智能变电站子课题技术研究方案介绍 PPT课件

智能变电站子课题技术研究方案介绍 国家863项目油田群智能配网综合集成与示范 2 内容提要 智能变电站概述海上油田群变电站自动化系统现状课题关键技术研究课题进展及计划 3 智能变电站发展 4 IEC61850 IEC61850标准 已经准备好了 产品在发展 吸引了众多用户厂家的关注 一个世界一个技术一个标准IEC61850 5 IEC61850标准 IEC61850标准 以下简称IEC61850 是新一代的电力系统网络通信体系 该标准根据电力系统生产过程的特点 制定了满足实时信息传输要求的服务模型 采用抽象通信服务接口 特定通信服务映射 以适应网络发展 采用面向对象建模技术 面向设备建模和自我描述 以适应功能扩展 满足应用开放互操作要求 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 定义和传输元数据 扩充数据和设备管理功能 传输采样测量值等 该标准还包括通信网络和系统总体要求 系统和工程管理 一致性测试等 IEC61850标准为电力系统自动化产品的 统一标准 统一模型 互联开放 的格局奠定了基础 使信息建模标准化成为可能 信息共享具备了可实施的基础前提 目前IEC61850标准已广泛应用于变电站 变电站之间 变电站与控制中心之间 水电 风电 光伏 分布式发电 电力设备状态监测 电能质量 智能配网等领域 成为目前全世界最为通用的电力网络通信标准 目前世界上智能电网 包括我国的国家电网 南方电网 中石化 神华等 的变电站全部采用IEC61850标准 6 IEC61850标准与MODBUS以及103规约的比较 MODBUS以及103规约为 主从循环轮询 通信机制 上送遥信和量测数据的实时性和确定性无法满足EMS及其高级应用的要求 所以以往项目EMS需要采用大量的硬接线进行采集和通信 IEC61860标准支持 变化数据主动上传 的通信机制 变化的遥信和量测数据可以主动上送给EMS系统 同时IEC61860标准支持对遥测和遥信数据打时间戳的功能 这就能保证上送EMS数据的实时性和确定性 7 IEC61850标准中快速时间传输服务 GOOSE GOOSE GenericObjectOrientedSubstationEvent 概念是IEC61850标准用来实时传输变电站重要事件的机制 单个的GOOSE信息由IED发送并能被接收并被若干个接收者使用 GOOSE通信实例包括断路器的跳闸命令 间隔闭锁传输相关状态信息和不同间隔保护之间的水平通信等 也可以用来传输模拟量 GOOSE通信是IEC61850最具有创新性的服务 它使得通过通信传输重要事件的实时性和可靠性可以超过硬接线 8 智能变电站 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 计量和监测等基本功能 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 实现与相邻变电站 电网调度等互动的变电站 国网的定义 9 智能组件 由若干智能电子装置集合组成 承担宿主设备的测量 控制和监测等基本功能 在满足相关标准要求时 智能组件还可承担相关计量 保护等功能 可包括测量 控制 状态监测 计量 保护等全部或部分装置 国网的定义 智能设备 一次设备和智能组件的有机结合体 具有测量数字化 控制网络化 状态可视化 功能一体化和信息互动化特征的高压设备 是高压设备智能化的简称 10 智能高压设备 11 内容提要 智能变电站概述海上油田群变电站自动化系统现状课题关键技术研究课题进展及计划 12 海上油田群变电站自动化系统现状 EMS系统的数据采集依靠其子站PLC RTU通过硬接线和RS485完成 需要敷设大量的控制和通信电缆 不仅占用大量空间 而且调试安装和检修维护工作极为繁杂 