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1、智能化变电站基础培训,川底35kV站,智能变电站按体系分层：过程层、间隔层和站控层。过程层包括变压器、断路器、隔离开关、电流/电压互感器等一次设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子装置。间隔层设备一般指继电保护装置、测控装置、监测功能组主IED 等二次设备。 站控层包括自动化站级监视控制系统、通信系统、对时系统等。,智能变电站的分层,智能变电站自动化系统通信网络,智能变电站构成,智能变电站构成,传统变电站设备功能分布,传统微机保护,交流输入组件,A/D 转换组件,保护逻辑(CPU),开入开出组件,人机对话模件,二次设备和一次设备功能重新定位。,智能变电站设备功能分布,智能终端,MU,传统微机
2、保护,交流输入组件,A/D 转换组件,保护逻辑(CPU),开入开出组件,人机对话模件,二次设备和一次设备功能重新定位：,ECT,一次设备智能化,IED数字化保护,SMV光纤,GOOSE,智能变电站与常规变电站区别,GOOSE,智能变电站与常规变电站的区别,保护及自动化相关信息传输：光纤替代电缆,信息共享；通信标准：IEC61850替代103,IEC61850通信协议和信息模型，高度互操作性，支持高级应用。支持传输采样值和实时开关量。,智能变电站与常规变电站的区别,端子连接：虚端子代替物理端子、逻辑连接替代物理连接。强调集成和整体的概念：更重视“纸上谈兵”，设计、安装、调试、运维模式转变。,智能
3、变电站与常规变电站的区别,检修：状态检修替代计划检修（一次设备和二次设备在线监测）。电气防误：基于拓扑的智能防误替代基于逻辑的传统防误。设备操作：顺序控制替代单步操作。站域控制：基于全站信息共享的实时自动功能。功能集成整合一体化后台、测控保护一体、一体化电源等。,1,IEC61850建模基础介绍,2,1,1,1,2,GOOSE和SV报文分析,2,2,3,1,2,VLAN的划分介绍,5,保护调试方法,1,2,日常运行管理,2,2,3,4,工程配置流程,SSD,ICD,SCD,CID,监控、远动,系统规格文件,IED能力描述文件,装置实例配置文件,装置组态工具,系统组态工具,SCD,系统组态工具,
4、南瑞继保,变电站系统配置文件,其它厂商,ICD模型文件分为四个部分：Header、Communication、IED和DataTypeTemplates。ICD模型的逻辑节点和数据对象类型具体规范参考规约7-2和7-3部分。装置厂家通过自己的IED配置工具生成装置的描述文件ICD文件（为XML标准格式），见下图。ICD文件里描述装置的数据模型和能力：装置包含哪些逻辑装置、逻辑节点逻辑节点类型、数据类型的定义数据集定义、控制块定义装置通信能力和参数的描述,ICD文件,通过系统配置工具生成变电站一次系统的描述文件SSD文件（为标准XML格式），实施示意见下图，SSD文件包含的信息包括：包含一次系统
5、的单线图一次设备的逻辑节点逻辑节点的类型定义,SSD文件,以变电站包含的各种类型的二次设备的ICD文件和变电站的SSD文件为输入，通过SCD配置工具生成变电站的数据文件SCD文件，实施示意见下图。SCD文件应作为后台、远动以及后续其他配置的统一数据来源，应能妥善处理ICD文件更新带来的不一致问题，SCD文件信息包含：变电站一次系统配置（含一二次关联信息配置）二次设备配置（包含信号描述配置、GOOSE信号连接配置）通讯网络及参数的配置,SCD文件,使用装置厂家工具从SCD文件中导出装置运行所需的CID文件和goose.txt文件，工程实施见下图。 CID文件是PowerPC插件IEC61850程
6、序元件运行需要的信息，goose.txt是goose插件的goose程序元件运行需要的信息，CID文件信息包括：CID文件中包含的实例化信息、数据模板信息和ICD文件中的信息一致CID文件中也有和ICD文件不同的特有信息，包含SCD文件中针对该装置的配置信息，配置信息包括MMS和GOOSE通信地址、IED名称、GOOSE输入等。,CID文件,MMS：Manufacturing Message Specification制造报文规范GOOSE：generic object oriented substation events面向通用对象的变电站事件SV：sampled value 采样值LD：L
