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1、智能化变电站的建设,智能电网,2,（1）“坚强”是基础，“智能”是关键,两者高度融合，电网的“坚强”与“智能”本身也相互交叉，不可拆分。（2）智能电网包含发电、输电、变电、配电、用电、调度6大环节。,3,智能电网的战略框架,一个目标两条主线三个阶段四个体系五个内涵六个环节,构建以特高压电网为骨干网架，各级电网协调发展统一坚强智能电网。包括“三华”（华北华中华东）同步电网、西北和东北电网，涵盖全部电压等级。,一个目标两条主线三个阶段四个体系五个内涵六个环节,智能电网的战略框架,技术上体现信息化、自动化、互动化。管理上体现集团化、集约化、精益化、标准化。,一个目标两条主线三个阶段四个体系五个内涵六
2、个环节,智能电网的战略框架,2009年至2010年为规划试点阶段：重点开展电网智能化发展规划工作，制订技术标准和管理标准，开展关键技术研发和设备研制，开展各环节的试点工作；2011年至2015年为全面建设阶段：加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用；2016年至2020年为引领提升阶段：全面建成统一坚强智能电网，使电网的资源配置能力、安全水平、运行效率，以及电网与电源、用户之间的互动性显著提高。,一个目标两条主线三个阶段四个体系五个内涵六个环节,智能电网的战略框架,电网基础体系技术支撑体系智能应用体系标准规范体系,电网基础体
3、系是坚强智能电网的物质载体，是实现“坚强”的重要基础；技术支撑体系是指先进的通信、信息、控制等应用技术，是实现“智能”的技术保障；智能应用体系是保障电网安全、经济、高效运行，提供用户增值服务的具体体现；标准规范体系是指技术、管理方面的标准、规范，以及试验、认证、评估体系，是建设坚强智能电网的制度依据。,一个目标两条主线三个阶段四个体系五个内涵六个环节,智能电网的战略框架,坚强可靠经济高效清洁环保透明开放友好互动,坚强可靠是指具有坚强的网架结构、强大的电力输送能力和安全可靠的电力供应；经济高效是指提高电网运行和输送效率，降低运营成本，促进能源资源和电力资产的高效利用；清洁环保是指促进可再生能源发
4、展与利用，降低能源消耗和污染物排放，提高清洁电能在终端能源消费中的比重；透明开放是指电网、电源和用户的信息透明共享，电网无歧视开放；友好互动是指实现电网运行方式的灵活调整，友好兼容各类电源和用户接入与退出，促进发电企业和用户主动参与电网运行调节。,一个目标两条主线三个阶段四个体系五个内涵六个环节,智能电网的战略框架,发电环节输电环节变电环节配电环节用电环节调度环节,发电环节：引导电源集约化发展，协调推进大规模能源基地的开发；强化网厂协调，提高电网安全运行水平；优化电源结构和电网结构，促进新型能源的大规模科学利用。输电环节：加快建设以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强国家电网；集成应用
5、新技术、新材料、新工艺；全面实施输电线路状态检修和全寿命周期管理；广泛采用灵活交流输电技术，提高线路输送能力和电压、潮流控制的灵活性，技术和装备全面达到国际领先水平。,一个目标两条主线三个阶段四个体系五个内涵六个环节,智能电网的战略框架,一个目标两条主线三个阶段四个体系五个内涵六个环节,智能电网的战略框架,智能站（数字站）和常规站的区别？采样值如何实现数字化？开关如何实现数字化？智能化站高级应用及配置方案？智能化（数字化）带来的变化？,提纲,11,数字化变电站：由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化
6、变电站。数字化变电站智能化改造：通过改造，实现一次主设备状态监测、高级功能和辅助系统智能化。智能化变电站：采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，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。,定义,12,数字站与常规站的区别,13,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,传统微机保护
