智能变电站讲座文修改

1、主要内容 1. 继电保护基础 2. 智能变电站的国网规划及当前现状 3. 智能变电站存在的问题 4. 智能电网的发展方向和智能变电站的最新技术 一、继电保护基础 电力系统继电保护的概念和作用 一、电力系统的故障状态和不正常运行状态 1. 故障状态 电气元件发生短路、断线时的状态。 发生短路的严重后果： 故障设备损坏甚至烧毁 非故障元件损坏或者缩短使用寿命 电能质量恶化，影响产品质量 系统振荡，甚至整个系统瓦解 2.不正常运行状态 超过正常允许的工作范围，但没有发生故障时的运行状态。 常见的不正常运行状态包括： 过负荷 短路故障引起邻近健全设备电流升高 频率降低 过电压 电力系统振荡 3.电力系

2、统的事故与事故的防治对策 事故：电力系统整体或部分的正常工作遭到破坏，并造成对用户少 送电或电能质量变坏到不能容许的地步，甚至造成人身伤亡和电气 设备损坏等严重后果的事件 事故防治对策： 故障：电力系统必须在几十毫秒内准确迅速地识 别并切除故障 不正常运行状态：电力系统必须及时告警或者启 动自动控制装置 这些要求无法由运行人员做到，必须依靠继电保护 ！ 继电保护的基本概念与作用 继电保护：电力系统安全保障体系的组成部分。 继电保护的基本作用（功能）：在全系统范围内，按指定分 区实时地检测各种故障和不正常运行状态，快速及时地采 取故障隔离或告警等措施，以求最大限度地维持系统稳定、 保持供电的连续

3、性、保障人身的安全、防止或减轻设备的 损坏。 继电保护技术与继电保护装置 继电保护技术：完成继电保护功能所需要用到的技 术，主要由电力系统故障分析、继电保护原理及 实现、继电保护装置设计、继电保护运行与维护 等技术构成 继电保护装置：装设于整个电力系统的各个元件上， 例如线路，变压器，发电机，母线等，能在指定 区域快速准确地对电气元件发生的各种故障或不 正常运行状态作出反应，并按规定时限内动作， 使断路器跳闸或发出信号的一种反事故装置，又 称为保护继电器 继电保护的基本任务： n自动、快速、有选择性地将故障元件从电力系 统中切除，并最大限度地保证其他无故障部分 迅速恢复正常运行 n能对电气元件

4、的不正常运行状态作出反应，并 根据运行维护规范和设备承受能力动作，发出 告警信号 n条件许可时，可采取预定措施，尽快地恢复供 电和设备运行 继电保护技术的发展简况 1.集保护装置和断电装置于一体：熔断器 2.保护装置和断电装置分离：作用于断路器的过 电流继电器 3.直接反映一次短路电流：电磁型过电流继电器 4.采用电流互感器和电压互感器二次侧电量作为 输入的、结构独立于一次系统的继电器：现代 继电保护装置 保护装置实现技术的发展 1.20世纪50年代以前：机电型继电保护装置 2.20世纪50年代：电子型继电保护装置、集成电路型继电 保护装置 3.20世纪90年代以来：微机型继电保护装置 微机保

5、护装置具有以下特点： n具有强大的计算、分析和逻辑判断能力，优良的存储记忆功 能，可以实现性能完善且复杂的保护原理 n可以连续不断地对本身的工作状况进行自检，可靠性高 n用同一硬件实现不同的保护原理，制造简化，容易实现保护 装置标准化 n兼具故障录波、故障测距、事件顺序记录、网络通信等辅助 功能 对作用于跳闸的继电保护装置，必须满足： n选择性 n速动性 n灵敏性 n可靠性 继电保护的基本原理、构成和分类 一、继电保护的基本原理： 电流明显增大 电压明显降低 电压和电流的相位角会发生变化 测量阻抗会发生变化 电气元件流入与流出电流的关系发生变化 出现负序和零序分量 非电气量保护：瓦斯保护、过热

6、保护等等 二、继电保护装置的构成： 三、继电保护的分类： 被保护对象：线路保护、设备保护 保护原理：电流保护、电压保护、距离保护等等 识别的故障或不正常运行状态：相间短路保护、接 地故障保护等等 实现技术：集成电路型、微机型保护 职责和重要性：主保护、后备保护 测量值和整定值的关系：过量保护、欠量保护 继电保护的系统配置与继电特性 一、继电保护的系统配置与保护范围：一、继电保护的系统配置与保护范围： 电力系统的各个元件需要装设继电保护，且相邻保护的保电力系统的各个元件需要装设继电保护，且相邻保护的保 护范围之间必须护范围之间必须有重叠有重叠 ； 重叠区域要尽可能的重叠区域要尽可能的小小，因为在

