设备管理_智能电网及一次设备智能化概论

智能电网及一次设备智能化智能电网及一次设备智能化 内容纲要内容纲要 智能变电站智能变电站 智能设备智能设备 智能设备关键技术研究智能设备关键技术研究 智能电网概述智能电网概述 内容纲要内容纲要 智能电网 概述 智能电网 概述 发展智能电网驱动力 智能电网概念 发展智能电网驱动力 智能电网概念 智能电网关键技术智能电网关键技术 智能电网概述智能电网概述发展智能电网的驱动力发展智能电网的驱动力 美国：摆脱对中东石油资源的依赖，解决电网设备的老化、应对电 力用户的需求。 美国：摆脱对中东石油资源的依赖，解决电网设备的老化、应对电 力用户的需求。 一方面，美国是世界上重要的能源消耗大国和世 界最大的石油进口国；另一方面，美国的碳排放 总量和人均排放量均居世界前列。从美国自身能 源安全和环保的角度来看，需大力推动新能源的 发展。 一方面，美国是世界上重要的能源消耗大国和世 界最大的石油进口国；另一方面，美国的碳排放 总量和人均排放量均居世界前列。从美国自身能 源安全和环保的角度来看，需大力推动新能源的 发展。 启动“智能电网”工程作为其经济复兴的核心引 擎，再造美国能源产业革命，重塑美国竞争力。 启动“智能电网”工程作为其经济复兴的核心引 擎，再造美国能源产业革命，重塑美国竞争力。 解决日益老化的电网设备和用户对供电可靠 性和电能质量要求日益提高的矛盾， 解决日益老化的电网设备和用户对供电可靠 性和电能质量要求日益提高的矛盾，保障电 网在灾害中的恢复能力，防止恐怖分子的袭击， 降低出现人为失误和其他风险的几率。 保障电 网在灾害中的恢复能力，防止恐怖分子的袭击， 降低出现人为失误和其他风险的几率。 信息化、数字化等新技术的驱动。信息化、数字化等新技术的驱动。 欧洲：欧洲：欧洲：欧洲：更加高效、灵活、环保、有利于跨欧电力市场建设等需求更加高效、灵活、环保、有利于跨欧电力市场建设等需求更加高效、灵活、环保、有利于跨欧电力市场建设等需求更加高效、灵活、环保、有利于跨欧电力市场建设等需求。 欧洲各国的能源政策更加强调对欧洲各国的能源政策更加强调对环境的保护和可再生能源发展环境的保护和可再生能源发展，尤 其是鼓励风能、太阳能和生物质能等可再生能源发展，欧盟和相关国家 的政策比美国更加鼓励支持、提倡低碳发电、可再生能源电力和高效的 能源利用方式，减小碳化物的排放，保护环境。 ，尤 其是鼓励风能、太阳能和生物质能等可再生能源发展，欧盟和相关国家 的政策比美国更加鼓励支持、提倡低碳发电、可再生能源电力和高效的 能源利用方式，减小碳化物的排放，保护环境。 来自开放电力市场的竞争压力，提升用户的满意度，提高运营效率，来自开放电力市场的竞争压力，提升用户的满意度，提高运营效率，降 低电力价格 降 低电力价格，加强与客户的互动，把电网建设成运营商和用户互动的 服务网。 ，加强与客户的互动，把电网建设成运营商和用户互动的 服务网。 欧洲用户也对欧洲用户也对供电可靠性供电可靠性和电能质量提出了更高的要求。和电能质量提出了更高的要求。 现代新技术的驱动。现代新技术的驱动。 智能电网概述智能电网概述发展智能电网的驱动力发展智能电网的驱动力 中国建设智能电网的驱动力中国建设智能电网的驱动力中国建设智能电网的驱动力中国建设智能电网的驱动力 中国：能源资源分布不均，负荷快速增长；电源结构以煤电为主、中国：能源资源分布不均，负荷快速增长；电源结构以煤电为主、中国：能源资源分布不均，负荷快速增长；电源结构以煤电为主、 中国：能源资源分布不均，负荷快速增长；电源结构以煤电为主、 调节能力不足；节能减排调节能力不足；节能减排调节能力不足；节能减排 调节能力不足；节能减排 。 减小碳排放，保护环境，接纳风电等大规模可再生能源。减小碳排放，保护环境，接纳风电等大规模可再生能源。减小碳排放，保护环境，接纳风电等大规模可再生能源。减小碳排放，保护环境，接纳风电等大规模可再生能源。 满足快速增长的负荷需求，加快电网的建设和改造，加大电网特满足快速增长的负荷需求，加快电网的建设和改造，加大电网特满足快速增长的负荷需求，加快电网的建设和改造，加大电网特 满足快速增长的负荷需求，加快电网的建设和改造，加大电网特 别是配电网的投入。别是配电网的投入。别是配电网的投入。别是配电网的投入。 建设西电东送通道，加强电网跨区互联，解决调峰能力不足问题。建设西电东送通道，加强电网跨区互联，解决调峰能力不足问题。建设西电东送通道，加强电网跨区互联，解决调峰能力不足问题。建设西电东送通道，加强电网跨区互联，解决调峰能力不足问题。 提高供电可靠性和电能质量。提高供电可靠性和电能质量。提高供电可靠性和电能质量。提高供电可靠性和电能质量。 智能电网概述智能电网概述发展智能电网的驱动力发展智能电网的驱动力 7/43 环保，发展可再生能源的需要环保，发展可再生能源的需要 1. 1. 支持分布式电源（DER，Distributed Electric Resource）接入支持分布式电源（DER，Distributed Electric Resource）接入 2. 2. 支持电动车智能充电支持电动车智能充电 3. 3. 