7、OGICAL-DEVICE 逻辑设备，代表典型变电站功能集的实体LN：LOICAL-NODE 逻辑节点，代表典型变电站功能的实体CDC：common DATA class (DL/T860.73) 公用数据类Data：位于自动化设备中能够被读、写，有意义的结构化应用信息。DA：data attribute数据属性，数据属性（IEC 61850-8-1）命名：LD/LN$FC$DO$DAFC：functional constraint功能约束FCDA：Functionally constrained DataAttribute功能约束数据属性互操作性：同一或不同制造商提供的两台或多台IED交换信
8、息并用这些信息正确地配合工作的能力。服务器：为客户提供服务或发出非请求报文的实体。客户端：向服务器请求服务以及接收来自服务器非请求报文的实体。,一些重要名词,ICD模型的整体结构,广义服务器就是一个管理资源并为用户提供服务的计算机Server 描述了一个设备外部可见（可访问）的行为 IED中的服务器提供通讯及保护功能服务,服务器（Server）,通讯的入口参数，与服务器一一对应是服务器提供服务的一个通道入口，是客户/服务器通讯模式中，两者进行通信的接口采用不同访问点分别与变电站层和过程层进行通信,访问点（AP）,逻辑设备：若干逻辑功能的集合，逻辑上虚拟的装置。某些具有公用特性的逻辑节点组合成一
9、个逻辑设备。 LD 不宜划分过多，保护功能宜使用一个 LD 来表示,逻辑设备(LD),逻辑节点：以若干数据对象为元素，实现某一功能的一个模块。每个最小功能单元建模为一个LN 对象， 属于同一功能对象的数据和数据属性应放在同一个 LN 对象中,逻辑节点(LN),广义数据对象：指具有一系列不同性质或属性的事物，仅有单个值的事物(例如，宽度)不是数据对象。智能变电站中的数据对象： 具有多种属性的某一设备的一个功能子集。POS（位置）：断路器位置OP（动作）：保护动作对象,数据对象（DO）,广义属性事物本身所固有的性质，是物质必然的、基本的、不可分离的特性，又是事物某个方面质的表现。智能变电站中的数据
10、属性即某一类数据所固有的性质，可以是通用数据属性，也可以是自定义的属性。值属性（数据类型可以是Float、Bool、INT）控制属性（自定义的Check、Test等）品质属性（自定义的q）时标属性（UTC时标t）,数据属性（DA）,如何加深理解,为了便于理解模型的结构，我们推荐一种叫“盖房子”的分析方法,一栋大楼就是一个Server，逻辑上的服务器，提供一定功能及若干服务,盖房子理论_Server,一栋大楼的大门就是一个AP，并与Server一一对应,盖房子理论_访问点AP,盖房子理论_LD,一层楼就是一个LD，是若干功能的集合,盖房子理论_LN,每个办公室就是一个LN，独立完成一项功能,LN
11、,盖房子理论_DO,每个办公室中的成员就是一个DO，是某一功能中的一个份子,盖房子理论_DA,每个成员手中的工作就是一个DA，是DO的一个属性,盖房子理论,Server,大门,Access Point （S1）,楼层,房间N,摆设物品,物品属性,LD_1 (PROT),LN_2 (LPHD),LN_1 (LLN0),LN_X (PDIS3),LN_3 (PDIS2),DO_2 (ZmPPEna),DO_1 (OP),DO_X (PhStr),DO_3 (ZmPGEna),DA_2 (q),DA_1 (phsA/B/C),DA_X (dU),DA_3 (t),DataSet,Report con
