数字化变电 站宣传资料 -完整可编辑版.doc

目 录第一章 概 述1第二章 相关技术82.1 IEC6185082.2 电子式互感器112.3 智能化高压电器13第三章 实施方案15第四章 NS3000相关产品174.1 通用组态工具174.2 后台系统204.3 间隔层测控装置214.4 间隔层保护测控装置234.5 远动工作站244.6 智能操作单元254.7 合并单元264.8 保护子站284.9 公用信息管理机29第五章 工程应用315.1 承德西地110kV变电站工程315.2 北京顺义500kV 变电站工程325.3 浙江220kV外陈变电站工程325.4 广东110kV沙坪变电站工程32第六章 数字化变电站装置34第一章 概 述1.1 数字化变电站的概念近年来，计算机技术、信息处理技术和网络通信技术发展迅速，对变电站自动化系统产生了巨大影响。随着特高压、大容量、超大系统电网的逐渐形成，对电网安全、稳定、可靠、控制、信息交互等提出了更高更迫切的要求。国家电网公司在“十一五”规划中明确提出研究和推广数字化变电站。变电站是电网中的节点，主要通过一次设备和线路完成输变电的功能，而对一次设备实行监控和保护需要自动化的二次设备，因此对变电站运行管理控制需要自动化技术,运行管理控制水平的不断提高依赖变电站自动化技术的不断发展。可以说变电站自动化技术的发展至今，就是不断深化的数字化过程。“数字化变电站”是业界人士对变电站自动化技术发展的一种提炼说法,是一种共识,即对一些关键技术的研究和应用，会引领变电站自动化技术以及相关领域技术发生重大变革的共识，是一种发展的理念而不是简单名词定义。数字化变电站是以变电站一、二次系统为数字化对象，对数字化信息进行统一建模，将物理设备虚拟化，采用标准化的网络通信平台，实现信息共享和互操作，满足安全、稳定、可靠、经济运行要求的现代化变电站。数字化变电站技术将处于不断发展和完善的进程中。就目前而言，符合IEC61850标准的变电站通信网络和系统、智能化的一次设备（如电子式互感器、智能化开关等）、网络化的二次设备、自动化的运行管理系统，为其最主要的技术特征。从长远发展来看，面向数字化电网的需求，数字化变电站技术还将涉及的内容有：变电站之间、变电站与控制中心之间的信息交互技术，信息安全技术，广域同步采样技术、实时动态监测技术，电能质量在线监测技术、实时分析技术，以及一、二次系统的技术融合。1.2 数字化变电站研究内容与预期成果1.2.1数字化变电站一次设备研究1) 光学电子式互感器研究研究基于多种原理的光学电子式互感器；研究光学电子式互感器原理；研究电光学子式互感器制造工艺；研究光学电子式互感器电源供给、校验、维护技术；解决寿命、温度、振动、电场的影响等问题。掌握新型光学电子式互感器原理，实现光学电子式互感器自主制造工艺，突破电源供给、校验、维护等关键技术，解决寿命、温度、振动、电场的影响等问题。2) 非光电电子式数字互感器研究研究其它基于多种原理的电子式互感器；研究非光电电子式互感器原理、制造工艺、电源供给、校验、维护技术；研制满足各种电压等级需求的非光电电子式互感器。掌握其它非光电电子式互感器原理，实现自主制造工艺，突破电源供给、校验、维护等关键技术，研制出满足各种电压等级需求的非光电电子式数字互感器。3) 电子式互感器在数字化变电站中的应用研究研究电子式互感器、合并单元在数字化变电站中的应用前景；研究电子式互感器对数字化变电站体系的影响和变革；研究电子式互感器对电力系统相关专业理论及实施架构的突破；研究现有规程对光学电子式互感器的约束，研究与规程、标准、规范、计量的协调方法。提出电子式互感器、合并单元在数字化变电站中的应用前景和步骤，提出电子式互感器、合并单元对数字化变电站体系的影响和变革，提出与规程、标准、规范、计量的协调方法，指导数字化变电站的实施。4) 高压电器数字化、智能化技术研究研究智能化高压电器未来发展对数字化变电站的影响；研究数字化变电站发展对智能化高压电器的要求；研究在线监视技术、智能控制技术、电子操动技术等；研究智能模块的高可靠性设计技术；研究与二次系统的接口。提出智能化高压电器未来发展对数字化变电站的影响、以及数字化变电站发展对智能化高压电器的要求；提出智能高压电器在线监视、智能控制、电子操动等的技术方案和产品，完成智能模块的高可靠性设计，实现与二次系统的接口。1.2.2数字化变电站二次系统研究1) 数字化变电站自动化系统总体方案研究研究变电站自动化系统技术现状、现有条件及发展趋势；研究IEC61850与中国国情的结合；研究不同电压等级变电站自动化系统站控层、间隔层、过程层设备的实施方案；进行软、硬件平台及网络架构、带宽、介质的选择和论证；确定实施数字化变电站自动化系统的技术路线；研究现有变电站自动化系统向数字化变电站自动化系统的过渡方案。 提出变电站自动化系统技术现状、现有条件及发展趋势，以电子式互感器的应用和IEC61850标准的实现为主要切入点，提出不同电压等级变电站自动化系统站控层、间隔层、过程层设备的实施方案，提出实施数字化变电站自动化系统的技术路线，并提出现有变电站自动化系统向数字化变电站自动化系统的过渡方案。 