目前以煤电、天然气发电为主的电力生产模式不可能持续发展，发展可 再生能源、提高能源利用效率迫在眉睫 目前以煤电、天然气发电为主的电力生产模式不可能持续发展，发展可 再生能源、提高能源利用效率迫在眉睫 提高系统安全性、可靠性提高系统安全性、可靠性 1. 1. 数字技术的发展对数字技术的发展对供电可靠性供电可靠性、电能质量提出了更高的要求、电能质量提出了更高的要求 2. 2. 2003年北美大停电带来的启示2003年北美大停电带来的启示 减少投资，提高经济效益减少投资，提高经济效益 1. 1. 电力改制后电力企业追求电力改制后电力企业追求利润利润的最大化的最大化 2. 2. 减少负荷曲线波动，充分利用输配电系统容量减少负荷曲线波动，充分利用输配电系统容量 智能电网概述智能电网概述发展智能电网的驱动力发展智能电网的驱动力 水电站水电站 太阳能发电站太阳能发电站 风能发电站风能发电站 生物质能发电站生物质能发电站 潮汐浮标潮汐浮标 控制 中心 控制 中心 低排放电厂低排放电厂 微型电网微型电网 光电设备光电设备 微型电力存储设施微型电力存储设施 热力热力存储 SMES 燃料电池 压缩氢气存储压缩氢气存储 氢气加注站氢气加注站 制造工厂（高耗能）制造工厂（高耗能） 核能和海水淡化厂核能和海水淡化厂 海上风力发电海上风力发电 微型电网微型电网 微型电网 写字楼和商场写字楼和商场 混合动力汽车充电设备的停车场混合动力汽车充电设备的停车场 变电站变电站 CO2 存储 由创新驱动的能源系统由创新驱动的能源系统 明天的天气：晴、有风、温暖。明天的天气：晴、有风、温暖。 智能电网概念智能电网概念 SAP 2009 / Page 9 调度 输电 用电 变电 配电 发电 提高潮流 柔性交流输电（ 提高潮流 柔性交流输电（ FACTS）, 广域测量 系统（ 广域测量 系统（WAMS）, WAPS 发电技术发电技术 ICT和 嵌入式系统 和 嵌入式系统 可再生能源可再生能源 高效的房屋高效的房屋需求侧管理需求侧管理 客户驱动的市场 客户驱动的市场 E-能源能源 高效的配电 网络 高效的配电 网络 智能设备智能设备 存储和需求 响应 存储和需求 响应 智能家电智能家电增值服务增值服务 先进的通信技术先进的通信技术 海量实时数据 管理 海量实时数据 管理 更灵活的结算模式更灵活的结算模式 电动车电动车 智能调度智能调度 配网监测配网监测 先进的设备管理先进的设备管理 智能传感器智能传感器 微网微网 智能电网概念智能电网概念 构建智能、高效、可靠的现代电网体系，为国家转变经济发展方式、推动 经济社会又好又快发展作出我们的贡献。需要我们在各方面推进智能电网 的建设工作。 构建智能、高效、可靠的现代电网体系，为国家转变经济发展方式、推动 经济社会又好又快发展作出我们的贡献。需要我们在各方面推进智能电网 的建设工作。 优化电源结构 支持可再生能源友好 接入 实现节能调度 微网 发电发电 安全、可靠、节能 、经济的优化调度 适应各种类型的发 电资源 变电站智能化 智能设备 诊断与可视化 更低的传输网损 可靠经济的设备管 理 更可靠的电力传输 输电输电 科学经济的配网规划 自适应的故障处理能 力 更迅速的故障反应 更可靠的电力供给 更出色的电能质量 可靠经济的设备管理 支持分布式能源和储 能元件 与用户的更多交互 配电配电 针对用户需求定制 服务 允许用户向电网提 供多余的电力 根据用户的信用控 制电力的供给 智能家居 智能电表 电动汽车? 用电用电 智能电网概念智能电网概念 11/43 输电领域输电领域 1. 1. 智能变电站技术智能变电站技术 2. 2. 一次设备的智能化技术一次设备的智能化技术 3. 3. 高压设备的在线监测与综合状态评估高压设备的在线监测与综合状态评估 4. 4. 设备维修策略的优化设备维修策略的优化 5. 5. 新型输电线路技术新型输电线路技术 6. 6. 输电线路状态的在线识别输电线路状态的在线识别 7. 7. 大容量FACTS设备的应用大容量FACTS设备的应用 8. 8. 设备的全寿命周期的资产管理设备的全寿命周期的资产管理 智能电网概述智能电网概述智能电网的关键技术智能电网的关键技术 12/43 配电技术领域领域配电技术领域领域 1. 1. 配网自动化技术配网自动化技术 2. 2. 新型可再生能源的接入技术新型可再生能源的接入技术 3. 3. 配网电力电子技术配网电力电子技术 4. 4. 大规模储能技术大规模储能技术 5. 5. 快速的配电网仿真技术快速的配电网仿真技术 6. 6. 高级运行管理技术高级运行管理技术 7. 7. 微网技术微网技术 智能电网概述智能电网概述智能电网的关键技术智能电网的关键技术 电网基础体系 技术支撑体系 智能应用体系 标准规范体系 电网基础体系 技术支撑体系 智能应用体系 标准规范体系 电网基础体系 技术支撑体系 智能应用体系 标准规范体系 电网基础体系 技术支撑体系 智能应用体系 标准规范体系 一个目标 三个阶段 两条主线 四个体系 五个内涵 一个目标 三个阶段 两条主线 四个体系 五个内涵 构建以特高压电网为骨干网架、各级电 网协调发展的统一坚强智能电网 构建以特高压电网为骨干网架、各级电 网协调发展的统一坚强智能电网 构建以特高压电网为骨干网架、各级电 网协调发展的统一坚强智能电网 构建以特高压电网为骨干网架、各级电 网协调发展的统一坚强智能电网 技术上实现信息化、自动化、互动化 