智能变电站综合自动化方案研讨.ppt

智能变电站综合自动化系统 目录 智能化变电站概述智能化变电站设备配置原则网络结构及交换机配置设计中相关的问题 智能变电站综合自动化系统 智能化变电站概述智能化变电站设备配置原则网络结构及交换机配置设计中相关的问题 智能化变电站概述 数字化变电站定义数字化变电站是由智能化一次设备 电子式互感器 智能化开关等 和网络化二次设备分层 过程层 间隔层 站控层 构建 建立在IEC61850通信规范基础上 能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站 智能化变电站定义采用先进 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 计量和监测等功能 并可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 智能化变电站概述 智能化变电站和数字化变电站区别数字化变电站是智能化变电站发展的必经阶段和实现基础 通过对数字化变电站的技术改造 可以实现一次主设备状态监测 高级功能和辅助系统智能化等 另外 智能化变电站可根据需要实现电网实时自动控制 智能调节 在线分析决策 协同互动等高级功能 智能化程度更高 智能化变电站概述 数字化变电站与传统综自站的区别间隔层和站控层 只是接口和通信模型发生了变化 间隔层装置对下接口多为光纤接口 接收过程层设备上送的数字量 站控层通信采用IEC61850标准 实现信息共享和互操作 过程层改变较大 由传统的电流 电压互感器 一次设备以及一次设备与二次设备之间的电缆连接 逐步改变为电子式互感器 智能化一次设备 光纤连接等 实现电流电压模拟量就地数字化 一次设备状态量的就地采集和GOOSE网络传输 常规变电站典型结构图 智能化变电站概述 智能化变电站概述 数字化变电站典型结构图 智能化变电站概述 智能化变电站典型结构图 智能化变电站概述 数字化变电站发展阶段的典型模式从实用化层面分析 目前的数字化变电站大致可分为以下3种模式 如下表 智能化变电站概述 模式1 基于站控层IEC61850 智能化变电站概述 由图可见 该系统与传统的变电站自动化系统基本类似 间隔层智能电子设备IED 保护及自动化装置 安装方式与传统变电站相同 采用就地安装或是集中组屏 这种模式的推广是主要是为了解决传统变电站中智能设备的互联互通及信息互操作问题 由于采用了统一的IEC61850标准 整个系统中的每一个节点的信息传输被标准化 从而使得整个系统的可维护 可扩充性能大为提高 基于传统互感器及过程层信息交换 智能化变电站概述 智能化变电站概述 区别于模式1 该模式增加了过程层网络 这种模式不仅在站控层信息交换采用了IEC61850 而且增加了过程层网络进行过程层信息交换 对于每一个间隔 配置了过程层设备合并单元 智能终端 首先将设备的信息及操作数字化 与之相关的间隔层智能电子设备IED 保护及自动化装置 则通过光纤以太网与对应间隔的合并单元 智能终端相连接 IED与合并单元 智能终端之间既可以点对点的方式互联 也可以如图所示以太网络总线方式相连 智能化变电站概述 这种模式IED可以根据需要安装在变电站的任何地方 由此可见 原来一次设备与IED之间的传统的大量铜芯电缆被少量的通信光缆代替了 同时由于建立了过程层网络 过程层的高速采样数据可以被不同类型的装置共享 从而大大简化了现场的一次接线 智能化变电站概述 模式3 基于站控层及过程层全信息交换 智能化变电站概述 区别于模式2 该模式采用电子式互感器代替了传统互感器 由于电子式互感器的性能优势 这种模式在高压及超高压变电站采用较为广泛 采用的电子式互感器有AIS GIS等方式 目前也有项目采用光学互感器 智能变电站综合自动化系统 智能化变电站概述智能化变电站设备配置原则网络结构及交换机配置设计中相关的问题 智能化变电站设备配置原则 一次设备总体原则一次设备宜采用 一次设备本体 传感器 智能组件 形式 现阶段一次设备智能组件一般包括 智能终端 合并单元 状态监测IED等 当合并单元 智能终端布置于同一控制柜内时 可将合并单元 智能终端硬件进行整合 一次设备应具备高可靠性 应支持顺序控制 对于高压组合电器 GIS HGIS 