今为止最为完善的变电站自动化标准，它不仅规范保护测控装置的模型和通信接口，而且还定义了数字式CT、PT、智能式开关等一次设备的模型和通信接口。 采用IEC61850国际标准可以大大提高变电站自动化技术水平、提高变电站自动化安全稳定运行水平，节约开发验收维护的人力物力，实现完全的互操作,57,IEC61850的应用,互操作性 信息分层 站控层、间隔层、过程层 面向对象的数据对象统一建模 逻辑设备、逻辑节点、数据对象、属性 信息自我描述 抽象服务通信接口,58,IEC61850的应用,通信应用 遥控的实现 遥测、保

16、护事件等信息上送的实现 采用GOOSE实现装置间的数据交换 模拟采样值通信 互感器的数字化接口标准 提供了IED间共享信息的方法 支持在以太网上多播和串行链路上点对点传送,59,IEC61850的应用,面向对象、物理与逻辑的映射,60,IEC61850的应用,IEC61850层次模型,61,IEC61850的应用,逻辑设备、功能、逻辑节点,所有的功能都可分解为逻辑节点组成 任何一个逻辑节点都是属于某个逻辑设备,62,IEC61850的应用,功能、装置、逻辑节点定义 功能：变电站自动化系统执行的任务。如：母线保护，联锁，报警管理等。 装置：是一种设备，实现部分功能。如：断路器、继电器、变电站计算

17、机等。 逻辑节点：功能的基本单元。,63,IEC61850的应用,应用、逻辑节点、逻辑设备关系,1) 站控计算机. 2) 同期装置. 3) 距离保护+过流保护 4) 开关单元控制器 5) 电流互感器 6) 电压互感器 7) 母线电压互感器,64,IEC61850的应用,逻辑节点的相互关系示例,65,物理设备,服务器,数据,数据,物理设备,抽象通信服务接口客户端,应用,数据,物理设备,服务器,数据,数据,应用,数据,物理设备,应用,对等网络通信方式的应用 断路器跳闸: 传送采样值,IEC61850演示,66,IEC61850的应用,采样值,67,A公司保护,B公司保护,智能一次设备,保护测试仪,

18、以太网,2. 跳闸,4. 重合,3. 新位置,5. 新位置,IEC61850的应用,GOOSE应用演示,68,IEC61850的应用,IEC61850的优点和特点 信息分层。无论从逻辑概念上还是从物理概念上都将变电站的功能分为3层，即变电站层、间隔层和过程层。 面向对象的数据对象统一建模。 数据自描述，在数据源就对数据进行自我描述，因数据本身带有说明，这就不受预先定义的限制进行传输，简化了数据管理和维护工作。在实际应用中只需要在客户端配置服务器网络地址就可以访问服务器模型，可以通过通信方式获得测点名，无需手动配置。,69,IEC60870-5-103的缺陷 IEC60870-5-103规约没有

19、定义标准化的网络通信规范。 缺乏对变电站系统模型的支持，没有标准的的模型规范。 在国际上却没有任何一个组织可以对103规约的实施细节进行解释，导致103规约在使用过程中缺乏统一的实施规范。 103规约不支持元数据传送，没有统一的命名规范。,IEC61850的应用,70,IEC61850的优点和特点 IEC 61850与IEC 61970调度通信标准具有一定的互操作性，正在发展的IEC61850+正是为了弥合两者的差异，实现主站对变电站的直接访问，减少了通信瓶颈和规约转换数据损失。 制定了变电站通信和系统的总体要求、系统和工程管理、一致性测试等标准。,IEC61850的应用,71,传统的变电站构

20、架,IEC61850的应用,72,传统的网络构架缺点： 与不同厂家的装置通信采用不同的通信方式 应用程序必须处理大量不同的通信规约、数据格式和数据访问形式 采用的协议功能有限，经常需要扩充 很难给其他厂家的应用提供标准接口 在新添装置或新增功能时需要重新配置整个系统,IEC61850的应用,73,IEC61850变电站构架,IEC61850的应用,74,传统的数据访问方式,IEC61850的应用,75,IEC61850变电站构架的优点： 通过通信网络，各种应用都可以得到各个装置中的数据 当添加装置或增加应用时，无须修改通信配置 标准的应用网络通信平台提高了系统的灵活性、可扩展性、互操作性。 应

21、用程序和智能装置采用相同的规约、数据格式、数据访问方式、命名规则和配置语言。 同过配置文件的互操作，不同应用可以按照标准倒入、导出系统配置文件，实现互联。,IEC61850的应用,76,传统的数据对象映射,IEC61850的应用,77,传统的数据处理的缺点： 数据标识的格式各个厂家不同。 不具有自描述特性，往往需要人工输入测点和人工校验。 应用程序与数据标识绑定，当数据标识修改时，影响应用程序的功能。 用户定义数据标识没有标准。,IEC61850的应用,78,IEC61850数据处理的优点： 只需在客户端配置服务器网络地址就可以访问到服务器模型。 测点名具有层次特性、自描述特性。 可以通过通信

22、的方式得到测点名，无需手动配置。 所有装置都采用标准化的统一命名规则。 装置配置文件遵循IEC61850-6，配置文件具有互操作性。,IEC61850的应用,79,传统远方通信方案,IEC61850的应用,80,传统调度通信方案缺点： 数据带宽小 调度端的其他应用需通过SCADA来访问变电站数据 每一个变电站与调度的通信方式都有一定的个性 每一个应用和节点都需要单独配置,IEC61850的应用,81,IEC61850调度通信方案,IEC61850的应用,82,IEC61850调度通信方案优点： 与IEC61970具有一定的互操作性，正在制定的IEC61850+可以实现主站与变电站的无缝。 可以

23、提供调度端应用对变电站信息的直接访问 减少了数据瓶颈和规约转换的信息损失。,IEC61850的应用,83,84,IEC61850的应用,实施方案 新建站 后台监控系统、二次设备采用支持IEC61850的产品 少数不支持IEC61850的设备通过网关转接 改扩建站 改造后台监控系统，使之支持IEC61850 扩建间隔采用支持IEC61850的二次设备 升级在运行二次设备的网卡或者网关,85,IEC61850的应用,效益 网络通讯条件下，设备之间的互操作 扩展二次功能，整合二次功能 面向对象统一建模 确保模型和数据的一致性 降低数据管理费用 简化数据维护,86,IEC61850的应用,关键技术 符合标准的系统建模和设备建模 基于IEC61850-9-1和9-2的采样值传送 基于GOOSE的装置之间的快速数据交换 功能规范、设计规范 相应的运行操作和维护规程,87,结论,数字化变电站是变电站自动化技术的发展方向 数字化变电站的建设应从生产上的迫切需要出发，考虑技术上、管理上的现实可能，积极探索，稳妥推进。,88,结论,电子式互感器 有源电子式互感器 GIS和罐式断路器 无源电子式互感器 努力完成实用化研究,89,结论,智能化一次设备 成熟的二次技术结合传统一次设备，提升智能化水平 IEC61850 首先应用于间隔层和站控层 逐步拓展到过程层,谢谢大家！,