2) 数字化变电站通用支撑平台技术的研究研究SoPC/FPGA设计技术、实时嵌入式系统技术、通网络技术和高速数据总线技术等，研究数字化变电站的软、硬件平台及网络架构，开发面向数字化变电站应用的通用软、硬件支撑平台，满足不同电压等级变电站自动化系统站控层、间隔层、过程层设备的研制需求。研制面向数字化变电站应用的通用软、硬件支撑平台。3) 数字化变电站、集控站监控软件技术研究研究具有自主知识产权的数字化变电站、集控站监控软件；研究安全操作系统平台的应用；研究IEC61850标准的实现技术；研究通用配置工具；人性化操作界面的研究；研究信息智能分析、综合处理方案和算法。 开发出具有自主知识产权的数字化变电站、集控站监控软件；基于安全操作系统平台，满足电力系统信息安全要求；符合IEC61850标准，支持与测控、保护等各种智能装置的无缝通讯，实现即插即用；提供通用的配置工具，支持功能自由分配，满足装置互换性的要求；支持信息智能分析、综合处理，提供友善人机接口，满足变电站安全操作、经济运行等管理需求。4) 电子式互感器数据采集及测控技术研究研究电子式互感器接口技术和标准；研究高速、高精度数据采集技术；研究同步采集技术；研究数据采集冗余、容错技术；研究符合IEC61850标准的网络化测控软硬件平台；研制适合数字化变电站就地安装的测控设备；研究数字化变电站安稳和自动解列的数据采集技术；研究基于信息共享的快速解列技术；研究数字化变电站动态监测技术；研究测控、保护、测距、录波、动态相量测量和电能质量监测等功能整合技术；研究未来测控模式的变革趋势。实现二次设备与数字式互感器的标准化接口，开发研制合并单元，实现过程数据的高速、高精度同步采集，为各种功能的二次设备提供技术基础；研制出符合IEC61850标准的网络化测控软硬件平台；研制出适合数字化变电站就地安装的测控设备；研制数字化变电站安稳和自动解列装置；开发出一体化功能装置；提出未来测控模式的变革趋势。5) 数字化变电站继电保护研究研究符合IEC61850标准、基于电子式互感器应用的继电保护新原理、新方法；研究基于同步采样等技术的继电保护新原理；研究符合IEC61850标准的网络化继电保护软硬件平台和信息模型；研制适合数字化变电站就地安装的继电保护装置；研究数字化变电站中行波信息获取方法；研究基于电子式互感器的数字化故障定位技术。提出符合IEC61850标准、基于电子式互感器应用的继电保护新原理、新方法，提出基于同步采样等技术的继电保护新原理；研制出符合IEC61850标准的网络化继电保护软硬件平台；开发出适合数字化变电站分散化就地安装的继电保护装置。开发基于电子式互感器的行波测距装置。提高继电保护的精度和可靠性，提高对电力系统故障的快速响应和高灵敏性。6) 数字化变电站数据中心与信息管理技术研究研究将变电站测控、保护、录波、同步向量等各种智能设备的不同模型数据统一集中的处理技术；研究支持动态模型的对象数据库；研究为不同类型的信息管理主站系统提供不同模型数据的技术；研究在数据采集完整的基础上对数据的分析、处理与应用；研究应用数据仓库、数据挖掘、数据安全等新技术；研究模糊数学、人工智能、专家系统等多种学科知识的集成应用。采用动态数据模型管理技术，面向一、二次设备对象，存储接入的测控、保护、录波等智能设备的信息，以满足变电站采集数据的集中与统一处理需求，并按主站的需求将综合数据重新组织上送；实现在数据采集完整的基础上对数据的分析、处理与应用，利用数据仓库、数据挖掘、数据安全等新技术，并综合模糊数学、人工智能、专家系统等多种学科知识，对数据进行更为精细的分析，为运行管理提供优化信息和辅助决策支持。7) 数字化变电站仿真技术研究研究采用虚拟现实、3D动画、多媒体等技术；研究教案的自动生成与管理；研究系统故障及人工误操作、变电站综合自动化系统操作等模拟技术。采用虚拟现实、3D动画、多媒体等技术，实现逼真的变电站仿真环境；达到教案的自动生成与管理；实现系统故障及人工误操作、变电站综合自动化系统操作等模拟技术。8) 数字化变电站故障录波技术研究研究采用电子式互感器和广域同步采样下故障录波技术的特点；研究同步采样技术、数据存储技术、高速通信技术、录波启动技术在新型故障录波技术中的应用。针对采用电子式互感器和广域同步采样下故障录波技术的特点，确保各个厂站故障录波数据采集同步，为分析系统故障，特别是超高压环网或联络线故障提供同步的原始暂态数据。实现同步采样技术、数据存储技术、高速通信技术、录波启动技术在新型故障录波技术中的应用。9) 数字化变电站电能质量监测技术研究研究符合IEC61850标准的网络化电能质量软硬件平台；研究与电子式互感器的接口技术；研制满足国家相关技术标准的电能质量监测装置。研制出符合IEC61850标准的网络化电能质量软硬件平台；研制出满足国家相关技术标准的电能质量监测装置；实现电能质量的在线监测、实时分析，实现保护、测控、电能质量监测的网络化和一体化。10) 二次设备在线监测及状态检修技术研究研究二次设备运行状态、健康状态等在线监测技术；研究二次设备运行故障诊断、记录、分析技术；研究二次设备检修技术。