7、重叠区域发生故障时，会，因为在重叠区域发生故障时，会 造成保护区内所有的断路器跳闸，扩大停电范围。造成保护区内所有的断路器跳闸，扩大停电范围。 微机继电保护装置简介 一、微机保护装置的构成原理： 一台完整的微机保护装置包括硬件和软件两个 部分： 硬件：模拟和数字电路，与外部系统建立电气 联系和为软件提供运行平台 软件：计算机程序，控制硬件，完成保护功能 二、智能变电站国网规划 及当前现状 坚强智能电网战略坚强智能电网战略 中国国家电网提出的坚强智能电网的定义：中国国家电网提出的坚强智能电网的定义： 坚强智能电网是以特高压电网为骨干网架、各级电网 协调发展的坚强网架为基础，以通信信息平台为支撑

8、，具有信息化、自动化、互动化特征，包含电力系统 的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节， 覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流 ”的高度一体化融合的现代电网。 解读坚强智能电网定义 21 经济经济 高效高效 坚强坚强 可靠可靠 清洁清洁 环保环保 友好友好 互动互动 透明透明 开放开放 坚强智能电网坚强智能电网 （1）拥有坚强的网架、强大的 电力输送能力和安全可靠的电力 供应; （2）提高电网运行和输 送效率，降低运营成本， 促进能源资源的高效利用; （3）促进可再生能源发展与利 用，提高清洁电能在终端能源 消费中的比重，降低能源消耗 和污染物排放； （4）为电力市场化建设提供

9、透 明、开放的实施平台，提供高 品质的附加增值服务； （5）灵活调整电网运行方 式，友好兼容各类电源和 用户接入与退出，激励电 源和用户主动参与电网调 节。 建设坚强智能电网包括：建设坚强智能电网包括： 1. 发电环节发电环节智能智能化化 2. 输电环节智能化输电环节智能化 3. 变电环节智能化变电环节智能化 4. 配电环节智能化配电环节智能化 现状：常规变电站自动化系统存在诸多的问题：现状：常规变电站自动化系统存在诸多的问题： 站内存在多个数据体系，数据模型不一致站内存在多个数据体系，数据模型不一致 数据采集重复数据采集重复 设计复杂，设备繁多，维护难度大设计复杂，设备繁多，维护难度大 系统

10、之间、设备之间互操作性差系统之间、设备之间互操作性差 通信规约繁杂通信规约繁杂 缺乏一致性测试和权威认证缺乏一致性测试和权威认证 信息不标准不规范，难以充分应用信息不标准不规范，难以充分应用 。 无法满足智能电网的要求无法满足智能电网的要求 智能电网已经上升为国家战略智能电网已经上升为国家战略 国网公司制订了国网公司制订了2009200920202020年的智能电网年的智能电网 发展规划：发展规划： 2009200920112011年：年均投资超过年：年均投资超过30003000亿，总投资亿，总投资 1000010000亿亿 2012201220152015年：总投资年：总投资15000150

11、00亿亿 2016201620202020年：总投资年：总投资2000020000亿亿 全面建成统一、坚强的智能电网全面建成统一、坚强的智能电网 智能电网为行业的发展注入了澎湃的动力智能电网为行业的发展注入了澎湃的动力 智能电网的发展需要智能变电站智能电网的发展需要智能变电站 智能电网建设思路智能电网建设思路 国网对智能变电站的发展规划 变电站发展阶段 智能变电站定义 智能变电站 智能设备：先进、可靠、集成、低碳、环保 基本要求：全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化 基本功能：自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等 高级功能：可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分

12、析决策、 协同互动等 智能变电站在数字变电站的基础上，向过程层的一次设备智能化和站控层一体 化信息平台的高级应用发展而来，满足无人值班和集中监控技术要求。两者的 共同点在于均基于IEC61850规范，一次设备功能的数字化转换。 智能变电站典型特征 信息采集就地化 智能组件: 执行间隔的信息采集和执行功能。 智能组件将成为一次设备的组成部分，智能组件初期阶 段靠近一次设备安装，户外柜方式,“缩短电缆，延长光 缆”。 一、二次技术的融合，智能组件与电力系统的外在特性 无关，可作为智能一次设备的一个组成部分，就地化靠近 一次设备安装，最终形成智能一次设备的产业化。 过程层智能组件的发展趋势 智能变电

13、站典型特征 智能变电站典型特征 智能变电站试点 咸宁供电公司2010年开工的110kV文毕山智能变电站 作为湖北省电力公司第一批智能变电站的3个试点之 一。 目前咸宁电网投运的智能变电站有220kV蒋家洞变电 站、110kV沙口变电站、110kV文毕山变电站。而现在 所有的110kV及以上可研均按智能变电站设计。 35kV可研设计电气二次均采用智能变电站61850规约， 方便以后35kV常规站改造成智能站。 国外智能变电站发展情况 国外智能变电站发展情况 智能变电站优点 变电站网络结构 变电站网络结构 合并单元 A/D转换：常规互感器，其二次负荷很小，规定的互感 器二次容量均小于10VA。 数