管理上实现集团化、集约化、精益化、标准化 技术上实现信息化、自动化、互动化 管理上实现集团化、集约化、精益化、标准化 技术上实现信息化、自动化、互动化 管理上实现集团化、集约化、精益化、标准化 技术上实现信息化、自动化、互动化 管理上实现集团化、集约化、精益化、标准化 2009-2010年： 规划试点阶段 2011-2015年： 全面建设阶段 2016-2020年： 引领提升阶段 2009-2010年： 规划试点阶段 2011-2015年： 全面建设阶段 2016-2020年： 引领提升阶段 2009-2010年： 规划试点阶段 2011-2015年： 全面建设阶段 2016-2020年： 引领提升阶段 2009-2010年： 规划试点阶段 2011-2015年： 全面建设阶段 2016-2020年： 引领提升阶段 坚强可靠 经济高效 清洁环保 透明开放 友好互动 坚强可靠 经济高效 清洁环保 透明开放 友好互动 坚强可靠 经济高效 清洁环保 透明开放 友好互动 坚强可靠 经济高效 清洁环保 透明开放 友好互动 六个环节六个环节 发电 输电 变电 配电 用电 调度发电 输电 变电 配电 用电 调度 发电 输电 变电 配电 用电 调度发电 输电 变电 配电 用电 调度 国网公司对智能电网的思考和建设方案国网公司对智能电网的思考和建设方案 阶段一 第二阶段 第三阶段 阶段一 第二阶段 第三阶段 2009年年2010年 规划试点阶段 年 规划试点阶段 重点开展坚强智能电网发 展规划工作，制定技术和 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年年2015年 全面建设阶段 年 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年年2020年 引领提升阶段 年 引领提升阶段 全面建成统一的坚强智能 电网，技术和装备全面达 到国际先进水平。 国网公司对智能电网的思考和建设方案国网公司对智能电网的思考和建设方案 发电 环节 调度 环节 用电 环节 配电 环节 输电 环节 变电 环节 发电 环节 调度 环节 用电 环节 配电 环节 输电 环节 变电 环节 信息通信信息通信 国网公司对智能电网的思考和建设方案国网公司对智能电网的思考和建设方案 内容纲要内容纲要 智能变电站智能变电站 智能设备发展展望智能设备发展展望 智能设备关键技术研究智能设备关键技术研究 智能电网概述智能电网概述 内容纲要内容纲要 智能变电站的定义智能变电站的定义 智能变电站智能变电站是统一坚强智能电网的重要基础和支撑。 按照“统一规划、 统一标准、 统一建设” 的工作方针， 规范开展智能变电站建设 是统一坚强智能电网的重要基础和支撑。 按照“统一规划、 统一标准、 统一建设” 的工作方针， 规范开展智能变电站建设 智能变电站智能变电站是统一坚强智能电网的重要基础和支撑。 按照“统一规划、 统一标准、 统一建设” 的工作方针， 规范开展智能变电站建设 是统一坚强智能电网的重要基础和支撑。 按照“统一规划、 统一标准、 统一建设” 的工作方针， 规范开展智能变电站建设 智能变电站智能变电站采用先进、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。 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。 智能变电站是智能电网的智能变电站是智能电网的重要节点重要节点 智能电力设备是智能变电站和智能电网的智能电力设备是智能变电站和智能电网的支撑支撑和不可或缺的和不可或缺的组成部分组成部分 智能变电站智能变电站 变电站数字化信息化变电站数字化信息化 变电站数字化信息化变电站数字化信息化 高级应用高级应用 高级应用高级应用 智能一次设备智能一次设备 智能一次设备智能一次设备 智 能 电 网智 能 电 网 智 能 电 网智 能 电 网 智 能 变 电 站智 能 变 电 站 智 能 变 电 站智 能 变 电 站 智能变电站智能变电站 数字化平台数字化平台 取消长电缆连接，提高系统性能，同时消除事故隐患取消长电缆连接，提高系统性能，同时消除事故隐患 使用IEC 61850标准，有利于设备之间的互操作使用IEC 61850标准，有利于设备之间的互操作 新型保护和控制技术的采用新型保护和控制技术的采用 电子式互感器电子式互感器 一体化系统一体化系统 智能变电站智能变电站 电压互感器 1主变 公共绕组 750kV 330kV 330kV 66kV 电压互感器 主接线示意图主接线示意图 按照国网的三层两网的设计原则，保护采用直采直跳的规范。按照国网的三层两网的设计原则，保护采用直采直跳的规范。 三层三层：站控层、间隔层、过程层：站控层、间隔层、过程层 两网两网：站控层网络、过程层网络：站控层网络、过程层网络 设计方案设计方案 750kV天水变电站整站网络配置图天水变电站整站网络配置图 750kV天水智能化变电站方案天水智能化变电站方案 站控层的主要功能是为变电站提供运行、管理、工程配置的界面，并记录变电站内 的所有相关信息。具体如下： 站控层的主要功能是为变电站提供运行、管理、工程配置的界面，并记录变电站内 的所有相关信息。