提出数字化变电站及数字化电网对二次设备运行状态、健康状态的要求，提出二次设备在线监测系统方案及未来发展趋势，实现二次设备在线监测技术、运行故障诊断、记录、分析技术实用化，实现二次设备检修技术。1.2.3数字化变电站电能计量技术研究研究数字化变电站电能计量技术现状及发展趋势；研究电子式互感器在电能计量中的应用；研究IEC62056标准的实现方法。提出数字化变电站电能计量技术现状和发展趋势，以电子式互感器的应用和IEC62056标准的实现为主要切入点，考虑IEC61850-7、IEC60870-5-102等标准的相关要求，针对电能计量准确性、可靠性、数据安全性要求，提出电能计量装置原理、构成、准确性要求及其现场校验、与电量计费系统和电力市场交易中心的联系等方案及规范。1.2.4一次设备在线监测及状态检修技术研究研究一次设备运行状态、健康状态等在线监测技术及其信息接口；研究一次设备在线监测技术可行性、成熟性、经济性、发展性及纳入数字化变电站体系的现实可能及未来发展趋势；研究一次设备在线监测技术进一步发展对数字化变电站及数字化电网的影响；研究一次设备检修技术。提出大容量、特高压、超大规模数字化电网对一次设备运行状态、健康状态的要求，提出一次设备在线监测系统的可行性、成熟性、经济性及未来发展趋势，实现一次设备在线监测及其接口技术实用化，实现一次设备检修技术。1.2.5 数字遥视监控技术研究研究如何基于局部视图，建立基于位置感知的资源发现机制，并根据服务需求进行协同和数据共享，动态合理组织和优化资源，从而提供透明服务的方法和技术。基于普适应用服务集成框架的支撑下研究在变电站集控中心和电网调度中心自动化系统实现遥视监控系统的关键技术。 实现对数字化变电站的遥视。实现普适的资源管理和优化，根据用户的上下文对服务内容进行自适应分发，使之适合资源状况。1.2.6 数字化变电站通信体系研究1) 数字化变电站通信架构研究研究数字化变电站通信架构和通信接口；研究数字化变电站通信系统的实时性、完整性、可靠性、安全性、稳定性要求；研究数字化变电站通信网络架构、带宽、介质等的构成和选择；研究数字化电网对数字化变电站的信息交互的影响；协调研究IEC61850、IEC62445、IEC61970等相关标准。 提出数字化变电站通信架构、信息接口及其实时性、完整性、可靠性、安全性、稳定性要求，提出数字化变电站通信网络架构、带宽、介质等的构成和选择方案，提出 IEC61850、IEC62445、IEC61970等相关标准的实现方案。 2) 实时以太网技术研究研究过程层智能一次设备接入系统对网络带宽、通信安全性的要求；研究千兆以太网在数字化变电站中的应用；研究满足数字化变电站需求的工业以太网交换机技术。提出过程层智能一次设备接入系统对网络带宽、通信安全性的要求，实现千兆以太网在数字化变电站中的应用，掌握满足数字化变电站需求的工业以太网交换机技术。1.2.7 相关技术概念、标准、规范、实验验证环境研究1) 数字化变电站体系研究 研究数字化变电站的定义、内涵、外延、发展阶段、技术要求等内容。基于现实和发展的眼光、以自主知识产权及技术创新为目标、从电力系统未来发展需求的角度，对数字化变电站的国内外现状、技术体系、具体实施进程等进行全面研究及评估。2) 数字化变电站相关标准的研究 系统研究IEC60044、IEC61850、IEC61970及其与中国国情的差异。制订数字化变电站通用技术条件、IEC61850实施规范、IEC61970实施规范、数字式互感器通用技术条件、智能高压电器通用技术条件等技术规范。3) 数字化变电站相关规范研究研究数字化变电站的设计规范，认证、试验及验收标准，运行及管理规范等。制订不同电压等级的数字化变电站通用设计规范，为数字化变电站的推广实施提供指导；制订不同电压等级的数字化变电站及其设备入网技术条件、型式试验内容和标准、工厂验收准则和现场验收准则等标准；制订不同电压等级的数字化变电站日常运行、设备维护、检修、操作规程、异常处理等运行管理规范。4) 数字化变电站典型设计分别提出针对不同电压等级的数字化变电站典型设计方案。5) 数字化变电站互操作试验方案及技术研究研究解决互操作试验中反映出来的对配置过程、模型一致性等方面的歧义；研究更符合数字化变电站工程特性的深层次互操作试验方案。结合国外互操作试验的经验和国内互操作试验的现状，提出解决互操作试验中反映出来的对配置过程、模型一致性等方面的歧义的方案，提出更符合数字化变电站工程特性的深层次互操作试验方案。6) 数字化变电站实验、验证环境的研究结合数字化变电站技术的相关要求，兼顾系统级与装置级的测试要求，对测试验证环境进行全面、系统研究，研制具数字化特征的新型测试手段和方法，对数字化变电站各功能层设备及数据的有效性和一致性进行测试验证。采用虚拟仪器仪表技术，通过完全虚拟仿真模式测试途径及实际静态模式测试途径实现对数字化变电站的计算机辅助测试。研究虚拟原型实验仿真方法和和实现途径及开发相关工具，并建立测试例程库。建立各种仿真模型，包括源数据模型、数据分析模型、被测对象既数字化变电站元件线路模型。