宜取消就地跨间隔横向电气联闭锁接线 减少断路器 刀闸辅助接点 辅助继电器数量 当设备具备条件时 断路器操作箱控制回路可与本体分合闸控制回路一体化融合设计 取消冗余二次回路 提高断路器控制机构工作可靠性 智能化变电站设备配置原则 智能终端配置原则110kV除主变外 智能终端宜单套配置 110 66 kV变电站主变保护若采用主 后备保护一体化装置时主变压器各侧智能终端宜冗余配置 主变保护若采用主 后备保护分开配置时主变压器各侧智能终端宜单套配置 主变压器本体智能终端宜单套配置 智能化变电站设备配置原则 66kV 35kV 及以下配电装置采用户内开关柜布置时宜不配置智能终端 保护测控装置下放布置 采用户外敞开式布置时 一二次设备距离较远宜配置单套智能终端 母线智能终端宜按段单套配置 若配电装置采用户内开关柜布置时母线宜不配置智能终端 智能终端宜实现就地化安装 以保证一次设备的就地数字化 智能化变电站设备配置原则 互感器配置原则电子式互感器相比传统互感器具有体积小 抗饱和能力强 线性度好等优势 在高电压等级和传统互感器相比具有一定的经济性 但电子式互感器在高电压等级运行经验尚需积累 相关体系文件 校验标准等需进一步建立并完善 常规互感器在各电压等级变电站已具有成熟的运行经验 采用常规互感器 配以合并单元实现模拟量就地数字化转换 利用光纤上传 既提高了信号传输的抗干扰性也可减少互感器二次绕组配置数量 减小互感器体积 提高其可靠性 智能化变电站设备配置原则 110kV及以上电压等级可采用电子式互感器 也可采用常规互感器 66kV及以下电压等级若采用户内开关柜保护测控下放布置时 宜采用常规互感器 若采用户外敞开配电装置保护测控集中布置时 可采用常规互感器 也可采用电子式互感器 采用常规互感器时 宜配置合并单元 合并单元宜下放布置在智能控制柜内 对于关口计量点 宜配置常规互感器 智能化变电站设备配置原则 合并单元配置原则合并单元的配置数量主要与继电保护的配置方案有关 对于继电保护有双重化配置要求的间隔 合并单元也应冗余配置 对应于互感器冗余的独立输出回路 同一间隔内的电流互感器和电压互感器合用一个合并单元 既节约合并单元配置又可简化二次设备间光缆联接 合并单元宜具备电压切换或电压并列功能 宜支持以GOOSE方式开入断路器或刀闸位置状态 智能化变电站设备配置原则 继电保护设备及安全自动装置继电保护及安全自动装置具体配置原则按照GB T14285 2006及Q GDW441 2010相关要求执行 110 66 kV变电站主要涉及以下设备 线路保护变压器保护分段 母联 保护35kV及以下电压等级间隔保护 线路保护保护 测控功能宜一体化 按间隔单套配置 保护采用安装在线路上的组合ECVT获得电流电压 用于同期功能的母线EVT宜通过母线电压合并单元直接接入保护测控装置 电压合并单元应具有母线PT并列功能 线路间隔内 实现智能终端与保护装置之间的点对点直接跳闸方式 合并单元采样值采用点对点传输 跨间隔信息采用GOOSE网络传输方式 技术实施方案图如下所示 智能化变电站设备配置原则 智能化变电站设备配置原则 2 变压器保护变压器保护宜双套进行配置 保护 测控功能宜一体化 双套配置时应采用主 后备保护一体化配置 当保护采用双套配置时 各侧合并单元宜采用双套配置 各侧智能终端宜采用双套配置 非电量保护应就地安装 有关非电量保护时延均在就地实现 直采直跳 现场配置智能终端上传非电量动作报文和调档及接地刀闸控制信息 智能化变电站设备配置原则 智能化变电站设备配置原则 双套主 后一体化配置 技术实施方案图如下所示 3 分段保护 分段保护按单套配置 110kV宜保护 测控一体化 110kV分段保护跳闸采用点对点直跳 其他保护 主变 母差等 跳分段采用GOOSE网络方式 35kV及以下等级的分段保护宜就地安装 保护 测控 智能终端 合并单元一体化 装置应提供GOOSE保护跳闸接口 主变跳分段 接入110kV过程层GOOSE网络 智能化变电站设备配置原则 智能化变电站设备配置原则 4 35kV及以下各间隔保护 35kV及以下各间隔保护按单套配置 开关柜安装时宜集成保护 测控 合并单元和智能终端功能 母线间隔主变间隔 智能化变电站设备配置原则 智能化变电站设备配置原则 智能化变电站设备配置原则 