具体如下： 1. 汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库； 2. 按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心，接收调度或控制中心有关控制命令并 转间隔层、过程层执行； 按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心，接收调度或控制中心有关控制命令并 转间隔层、过程层执行； 3. 监控系统和远动通信服务器采用一体化数据库配置方式，生成监控数据库的同时即可完 成对远动通信服务器的数据库、功能及逻辑的配置，提高了数字化变电站的维护效率； 监控系统和远动通信服务器采用一体化数据库配置方式，生成监控数据库的同时即可完 成对远动通信服务器的数据库、功能及逻辑的配置，提高了数字化变电站的维护效率； 4. 具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；站控层、间隔层共用一套防误规则库，防误 规则库可由后台监控生成并通过网络下载到测控装置，并可在后台监控上模拟、预演、 校验测控装置的防误逻辑，有效的提高了系统的可靠性与维护效率； 具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；站控层、间隔层共用一套防误规则库，防误 规则库可由后台监控生成并通过网络下载到测控装置，并可在后台监控上模拟、预演、 校验测控装置的防误逻辑，有效的提高了系统的可靠性与维护效率； 5. 具有（或备有）站内当地监控，人机联系功能，如显示、操作、打印、报警，甚至图像 ，声音等多媒体功能； 具有（或备有）站内当地监控，人机联系功能，如显示、操作、打印、报警，甚至图像 ，声音等多媒体功能； 6. 具有对间隔层、过程层各设备的在线维护、在线组态，在线修改参数的功能；具有对间隔层、过程层各设备的在线维护、在线组态，在线修改参数的功能； 7. 具有变电站电压无功控制（具有变电站电压无功控制（VQC）、小电流接地选线、故障自动分析和操作培训等功能）、小电流接地选线、故障自动分析和操作培训等功能 站控层功能站控层功能 间隔层功能间隔层功能 1. 汇总本间隔过程层实时数据信息；汇总本间隔过程层实时数据信息； 2. 实施对一次设备保护控制功能；实施对一次设备保护控制功能； 3. 实施本间隔操作闭锁功能；实施本间隔操作闭锁功能； 4. 实施操作同期及其他控制功能；实施操作同期及其他控制功能； 5. 对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制； 6. 完成与过程层及站控层的网络通信功能。保证网络通信的可靠性。完成与过程层及站控层的网络通信功能。保证网络通信的可靠性。 1. 电力运行实时的电气量检测；电力运行实时的电气量检测； 2. 运行设备的状态参数检测；运行设备的状态参数检测； 3. 操作控制执行与驱动； 过程层设备包括光电互感器、合并单元、智能终端。合并器与互感器的 输出相连并完成与一些跨间隔合并器的数据传输。 操作控制执行与驱动； 过程层设备包括光电互感器、合并单元、智能终端。合并器与互感器的 输出相连并完成与一些跨间隔合并器的数据传输。 过程层功能过程层功能 变电站智能一次设备的定义变电站智能一次设备的定义 高压设备智能化 (或 智能设备) 高压设备智能化 (或 智能设备) 是智能电网的重要组成部分，也是区别 传统电网的主要标志之一。 是智能电网的重要组成部分，也是区别 传统电网的主要标志之一。 高压设备智能化 (或 智能设备) 高压设备智能化 (或 智能设备) 是智能电网的重要组成部分，也是区别 传统电网的主要标志之一。 是智能电网的重要组成部分，也是区别 传统电网的主要标志之一。 智能设备智能设备是附加了智能组件的高压设备，智能组件承担宿主设备相关测量 、控制、计量、检测、保护等全部或部分功能的智能电子装置集合，是高压 设备智能化的核心部件。智能组件通过网络连接至站控层，实现与站内其它 设备和调度系统的信息交互。 是附加了智能组件的高压设备，智能组件承担宿主设备相关测量 、控制、计量、检测、保护等全部或部分功能的智能电子装置集合，是高压 设备智能化的核心部件。智能组件通过网络连接至站控层，实现与站内其它 设备和调度系统的信息交互。 变电站智能一次设备的定义变电站智能一次设备的定义 1. 测量数字化测量数字化 2. 控制网络化控制网络化 3. 状态可视化状态可视化 4. 功能一体化功能一体化 5. 信息互动化信息互动化 1. 测量数字化测量数字化 2. 控制网络化控制网络化 3. 状态可视化状态可视化 4. 功能一体化功能一体化 5. 信息互动化信息互动化 要求：要求： 变电站智能一次设备的定义变电站智能一次设备的定义 测量数字化：测量数字化： 设备及其附属组件的基本状态信息的数字化，即对电网运 行所需基本状态参量实现就地数字化测量。基本状态参量包 括变压器油温、有载分接开关分接位置，开关设备分、合状 态。 设备及其附属组件的基本状态信息的数字化，即对电网运 行所需基本状态参量实现就地数字化测量。基本状态参量包 括变压器油温、有载分接开关分接位置，开关设备分、合状 态。 