对海上平台的体积和造价产生很大的影响 此外 EMS系统子站通过硬接线采集关键信号接点 容易受到电磁干扰的影响 EMS系统采用RS485总线和MODBUS通信协议 主从循环 轮询综保中电流 电压 功率等的量测数据 这种通信机制无法保证上送变化遥测 遥信数据的实时性 也无法提供EMS高级应用所需要的潮流断面数据 13 海上油田群变电站自动化系统现状 目前海上油田群的高中压配电盘以及低压配电柜上的综保 马达控制器 智能电表等智能二次设备没有时钟同步 这样它们采集的量测数据均不同步 EMS必须对这些非同步的量测数据进行处理才能使用 同时这些智能二次设备的SOE 保护录波 保护事件 告警事件也没有时钟同步 这也极大地影响了油田群变电站的事故分析 14 海上油田群变电站自动化系统现状 五防系统在国网 南网以及中石油 中石化等企业供电系统是标准配置的系统 但目前海上油田群变电站很少配备微机防误操作 五防 系统 并且主要由人工开具电气操作票 对于误走带电间隔 带地线合闸等事故缺乏设备级的防误措施 而这些措施可以有效避免事故对油田群安全生产和人身安全造成的损失 15 海上油田群变电站自动化系统现状 目前海上油田群变电站很少配备故障信息管理系统 继保工程师站 缺乏对海上油田群的智能二次设备的保护定值 保护功能压板 SOE 保护录波 保护事件 告警事件等信息的统一读取 保存和管理 特别是对于那些保护录波存储次数较少的综保 如果不能及时将重要的保护动作录波数据读取到故障信息管理系统中进行保存 这些重要数据就可能会被后续的一些扰动录波覆盖 这样就会失去最宝贵的事故分析一手资料 16 海上油田群变电站自动化系统现状 目前海上油田群的高中压配电盘除了配备综保装置之外 还配备有智能电表 代替电流表 电压表 功率表 联锁继电器 指示灯等辅助装置 如果要对配电盘断路器的触头寿命 机械行程以及变压器 电动机 母线排的温度进行监视 还需要配置状态监测装置 这使得高中压配电盘二次室空间越来越紧张 也制约了高中压配电盘小型化设计 同时 由于各种智能设备都需要对外提供信息 需要敷设通信电缆 这也给变电站通信网络的设计带来了困难 17 内容提要 智能变电站概述海上油田群变电站自动化系统现状课题关键技术研究课题进展及计划 18 子课题关键技术 研发和利用智能变电站技术 解决海上油田群的实际技术问题 进一步提高海上油田群变电站的智能水平 主要关键技术为 智能变电站通信方案智能变电站时钟同步系统智能变电站防误操作系统智能变电站故障信息管理系统高压智能设备与状态监测等方面 19 智能变电站通信方案 分布于各开关柜上的保护测控装置采用较短的硬接线与一次设备 开关柜 互感器等 相连 通过100M实时工业以太网 IEC61850协议与远动通信机通信 然后由通信机与海上油田群EMS系统通过100M实时工业以太网进行通信 实时上送变化遥信和遥测数据以及EMS高级应用所需的潮流断面数据 20 此外 我们还将在站级以太网中试验传输GOOSE报文 并进行GOOSE通信与硬接线通信的传输延时比较实验 智能变电站通信方案 21 智能变电站时钟同步系统 时钟同步装置为变电站的保护 测控 远动通信机 监控主机等智能设备提供全站统一时钟 时钟同步装置可接受北斗和GPS等外部时钟源的高精度授时 并且在失去外部时钟源的情况下 还可以实现高精度守时 守时准确度优于55 s h 选用IRIG B做为保护 测控 远动通信机等智能设备的时钟同步接口 并且敷设B码对时通信网络 对时精度小于1ms 监控主机采用SNTP网络对时 对时精度小于50ms Windows时钟误差 22 智能变电站防误操作系统 五防系统旨在向用户提供一套高技术 智能化 可模拟的防误软 硬件实施 使操作人员在电气操作的整个过程中 都置于防误系统的提醒与监视约束之中 从而有效地防止误操作 实现安全操作的五防功能 即 1防止带负荷分 合刀闸 2防止误入带电隔离区 