7、,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,网络化二次设备要求具有数字化接口满足电子式互感器的要求满足智能开关的要求网络通信功能满足IEC61850的要求间隔层和站控层设备PCS-9700变电站自动化系统PCS-900系列保护装置PCS-9700系列测控装置PCS-9000C系列四合一保护测控装置PCS-9700系列通信设备,网络化二次设备,16,一.典型方案,1 常规61850站2 带GOOSE的半数字化站3 带SMV的半数字化站4 带GOOSE及SMV的
8、全数字化站5 带高级应用功能的智能变电站,17,典型方案常规61850站,常规61850站即为普通的综自站，只是在站控层采用IEC61850规约，相比于IEC103规约而言，最大优点在于后台可与不同厂家设备直接通讯，不再需要规约转换。由于设备的互操作性强，所以即使在110kV变电站内，也可能有多家制造商提供设备，测控也有可能与后台厂家不是一家。61850站的测控联锁采用站控层GOOSE来完成，不同于之前的IEC103采用私有协议完成。,18,典型方案常规61850站,19,典型方案带GOOSE的半数字化站,通过增加智能终端来完成。智能终端一般就地安装在户外一次设备旁边，主要完成开关、刀闸、地刀
9、的控制和信号采集功能；开入开出功能；联锁命令输出功能。智能终端与间隔层设置之间通过接口插件1136（早期采用1126）连接，早期全部通过交换机来完成，后期随着国网保护跳闸采用点对点（直跳）、闭锁失灵采用组网的方案，所以GOOSE通讯出现组网与点对点共存的局面。（南网对此尚无要求，因此GOOSE在南网依然有采用组网的方式）保护与测控取消了开入开出板，开入开出环节下放至就地智能终端内，所以我们可以理解为将传统的装置的内部通信转成了保护测控与智能终端间的GOOSE通信。采样输入依然采用传统方式。,20,典型方案带GOOSE的半数字化站,21,典型方案带SMV的半数字化站,分为两种，1）常规互感器+P
10、CS221G，主要是面对只采用一次常规互感器、二次数字采样的方式；2）ECVT互感器+PCS221E/PCS221C,主要面对是一次采用ECVT，二次采用数字采样的的方式。SMV从发展历程来说先后经历以下三种方式：1）IEC600044-8方式；2）IEC61850-9-1方式 3）IEC61850-9-2方式；目前以采用IEC6185-9-2的方式最多。ECVT不能直接与保护测控通信，需要通过合并单元将ECVT的信息合并同步后才可与保护测控通信,22,典型方案带SMV的半数字化站,合并单元与间隔层装置之间通过接口插件1136（早期采用1126）连接，早期全部通过交换机来完成，后期随着国网保护
11、采样采用点对点（直采），测控录波等采用组网的提出，所以SMV通讯出现组网与点对点共存的局面。（南网对此尚无要求，因此SMV在南网依然有采用组网的方式）保护测控直接采用数字采样，因此AD转换不在保护完成，如为ECVT方式，AD转换在远方采集模块完成；保护测控如为常规采样方式，AD转换在常规合并单元完成。开入开出依然采用GOOSE方式。,23,典型方案带SMV的半数字化站,24,带GOOSE及SMV的全数字化站,带GOOSE和SMV的数字化站即全数字化变电站，是现在数字化站应用最广的一种模式。全数字化站典型配置：一次上采用ECVT,二次上采用SMV（目前以IEC61850-9-2为主）和GOOSE
12、。全数字化站在组网特点上目前依然没有相对统一及固定的模式，各站都可能略有区别。但有一些是可以肯定的，国网的保护一定是采用直采直跳方式，测控推荐采用组网方式，南网虽然组网与直采直跳方式都有，但是我公司还是主推组网方案，（至于SMV和GOOSE是否共网，可能还是需要针对实际变电站来讨论）。,25,带GOOSE及SMV的全数字化站,26,带高级应用功能的智能变电站,智能化变电站是数字化变电站的一个提升。智能化变电站现在依然概念多一点，并没有达到非常成熟的地步。目前已投运的变电站主要是在基于站控层提出一些高级应用功能，如顺控、智能告警及故障信息综合分析决策、设备状态可视化、站域控制、源端维护、辅助控制
13、系统与监控系统联动等。,27,带高级应用功能的智能变电站,28,二.IEC61850规约介绍,1.IEC61850标准制定的背景2.IEC61850重要的基本名词3.IEC61850规约内容的层次关系4.数字化变电站的层次关系5.IEC61850模型的层次关系6.IEC61850服务7.模型文件,29,1.通信介质不统一：RS422/485/232、Worldfip、CAN网、lon网、以太网2.通信协议不统一：101、Modbus、DNP3.0、Open2000、网络103 弊端：1、规约的功能比较有限；2、各厂家对应用功能自行扩充无法互操作；3、规约数据表达能力限制应用功能的发展。4、不支
