智能化变电站课件

智能化变电站 杨书佺 目录 1 IE6180协议2 GOOSE网络 1 IE6180协议是什么 IEC61850是IEC 国际电工委员会 制定的关于变电站自动化系统的通信网络和系统的国际标准 全称 变电站通信网络和系统 规范了变电站内IED之间的通信行为 由IECTC57制订 1995 2004 中国等同引用为DL T860系列 目标 一个世界 一种技术 一个标准 代表了SAS技术的最新趋势 是实现数字化变电站的关键技术 是一个十分庞大的标准体系 不仅仅是一个普通通信协议 2IEC61850的特点IEC61850是关于变电站自动化系统的第1个完整的通信标准体系 与传统的通信协议体系相比 在技术上IEC61850有如下突出特点 使用面向对象建模技术 使用分布 分层体系 使用抽象通信服务接口 ACSI 特殊通信服务映射SCSM技术 使用MMS技术 具有互操作性 具有面向未来的 开放的体系结构 一次设备智能化 二次设备网络化 通信是数字化变电站的关键IEC61850为数字化变电站提供了全面的网络通信解决方案 3 IEC61850与数字化变电站的关系 6 IEC61850应用现状 国内 DL T860出版 成功进行了6次互操作实验 检测机构同步成长2层结构已经有一些工程实例 3层结构在积极探索 2层结构1 目前国内主要厂家能够提供二层结构的IEC61850变电站的技术方案 2 方案主要包含变电站层的监控系统 远动系统 间隔层的各种保护装置 测控装置等 用于工程实施的系统配置工具 3 主要采用双总线以太网架构 为了满足GOOSE的需求 使用支持IEEE802 3P Q标准的以太网交换机 4 国内主要厂家的通信服务基本没有问题 在对IED建模方面 大家还存在一些差异 2层结构发展趋势很快会在国内普及 3层结构1 非传统互感器 ECT EPT 或OCT OPT 取代电磁型互感器 传统断路器 智能终端2 网络化保护 测控装置 3层结构 3层结构智能终端基本功能 1 通过过程总线接口给间隔层设备提供电气信息 接受间隔层设备的跳合闸等控制命令 2 各断路器的智能终端输入开关位置 低气压 刀闸位置等状态量 输出跳合闸命令 含操作回路 3 本体智能终端输入非电量 中性点刀闸位置 档位等信号 输出档位控制 中性点刀闸控制和风扇控制等接点 3层结构存在问题 1 传统断路器 智能终端方式在技术上比较受限制 智能开关技术发展不快 2 国内非传统互感器运行时间短 经验少 其可靠性需要进一步考察 3 与过程层配套的网络化间隔层IED运行时间短 经验少 还需要进一步观察 4 间隔层的组网方式还不成熟 有用IEC61850 9 1点对点方式的 也有用IEC61850 9 2方式的 三层结构是技术发展的趋势 目前还存在不少技术问题需要解决 IEC61850应用现状 国内 中国IEC61850互操作实验成果国内主要厂商IEC61850标准的研发和开发已经取得重大进展 国内参加试验的大多数厂家的研究水平已基本与国外厂家处于同一水平 电科院检测中心作为IEC61850检测单位积累了的IEC61850检测经验 掌握了IEC61850的检测技术 为IEC61850在中国的推广做好了准备 关键问题分析 一次设备可靠性和使用寿命 新型一次设备使用了电子电路 使一次设备的可靠性 稳定性以及使用寿命都成为人们关注的焦点 与传统设备相比 新设备工程运行时间不长 还需要继续观察 二 GOOSE网络 1 定义面向通用对象的变电站事件 GOOSE 是IEC61850标准中用于满足变电站自动化系统快速报文需求的机制 2 GOOSE在变电站中如何应用 从中国目前的变电站自动化系统的实际应用来看 快速报文主要应用于继电保护领域以传输一些简单的二进制布尔型数据 例如跳闸 合闸 启动 闭锁 允许等实时信号 IEC61850标准还明确规定了快速报文的传输时间要求 对于跳闸等重要信号要求在3ms内 GOOSE通信采用基于以太网多播技术的多播应用关联 为了保证实时性和可靠性 GOOSE报文传输不需要回执确认 而是采用顺序重发机制 网络方案对于GOOSE通信的实时性和可靠性至关重要 关于继电保护 主要作用 是通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性 最大限度地保证向用户安全连续供电 原理 继电保护装置必须具有正确区分被保护元件是处于正常运行状态还是发生了故障 是保护区内故障还是区外故障的功能 保护装置要实现这一功能 需要根据电力系统发生故障前后电气物理量变化的特征为基础来构成 要求有 可靠性 选择性 灵敏性 速动性 关于继电保护 基本任务是 自动 迅速 有选择性地将故障元件从电力系统中切除 使故障元件免于继续遭到破坏 保证其他无故障部分迅速恢复正常运行 反应电气元件的不正常运行状态 并根据运行维护的条件 如有无经常值班人员 而动作于信号 以便值班员及时处理 或由装置自动进行调整 或将那些继续运行就会引起损坏或发展成为事故的电气设备予以切除 此时一般不要求保护迅速动作 而是根据对电力系统及其元件的危害程度规定一定的延时 以免暂短地运行波动造成不必要的动作和干扰而引起的误动 继电保护装置还可以与电力系统中的其他自动化装置配合 在条件允许时 采取预定措施 缩短事故停电时间 尽快恢复供电 从而提高电力系统运行的可靠性 3 GOOSE的通信机制1 