状态可视化：状态可视化： 基于自检信息和设备其他信息，实现设备状态的自诊断， 即对其他相关系统而言，设备状态是可视的。为此，自诊断 结果应以故障部件、影响和发生几率进行表述。 基于自检信息和设备其他信息，实现设备状态的自诊断， 即对其他相关系统而言，设备状态是可视的。为此，自诊断 结果应以故障部件、影响和发生几率进行表述。 智能电力设备智能电力设备 对有控制要求的设备或设备部件实现基于网络的控制。如变压器冷却系统、 有载调压系统，开关设备分闸合闸操作等。 智能设备可有自备的数字化控制单元，或由智能组件来控制，也可以支持双控 制模式，一主一备。由于智能组件有更多的信息，可实现更加智能化的控制，因此 由智能组件进行主控。如有自备数字化控制单元，则自备数字化控制单元与智能组 件之间由光纤通讯连接，遵循IEC61850 G00SE 通讯协议 对于断路器及其同一间隔的其他开关设备，有时序和逻辑上的闭锁要求，所以 控制单元只负责接收和执行分、合闸指令。 对有控制要求的设备或设备部件实现基于网络的控制。如变压器冷却系统、 有载调压系统，开关设备分闸合闸操作等。 智能设备可有自备的数字化控制单元，或由智能组件来控制，也可以支持双控 制模式，一主一备。由于智能组件有更多的信息，可实现更加智能化的控制，因此 由智能组件进行主控。如有自备数字化控制单元，则自备数字化控制单元与智能组 件之间由光纤通讯连接，遵循IEC61850 G00SE 通讯协议 对于断路器及其同一间隔的其他开关设备，有时序和逻辑上的闭锁要求，所以 控制单元只负责接收和执行分、合闸指令。 控制网络化控制网络化 智能设备智能设备 功能一体化：功能一体化： 传感器与高压设备的一体化设计传感器与高压设备的一体化设计 测、控、检、计、保融合设计测、控、检、计、保融合设计 信息互动化：信息互动化： 与智能调度系统互动。智能设备将自诊断结果保送到调度 系统，使其成为调度决策和设备故障预案制定的基础信息 之一。 与智能调度系统互动。智能设备将自诊断结果保送到调度 系统，使其成为调度决策和设备故障预案制定的基础信息 之一。 与设备运行管理系统互动。包括智能组件自主从设备管理 运行系统获取非自检测设备状态信息，以及将综合自诊断 结果保送到设备运行管理系统两个方面。 与设备运行管理系统互动。包括智能组件自主从设备管理 运行系统获取非自检测设备状态信息，以及将综合自诊断 结果保送到设备运行管理系统两个方面。 智能电力设备智能电力设备 GIS智能化方案智能化方案 主主IED 断路器机械特性在线控制断路器机械特性在线控制IED 局部放电局部放电IED SFSF6 6 密度及微水监测密度及微水监测IED 避雷器在线监测避雷器在线监测IED 智能终端智能终端 合并单元合并单元 智能电力设备研究智能电力设备研究 系统测控装置 合并单元 监测功能组主IED 局放IED SF6压力、水分IED 站控层通信网络 过程层通信网络 开关设备控制器 计量装置 继电保护装置 智能电力设备研究智能电力设备研究 合并单元 系统测控装置 SF6压力、水分IED 局放监测IED 监测功能组主IED 过程层通信网络 GIS本体 智能组件 位置信号 报警信号 分合控制 开关设备控制器 智能控制智能控制 状态监测状态监测 功能集成功能集成 综合故障评估与分析综合故障评估与分析 1. 电流信号电流信号 2. 开关位置状态信号开关位置状态信号 3. 气体状态信号气体状态信号 4. 机构电机的运行状态机构电机的运行状态 5. 合分闸故障合分闸故障 信号测量 智能电力设备研究 信号测量 智能电力设备研究 智能控制智能控制 状态监测状态监测 功能集成功能集成 综合故障评估与分析综合故障评估与分析 1.1.断路器、隔离开关，接地开关的合分闸控制断路器、隔离开关，接地开关的合分闸控制 2.2.断路器选相控制选相控制是指断路器选择合 适的相位进行分、合闸操作。目前，合闸相位 控制比较成熟，对于减少合闸涌流、降低合闸 过电压有积极意义。合闸选相控制的主要依据 就是电压的相位信息，对于容性回路，通常在 电压过零时合闸比较理想。选相控制器对断路 器合闸时间的稳定性有较高要求，目前适宜于 液压机构的断路器。 断路器选相控制选相控制是指断路器选择合 适的相位进行分、合闸操作。目前，合闸相位 控制比较成熟，对于减少合闸涌流、降低合闸 过电压有积极意义。合闸选相控制的主要依据 就是电压的相位信息，对于容性回路，通常在 电压过零时合闸比较理想。选相控制器对断路 器合闸时间的稳定性有较高要求，目前适宜于 液压机构的断路器。 信号测量 智能电力设备研究 信号测量 智能电力设备研究 智能控制智能控制 状态监测状态监测 功能集成功能集成 综合故障评估与分析综合故障评估与分析 1. 1. SF6气体状态的监测SF6气体状态的监测 2. 2. 环境监测环境监测 3. 3. 断路器机械特性的在线监 测 断路器机械特性的在线监 测 4. 4. GIS局放的监测GIS局放的监测 5. 5. 气体成分监测气体成分监测 6. 6. 触头烧蚀状态触头烧蚀状态 信号测量 智能电力设备研究 信号测量 智能电力设备研究 智能控制智能控制 状态监测状态监测 功能集成功能集成 综合故障评估与分析综合故障评估与分析 将所有测量模块，在线监 测数据采集模块，控制模 块集成于智能组件中。 