这些模型都需要充分考虑数字化变电站所涉及的相关技术，完整分析现场状态，真实模拟运行状况。研究基于虚拟仪器仪表技术的完全数字化的测试仿真环境。研究符合数字化变电站的网络化测试软硬件平台；研制适合数字化变电站测试设备。针对准确性、可靠性、数据安全性要求，对测试设备原理、构成、准确性要求进行全面、系统地研究。以发展的眼光，结合数字化变电站技术的相关要求，充分考虑数字化变电站所涉及的相关技术，完整分析现场状态，真实模拟运行状况，兼顾系统级与装置级的实验要求，建设支撑数字化变电站研究、应用的实验验证环境。第二章 相关技术2.1 IEC618502.1.1 关于IEC61850标准20世纪90年代中期，IEC TC57和IEC TC95成立了一个联合工作组，制定了IEC60870-5-103标准（继电保护设备信息接口配套标准），同时EPRI开始制定公用事业通信系统结构（UCA）并发布了UCA2.0。1994年由德国国家委员会提出制定通用的变电站自动化标准的建议，1998年IEC、IEEE和EPRI达成共识，由IEC牵头，以美国UCA 2.0为基础，开始制定IEC61850变电站自动化标准，由IEC TC95工作组对IEC61850及其数据模型开展研究。1999年的IEC TC57京都会议和2000年SPAG会议提出将IEC61850作为无缝通信标准。1999年8月IEC SB1成立配电自动化工作组, 指出要开展无缝通信, 统一数据建模，更多配电专家参与标准制定。在IEC TC57工作组2002年北京会议上，指出今后的工作方向：追求现代技术水平的通信体系，实现完全的互操作性，体系向下兼容，基于现代技术水平的标准信息和通信技术平台，在IT系统和软件应用通过数据交换接口标准化实现开放式系统。IEC 61850不仅用于变电站内通信，且用于变电站和控制中心通信。目前，IEC61850共14个部份已全部通过为国际标准。IEC 61850变电站通信网络和系统国际标准采用面向对象的建模技术，面向未来通讯的可扩展架构，来实现“一个世界，一种技术，一个标准”的目标，该目标具体体现在三个方面，一是互操作性，即不同制造厂家提供的智能设备可交换信息和使用这些信息执行特定功能；二是灵活配置，可将功能自由分配到装置中，支持用户集中式和分散式系统的各种要求；三是长期稳定性，它是未来的标准，因为它可兼容主流通讯技术而发展，并可伴随系统需求而进化。从用户的角度讲，它可以节省工程时间，降低造价，降低风险，可提供用户易于使用，稳定可靠的系统，最终提高业主的商业竞争力。2.1.2 IEC 61850 标准主要内容该标准具体包含以下十个部分：第一部分 介绍与概貌：除了从整体上对IEC61850标准系列的结构与框架进行介绍外，还介绍标准制定的方法以及标准对通信技术发展的适应性。第二部分 术语集：介绍标准的特定术语集以及标准其它部分所用到的定义。第三部分 总体要求：介绍变电站自动化系统对通信网络的总休要求，重点是对通信网络的质量要求，同时还涉及环境条件和辅助服务的指导方针，并根据其它的标准与规范，对相关的特定要求提出了建议。第四部分 系统与项目管理：介绍系统与项目管理的过程及其要求，包括变电站内必备硬件配置的定义、功能和信号质量的适应性以及所有具体定义的文档。第五部分 功能的通信要求与设备模型：规范变电站自动化系统所要实现功能的通信要求与设备模型，对所有已知的功能和它们的通信要求均加以辨别。在IEC61850-5中对功能的描述不是用于功能的标准化，而是为了区分变电站与技术服务、变电站内IED之间的通信要求，其基本目的是在设备的相互作用中实现互操作性。第六部分 变电站自动化系统中IED的通信配置描述语言SCL：规定了描述变电站主接线、自动化功能、通信系统结构、智能电子设备数据模型及能力以及它们之间相互关系的文件格式（基于扩展标记语言 XML 1.0版），文件中的数据可以在不同制造商的系统配置工具和IED配置工具间通用。第七部分 变电站与馈线设备的基本通信结构：该部分作为整个标准的核心内容，分为四个部分：7-1部分介绍第七部分使用到的建模方法、通信原理以及信息模型；7-2部分定义用于IED之间实现实时协作功能并且独立于底层通信系统的抽象通信服务接口ACSI；7-3部分定义与变电站应用相关的公共属性类型和公共数据类；7-4部分定义与变电站相关的设备及功能的信息模型，即用于IED之间通信的可兼容逻辑节点和数据。第八部分 特殊通信服务映射SCSM：定义间隔层与变电站层之间的映射，规范通过局域网将ACSI的对象与服务映射到MMS从而实现数据交换的方法。第九部分 特殊通信服务映射SCSM：定义过程层与间隔层之间的映射，9-1部分规范了特殊通信服务映射SCSM映射到制造报文规范MMS。9-2部分规范了特殊通信服务映射SCSM通过单向多路点对点串行通信连接的模拟采样值。第十部分 一致性测试：定义了变电站自动化系统设备一致性测试的方法，还给出了用于设置测试环境以便进行一致性研究并建立有效性的准则。