1GOOSE报文定义GOOSE Genericobjectorientedsubstationevent 即通用面向对象的变电站事件 GOOSE报文的发送和接收分别由publisher 公告式发布 和subscriber 预定式接收 来执行 1 2GOOSE报文发送时间间隔对于publisher GOOSE报文的发送并不是按固定时间间隔来发送的 在没有GOOSE事件发生时 GOOSE报文的发送间隔相对比较长 按固定时间间隔来进行 但是在发生事件时 数据发生了变化 发送时间间隔就会设置为最小 在此阶段 发送时间间隔会逐渐增大 直到事件状态稳定 GOOSE报文的发送又变为固定长时间间隔 该过程如图1所示 1 3报文接收方对通信中断的检测对于一个重发的GOOSE报文 会在报文中附带一个timeAllowedToLive的参数 该参数告知接收方等待下一个重发的GOOSE报文的最长时间 如果在该时间内 接收方没有收到重发的报文 就可以认为是发生了通信中断 1 4报文过滤机制对于GOOSE报文的发送方 它可能会以组播的方式发送多个报文 每个报文都是与特定数据相关的 报文头中包含有不同的目标地址 对于接收方 网络底层会收到网络上所有的GOOSE报文 其中包括接收方需要的信息和它不需要的信息 所以需要对报文进行过滤 为了减轻cpu的负担 这个过滤的任务一般由网络控制器来完成 接收方采取订阅的形式来获取需要的GOOSE报文 接收方配置了一个GOOSE报文目标地址列表 并对网络控制器进行设置 网络控制器收到GOOSE报文后就将报文中的目标地址与目标地址列表中的地址作对比 如果该目标地址包含在地址列表中 那么就认为该GOOSE报文是接收方订阅的 在CPU从网络控制器读取GOOSE报文时将报文传送给CPU 然后接收方会进一步对GOOSE报文进行解析 4 继电保护的GOOSE需求分析电力系统继电保护有4个基本要求 即选择性 速动性 灵敏性和可靠性 其中选择性和灵敏性与继电保护系统 包括量测和保护通信 相关 GOOSE主要影响继电保护的速动性和可靠性 在相同的一次 二次设备条件下 与传统保护接点直接跳闸方式相比 继电保护采用GOOSE报文经网络发信给智能操作箱的方式增加了中间环节 保护总动作时间有所延长 关键在于这段延时能否稳定地控制在一定的时间范围内 采用GOOSE后 继电保护通过 网络传输跳闸和相互之间的启动闭锁信号 与传统回路方式相比 可靠性主要体现在网络的可靠性和运行检修及扩建的安全性上 5 GOOOSE网络方案 根据上述继电保护的GOOSE需求分析 并综考虑继电保护速动性 可靠性 安全性和经济性 GOOSE网络方案应根据一次接线形式和继电保护配置特点确定 下面列举典型接线形式的GOOSE网络方案 5 1220kV双母线接线形式国内220kV多采用双母线接线形式 继电保护按双重化配置 冗余方式按双重化保护和双重化GOOSE网络设计 为了安全性 交换机按出线 主变和母线等间隔分散分配 双重化间隔交换机分别安装在双套线路或主变保护屏上 双重化母线交换机则安装在双套母线保护屏上 间隔交换机与母线交换机以星形单网方式连接 以线路和主变间隔为例 其中一套保护的GOOSE网络方案见图2 图2220kV双母线接线中一套保护的GOOSE网络方案 主变间隔的保护信号联系与出线间隔的保护信号联系区别不大 不再列表给出 可以看出 出线间隔与主变间隔之间没有信号联系 只有母线保护与每个间隔都有信号联系 间隔内部线路保护与开关及刀闸间的联系信号在间隔交换机内 母线保护与间隔保护或智能一次设备的信号联系只经过2级交换机 母线交换机按间隔划分VLAN 从而隔离各间隔GOOSE报文 大大减少报文帧排队延时 间隔检修的安全措施简单可靠 只要断开间隔交换机与母线交换机连接即可 5 2500kV的3 2接线形式国内500kV多采用3 2接线形式 继电保护按双重化配置 但3 2接线形式不是星形结构 中断路器与两侧间隔连接形成冗余结构 因此 中断路器保护与两侧间隔都有联系 与双母线结构相同 3 2接线形式也按间隔双重化保护分散配置双重化交换机 但中智能开关及其保护配置双网口分别连接到两侧间隔交换机 与一次结构保持一致 以一串内的线路和主变间隔为例 一套保护的GOOSE网络方案见图3 其中 中断路器保护和中智能开关与两侧保护均有信号联系 为了避免GOOSE报文跨越母线交换机而降低系统可靠性 将中断路器保护和中断路器接入两侧间隔交换机 图3500kV3 2接线一套保护GOOSE网络方案 同理 主变间隔的保护信号联系不再列表给出 由于中开关保护与智能开关通过2个网口接入两侧间隔交换机 间隔之间保护没有信号联系 只有母线保护与各自间隔有信号联系 间隔内部各设备间的联系信号不出间隔交换机 母线保护与间隔开关保护或智能一次设备信号联系只经过2级交换机 母线交换机按间隔划分VLAN隔离各间隔GOOSE报文 减少了报文帧排队延时 间隔检修时安全措施也比较简单可靠 除断开间隔交换机与母线交换机连接外 还需断开中开关保护及智能开关与同一串运行侧间隔交换机的连接 以上典型接线形式的保护GOOSE网络方案中 交换机VLAN划分十分重要 尤其是母线交换机 应在保障母线与各间隔间多播报文畅通的前提下有效隔离各间隔之间的多播报文 母线交换机选型时必须考虑其对VLAN划分的支持程度 此外 交换机优先传输 多播报文过滤等也要合理应用 继电保护采用