3防止误分 合断路器 4防止带电挂接地线 5防止带地线合刀闸 23 智能变电站防误操作系统 在线式五防系统不仅提供全程的 实时的五防逻辑闭锁和操作票顺序闭锁 完全取消传统的五防钥匙和锁具 而且可以提供电气操作票开票功能 24 智能变电站防误操作系统 在线式五防需要和测控装置配合 测控装置增加防误主机可控制的单独五防闭锁节点 串入设备控制回路 五防闭锁节点默认断开 当运行人员根据操作票预演后 系统就有了和操作票对应的操作序列 在每一步操作之前 后台系统在对当前操作步骤进行五防逻辑判断 逻辑满足 则相应测控的五防闭锁节点闭合 本步操作才可以执行 待防误主机判断本步操作完成 将对应的五防闭锁节点断开 并自动进入下一步操作并判断逻辑 闭合对应的五防闭锁节点 直到全部操作完成或用户中止 25 智能变电站防误操作系统 图形开票 26 智能变电站故障信息管理系统 系统能够从继电保护装置正确获取并转发上送以下信息 采集的信息包括保护装置的遥测 遥信 动作信号 装置告警信号 通讯状态 定值 录波器的录波文件及附加信息等 系统提供定值召唤 定值修改 定值切换 压板投退 历史记录查询等操作 录波管理功能包括录波文件名称 时间信息 故障类型 故障线路 测距结果 故障前后的电流 电压最大值 最小值 开关变位情况等 27 智能变电站故障信息管理系统 录波分析 测距 28 高压智能设备与状态监测 由于目前尚无可商业化运行的高压智能设备 因此在本项目中 我们通过一体化的智能组件 电子式互感器 无线无源温度传感器和视频监控设备 准备设计一个过渡阶段的高压智能设备试点 同时在变电站自动化系统的监控主机中建立状态监测功能 形成试点设备的状态数据库 29 高压智能设备与状态监测 智能IED 保护控制通信测量计量间隔闭锁状态监测电能质量 30 高压智能设备与状态监测 电子互感器 低功率线圈式电子互感器采用穿心式结构 体积小 重量轻 具有更好的抗饱和特性二次绕组为小信号电压输出 可有效防止CT二次开路故障 输出采用屏蔽电缆和欧度插拔自锁连接器 连接可靠 满足GB T1208 2006 GB T20840 8 2007标准 31 高压智能设备与状态监测 无线无源温度传感器 无线无源温度传感芯片采用全声学芯片物理编码和解码的方式 实现高效的声点转换效率 从而实现 1 纯无线无源 终身免维护 2 采用军工级别的封装与安装 实现防水 防静电和防高压 3 声学芯片结构采用压电基片沉积金属的方式制作 耐温范围可以达300 以上 这一优势可以满足可对于传感器工作频率 测温点数目 测温范围 待测物体形状等对传感芯片的要求 可实现高压开关盘的分布式测温 1 测温范围 50 120 温度灵敏度敏感度0 1 准确度 1 2 测温距离 根据不同环境配置达到1 15米 3 测温速度 1秒时间内轮询6个温度监测点的速度 4 使用环境 室内外 适用于现有运行电网电压情况 5 安装情况 安装保持现有设备不受破坏和不影响设备检修运行 32 高压智能设备与状态监测 状态监测主机 监测主机实时监视系统中相关设备电流 电压 温度 SF6压力等重要测点数据以及断路器状态累计 变压器 电动机 电缆过热累计等计算数据 结合设备实时视频图像 并根据以往案例 客观地判断电气设备的健康状况 系统同时将这些数据 图像保存管理 并针对具体设备建立健康档案 逐渐积累案例 监测主机还具备报警功能 判断某台电气设备的某项监测数据超过预先设定的阚值 可以发出报警 提醒平台电气人员注意 33 内容提要 智能变电站概述海上油田群变电站自动化系统现状课题关键技术研究课题进度及计划 34 子课题进度 渤中26 3 25 1D平台现场考察 完成子课题合同签订工作 确定依托工程接口界面和电缆清册 35 子课题进度 完成 海上平台智能变电站研究设计与实施 的公司内部立项 提交初步技术方案给总院 提交两项专利申请材料 一种海上油田群电网EMS