14、持装置间的通讯功能。,IEC61850标准制定背景,30,理念：“一个世界，一种技术，一种标准”1995年(IEC)TC57成立了3个工作组来制定IEC61850的标准。参考了IEC101,IEC103,UCA2.0,ISO/IEC9506等标准。1999年3月IEC61850草案出台。2000年6月(IEC)TC57工作组决定以IEC61850作为电力系统无缝通讯体系的基础。2003年出版了IEC正式版本。国内各大厂家在2001开始关注IEC61850，2004年进入实质性研发，2005年开始有IEC61850的变电站投入运行。,IEC61850标准制定与应用,31,IEC61850标准制定
15、的背景,IEC61850不仅仅是一个单纯的通信规约，而且是数字化变电站自动化系统的标准，指导变电站自动化的设计、开发、工程、维护等各个领域。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，统一建模，增强了设备之间的互操作性，不同厂家设备可以实现无缝连接，从而大大提高变电站自动化技术水平。IEC61850解决的主要问题（1）整个变电站数据建模；（2）网络通信，变电站内信息共享和互操作；（3）变电站的集成与工程实施。,32,IEC61850 重要的基本名词,MMS：Manufacturing Message Specification 制造报文规范GOOSE：Generic Object Or
16、iented Substation Events 面向通用对象的变电站事件SV：sampled value 采样值LD：Logical Device 逻辑设备LN：Logical Node 逻辑节点CDC：Common Data Class 公用数据类DO：Data Object 数据对象（或数据），能够被读、写，有意义的结构化应用信息。DA：Data Attribute 数据属性，命名：LD/LN$FC$DO$DA,33,IEC61850重要的基本名词,FC：Functional Constraint功能约束FCDA：Functionally Constrained Data Attribu
17、te 功能约束数据属性互操作性：同一或不同制造商提供的IED装置交换信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。,34,数字化变电站的层次关系,35,数字化变电站的层次关系,1.间隔层装置与变电站监控交换事件和状态数据MMS2.间隔层装置与远方保护交换数据-私有规约，未来发展也可用以太网方式借用GOOSE或SMV3.间隔内装置间交换数据GOOSE4.过程层与间隔层交换采样数据-SMV5.过程层与间隔层交换控制和状态数据-GOOSE6.间隔层装置与变电站监控交换控制数据-MMS7.监控层与保护主站
18、通信-MMS8.间隔间交换快速数据-GOOSE9.变电站层间交换数据-MMS10.变电站与调度中心交换数据-不在标准范围,36,IEC61850模型的层次关系,物理设备映射到IED，然后将各个功能分解到LN，组织成一个或者多个LD。每个功能的保护数据映射到DO，并且根据功能约束（FC）进行拆分并映射到若干个DA。,37,IEC61850规约模型文件,模型文件（四种文件）ICD文件:IED capability descriptionIED能力描述文件SSD文件:system specification description系统规格描述文件,一次设备单线图配置文件SCD文件:substatio
19、n configuration全站系统配置文件CID文件:configurated IED description,IED实例配置文件,38,ICD模型文件信息和工程实施,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：(1)装置包含哪些逻辑装置、逻辑节点(2)逻辑节点类型、数据类型的定义(3)数据集定义、控制块定义(4)通信能力和参