由以上10个部分可见，IEC61850标准不同与以往的变电站自动化系统通信协议之处在于，除了定义变电站自动化系统的通信要求和数据交换外，还对整个系统的通信网络、体系结构、对象模型、项目管理控制以及一致性测试方法等进行了全面详尽的描述与规范。这10个部分主要围绕四个方面：变电站自动化应用域的功能模型(第五部分)；变电站数据模型及其服务(第七部分)；变电站体系层次之间的映射关系(第八、第九部分)；基于XML的变电站配置描述语言SCL(第六部分)。2.1.3 IEC 61850 标准的优点该标准成为基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准。该系列标准具有一系列优点分层的智能电子设备和变电站自动化系统；根据电力系统生产过程的特点，制定了满足实时信息和其他信息传输要求的服务模型；采用对象建模技术，面向设备建模和自我描述以适应应用功能的需要和发展，满足应用开放互操性要求；IEC61850面向电力一、二次系统，分别从应用、设备、通信的角度进行分析，建立分层的信息模型：第一层，抽象通信服务接口（ACSI），规定了模型和服务；第二层，公用数据类（CDC），定义了由一个或多个属性组成的结构化信息。第三层，兼容逻辑节点类和数据类，定义了兼容逻辑节点类和数据类的标识和语义，从而不需要任何额外的规范。IEC61850重点规范信息语法的定义，而协议是开放的，提供了增加新功能、新数据的可能性。采用抽象通信服务接口、特定通信服务映射以适应网络技术迅猛发展的要求；ACSI是为智能电子设备提供抽象通信服务的一种虚拟接口，例如连接、数据访问、非请求数据传输、设备控制以及文件传输服务等，独立于所采用的实际通信栈和协议集。特定通信服务映射（SCSM）是抽象通信服务接口到通信栈和通信协议格式的一个特定映射，IEC61850目前将大部分通信服务映射到采用了OSI完整七层模型的MMS（制造报文规范），小部分实时性要求极高的服务(快速传输变化值)直接映射到ISO 8802-3。应用过程借助ACSI，完全独立于具体的网络及其通信栈，底层网络及其通信栈的变化或升级，不会导致应用过程的变化。采用配置语言，配备配置工具，在信息源定义数据和数据属性；详细定义了变电站系统的配置内容和四种配置文件类型，完整描述了变电站系统的一次设备网络、二次设备数据及通信配置，以及两者之间的功能关联，标准采用XML语言定义配置文件，使用最新的XMLSchema技术定义配置文件的格式，保证了配置文件的完整性和有效性。标准详细描述了配置工具和实际工程的配置过程，实现了系统统一配置。2.2 电子式互感器随着电力系统容量的不断增大和电网运行电压等级的提高，传统的电磁式互感器面临如下一些突出问题：绝缘技术复杂、成本高、体积大而笨重；互感器铁心在故障状态下的饱和限制了CT和PT的动态响应精度；由于铁心磁饱和及磁滞回线的影响，CT的暂态输出电流严重畸变，甚至可能严重影响电网的安全运行；CT输出端不能开路，PT可能产生铁磁谐振，出现过电压危及电气设备的运行安全。而电子式互感器在经济性、可用性、功能性、简约系列和可维护性上，较传统电磁式互感器有很多优点。如抗电磁干扰、不饱和、测量范围大、动态范围大、频率响应宽、不怕二次开路/短路、不会谐振、体积小重量轻（尤其是在超高压、特高压领域）等。因此，电子式互感器获得了众多电力用户和电力设施制造企业的青睐。根据传感原理，电子式互感器可分为基于光学材料的光电式和基于非光学材料的线圈式两类。光电互感器是利用光学玻璃或光纤传感技术来实现电力系统电压、电流测量的新型互感器。它是光学电压互感器(OVT)、光学电流互感器(OCT)、组合式光学互感器等各种光学互感器的通称。所利用的物理效应也很多，如Pockels效应、Kerr效应、逆压电效应、磁致伸缩效应、Farady磁光效应、电热效应等类型。其中利用Pockels效应测量电压， 利用Farady效应测量电流的方法最直接，且装置最简单、精度高所以应用范围最广，研究力度也最大，是最具发展潜力的无源光电互感器。线圈电子式互感器主要是采用空心线圈或小磁铁芯材料感应一次电流原理，如Rogowski线圈原理、LPCT等。电子式电压互感器多采用分压（电容、电感或电阻）原理。电子式互感器的种类很多，但可大致分为有源型和无源型两种。有源型是指在传感部分（高压部分）因有电子电路需要用电源；无源型是指在传感部分（高压部分）不需电源。两者的结构各异，但和传统电磁式互感器比较起来，均具有类似的种种优点。不管是光电式和电子式互感器，是有源型和无源型，最终在低压部分输出数字信号或模拟小信号，提供给二次设备（如保护控制或计量）。IEC为电子式互感器定义了一个称为“合并单元”(Merging Unit)的接口，以应对标准化接口。合并单元将7只(3只测量，3只保护，1只中性点)以上的电流互感器(CT)和5只(3只测量、保护，1只母线，1只中性点)以上的电压互感器(PT)合并为一个单元组，并将输出的瞬时数字信号填入同一数据帧中。实际上目前这个“合并单元”已被加以扩展，以使其性能和功能达到最大化。这个加强的合并单元被称为“仪用变换器单元”（ITU），实际上已经是一个测量数据采集系统。