将所有测量模块，在线监 测数据采集模块，控制模 块集成于智能组件中。 考虑到系统层网络的数据 量问题，所有在线监测数 据的处理及判断集成于智 能组件中。 考虑到系统层网络的数据 量问题，所有在线监测数 据的处理及判断集成于智 能组件中。 信号测量 智能电力设备研究 信号测量 智能电力设备研究 智能控制智能控制 状态监测状态监测 功能集成功能集成 综合故障评估与分析综合故障评估与分析 将所有测量模块，在线监 测数据采集模块，控制模 块集成于智能组件中。 将所有测量模块，在线监 测数据采集模块，控制模 块集成于智能组件中。 所有在线监测的数据通过 独立的网线上传至后台 所有在线监测的数据通过 独立的网线上传至后台 信号测量 智能电力设备研究 信号测量 智能电力设备研究 智能控制智能控制 状态监测状态监测 功能集成功能集成 综合故障评估与分析综合故障评估与分析 对自诊断结果进行综合分 析及判断，并以故障模式，故 障的影响和故障的发生几率进 行表述 对自诊断结果进行综合分 析及判断，并以故障模式，故 障的影响和故障的发生几率进 行表述 信号测量信号测量 智能电力设备研究智能电力设备研究 SF6 气体的密度、湿度气体的密度、湿度 内部气体组份内部气体组份 局放局放 电子式电子式ECT 断路器本体断路器本体 行程行程时间进线时间进线 储能电机电流储能电机电流 脱扣线圈电流脱扣线圈电流 电机启动次数及间隔时间电机启动次数及间隔时间 位置信号位置信号 断路器机构断路器机构 断路器机构故障断路器机构故障 a. 曲线超出正常曲线包络线曲线超出正常曲线包络线 b. 分合闸时间超标分合闸时间超标 c. 分合闸速度不达标分合闸速度不达标 1. 负载增加负载增加 2. 油缓冲失效油缓冲失效 储能电机的电流储能电机的电流 1. 电机电流增加、减小电机电流增加、减小 2. 电机启动次数电机启动次数 3. 间隔时间间隔时间 a. 储能簧失效储能簧失效 b. 储能系统卡滞储能系统卡滞 c. 机构发生泄露机构发生泄露 1. 脱扣系统卡滞脱扣系统卡滞 2. 负载增加负载增加 3. 控制信号是否发出控制信号是否发出 机构线圈电流图形机构线圈电流图形 1. 电子式电子式CT电流信号电流信号 2. 机构监测分闸时间机构监测分闸时间 3. I2t的累加从而判断 触头烧蚀状况 的累加从而判断 触头烧蚀状况 触头烧损情况触头烧损情况 绝缘故障绝缘故障 a. 局放增加局放增加 b. 气体组份的变化气体组份的变化 1. 内部绝缘缺陷变大内部绝缘缺陷变大 2. 放电对气体分解放电对气体分解 断路器本体故障断路器本体故障 壳体发生泄露壳体发生泄露 1. SF6 气体密度气体密度 2. SF6 气体水分气体水分 监测功能组监测功能组 合并单元（如集成）合并单元（如集成） 系统测控装置（如需要）系统测控装置（如需要） 对设备运行所需基本参量实现就 地数字化测量。基本参量包括：断路 器、隔离开关、接地刀合分操作的控 制，开关位置、动作次数监测，气体 压力告警监测。可以进行就地控制， 也从过程层网络上取得相关数据，通 过分析、判断，并进行智能控制，或 者也可由站控层直接控制。基于 对设备运行所需基本参量实现就 地数字化测量。基本参量包括：断路 器、隔离开关、接地刀合分操作的控 制，开关位置、动作次数监测，气体 压力告警监测。可以进行就地控制， 也从过程层网络上取得相关数据，通 过分析、判断，并进行智能控制，或 者也可由站控层直接控制。基于 IEC61850标准分别接入站控层网络 和过程层网络。 标准分别接入站控层网络 和过程层网络。 智能终端智能终端) ) 智能电力设备研究智能电力设备研究 计量装置（如集成）计量装置（如集成） 保护装置（如集成）保护装置（如集成） 合并单元（如集成）合并单元（如集成） 系统测控装置（如需要）系统测控装置（如需要） 智能终端智能终端 智能电力设备研究智能电力设备研究 计量装置（如集成）计量装置（如集成） 保护装置（如集成）保护装置（如集成） 监测功能组监测功能组 1. 1. SFSF6 6 气体密度，微水分在线监测；气体密度，微水分在线监测； 2. 2. GIS 环境温度、湿度， SF6含 量，氧气含量； GIS 环境温度、湿度， SF6含 量，氧气含量； 3. 3. 使用UHF技术进行开关的在线局 放监测，并建立故障状态下局放 波形图数据库，在开关发生局部 放电故障时，判断故障类型及引 起故障的原因； 使用UHF技术进行开关的在线局 放监测，并建立故障状态下局放 波形图数据库，在开关发生局部 放电故障时，判断故障类型及引 起故障的原因； 合并单元（如集成）合并单元（如集成） 系统测控装置（如需要）系统测控装置（如需要） 智能终端智能终端 智能电力设备研究智能电力设备研究 计量装置（如集成）计量装置（如集成） 保护装置（如集成）保护装置（如集成） 监测功能组监测功能组 4. 4. 实现开关动作特性的在线监测，测量 分、合闸速度，时间等特性，建立开 关机械故障数据库及判别故障的专家 系统，以确定开关每次动作的是否处 于正常状态； 实现开关动作特性的在线监测，测量 分、合闸速度，时间等特性，建立开 关机械故障数据库及判别故障的专家 系统，以确定开关每次动作的是否处 于正常状态； 5. 