20、数的描述,39,SSD模型文件信息和工程实施,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：（1）包含一次系统的单线图（2）一次设备的逻辑节点（3）逻辑节点的类型定义,40,SCD模型文件信息和工程实施,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。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，SCD文件信息包含：(1)变电站一次系统配置（含一二次关联信息配置）(2)二次设备配置（信号描述配置、GOOSE信号连接配置）(3)通讯网络及参
21、数的配置,41,CID模型文件信息和工程实施,从SCD文件中导出装置运行所需的CID文件和goose.txt文件。CID文件是PowerPC插件IEC61850程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：（1）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（2）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。,42,工程配置流程,IEC61850服务,从装置研发角度来看，IEC61850标准的服务实现主
22、要分为三个部分：MMS服务、GOOSE服务、SMV服务。其中，MMS服务用于装置和后台之间的数据交互，GOOSE服务用于装置之间的通讯，SMV服务用于采样值传输。在装置和后台之间涉及到双边应用关联，在GOOSE报文和传输采样值中涉及多路广播报文的服务。双边应用关联传送服务请求和响应（传输无确认和确认的一些服务）服务，多路广播应用关联（仅在一个方向）传送无确认服务。目前，PCS系列装置IEC61850模块支持上述所有服务。从用户使用角度来看，IEC61850 标准的实现主要分为客户端（后台）、服务器端（装置）、配置工具三个部分。配置文件是联系三者的纽带。,44,国外电子式互感器的研制及应用始于二
23、十世纪七十年代初:英国、前苏联、日本、美国等二十世纪八十年代发展较快:微电子、光纤传感及光纤通信技术推动二十世纪九十年代进入实用化研究阶段:ABB、ALSTHOM、SIEMENS等二十一世纪初开始工程应用国内电子式互感器的研制及应用我国二十世纪九十年代初开始电子式互感器的研究。主要研制单位有清华大学、华中科技大学、中国电力科学研究院、南瑞继保、南自新宁等。,电子式互感器发展情况,45,常规互感器的主要缺陷绝缘、饱和、爆炸、谐振、精度、接口等 电子式互感器的主要优势(1)高低压完全隔离，绝缘简单，安全性高；没有因漏油而潜在的易燃、易爆等危险。(2)不存在磁饱和、铁磁谐振等问题。(3)频率响应宽，
24、动态范围大，精度高，可同时满足测量和继电保护的需要。(4)体积小，重量轻，节约占地面积；无污染，无噪声，具有优越的环保性能。(5)不存在CT二次输出开路及PT二次输出短路的危害。(6)数字信号分享更为容易，带负载能力强。(7)成本与电压等级的关系不大。因此电压等级越高，经济性越明显。(8)方便地实现电压电流组合式。(9)适应电力系统数字化、智能化和网络化的需要。,电子式互感器优势,46,按一次传感部分是否需要供电划分有源式电子互感器无源式电子互感器按应用场合划分GIS结构的电子互感器AIS结构(独立式)电子互感器直流用电子式互感器,电子式互感器分类,47,国际标准 IEC60044-7、IEC
25、60044-8国家标准 GB/T20840.7、GB/T20840.8注：与GB1207、GB1208的比较：-共同点：绝缘要求、误差定义等-不同点：结构、输出信号、试验方法、电磁兼容试验等数字信号额定输出（66kV以上）-电流测量：2D41H-电流保护：01CFH-电压：2D41H模拟信号额定输出(安装在35kV及以下开关柜中,经低压合并器转化成数字信号）-电流互感器：保护用150mV，225mV，测量用4V 等-电压互感器：2/V，4/V，6.5/V等,电子式互感器标准,48,-利用电磁感应等原理感应被测信号CT：空心线圈(RC)；低功率线圈(LPCT)PT：分压原理 电容、电感、电阻-传