ITU不仅采集电子式互感器的输出数据，也采集和数字化传统互感器的测量值，这使得对变电站二次系统的设计予以了很大的灵活性。同时，ITU容许二次设备经点对点链路、过程总线或经二者同时连接。国外一些大公司凭借其强大的技术和经济实力，早已涉足电子式互感器的研制领域,并已实现产品化，在一些变电站投入使用。以下仅粗略介绍几家公司的产品及应用情况：ABB公司已经研制出可用于69kV到765kV电压等级的光电电流互感器，测量电流范围为5 A2000A，准确度达到0.2；同时研制了用于GIS中的复合电子式电压、电流互感器，电流测量范围为5A2000A，电压测量范围为69kV500kV，准确度都达到0.2，电压测量采用电容环测量，不用分压器。其电子式互感器已在插接式智能组合电器（PASS）、GIS、高压直流(HVDC)及中低压开关柜中得到应用。Alstom公司主要研究无源电子式互感器，目前已研制出123 kV至756 kV的光学电流互感器（CTO）、光学电压互感器（VTO）及组合式光学电流电压互感器（CMO）等电子式互感器。自1995年以来，ALSTOM公司的电子式互感器已有多台在欧洲及北美运行。其电子式互感器，在3050的范围内准确度达到0.2。2000年，他们研制的362kV电子式电流互感器已经开始向LCRA和CINERGY等美国公司供货。加拿大NexPhase公司主要研究和生产基于Faraday效应和Pockels效应的光电互感器，并生产出69kV765kV，1 A 3600 A的光学电流互感器（CTO）、光学电压互感器（VTO）及组合式光学电流电压互感器（CMO）。美国RITZ公司研究生产了基于电光、磁光效应的69kV230kV， 1A4000A光电互感器。美国西屋公司公布的345kV的MOCT，其高度为2.7m，重量为109kg。而同电压等级的油浸式电流互感器高为5.3m，重量为2300 kg，这给运输和安装带来了很大的方便。Trench公司研制生产了基于LPCT和阻容分压原理的652kV，50A 5000 A电子式互感器。国内的大专院校、科研院所以及有关厂家都投入了相当的人力进行开发研究，并且在某些方面取得了实质性的进展。目前研究较为成熟并投入变电站运行的主要是有源电子式互感器，应用场合主要有高压直流输电、SF6气体绝缘开关(GIS)及中低压开关柜等。无源光电互感器因其一次侧光学电流、电压传感器无需工作电源，具有较大的优势，但光学传感器的制作工艺复杂，稳定性及一致性不易控制，因此国内在这方面较国外尚有一定差距。不过，近几年，国内相关产品发展较快，已有较为成熟的商业化产品面市。随着电子式互感器技术的逐步成熟，现在已逐渐出现了可应用于实际变电站的商业化产品。IEC也积极致力于电子式互感器相关标准的制定工作。在最新的IEC60044标准族中，即以IEC60044-7/-8部分进行了标准化约束，国内的等效采用转化工作也接近尾声。不过对于电子式互感器二次接口，国际标准仅进行了简单明确。电子式电流及电压组合型互感器 电子式电流、电压互感器光纤电子电流互感器 磁光电子电流互感器 阻容式电子电压互感器 2.3 智能化高压电器智能高压电器是将计算机、传感器、信息技术与传统高压电器组合，形成具有智能功能的高压电器。智能高压电器具有自动检测自身故障、自动测量、自动控制、自动调节与远方控制中心通信等功能。根据高压电器设备的不同，其智能化的体现有所不同，其智能的程度也不同。有的设备侧重于自身故障的自检测功能，如各种断路器的在线监测技术；有的设备侧重于电气量的测量，如中低压电器设备自动数字显示电压、电流、功率、功率因数等量；有的设备侧重于自动控制功能的体现，比如高压断路器短路瞬时开断功能、低压断路器的三段保护功能的实现等。目前对智能电器的研究主要集中在：（1）设备的在线监测；（2）新的信号采集及处理方法、机理的研究；（3）电器本体的研究；（4）智能电器可靠性及控制部分抗干扰能力的研究。（5）通信的实现方法。智能高压电器的特点：应用二次技术实现数字化与智能化采用新型传感器采集信息用数字化表征信息用网络传输信息用计算机处理信息智能高压电器的优点大大减少用于同一功能的元件及装置数量装在就地控制柜或一次设备本体内的面向间隔的控制保护和测量功能通过使用光纤通讯总线，简化了网络并消除了电磁干扰问题与运行特性结合实现变速操作、同步开断、选相合闸等，可减少电容器组和电抗器的负荷，降低合闸涌流和截流过压对高压电器进行在线检测，变定期维修为状态维修智能化高压电器的研究、开发需要多学科、跨学科的合作与协调，任何一个相关门类学科的发展都会对其产生推动作用。因此，国外不少公司涉足其中，并形成了商业化产品。以下仅粗略介绍几家公司的产品及应用情况：西门子公司最新型8DN9GIS 采用了在线检测系统，利用计算机辅助的电子控制和监视单元进行连续控制和监测。Alstom 公司在就地控制柜中安装计算机控制二次功能，用密度计、光电传感器/电流传感器和局放测量传感器对GIS 进行周期性或永久性的状态监测， 用光纤或屏蔽电缆传送信号。