5. 开断电流电弧能量的估算，建立开关 累积电弧能量的寿命曲线及判别的专 家系统，以确定开关开关电流的剩余 寿命。 开断电流电弧能量的估算，建立开关 累积电弧能量的寿命曲线及判别的专 家系统，以确定开关开关电流的剩余 寿命。 智能终端智能终端 监测功能组监测功能组 合并单元（如集成）合并单元（如集成） 系统测控装置（如需要）系统测控装置（如需要） 采集本间隔各类采集本间隔各类CT、PT信 号，并将其传至过程层网络或 信 号，并将其传至过程层网络或/ 和继电保护装置和继电保护装置 智能电力设备研究智能电力设备研究 计量装置（如集成）计量装置（如集成） 电量保护装置（如集成）电量保护装置（如集成） 控制控制IED 监测功能组监测功能组 合并单元（如集成）合并单元（如集成） 系统测控装置（如需要）系统测控装置（如需要） 接收本间隔合并单元采样 值，配置间隔层五防功能，装 置内配防误规则库，可通过 GOOSE实现联闭锁。并将处理 结果传送至站控层网络。 接收本间隔合并单元采样 值，配置间隔层五防功能，装 置内配防误规则库，可通过 GOOSE实现联闭锁。并将处理 结果传送至站控层网络。 智能电力设备研究智能电力设备研究 计量装置（如集成）计量装置（如集成） 保护装置（如集成）保护装置（如集成） 智能终端智能终端 监测功能组监测功能组 合并单元（如集成）合并单元（如集成） 系统测控装置（如需要）系统测控装置（如需要） 从过程层网络上接收所需 电压、电流信号，对电能量进 行计算，将结果传送至站控层 网络。 从过程层网络上接收所需 电压、电流信号，对电能量进 行计算，将结果传送至站控层 网络。 智能电力设备研究智能电力设备研究 计量装置（如集成）计量装置（如集成） 保护装置（如集成）保护装置（如集成） 智能终端智能终端 监测功能组监测功能组 合并单元（如集成）合并单元（如集成） 系统测控装置（如需要）系统测控装置（如需要） 根据电流、电压等电量信号完 成相应的保护。采用 根据电流、电压等电量信号完 成相应的保护。采用GOOSE服务实 现与开关设备控制器及其他 服务实 现与开关设备控制器及其他IED设备 的信息交互，采用 设备 的信息交互，采用IEC61850-9-2接 收来自合并单元的采样值信息，实 现保护功能，与站控层网络的信息 交互采用 接 收来自合并单元的采样值信息，实 现保护功能，与站控层网络的信息 交互采用IEC61850-8-1。 智能电力设备研究智能电力设备研究 计量装置（如集成）计量装置（如集成） 保护装置（如集成）保护装置（如集成） 国家电网公司提出建设国家电网公司提出建设“统一坚强的智能电网统一坚强的智能电网”，智能变电 站作为智能电网的重要组成部分和关键节点，在设计和建设中 要符合以下总体原则： ，智能变电 站作为智能电网的重要组成部分和关键节点，在设计和建设中 要符合以下总体原则： 1）智能变电站的设计应遵循智能变电站技术导则（以 下简称导则）的有关技术原则。 ）智能变电站的设计应遵循智能变电站技术导则（以 下简称导则）的有关技术原则。 2）在安全可靠的基础上，采用智能设备，提高变电站智能 化水平。 ）在安全可靠的基础上，采用智能设备，提高变电站智能 化水平。 3）在技术先进、运行可靠的前提下，可采用电子式互感器。）在技术先进、运行可靠的前提下，可采用电子式互感器。 4）应建立全站的数据通信网络，数据的采集、传输、处理 应数字化、共享化。 ）应建立全站的数据通信网络，数据的采集、传输、处理 应数字化、共享化。 设计原则设计原则 陕西延安陕西延安陕西延安陕西延安750kV750kV750kV750kV智能变电站试点工程智能变电站试点工程智能变电站试点工程智能变电站试点工程 5）在现有技术条件下，全站设备状态监测功能宜利用统一 的信息平台，应综合状态监测技术的成熟度和经济性，对关键 设备实现状态检修，减少停电次数、提高检修效率。 ）在现有技术条件下，全站设备状态监测功能宜利用统一 的信息平台，应综合状态监测技术的成熟度和经济性，对关键 设备实现状态检修，减少停电次数、提高检修效率。 6）优化设备配置，实现功能的集成整合。）优化设备配置，实现功能的集成整合。 7）提高变电站运行的自动化水平和管理效率，优化变电站 设备的全寿命周期成本。 ）提高变电站运行的自动化水平和管理效率，优化变电站 设备的全寿命周期成本。 8）技术适度超前、符合未来发展趋势，对于现阶段不具备 条件实现的高级功能应用，应预留其远景功能接口。变电站自 动化系统的设备配置和功能要求按少人值班设计，预留远期实 现变电站无人值班的接口和功能配置。 ）技术适度超前、符合未来发展趋势，对于现阶段不具备 条件实现的高级功能应用，应预留其远景功能接口。变电站自 动化系统的设备配置和功能要求按少人值班设计，预留远期实 现变电站无人值班的接口和功能配置。 设计原则设计原则 陕西延安陕西延安陕西延安陕西延安750kV750kV750kV750kV智能变电站试点工程智能变电站试点工程智能变电站试点工程智能变电站试点工程 智能一次设备总体方案智能一次设备总体方案 根据对国内主要生产厂家的调 研情况，提出本站智能一次设备总 体方案：电力功能元件+智能组件电力功能元件+智能组件。 