26、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-独立式、GIS式,有源电子式互感器,49,独立型电子式电流互感器采用低功率铁芯线圈（LPCT）传感测量电流，采用空芯线圈传感保护电流，这样可使电流互感器具有较高的测量准确度、较大的动态范围及较好的暂态特性；采用硅橡胶复合绝缘子，绝缘结构简单可靠、体积小、重量轻；电子式电压互感器采用电容分压器传感被测电压，体积较小、重量较轻、线性度好；电子式互感器的远端模块及合并单元根据保护是否双重化可采用双重化冗余配置，保证电子式互感器具有较高的可靠性；电子式电流电压互感器利用光纤传送信号，抗干扰能力强，适应了数字化变电站技术发展的要求。,AIS有源电子式
27、电流电压组合互感器,运行于哈尔滨延寿变的220kV电子式电流电压互感器,AIS有源电子式组合互感器结构,51,AIS有源电子式组合互感器参数,52,AIS电子式互感器产品主要技术参数,AIS有源电子式组合互感器型式试验,53,500kV、220kV及110kV AIS电子式互感器先后在国家高压电器质量监督检验中心通过了型式试验。,现场运行的GIS有源电子式互感器,54,1）国内唯一可以提供罐体的具有GIS整体封装结构的产品，可以方便实现组合式互感器，远端模块就地放置，避免了小信号的衰减和电磁干扰问题。2）各电压等级GIS电子式互感器作为整体产品通过了型式实验。3）两端通过变径法兰和绝缘盆子能方
28、便地和不同的GIS厂家配合，已和国内西开、沈高、泰开、平高东芝等主流GIS厂家配套过,具有成熟调试及运行经验。,运行于合肥植物园的220kV GIS电子式互感器,GIS有源电子式互感器产品实物,55,500kV GIS电子式互感器,220kV GIS电子式互感器,110kV GIS电子式互感器,GIS有源电子式组合互感器结构,56,目前国内唯一提供互感器罐体并通过GIS互感器型式试验和计量认证的产品,1罐体，2空芯线圈，3LPCT（低功率电流互感器），4电容分压环，5密封端子板，6远端模块，7屏蔽箱体，8转接法兰，9一次导体，10盆式绝缘子。,运行于青岛午山变的220kV GIS电子式电流电压
29、互感器,GIS有源电子式组合互感器,57,220kV三相分箱GIS电子式电流电压互感器,GIS有源电子式组合互感器,58,运行于江西董家窑数字化站的110kV三相共箱GIS电子式电流电压互感器,GIS有源电子式组合互感器,59,（1）充分利用GIS气体绝缘的结构特点，绝缘结构简单可靠；（2）互感器罐体、空心线圈、LPCT、电压传感器及远端模块一体化设计，结构紧凑，抗干扰特性好，互感器可与不同厂家的GIS配套使用；（3）三相共箱GIS电子式互感器设计有特殊的凸环屏蔽结构（已申请专利），能够很好地解决了三相电压测量间易相互影响的问题；（4）采用特殊设计的金属密封端子板（已申请专利），可有效避免开关
30、操作产生的瞬态过电压（VFTO）对远端模块信号的影响；（5）ECT利用空芯线圈传感保护用电流信号，利用LPCT传感测量用电流信号，使电流互感器具有较高的测量精度、较大的动态范围及较好的暂态特性。空芯线圈采用等匝数密度及回绕线技术，具有较好的抗外磁场干扰性能；,GIS有源电子式组合互感器,60,（6）EVT利用基于同轴电容及精密电阻的微分电压传感器传感被测电压，利用软硬件相结合的积分技术还原被测电压信号，使电压互感器具有较高的测量精度、较好的温度特性及较好的暂态特性；（7）远端模块采用两路独立模拟采样回路，完成双重化采样，实时比较、校验两路采样值，实现采样回路硬件自检功能，避免采样异常引起保护误
31、动；（8）MU采用插值算法实现同步，硬件简单、可靠性高。远端模块及合并单元具有完善的自监视功能，便于运行监视及故障维护；（9）MU支持IRIG-B码光纤点对点和IEEE1588网络两种对时方式，便于现场应用；（10）MU数据输出即支持IEC60044-8标准也可支持IEC61850-9-2，接口符合国际标准，具有良好的兼容性，便于系统集成。,GIS有源电子式组合互感器参数,61,GIS电子式互感器产品主要技术参数,500kV、220kV及110kV GIS电子式互感器先后在电力工业电气设备检验测试中心和国家高压电器质量监督检验中心通过了型式试验。,GIS有源电子式组合互感器型式试验,62,电流