14、据合并转发：如接收母线合并单元发来的母线电压并 转发。规范要求MU应支持数据帧通道可配置功能，但厂 家一般不支持自由配置。 电压切换与并列：MU可采用硬接点接入位置信号，也 可通过GOOSE网接收位置信号。 对ECT/EVT的采集器供能。 合并单元 智能终端 对一次设备测量、控制等功能 开入：相当于原测控的DI板，但可实现信息共享。 开出：刀闸、断路器的控制等。 操作：智能操作箱，含有完整的跳合闸回路。 采样：温湿度信息，通过GOOSE报文传输 简单的逻辑运算：位置运算（三相合与、三相合或、 三相合或、三相分与）、闭锁信号的或逻辑运算等。 智能终端 电子式互感器 电子互感器发展现状及分析 电子

15、互感器发展现状及分析 电子互感器发展现状及分析 二次设备的联接 二次设备和一次设备功能 二次设备和一次设备功能 二次设备和一次设备功能 一次设备智能化 高压设备智能化 高压设备智能化 一次设备智能化主变 一次设备智能化开关 500kV AIS、220kV GIS 、110kV PASS智能组件集成控 制、测量、状态监测等IED，实现了开关设备SF6微水、 压力、密度、机械特性等状态监测，提高了断路器的 智能化现状。 一次设备智能化避雷器 进行了避雷器全电流、阻性电流、动作次数等避雷器 状态监测试点应用，使用了无线传输技术，提高了避 雷器的智能化现状。 下图为武汉110kV鲁巷变的避雷器状态监测

16、： 辅助系统智能化 辅助系统智能化 辅助系统智能化 一体化信息平台 高级应用 三、智能变电站存在的问题 数据同步问题 数据同步问题 三相电流、电压采样须同步 （合并单元实现） 变压器差动保护不同电压等级的多个间隔获取数据 存在同步 （保护装臵实现） 母线差动保护从多个间隔获取数据存在同步 （保护装臵实现） 在咸宁电网110kV XX#1主变送电过程中，高压侧一次 电流负荷在37A左右时，南京新宁保护装置与南瑞继 保合并单元配合。保护装置报采样数据异常。 后经两个厂家技术人员相互沟通后，由南京新宁公 司更改保护装置采样异常判据，将双AD不一致偏差设 置一门槛值，即在保护内部定值中增加一项双AD不

17、一 致门槛值设定。该采样数据异常现象才彻底解决现场。 抓取南瑞继保合并单元9-2报文，发现保护电流双 AD通道数据不一致，波形如下： 上图中2、3通道分别为保护A相电流双AD实时波形， 理论上双AD波形瞬时值（包括幅值和相位）应偏差不 大。从波形上看，3通道波形已经完全处于正半轴， 对正弦波进行了上移。保护装置对采样数据异常的判 据为：连续接收到的9-2报文帧间隔时间超出在 25030us范围，且双AD数据偏差超过10%。 四、智能电网的发展方向和智 能变电站的最新技术 智能电网的发展方向 智能电网的发展要求合理的电网结构布 局。 合理的电网结构应满足如下要求： 1、能够满足各种运行方式下潮流

18、变化的需要，具有一定的灵活性 ，并能适应系统发展的要求； 2、任一元件无故障断开，应能保持电力系统的稳定运行，且不致 使其他元件超过规定的事故过负荷和电压允许偏差的要求； 3、应有较大的抗扰动能力，并满足本导则中规定的有关各项安全 稳定标准； 4、满足分层和分区原则； 5、合理控制系统短路电流。 国网战略：建设以特高压为骨干网架，各级电网协调发 展的坚强智能电网 输电和配电协调 一次和二次协调 有功和无功协调 新一代智能变电站总体目标 电气一二次设备是实现新一代智能变电站建设的基础。目前 的智能变电站虽然也实现了一二次系统的部分提升，但仍然存 在占地大、效率不高等问题。 一次设备的智能化程度低

19、，实现了一次设备与二次设备之间 的数字化联络，但由于合并单元和智能终端的出现，增加了大 量现场接口设备，无法实现与一次设备的整体设计； 二次系统虽然有很大的突破，实现了全站的信息化、数字化， 但网络的实现过于复杂，信息传递的可靠性还需要进一步验证。 新一代智能变电站将实现整体设计、统一标准、先进实用的 目标，一次设备更加节约占地面积、智能化程度更高，二次系 统集成化程度更高、更好地支撑调控一体化。 1.智能变压器 2.开关设备 3.保护及测控装置 “三层两网”到“二层一网” 二层一网方案 新一代智能变电站概念设计 武汉110千伏未来城新一代智能变电站是国家电网公司6个新一代智 能变电站示范工程之一，湖北公司是全国4个直辖市之外唯一承担该示 范工程的网省公司。 该站以系统高度集成、结构布局合理、装备先进适用、经济节能环 保、支撑调控一体化为建设目标，100%选择技术成熟的新设备