一次设备通过附加智能组件实现智 能化，使一次设备不但可以根据运 行的实际情况进行操作上的智能控 制，同时还可根据状态检测和故障 诊断的结果进行状态检修。 设计方案设计方案电气一次部分-智能一次设备电气一次部分-智能一次设备 一次设备 智能 组件 多根信号线 智能一次设备示意图 陕西延安陕西延安陕西延安陕西延安750kV750kV750kV750kV智能变电站试点工程智能变电站试点工程智能变电站试点工程智能变电站试点工程 750kV智能断路器智能断路器 750kV智能断路器包括断路器和智能组件，断路器本体上装有执 行器和传感器。智能组件包括智能单元、状态监测单元和加热、 驱潮、照明等辅助回路。智能单元、状态监测单元放置在汇控 柜内，各种传感器则集成在断路器本体上或安装于机构箱和汇 控柜内。 设计方案设计方案电气一次部分-智能一次设备电气一次部分-智能一次设备 += 智能断路器智能断路器 传统断路器智能组件 陕西延安陕西延安陕西延安陕西延安750kV750kV750kV750kV智能变电站试点工程智能变电站试点工程智能变电站试点工程智能变电站试点工程 1）智能单元 330kV750kV断路器智能单元冗余配置。 66kV断路器智能单元单套配置。 主变各侧断路器智能单元冗余配置。 智能单元分散下放布置于断路器汇控柜。 2）状态监测单元 监测参量：750kV断路器 SF6气体压力、温度和水分的 检测、操动机构状态检测、储能电机工作状态检测、触头机 械寿命判断。 750kV断路器状态监测单元按单元单套配置，分散下放布 置于750kV断路器汇控柜内。 设计方案设计方案电气一次部分-智能一次设备电气一次部分-智能一次设备 智能断路器智能组件配置要求智能断路器智能组件配置要求 陕西延安陕西延安陕西延安陕西延安750kV750kV750kV750kV智能变电站试点工程智能变电站试点工程智能变电站试点工程智能变电站试点工程 状态监测系统设计方案 1）全站配置唯一的设备状态监测后台系统对站内各类设备 的状态监测数据进行汇总、诊断分析。 2）按照状态监测系统集成商统一约定进行建模。 3）各类设备状态监测单元采用统一接口类型和传输规约。 设计方案设计方案电气一次部分-状态监测系统电气一次部分-状态监测系统 陕西延安陕西延安陕西延安陕西延安750kV750kV750kV750kV智能变电站试点工程智能变电站试点工程智能变电站试点工程智能变电站试点工程 状态监测系统设计方案状态监测系统设计方案 设计方案设计方案电气一次部分-状态监测系统电气一次部分-状态监测系统 全站设置一套独立 的综合状态监测系 统, 采用分层分布 式结构，由各类设 备的状态监测单元 和监测中心服务器 两大部分组成。状 态监测系统后台机 预留远期至超高压 公司运检中心及电 科院的2M通信接口。 陕西延安陕西延安陕西延安陕西延安750kV750kV750kV750kV智能变电站试点工程智能变电站试点工程智能变电站试点工程智能变电站试点工程 状态监测信息传输 3）750kV断路器 断路器SF6气体压力、温度和水分值； 分合闸速度、分合闸时间（包括同期性）和分合闸线圈电 流波形； 储能机构油压值、储能电机工作电流和工作状态； 断路器机械寿命； 机构箱和汇控柜的温湿度值； 断路器健康状态评估结果； 断路器状态检修建议。 设计方案设计方案电气一次部分-状态监测系统电气一次部分-状态监测系统 陕西延安陕西延安陕西延安陕西延安750kV750kV750kV750kV智能变电站试点工程智能变电站试点工程智能变电站试点工程智能变电站试点工程 根据本工程电子式互感器工程应用专题报告的论证结果，结合不同 电压等级和750kV延安变电站的特点，提出延安变电子式互感器工程配置方 案。 配置方案 750kV部分、330kV完整串和66kV采用基于Rogowski线圈原理的有源电 子式电流互感器，330kV不完整串采用无源光纤型电子式电流互感器，全站 采用电容分压技术的有源电子式电压互感器。 1）750kV-ECT采用SF6罐式断路器组合式；750kV-EVT采用独立支柱式。 2）330kV-ECT、OCT采用与隔离开关组合式（不完整串中采用一组独立 支柱式OCT）；330kV-EVT采用独立支柱式。 3）66kV-ECT采用独立支柱式；66kV-EVT采用独立支柱式。 设计方案设计方案电气一次部分-电子式互感器电气一次部分-电子式互感器 陕西延安陕西延安陕西延安陕西延安750kV750kV750kV750kV智能变电站试点工程智能变电站试点工程智能变电站试点工程智能变电站试点工程 电气二次部分-智能变电站自动化系统电气二次部分-智能变电站自动化系统 系统构成系统构成 1）变电站自动化系统在功能逻辑上由站控层、间隔层、过程 层组成。三层之间用分层、分布、开放式网络系统实现连接。 ）变电站自动化系统在功能逻辑上由站控层、间隔层、过程 层组成。三层之间用分层、分布、开放式网络系统实现连接。 2）站控层由主机、操作员站、远动通信装置、保护故障信息 系统和其他各种功能站构成，提供所内运行的人机联系界 面，实现管理控制间隔层、过程层设备等功能，形成全站监 控、管理中心，并远方监控 ）站控层由主机、操作员站、远动通信装置、保护故障信息 系统和其他各种功能站构成，提供所内运行的人机联系界 面，实现管理控制间隔层、过程层设备等功能，形成全站