32、互感器利用空芯线圈及低功率线圈传感被测一次电流：1)空芯线圈是一种密绕于非磁性骨架上的螺线管，如图所示。空芯线圈不含铁芯，具有很好的线性度。空芯线圈的输出信号e与被测电流i有如下关系：,空芯线圈和LPCT线圈,63,2)低功率线圈（LPCT）的工作原理与常规CT的原理相同，只是LPCT的输出功率要求很小，因此其铁芯截面就较小。,采用低功率CT（LPCT）实现对一次电流的测量。由于总消耗功率的降低，低功率CT便有可能无饱和地高准确度测量高达短路电流的过电流。对全偏移短路电流也能满足。除了量程比较宽，LPCT的尺寸比传统电磁式电流互感器小很多。LPCT浇注于浇注在环氧树脂，二次信号采用航空端子及双
33、屏蔽双绞线引出。采用玛丝作为取样电阻，温度系数很小（10ppm）.测量电流额定二次输出为4V，保护电流额定二次输出为225mV。,为提高电压测量的精度，改善电压测量的暂态特性，在电容分压器的输出端并一精密小电阻。电容分压器的输出信号U0 与被测电压Ui有如下关系：式中C1为高压电容，C2为低压电容。利用电子电路对电压传感器的输出信号进行积分变换便可求得被测电压。,电容分压器,64,远端模块,电容分压器用于传感一次被测电压，要求其具有较好的精度（0.2/3P）、温度稳定性及暂态特性。AIS电子式互感器采用性能稳定可靠的电容分压器将一次高压分压为小电压信号，经隔离变压器后送远端模块进行处理。,电压
34、互感器利用电容分压器测量电压：,远端模块,65,远端模块 远端模块同时采集LPCT、空芯线圈和电压传感器的输出信号，空芯线圈及电压传感器的输出均是被测量的微分，远端模块需要对空芯线圈和电压传感器的输出信号进行积分，还原被测量的波形，然后再依适当的格式以数字光信号的形式输出给合并单元。,电子式互感器远端模块的配置,无源电子式互感器,运行于佳木斯花马变的220kV光学电子式电流电压互感器,无源电子式互感器分类,无源电子式互感器分类,68,磁光玻璃式 优点：技术难度较小，原理简单 缺点：1、系统由分立元件组成，结构复杂，抗振动能力差 2、光学元件间用光学胶粘接，长期运行稳定性差 3、采用的分立光学元
35、件加工困难，一致性难以保证全光纤式（FOCT）优点：1、无分立元件，全光纤结构简单，抗振动能力强 2、光纤熔接后连接可靠，长期稳定性好 3、所有光学器件基于光纤制作，工艺成熟，一致性好 缺点：技术难度大，原理复杂。,Faraday磁光效应（电流互感器）,无源电子式互感器原理,69,Pockels电光效应（电压互感器）,无源电子式互感器,70,无源电子式互感器,71,无源电子式互感器,72,无源电子式互感器技术难点,73,关键技术难点-光学传感材料的选择-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,无源电子式互感器特点,74,在结构设计和工艺选择上着手，采用特
36、殊的光纤缠绕方式，有效地抑制了温度漂移。采用自适应环境补偿技术，合理选择和严格控制/4波片参数，当温度变化时，波片参数引起的误差变化与Verdet系数引起的误差变化相抵消。开发了一套独特的波片制作工艺，能够可靠的控制波片的技术参数，保证了全光纤电流互感器具有良好的温度特性。采用了特殊的电路处理方案，同时开发了独有的算法系统，消除了光源功率不稳造成的影响，保证了系统运行的精度和稳定性。在光路中大量采用互易结构，传感光信号在发送和接收时通过同一光纤和同样的光学系统，可以克服大量的光学系统缺陷，同时提高了系统抗振动、抗干扰和抗温度变化等性能。,无源电子式互感器（套管式）,75,无源电子式互感器型式试
37、验,76,500kV、220kV及110kV 光学电子式互感器先后在国家高压电器质量监督检验中心通过了型式试验。,低压用电子式互感器产品,77,图1 中低压电子式电流互感器,图2 中低压测相间电压的电子式电压互感器,图3 中低压测相对地电压的电子式电压互感器,图4 中低压母线电子式电压互感器,低压用电子式互感器技术参数,78,低压电子式互感器主要技术参数,低压电子式电流互感器和电压互感器在电力工业电气设备检验测试中心通过了型式试验。,低压用电子式互感器型式试验,79,低压电子式电流电压互感器已有近五百多套在青岛午山、合肥植物园、保定安新及内蒙临河等数字化变电站等投入运行，运行两年多，产品运行稳
38、定可靠。,现场运行的低压用电子式互感器,80,合肥植物园低压ECT,内蒙临河低压EVT,直流电子式电流互感器,直流电子式电流互感器,运行于广州换流站的500kV直流电子式CT,运行于葛洲坝换流站的50kV直流电子式CT,AIS电子式电流电压互感器已有近两百套在哈尔滨延寿数字化变电站、浙江大侣数字化变电站、河南冷泉数字化变电站、内蒙卓资数字化变电站等投入运行，运行时间近两年，产品运行稳定可靠。,现场运行的AIS有源电子式互感器,83,220kV(延寿),66kV(延寿),110kV(午山),GIS电子式电流电压互感器已有三百多套在青岛午山、安徽合肥植物园变、保定安新变、江西董家窑变、福州会展中心
