基于IEC61850全数字化变电站.ppt

基于iec61850的全数字化变电站 内容提要 概述 电子式互感器 智能开关 iec61850 全数字化保护 系统结构 应用举例 概述 问题一：大量复杂的二次电缆 接地引起误动 零序电压引起的不正确动作 母线、失灵保护复杂的二次接线 信息的重复采集 电缆遭受电磁干扰和一次设备传输过电压可能引起二 次设备运行异常 在二次电缆比较长的情况下由电容耦合的干扰可能造成继电保护误动作 概述 问题二：互感器 油浸式电流互感器的爆炸将使变电站一次设备受到较大损坏 ct物理结构上的困难使得它无法精确提供保护和测量需要的大范围量 程(动态范围从10%in 到2000%in) 剩磁问题的存在给ct和继电保护的设计带来很大困难 电容式电压互感器的暂态特性可能造成快速保护的误动作 超高压系统对互感器的体积、绝缘性能和价格等都是极大的挑战 体积大，质量重，安装运输成本高 概述 传统变电站自动化系统特征： n 分层分布式机构（两层式） n 站控层与间隔层以太网通信，iec60870-5-104（103）通信协议 n 间隔层与一次设备采用电缆连接硬连线数据采集 n 电磁式ct、电容（电磁）式pt n 非智能开关 概述 传统变电站系统结构： 概述 数字化变电站自动化系统特征： n 分层分布式机构（三层式） n iec61850通信协议，标准化建模 n 智能化一次设备电子式cp/pt、智能开关 n 网络化的二次设备 n 集成化的应用信息资源，提高运行管理自动化水平 概述 数字化变电站系统结构： 概述 传统变电站传统变电站 智能变电站智能变电站 新增加的设备新增加的设备 ecvt 合并单元 智能单元 交换机 同步对时系统 网络传输方案 概述 智能变电站接线组成图智能变电站接线组成图 新增加的设备新增加的设备 替换设备替换设备 概述 实现数字化意义：技术上 可以减少设备的退出次数和退出时间，提高设备的可用性 减少自动化设备数量，简化二次接线，提高系统的可靠性 设备的维护和更新更加方便，减少投运时间，提高工作效率 可以方便变电站的扩建及自动化系统的扩充 新功能的实现及性能的提高 概述 实现数字化意义：经济上 信息在各运行系统之间的共享，减少重复建设和投资 减少占地面积，从而减少基建投资 减少变电站寿命周期内的总体成本，初期建设成本和运行维护成本 电子式互感器 分类： 电子式互感器 a. rogowski传感器 优点： 大量程 宽频带 不足： 精度一致性较差 需积分移相 适用于大 范围保护 电子式互感器 b.纳米晶lpct传感器 e=25.3.z2.l/(n22.s.k) 低功耗 高磁导 小体积 适用于高精 度测量和小范 围的保护 电子式互感器 电 子 式 互 感 器 工 作 示 意 图 电子式互感器 电 子 式 互 感 器 实 物 图 一 电子式互感器 电 子 式 互 感 器 实 物 图 二 ect evtgis-vct 电子式互感器 c. 光学传感器 优点： 无源 抗干扰能力强 不足： 稳定性较差 补偿和校正复杂 适用于高 压和直流 电子式互感器 光 学 互 感 器 工 作 示 意 图 电子式互感器 光 学 互 感 器 实 物 图 电子式互感器 非常规互感器主要优点： n 优良的绝缘性能，造价低 n 不含铁心，消除了磁饱和、铁磁谐振等问题 n 低压侧无开路高压危险 n 暂态响应范围大、频率响应范围宽 n 没有因充油而产生易燃、易爆炸等危险 n 体积小、重量轻，运输方便 n 抗电磁干扰能力强 n 具有光学敏感和光纤传输的优点，例如耐腐蚀、耐老化等 n 以弱功率数字量输出，非常适合微机保护装置的需要 电子式互感器 非常规互感器对二次回路的影响： n光缆本身不存在极性问题，因此，无需校验电流或电压互感器的极性，极 性仅仅由安装位置决定。 n不存在绝缘电阻问题，无需测试回路的绝缘电阻。 n传统互感器采用的是电信号传输方式，任何电路的交叉或错接将使保护装 置无法正常工作，采用非常规互感器后，数据的传输均带有标记，确保不 会使用错误的数据，无需进行二次回路接线检查，减少了原来繁重的查线 工作。 n由于取消了电通道信号传输，整个二次光缆传输回路是完全绝缘的，没有 接地的要求，减少了现场查接地的工作量。 n传统的互感器由于受容量限制。采用非常规互感器后，合并单元是分别输 出信号给不同的装置的，只要合并单元的输出接口数量足够，即可满足使 用需求，不存在容量要求限制。 n非常规互感器不存在ta饱和及断线问题，而原来的保护装置对于ta断线和 饱和均有不同的检测原理和相应的闭锁逻辑，该部分程序内容可以省略， 也就减少了现场针对ta断线和饱和的试验项目。 电子式互感器 非常规互感器对保护的影响： n促进保护新原理的研究。 n提高继电保护的可靠性。 n为保护提供新的功能。 n提高现场的安全性。 