对时系统配置配置1套全站公用的时间同步系统 主时钟应双重化配置 支持北斗系统和GPS标准授时信号 站控层设备宜采用SNTP对时方式 间隔层和过程层设备宜采用IRIG B对时方式 条件具备时也可采用IEC61588网络对时 IRIG B对时方式一般采用直流485方式 总线形式 一般按屏柜铺设 跨小室长距离的情况下 可考虑增加对时扩展装置 户外设备的对时可采用光纤B码方式 对于网络SV采样的设备 需考虑采用光纤B码对时 实现采样同步 智能变电站综合自动化系统 智能化变电站概述智能化变电站设备配置原则网络结构及交换机配置设计中相关的问题 网络结构及交换机配置 网络结构变电站自动化系统在功能逻辑上宜由站控层 间隔层 过程层组成 过程层网络宜按电压等级分别组网 主变压器应通过不同的数据接口接入各电压等级过程层网络 双重化配置的两套保护 其信息输入 输出环节应完全独立 对于单套配置的110kV保护装置等宜通过两个不同的数据接口控制器接入两套不同的过程层网络 以确保在一套网络故障时 仍可正常运行 对于测控装置可以获取两个网络过程层所有运行状态及告警信息 网络结构及交换机配置 站控层网络通过相关网络设备与站控层其他设备通信 与间隔层网络通信 可传输MMS报文和GOOSE报文 110kV 66kV 变电站站控层网络宜采用单星形以太网络 间隔层网络通过相关网络设备与本间隔其他设备通信 与其他间隔设备通信 与站控层设备通信 可传输MMS报文和GOOSE报文 110kV 66kV 变电站站控层网络宜采用单星形以太网络 网络结构及交换机配置 过程层网络通过相关网络设备完成间隔层与过程层设备 间隔层设备之间以及过程层设备之间的数据通信 可传输GOOSE报文和SV报文 110kV 66kV 电压等级采用单母线或双母线接线的变电站 GOOSE网络宜采用星形双网结构 110kV每个间隔除应直采的保护及安全自动装置外有3个及以上装置需接收SV报文时 宜配置SV网络 SV网络宜采用星形单网结构 采用桥式接线 线变组接线的110kV 66kV 变电站 GOOSE报文及SV报文可采用点对点方式传输 35kV 10kV 电压等级不宜配置独立的过程层网络 GOOSE报文通过站控层网络传输 网络结构及交换机配置 网络结构的比较和选择总线型总线型网络结构中各交换机通过级联构成网络总线 各间隔设备平均分布在各交换机上 如下图 网络结构及交换机配置 优点网络简单 易于布线 扩展容易 缺点传输速度慢 从总线一侧到另一侧需要经过多级交换机 影响传输速度 网络效率和传输性能不高 维护 隔离比较困难 任一光纤 网线 或交换机故障可能导致多个间隔智能设备与公用智能设备断开 网络结构及交换机配置 星型星型结构交换机连接的各连接节点呈星状分布 在这种结构的网络中有中央节点 公共交换机 其他节点 接二次设备交换机 都与中央节点直接相连 这种结构以中央节点为中心 因此它又之称为集中式网络 如下图 网络结构及交换机配置 优点网络简单 易于布线 扩展容易 便于维护 间隔交换机故障 都可以方便隔离 不影响其它间隔 可以方便的实现局部设备检修维护 每个结点都由一条单独的通信线路与中心结点连结 任意两点间通信路径最短 网络延时很短 在星型网络结构中每个设备都使用独立的线缆连接到网络中 做到了通道分离 从结构上没有广播风暴的风险 缺点公共交换机负担较大 检修时将影响公用智能电子设备 交换机数量较多 成本一般相对较高 网络结构及交换机配置 环型环型拓扑结构由各交换机之间连接成闭环 如下图 网络结构及交换机配置 优点网络冗余度好 网线或光纤故障时可以自动重新组态 不影响交换机及设备运行 交换机数量较少 成本一般相对较低 缺点网络结构较复杂 网络协议复杂 从结构上存在广播风暴的风险 扩展困难 增加交换机设备时 需要将网络打开重新组环 维护 隔离比较困难 任一交换机检修 网络变为总线结构 任何交换机故障将导致大面积故障 网络结构及交换机配置 交换机配置站控层 间隔层交换机站控层配置一组中心交换机 间隔层交换机按设备室或是电压等级独立配置 交换机宜就近安装在各自设备室内 同一个设备室内部可采用双绞线以太网方式连接 对于不同设备室之间或是距离较远的连接应采用光纤以太网方式 一般可选用24电口交换机 配合使用光纤级联交换机 过程层交换机考虑按电压等级配置同一个电压等级下 