39、变、河南金谷园变、内蒙临河变等数字化变电站投入运行，运行时间最长的有四年多，产品运行稳定可靠。,现场运行的GIS有源电子式互感器,84,运行于合肥植物园的110kV GIS电子式互感器,运行于内蒙临河的110kV GIS电子式互感器,GIS电子式互感器应用情况,应用情况220kV青岛午山变220kV保定安新变220kV董家窑220kV合肥植物园110kV福州会展变110kV金谷园变等大量变电站使用,GIS用电子式电流电压互感器,GIS电子式互感器应用情况,GIS用电子式电流电压互感器,GIS电子式互感器应用情况,内蒙临河110kV三相共箱,江西董家窑110kV三相共箱,GIS用电子式电流电压互
40、感器,无源电子式互感器应用情况,无源电子式电流电压互感器,无源电子式互感器应用情况,89,运行于浙江大侣变的110kV光学电子式电流互感器,光学电子式电流电压互感器已有近三十套在黑龙江景山变电站、浙江大侣数字化变电站、及内蒙卓资数字化变电站等投入运行，运行时间近两年，产品运行稳定可靠。,锦山220kV光学电子式电流电压互感器,电子式互感器应用情况,电子式互感器应用情况,直流用电子式电流电压互感器,合并单元,92,合并单元：合并单元是电子式互感器与二次设备接口的关键装置。(1)数据合并，合并单元同时接受并处理三相电流互感器和三相电压互感器的输出信号，并按IEC60044-8或IEC61850-9
41、-1/2的要求输出信号；(2)数据同步，三相电流互感器和三相电压互感器独立采样，其同步的实现由合并单元完成。(3)分配信号，不同的测控装置及保护装置均从合并单元获取一次电流电压信息，合并单元的一个主要功能是分配信号给不同的二次设备。,PCS-221A：有源式GIS电子式互感器合并单元 PCS-221E：光供电AIS电子式互感器合并单元PCS-221O：无源光纤电子式互感器合并单元 PCS-220MA：常规互感器就地采样合并单元,PT间隔（双母线）,合并单元,93,线路间隔或主变间隔,同步采样问题常规互感器与电子式互感器会并存，如电压、电流之间，变压器不同的电压等级之间三相电流、电压采样必须同步
42、变压器差动保护从不同电压等级的多个间隔获取数据存在同步问题母线差动保护从多个间隔获取数据也存在同步线路纵差保护线路两端数据采样也存在同步,合并单元,94,合并单元数据同步,95,解决同步采样的两种方案方案一：基于同步脉冲（或同步时间）的同步采样GPS秒脉冲同步IEEE1588对时同步（高精度）同步方法简单(全站采用同一GPS秒脉冲信号)秒脉冲丢失时存在危险,基于GPS秒脉冲同步的同步采样,合并单元数据同步,96,方案二：二次设备通过再采样技术(插值算法)实现同步采样率要求高硬件软件要求高，实现难度较大不依赖于GPS和秒脉冲传输系统差值算法的同步原理：1.合并器收到每路数据的每个采样值时记下相应
43、的时刻T11、T12、T13和T21、T22、T23，在进入中断程序的每个重采样时刻点T上，每一路的数据在其前后都会有采样值，根据前后点与此时刻的数值和时间差，利用插值算法（拉格朗日插值）可以得到一个“同步采样值”，所有路的数据“同步采样值”都是此参考时刻的。2.参考时刻T按固定间隔时间后移，计算不断进行，于是得到连续的“同步采样值”。,插值算法就是通过采样点的x（时间）y（瞬时值），以及插值目标的x，来计算插值目标的y。最重要的是把所有被用于同步的数据的x统一在同一个时间体系内，例如以采样点的采样时间为准。要获得准确的采样点的采样时刻，必须采取以下方式之一：（1）接收方自己给数据贴上接收的时
44、标，然后减去数据的传输延时，从而得到数据采样时刻。此情况下要求数据传输延时是固定值。（2）发送方将数据发送时刻填在数据帧内，接收方以发送方写入的发送时刻为准进行数据处理。适用于传输延时不确定的情况。,插值算法,97,IEC60044-8:光纤串行点对点,98,IEC60044-8:光纤串行点对点物理层：传输速度2.5Mbit/s，曼彻斯特编码，光纤或铜线传输。链路层：IEC60870-5-1规定的FT3格式 应用：固定数据集(数据集长度、逻辑节点名、数据集名、逻辑装置名、额定相电流、额定中性点电流、额定相电压、额定延时时间、12通道采样值、状态字、样本计数器),IEC61850-9-2,99,