合并单元 数字接口 站控层 100m bit/s 站内以太网总线 iec6185081 过程层以太网总线 iec6185092 点对点链接 iec6185091 测控a保护a 保护b测控b保护c 保护d 合并单元合并单元 合并单元 合并单元 传感器 特有特征 常规或非 常规互感 器传输的 电压和电 流信号 合并单元 a/d转换 重采样 同步 转换为iec61850规约 iec61850 采样数据报 时间同步 与传感器 无关的公 共标准数 据流 合并单元 许 继 合 并 单 元 合并单元 合并单元：iec61850-9-1 点对点链接 合并单元 合并单元：iec61850-9-2 l2 保护 l1 保护 l1 中性点电流 l3 测量 l3 保护 l2 测量 l1 测量 l2 l3 中性点电压 零序电压 同步、监测 、测试、配 置 可选: 二进制输入 lan 以太网 测控保护 合并单元 信号处理器 智能开关 智能化操作功能的断路器： n 由电力电子技术、数字化控制装置组成执行单元，代替常规 机 械结构的辅助开关和辅助继电器。可按电压波形控制跳、合闸角度， 精确控制跳、合闸过程的时间，减少瞬时过电压幅值。 n 断路器操作所需的各种信息由装在断路器设备内的数字化控制装置 直接处理，使断路器装置能独立地执行其当地功能，而不依赖于变电 站级的控制系统。 n 新型传感器与数字化控制装置相配合，独立采集运行数据，可检测 设备缺陷和故障，在缺陷变为故障之前发出报警信号，以便采取措施 避免事故发生。 n 断路器具有数字化接口，可收发goose消息以实现开关控制。 智能开关 国内外现状： n abb：插接式开关系统pass(plug&switch system) 采用了智能化传感器技术和微处理技术，通过数字通信实现对设备的在线监测、诊断 、过程监视和站内计算机监控。通过智能软件分析可确定出设备的运行状况。pass中 安装了电子式互感器。通过高速现场总线传送数字化的电流电压信号 n 三菱：mits智能化开关产品 以无铁芯电流互感器和分压式电压互感器取代了常规电流互感器和电压互感器，配合 使用同步相位控制器和复合传感器，可以实现智能化变电站的全数字化要求 n siemens：综合开关设备his(highly integrated switchgear) 采用了智能模块对断路器的相关参数进行监视，并通过高速现场总线传输到变电站层 作进一步的分析 n 平高： gis开关 通过对其内部多种状态参数的采集和结果的分析处理，完成状态信息和分析结果的显 示以及相应的控制操作 电子式互感器 许 继 智 能 接 口 单 元 智能开关 示例： 系统结构 三层分布式结构 系统结构 逻 辑 接口 说明 功能层及逻辑接口 总 线过程层间隔层变电站层 if4 过程层和间隔层之间pt 和ct暂态数据交换 过 程 总 线 if5 过程层和间隔层之间控 制数据交换 if3 间隔层内数据交换 变 电 站 总 线 if8 间隔之间直接数据交换 if1 间隔层和变电站层之间 保护数据交换 if6 间隔和变电站层之间控 制数据交换 if9 变电站层内数据交换 if7 变电站层与远方工程师 办公室数据交换 系统结构 星型（star） 控制中心人机接口工程师站 以太网交换机 间隔测控保护a保护b间隔测控保护a保护b 常规断路器常规ct/pt常规断路器常规ct/pt 路由器 系统结构 环形（ring） 控制中心人机接口工程师站 间隔测控保护a保护b间隔测控保护a保护b 常规断路器常规ct/pt常规断路器常规ct/pt 路由器 环形以太网 系统结构 变电站总线（star）+过程总线（9-1） 控制中心人机接口工程师站 间隔测控保护a保护b间隔测控保护a保护b 常规断路器电子式ct/pt常规断路器 电子式ct/pt 以太网交换机 系统结构 变电站总线（star）+过程层总线（9-2） 控制中心人机接口工程师站 间隔测控保护a保护b间隔测控保护a保护b 智能开关 合并单元 电子式ct/pt 以太网交换机 智能开关 合并单元 电子式ct/pt 系统结构 变电站总线（ring）+过程层总线（9-2） 路由器 控制中心人机接口工程师站 间隔测控保护a保护b间隔测控保护a保护b 环形以太网 智能开关 合并单元 电子式ct/pt 智能开关 合并单元 电子式ct/pt 系统结构 合并的变电站总线与过程层总线（star） 控制中心人机接口工程师站 间隔测控保护a保护b间隔测控保护a保护b 智能开关 合并单元 电子式ct/pt 以太网交换机 智能开关 合并单元 电子式ct/pt 系统结构 合并的变电站总线与过程层总线（ringstar） 路由器 控制中心人机接口工程师站 间隔测控保护a保护b间隔测控保护a保护b 环形以太网 智能开关 合并单元 电子式ct/pt 智能开关 合并单元 电子式ct/pt 全数字化保护 传统保护装置工作示意图 全数字化保护 数字化保护装置工作示意图 全数字