12、trol,DO_X,IED,一楼大厅,Services（服务）,MMS、GOOSESV,1,2,1,1,1,2,2,2,3,1,2,VLAN的划分介绍,5,保护调试方法,1,2,日常运行管理,2,2,3,4,GOOSE和SV报文分析,IEC61850建模基础介绍,感性认识GOOSE（线路跳闸）,测试仪输入,线路保护A,线路保护B,智能终端A,智能终端B,SV输入,1 仿真故障,2 跳闸,3 新位置,4 重合,5 新位置,电缆,开关,GOOSE,电缆,感性认识GOOSE（母差跳闸）,测试仪输入,线路保护A,线路保护B,智能终端A,智能终端B,SV输入,1 仿真故障,2 跳闸,3 新位置,电缆,开
13、关,GOOSE,电缆,母差保护A,GOOSE,闭锁重合,闭锁重合,电缆,什么是GOOSE? 即面向通用对象的变电站事件，是IEC 61850标准中用于满足变电站自动化系统快速报文需求的机制，提供了利用组播服务向多个物理设备同时传输同一个通用变电站事件信息；信息交换是基于发布/订阅的机制；即使没有发生状态/值变化，依然定时循环发送报文。GOOSE可以传输什么？可以传输开入（智能终端的常规开入等），开出（跳闸，遥控，启动失灵，联锁，自检信息等），实时性要求不高的模拟量（环境温湿度，直流量）GOOSE传输的数据类型？ 常见传输布尔量，整型，浮点型，位串，时间,GOOSE的定义,GOOSE与虚端子,为
14、方便与以前的硬端子的概念接轨提出了虚端子的概念，虚端子主要是通过Ref+中文描述来表示，主要是变电站设计阶段了解装置接口的一个依据 GOOSE数据集FCDA对应开出虚端子 GOINGGIO中的各DO数据对应开入虚端子,T0（心跳时间,Maxtime） GOOSE报文在稳定事件时的重传时间，61850标准未说明具体时间，应根据当地实际来设定，建议为TAL的一半，国内工程一般5s.T1（Mintime） GOOSE报文有时间发生时的最短传输时间，61850标准未说明具体时间，应根据当地实际来设定，国内工程一般2ms.生存时间（TAL（timeAllowedtoLive） GOOSE报文的允许生存时
15、间，即有效时间，用于通知接收方等待下一次重传的最长时间。如果在该时间间隔内部没有收到新报文，接收方将认为关联丢失.61850标准建议为T0的2倍。 UTC时间（(Universal Time Coordinated）整个地球分为二十四时区，每个时区都有自己的本地时间。在国际无线电通信场合，为了统一起见，使用一个统一的时间，称为通用协调时(UTC, Universal Time Coordinated)。UTC与格林尼治平均时(GMT, Greenwich Mean Time)一样，都与英国伦敦的本地时相同。北京时间比UTC时间早8小时，以1999年1月1日0000UTC为例，UTC时间是零点，
16、北京时间为1999年1月1日早上8点整。,几个时间,GOOSE报文,源MAC，根据goose.txt中第一个目的MAC自动映射,目的MAC，由SCD配置,Appid 网络应用标示，由SCD配置,从Appid算起至结束的全部字节长度,GOCB控制块引用名,允许生存时间,GOOSE数据集引用名,GOOSE ID,状态序号，顺序序号，见注释,送出时间，时间品质，见注释,数据集总个数,各成员数据,SOE时间，见注释,GOOSE发送机制,GOOSE采用多播方式传送数据以太网传输方式有：点对点、广播、多播GOOSE采用连续多次传送的方式实现可靠传输：T1=2ms T2=4ms T3=8ms T0=5s (
17、默认值，由SCD确定),什么是SMV? Sampled Measured Value采样测量值，也称为SV (Sampled Value),一种用于实时传输数字采样信息的通信服务 从发展历史来说，SMV的发展先后经历： IEC60044-8，IEC61850-9-1，IEC61850-9-2 目前主要采用IEC61850-9-2，IEC60044-8,SMV介绍,IEC60044-8是国际电工委员会为电子式互感器专门制定的一个标准，点对点光纤串行数据接口采用IEC69870-5-1的FT3格式，故常称之为FT3格式传输延时确定可以采用再采样技术实现同步采样硬件和软件实现简单通道传送瞬时标幺值固