东芝公司第2 代C-GIS 中采用传感器技术，如应用电晕传感器、压力传感器、气体传感器、温度传感器、漏电流传感器监视诊断绝缘性能；应用温度传感器、光纤温度计检测导电性能；使用了开、闭传感器检测机械性能，掌握GIS的内部状况，防止内部事故发生；采用微处理器技术处理信息。ABB公司的智能化GIS中，采用了光电互感器，所有一次元件均配有PISA（传感器与执行器处理接口）接口，PISA完成A/D数字化、信号测量、数据传输、控制保护命令接收等功能；所有一次元件的PISA通过串行光纤总线接到间隔控制箱；智能间隔保护装置就装在就地控制柜内；间隔间、间隔与站控层通过总线连接。第三章 实施方案国电南瑞本着分解、细化的原则，详细研究了用户不同的需求，提供了逐步实施和一步到位的多种方案。数字化变电站系统架构全部基于以太网络，考虑到网络流量和数据干扰问题，总体上站控层与间隔层之间采用光纤环网，各个层内部采用星型连接，这也是IEC61850推荐的做法。方案一 变电站自动化系统在站控层和间隔层实现IEC61850通信通过支持IEC61850后台软件、测控和保护装置、远动工作站装置、接入其它智能设备的规约转换设备，组成基于IEC61850的变电站自动化系统。只在间隔层和站控层实现IEC61850。测控装置按照间隔进行配置，实现对各一次设备的监视与控制功能。测控和保护装置采用IEC61850规约与监控后台、远动机通信，同时为完成间隔层联锁功能，测控装置之间需要以IEC61850标准相互通信。变电站所有装置和后台系统实现IEC61850，所有改动仅限于通信层面，对变电站现有格局影响最小。该方案比较稳妥，也最为保守，只是实现了数字化变电站中的IEC61850。 数字化变电站实施方案一方案二 进一步在过程层实现IEC61850-9-1（-9-2）通信，过程总线必须是100Mbit/s以上以太网。电子式互感器或传统互感器通过MU或ITU向保护或间隔控制单元传送采样值；断路器和刀闸可通过智能操作单元对一次设备实施智能化控制。变电站所有装置的交流采样通过与合并单元（MU）通信获得，各种测量与保护装置的交流采样部分全部取消，变电站二次电缆大为减少，总体设计趋于简单。方案二可以存在一些变化，但对总体架构没有太大影响。一是不采用电子式互感器，而是采用传统的PT/CT，但其不接入装置，而是接入MU合并单元。二是采用一次智能设备，该设备带有MU合并单元功能，可以给二次设备直接提供采样数据，这种情况下可以取消合并单元及智能操作单元。三是各种IED设备通信处理能力非常强大，过程层的交换机可以直接挂接在间隔层与站控层的光纤环网，可以做到彻底的原始数据共享。 数字化变电站实施方案二在具体工程实施过程中，还可以根据用户的要求，做出不同的系统配置组合。例如：互感器可以采用传统互感器或电子互感器；一次设备可以配置智能化设备或通过智能操作单元实施控制；网络拓扑的变化；二次设备功能的重组与再分配；面向间隔的配置与集中式配置等等，以期为用户构建稳定、可靠、经济、合理、实用的数字化变电站架构。第四章 NS3000相关产品4.1 通用组态工具EasyConfig通用组态工具软件是我公司采用JAVA跨平台语言开发的全新图形化系统组态工具软件，能运行在Windows、Unix、Linux等多个操作系统上，完全支持IEC61850标准。通用组态工具集IEC61850装置模板组态工具包、IEC61850全站系统组态工具包和IEC61850一次主接线组态工具包于一体，主要功能是编辑或导入符合IEC61850标准的SCL配置文件，进行图形化编辑和修改，并导出符合标准的SCL配置文件。通用组态工具的特点是全站统一建模，并实现配置文件的一致性检查和版本管理，通过解析SCL配置文件，自动生成NS3000当地监控系统的主接线图和数据库测点记录，省略了以前系统组态时要手动画主接线图和添加数据库记录的繁琐步骤，实现当地监控系统的自动建库，软件可以跨平台运行，支持其它厂家的组态工具的插件式调用运行，支持多语言切换功能。4.1.1 SCL变电站描述语言简介SCL变电站描述语言是IEC61850工程组态的核心，SCL是IEC61850-6中定义的用于描述变电站系统的配置语言，用于描述变电站的一次系统结构、网络配置、智能电子装置的配置以及装置之间的数据交换配置等。SCL使用了XML可扩展标记式语言技术，针对不同的配置内容，SCL定义了四种用来描述变电站系统的XML格式的配置文件： ICD文件，装置模版配置文件，描述了预先定义的装置数据模型配置，通常对于每一类装置有一个对应的ICD配置文件； CID文件，装置实例配置文件，每个装置对应有一个实例配置文件，文件结构与ICD文件一致，描述了实际装置的通信配置、数据模型以及GOOSE、SMV等装置间通信配置。 SSD文件，变电站一次系统配置文件，通常只有一个，描述了系统一次设备模型及对应的功能LN类型； SCD文件，全站所有配置的文件，通常只有一个，描述了包括一次系统模型、通信网络配置、装置实例配置、LN功能分配、GOOSE配置、SMV配置等所有和变电站自动化系统有关的配置；SCL使用XML Schema技术来验证四种配置文件的有效性，验证内容包括了SCL文档结构、文档中元素的顺序，元素和属性的数据值的范围、样式匹配，以及值的唯一性等各项内容，IEC61850-6标准中一共定义了八个Schema文件用来验证XML配置文件的正确性。