考虑按间隔对象配置采用光纤方式连接每台交换机光纤接入数量不宜超过16对 智能变电站综合自动化系统 智能化变电站概述智能化变电站设备配置原则网络结构及交换机配置设计中相关的问题 设计中的相关问题 互感器的选择现阶段互感器的可选择的种类很多 有源式 无源式 GIS结构 独立式结构 低功率线圈等等 采用电子式互感器还是常规互感器1 从经济性上考虑电压等级越高 电子式互感器的优势越 明显 对于中低压侧开关柜设备更宜采用常规互感器 采用电子式互感器是为了解决互感器饱和等问题 对于低压常规互感器来说 一般不存在饱和问题 常规互感器完全可以满足系统的要求 采用电子式互感器是为了解决互感器的二次采样电缆长距离传输问题 但是针对低压开关柜 保护测控装置一般多采用就地安装在开关柜中 互感器与二次设备间不存在长距离电缆连接问题 设计中的相关问题 低压开关柜体积的大小主要取决于操作机构而不是互感器 因而电子式互感器体积小重量轻的优势对于低压开关柜没有体现出来 低压电子式互感器输出的是小模拟电压信号 没有常规互感器输出的1A 5A或100V的抗干扰能力强 而且其信号不容易直接分享 必须通过合并单元转化成数字信号后才可分享 这无疑增加了合并单元设备的投资 相比而言常规互感器输出的模拟采样更易于供各保护测控装置分享 设计中的相关问题 2 从工程实施的难易程度及推广意义上来说 对于一些结构不标准的设备不宜采用电子式互感器 如低压电容器设备的本体保护需要的零序电流 零序电压 桥差电流 差电压 由于不同厂家电容器设备的一次结构不同 其本体互感器的安装位置方式也不标准 这种情况下如果采用电子式互感器 势必要针对不同的电容器设备制作相对应的电子式互感器 这样一方面增加了投入 另一方面大量不标准的互感器结构也会导致日后维护管理的困难 同时也不利于标准结构电子式互感器的推广使用 对于这些特殊的安装位置 采用一次设备配套的常规互感器 更为经济实用 设计中的相关问题 采用有源式互感器还是无源式互感器无源式电子互感器 技术上具有很大的优势 特别是针对AIS设备 但是从实用的角度来看 目前有源式电子互感器应用的较多 可靠性和可实施性也较高 投入费用相对较少 而无源式互感器的应用业绩较少 可靠性及可实施性相对较差 投入的费用也比较大 所以现阶段电子式互感器还是以有源式互感器为主 对于GIS机构 远端模块的安装位置处于地电位 可以采用变电站内的220V 110V直流电源通过电缆接线直接供电 宜采用GIS式电子互感器 对于AIS机构 供电方面采用一次取能与激光供电无缝切换 对于于变压器中性点 间隙的独立式互感器等一次不宜取能的间隔 考虑采用无源式互感器 设计中的相关问题 二次回路设计问题传统变电站的二次设备都是采用开入光耦 出口继电器接点 通过电缆接线来完成相互间的控制和配合 保护测控设备的开入开出回路都一一对应于具体的端子排接线 工程设计时 通过绘制端子间的连线图纸 来示意设备间的回路配合 现场调试维护时也是需要根据设计蓝图通过相应端子排去检验相关设备的开入开出回路是否完好正确 智能化变电站 设备间信息交互的方式有了根本性的变化 原有的端子概念不复存在 取而代之的是基于GOOSE网络传输的数字信号 原有点对点的电缆连接被网络化的光缆代替 设计过程中需要重点关注 如何实现二次设备间逻辑配合 外部光缆的连接 设计中的相关问题 二次设备间逻辑配合装置GOOSE虚端子 虚端子逻辑连线 GOOSE配置表GOOSE虚端子示意图 设计中的相关问题 GOOSE逻辑连接示意图 设计中的相关问题 GOOSE配置表 设计中的相关问题 光缆清册保护通道 站控层 间隔层的级联 过程层网络 点对点GOOSE SV 对时同步 对时扩展 设计中的相关问题 光缆的选型铺设问题光缆的选型站控层 间隔层 过程层采用多模光缆 室内光缆可采用软装尾缆联接 定长 小室之间光缆可采用非金属加强型或是铠装光缆 双重化保护的电流 电压 以及GOOSE跳闸控制回路等需要增强可靠性的两套系统 应采用各自独立的光缆 每根光缆或尾缆应留有足够的备用芯 光缆芯数宜选取4芯 8芯 12芯 24芯 设计中的相关问题 光纤配线架的配置与安装光纤配线架选择及安装位置的确定与全站光缆铺设方案相关 各个小室集中配置光配配置多层光配集中组屏 按小室分配 小室之间统一铺设多芯