18、定12通道,IEC60044-8,IEC60044-8数字输出额定值,IEC60044-8应用层帧格式,为了满足变电站更加灵活的需求，国网公司在Q/GDW441-2010智能变电站继电保护技术规范对60044-8所定义的通用帧格式从12通道扩展到22通道，一般称之为扩展FT3格式,支持通道可配置的扩展 IEC 60044-8协议（扩展FT3）,扩展FT3应用帧格式,IEC61850-9-2,IEC61850-9-2：是国际电工委员会标准IEC 61850-9-2：特定通信服务映射(SCSM) 中所定义的一种采样值传输方式，网络数据接口传输延时不确定无法准确采用再采样技术硬件软件比较通用，但对交
19、换机要求极高硬件和软件实现都将困难不同间隔间数据到达时间不确定，不利于母差、变压器等保护的数据处理通道传送一次瞬时值,ISO/IEC 8802-3以太网帧结构（IEC61850-9-2附录A）,APDU帧结构示例（IEC61850-9-2附录A）,为了满足变电站更加可靠的需求，合并单元不再依赖时钟源进行同步，国网公司在Q/GDW441-2010智能变电站继电保护技术规范定义了点对点9-2的方式，具体技术要求如下：合并单元应输出电子式互感器整体的采样响应延时，额定延时时间不大于2ms。采样值发送间隔离散值应小于10S.通道延时需要在采样数据集中作为一路通道发送。,IEC61850-9-2（点对点
20、）,44-8报文（借助仪器）,9-2报文标注,源MAC,目的MAC,APPID,长度,SVID,计数器0-3999,同步标记,瞬时值,品质,数据同步是指二次设备需要的采样数据是在同一时间点上采的，即采样数据的时间同步，以避免相位和幅值产生误差。在电力系统中精确时间同步是十分重要的，它广泛应用于继电保护、故障测距、故障分析、自动控制以及电度采集等方面，例如一般的传输线路保护，时间同步精度应在4S以内。对于电磁式互感器输出的模拟信号不存在这个问题，而电子式互感器输出的数字信号就必须含有时间信息。解决时间同步问题有插值计算和使用公共时钟脉冲同步两种方法。,合并单元的采样同步,插值法,对于插值法，要求
21、合并单元提供采样的传输延时 ，保护测控设备通过减去延时还原站内实际采样时刻，然后通过插值算法通过非同步样本点来计算同步样本点（适用于点对点方式9-2和44-8）,时钟同步法,对于利用公共时钟脉冲的同步方法，各合并单元必须有时钟输入，并具备依照时钟输入信号给定的时间状态取得同步样本（适用于组网方式9-2）,1,2,1,1,1,2,2,2,3,1,2,VLAN的划分介绍,5,保护调试方法,1,2,GOOSE和SV报文分析,2,2,3,4,日常运行管理,IEC61850建模基础介绍,智能变电站以先进的信息化、自动化和分析技术为基础，完成测量、控制、调节、保护、安稳等功能，实现提高电网安全、可靠、灵活
22、和资源优化配置的目的，为智能电网的发展做了很好的支撑,智能变电站的发展，很大程度上依赖于技术的进步，如智能高压设备、智能断路器、智能互感器及智能一体化监控系统等，对技术的要求是不言而喻的,但是，随着智能变电站新技术的应用，设备和系统的运行维护，作为管理的一个重要方面，也提出了更高的要求，对于运行维护单位和人员更应重视，设备再好，技术再先进，缺少了有效的运维管理手段是不会发挥出其应有的效果的,运行维护的挑战,智能变电站带来了什么？,在智能变电站、智能设备和技术不断应用的过程中，设备、系统厂家在考虑基本功能的同时，更应考虑基本性能问题,在考虑设备新技术的同时，更应考虑设备的可运维问题，包括运行维护
23、人员技能培训、管理规范化等,在提升智能化水平的同时，更应以人为本，让智能化更有利于管理、更有利于运行、更有利于维护，考虑这些需求，而不是只单纯追求技术,以人为本，提高运维效能,智能变电站带来了什么？,运行和维护人员需了解什么?,对运行和维护人员提出了要求,对运行维护人员的技能提出要求,需要了解知识面广。目前，自动化专业运行维护人员存在知识面不够、基础不牢的问题，尤其在网络通信基础、单片机技术等方面欠缺，常规站、综自站应对通讯问题、设备问题都存在问题，更何况智能变电站（更依赖于通信、高速处理器）智能变电站，二次系统相互融合，多种应用相互关联，对运行维护人员提出更高的要求,对运行和维护人员提出了要