4.1.2 IEC61850工程组态IEC61850工程组态的过程就是通过组态生成四种配置文件的过程，具体步骤如下图所示：工程组态配置图1) 使用装置组态工具配置生成每个类型装置的ICD配置文件，或由装置厂商直接提供装置ICD配置文件；2) 使用一次系统组态工具配置生成系统的SSD配置文件；3) 使用系统组态工具导入每个装置的ICD配置文件，对装置实例进行配置，然后导入系统SSD配置文件，配置一次系统与装置的关联以及装置间通信配置，生成全站配置SCD文件，提供给当地监控系统实现后台数据库和一次系统图的自动创建。4) 使用系统组态工具导出装置实例配置CID文件，提供给装置组态工具下装装置完成装置配置。4.1.3 软件特色4.1.3.1 统一建模统一建模是IEC61850工程化的核心内容，由于标准中关于装置数据模型的实现有很大的灵活性，装置内同一点数据可以用不同的数据定义和不同的方式上送，所以不同厂家的装置模型实现会有较大差异，实现统一建模不仅可以解决不同厂家装置的不兼容问题，利于工程调试和日后的工程维护，也是实现不同厂家装置互换的前提条件，特别是对于测控装置。IEC61850标准第7部分定义的基本LN类和CDC类，是装置统一建模的基础。统一建模不仅对于装置数据模型，对于ACSI服务及其模型也具有同样的意义，特别是在一些容易导致不同装置不兼容情况的ACSI服务及其模型上必须统一建模，例如遥控的SBOw数据模型，多种同期遥控方式的实现等。通用组态软件集装置组态工具、一次系统组态工具和系统组态工具于一体，不仅可以配置变电站的系统配置，还可以用来配置生成不同厂家的装置ICD配置文件，软件充分考虑了标准数据模型的复杂性和灵活性，编辑模式采用通用友好的树节点和属性表编辑模式，软件可以动态的增加或删除标准定义的基本类型数据，如LN、DO、DA及各种数据控制块、ACSI服务，还可以动态的增加和删除任意自定义类型的LN、DO及DA，或者自定义的private数据，根据需要通用组态软件可以定义任意一种装置的数据模型，并生成相应类型装置的ICD配置文件，建立站内统一的装置ICD数据文件库，实现站内装置的统一建模。4.1.3.2 配置文件版本管理版本管理是通用组态软件的重要功能，由于组态配置文件是变电站工程调试的核心数据文档，所以配置文件的版本管理对于变电站工程的调试和日后的维护都具有重要意义。通用组态软件集装置组态工具、一次系统组态工具和系统组态工具于一体，对于每个变电站工程，首先建立对应的工程目录，项目数据文件和所有导入导出文件，统一存放在工程目录下，项目数据文件是整个工程的数据，包括了整个变电站的配置、用户口令、所有修改记录等等，项目数据文件管理支持文件备份。 对于导出的SCD配置文件的修改，通用组态软件都将记录在SCD配置文件中，并自动累加文件的修订版本号。对于修改的操作人、操作时间、操作主要内容软件都将保留记录，并在导出文件时，输出在文件历史记录项中。4.1.3.3 插件式模块管理通用组态软件是平台化的组态工具软件，软件通用性和扩展性强，不仅可以用来组态IEC61850配置文件，还可以利用插件管理功能，实现多厂家组态工具一体化，成为真正的平台式组态软件。通用组态软件采用了模件式编程，分为平台主模块和应用插件模块，应用插件完全独立于平台，两者之间通过插件接口进行数据交换，软件支持两种应用插件，一种是基于java开发的jar插件包，通过平台的插件数据接口进行数据交换，如已有的IEC61850文件组态插件、IEC61850一次系统组态插件；另一种是基于可执行文件的组态工具，例如基于Windows平台的exe文件，基于unix平台的bin文件，对于第二种系统进行插件式调用时只需配置文件所在的路径即可。4.1.3.4 文件一致性检查通用组态软件支持配置文件的一致性检查，在导入导出配置文件时，软件调用XML Schema编程接口，自动对配置文件是否符合标准定义的8个XML Schema文件进行检查，并将具体错误信息输出在软件信息窗中，确保了软件生成的配置文件符合SCL的语言规范。4.1.3.5 跨平台运行及本地化语言支持通用组态软件采用跨平台的JAVA语言开发，经过测试能在Unix、Windows、Linux多个平台运行，代码不需要做任何改动。由于IEC61850标准完全采用英文，对于国内的使用多有不便，因此通用组态软件支持中英文在线切换，把标准所有的英文名翻译成中文，并提供在线界面实现本地化资源改进。4.2 后台系统NS3100变电站计算机监控后台系统 全面支持IEC61850标准。l 先进的前置系统提供了独立的引擎模块，实现与61850设备的通讯；l 图形化的组态配置工具实现了从全站的IEC61850配置文档到后台数据库的映射和数据库记录的自动生成；l 独特的内置IEC61850引用名与后台设备的映射模板机制，可包容各种IEC61850对象模型，对各厂家的扩充部分也能够很好支持；l 提供灵活的IEC61850配置和诊断分析工具。数据库采用商用数据