45、IEC61850-9-1/2：网络数据接口 物理层：以太网，光纤传输 链路层：以太网地址、优先级标志/虚拟局域网、以太网类 应用：无数据集配置数据固定与60044-8相同，支持USVCB服务（单播采样值服务映射），不支持MSVCB类服务（多播采样值服务映射）,MU传输标准比较,应用电子式互感器需要面对的几个问题配置方案同步采样问题采样数据传送标准配置方案配置原则是保证一套系统出问题不会导致保护误动，也不会导致保护拒动电子式互感器的远端模块和合并单元需要冗余配置远端模块中电流需要冗余采样合并单元冗余配置并分别连接冗余的电子式互感器远端模块，合并单元可以安装在开关附近或保护小室,电子式互感器配置,
46、101,220kV双母线方式,102,220kV双母线方式:,低压10kV、35kV出线、母线,103,低压10kV、35kV出线、母线:,1.低压互感器(35kV以下)的输出为小电压模拟信号 2.经合并单元转化为数字信号,低压10kV、35kV开关柜,104,一次设备智能化及GOOSE,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在线监视功能：电、磁、温度、开关机械、机构动作智能控制功能：最佳开断、定相位合闸、定相位分闸、顺序控制数字化的接口：位置信息、其它状态信息
47、、分合闸命令电子操动：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，可靠性提高、电子电路的寿命、可靠性成为关键,开关智能化,106,利用现有的成熟的二次技术，结合传统开关设备，提升智能化水平实施方案方案1：智能终端+GOOSE网络(敞开站/户外GIS)方案2：GIS智能汇控柜+GOOSE网络(室内GIS站),智能终端：与一次设备采用电缆连接，与保护、测控等二次设备采用光纤连接，实现对一次设备（如：断路器、刀闸、主变压器等）的测量、控制等功能。,能够在不改变开关现有条件下实现一次设备和间隔级设备的数据通信GOOSE方式(Generic Object Orien
48、ted Substation Event)也能解决保护间的屏间连线针对不同应用场合，成对使用或单独使用可靠性、实时性,方案1-智能终端及操作箱,107,南瑞继保智能终端产品：PCS-222B500/220kV分相式智能操作箱PCS-222D500/220kV分相式智能操作箱合并单元一体化装置支持常规互感器就地采样或有源GIS电子式互感器PCS-222C110kV不分相智能操作箱PCS-222E110kV智能操作箱合并单元一体化装置支持常规互感器就地采样或有源GIS电子式互感器,南瑞继保智能汇控柜：PCS-9821：合并单元、智能终端、测控功能合一装置保护也可考虑下放到GIS汇控柜内,方案1-智
49、能终端及操作箱,108,采用智能终端并就地安装在开关场地实现间隔内开关闸刀等操作及信号反馈，由于全面采用GOOSE技术，大大节省了全站控制及信号电缆，缩小了电缆沟尺寸，节约了土地，减轻了现场安装调试维护工作量，减少了直流接地、交流传入直流等二次回路问题。,光缆连接,智能终端,方案1-智能终端及操作箱,109,户外安装：智能终端可以单独下放到户外，安装在一次设备旁边，通过光纤GOOSE网络与保护小室内的保护和测控装置进行通讯。智能终端经过了严酷的高低温和EMC试验，可以在户外恶劣的环境中运行。为使智能终端在户外运行而专门设计的屏柜，其防湿热、防尘、防辐射等各项技术指标都能满足户外安装要求。,户外
50、柜的技术参数：IP防护等级：IP55（户外标准）；内部安装19英寸标准工业装置；内部配有温湿度控制器，加热器，空气外循环模块化风扇装置；材料为不锈钢1.5mm，外壳及门板均 为双层防辐射结构（包括四周及顶壳），底部带底框，并附带安装槽钢。,运行于哈尔滨延寿变的户外智能就地柜（内含智能终端）,现场运行情况,110,河南洛阳金谷园,现场运行情况,111,河南洛阳金谷园,方案2智能化GIS汇控柜,112,我公司注重数字化变电站中一二次的智能化整合，始终秉持可靠性第一的理念，积极探索可靠、先进、经济的数字化变电站理念。南瑞继保电气有限公司一直在追踪和探索一次设备智能化的最新发展动向。也与国内高压开关厂