24、求,对运行维护人员的技能提出要求,智能变电站智能设备维护要求、检测手段、检测指标、作业流程和方法，需要明确，而且要具备可操作性，智能变电站中智能设备和系统的应用，专业技术要求更高，运行维护模式和人员的配置也提出了要求,对运行维护的管理提出要求,63,智能变电站检修注意事项,63,安全措施出口软压板：出口软压板退出之后只有面板报文，无GOOSE信号输出。,检修调试,安全措施检修压板：检修压板（Test Mode）将站内设备划分为检修域和运行域，跨域互相自检之间不处理报文。,64,智能变电站检修注意事项,64,安全措施物理隔离：最后一招：拔光纤，有可见断口，最可靠，但光纤插拔有寿命问题，类似光纤纵
25、差通道插拔。,65,智能变电站检修注意事项,65,对异常信息的监控：新增监控内容：SV断链监视、GOOSE断链监视、交换机状态监视。,66,智能变电站检修注意事项,66,检修维护：变电站扩建：数据配置规划（如VID）按终期设计，母差交换机按终期配置（预留端口）、母差保护增加配置。,67,智能变电站检修注意事项,67,状态检修：继电保护设备的状态检修通常被称为预知性检修，即根据继电保护设备的实际运行状况，决定是否需要进行设备的检测和维修继电保护装置的状态检修将取代定期检修对于继电保护设备采取状态检修，减少了带电或停电检修的工作量，对于提高设备的安全性能和延长使用寿命是很重要的,1,2,1,1,1
26、,2,2,2,3,1,2,VLAN的划分介绍,5,日常运行管理,1,2,GOOSE和SV报文分析,2,2,3,4,保护调试方法,IEC61850建模基础介绍,69,智能变电站测试技术,69,常规变电站试验仪只需要接好线就可以，智能化变电站由于采用的全部是报文，所以除了接好光纤，还需要配置,70,智能变电站测试技术,70,71,智能变电站测试技术,71,72,智能变电站测试技术,72,73,智能变电站测试技术,73,74,智能变电站测试技术,74,75,智能变电站测试技术,75,线路光纤差动,76,智能变电站测试技术,76,变压器差动,77,智能变电站测试技术,77,线路保护状态量采集方式,78
27、,智能变电站测试技术,78,常规继电保护测试仪,79,智能变电站测试技术,79,数字继电保护测试仪,80,智能变电站测试技术,80,全数字继电保护测试仪暂时不太成熟,需要进行采样值、GOOSE参数配置,对测试人员要求较高,81,智能变电站测试技术,81,线路A、B、C三相核相,82,智能变电站测试技术,82,变压器高低压侧核相,1,2,1,1,1,2,2,2,3,1,2,保护调试方法,5,日常运行管理,1,2,GOOSE和SV报文分析,2,2,3,4,VLAN划分介绍,IEC61850建模基础介绍,84,84,交换机VLAN配置：A、交换机VLAN配置的必要性：1）减轻交换机和装置的负载。SV
28、网络实时性要求高、数据流量大、数据流向单一，采用VLAN技术，有效隔离网络流量，可减轻交换机和装置负担，提高网络可靠性、实时性。2）安全隔离。GO报文相对SV报文，其流量小、数据流向复杂、装置配置变动大（改扩建），GO采用VLAN进行划分，可有效限定GO传输范围，到每个端口只收所需报文，避免无关信号干扰，提高GO网络的安全性和可靠性。,过程层网络的可靠性,过程层交换机的技术规范,85,85,B、VLAN的配置原则：1）采用装置VID（装置发送的报文中带802.1Q字段，交换机根据VLAN配置表中的规则，决定数据流向，可简化交换机的配置），采用交换机的端口PVID方式（装置发送的报文中无802.1Q字段，交换机收到报文后打上本端口的VLAN标号，再根据VLAN配置表中的规则，决定数据流向。2）GO网络宜按间隔配置VLAN。主要是考虑划清数据流向，保证间隔数据不混淆。3）SV网络按装置配置VLAN。MU的SV报文流量大，每台MU分配不同的VID。,过程层网络的可靠性,过程层交换机的技术规范,86,86,智能站VLAN的应用,VLAN的设置,87,87,VLAN的设置,88,88,处理流程：,VLAN的设置,
