数字化变电站PPT课件

0 数字化变电站介绍 2009年6月18日 1 数字化变电站概念 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 2 数字化变电站基本特征 设备智能化 电子式互感器 智能开关 信息传输网络化 光纤通信网络替代二次电缆 信息模型 通信协议标准化 IEC61850 3 数字化变电站优点 简化二次接线 少量光纤代替大量电缆 提升测量精度 数字信号传输和处理无附加误差 提高信息传输的可靠性 CRC校验 通信自检 光纤通信无电磁兼容问题 可采用电子式互感器 无CT饱和 CT开路 铁磁谐振等问题 绝缘结构简单 干式绝缘 免维护 4 数字化变电站优点 一 二次设备间无电联系 无传输过电压和两点接地等问题 一次设备电磁干扰不会传输到集控室 各种功能共享统一的信息平台 监控 远动 保护信息子站 VQC和五防等一体化 减小变电站集控室面积 二次设备小型化 标准化 集成化 二次设备可灵活布置 5 与传统变电站的比较 6 数字化变电站体系结构 7 过程层 过程层设备主要包括互感器 智能开关 智能变压器等智能一次设备 目前采用常规开关加智能操作箱的过渡方案 也属于过程层 过程层设备具有自我检测 自我描述功能 通过过程层网络给间隔层设备提供一次设备信息 接受间隔层设备的控制命令 8 间隔层 保护设备 测控设备 测量表计 9 站控层 管理机 远动工作站 监控系统 主要功能是为变电站提供运行 管理 工程配置的界面 记录变电站内的相关信息 可将站内信息转化为远动和集控设备所能接受的协议规范 实现监控中心远方控制 10 由于GOOSE GenericObjectOrientedSubstationEvent 通信技术的应用 可以实现同一标准平台上的实时信息数据共享 取消一些传统的典型设备 比如 备用电源自投 电压并列 低频减载等 完全可以由相应的数字化单元实现其相应的功能 网络通信 同步 检修都将成为继电保护重点关注的问题 11 数字化变电站保护配置方案 常规保护配置方案 系统保护配置方案 12 常规保护配置方案 常规保护配置方案和采用常规互感器时的保护配置一样 按对象进行配置 如主变保护 线路保护 母线保护 开关保护等 将原来保护装置的交流量输入插件更换为数据采集光纤通信接口 I O接口插件换为GOOSE光纤通信接口 CPU插件的模拟量处理更换为通信接口处理 原来的操作插件转移到智能操作箱上 保留部分开入作为压板投退 开出的压板投退取消或转移到智能操作箱上 13 14 数字化变电站保护配置方案 系统保护配置方案 系统保护配置方案采用双重化配置原则 每一套系统保护装置都可以完成全站所有设备的继电保护功能 同时可以完成测控功能 每一套系统保护都包括所有主变 线路及母线的保护与测控等 保护在原理上两套完全一样 可互为备用 可独立投退 15 16 保护配置方案比较 常规保护配置方案 丰富的运行经验 容易实现过渡 系统保护配置方案 缺少运行经验 减少设备数量 简化网络结构 17 对保护调试的影响 IEC61850的应用实现了变电站自动化技术的飞跃 使调试方法 手段和测试工具产生了技术变革 最明显的变化在于获得信息 采样值 状态量 信号等 的途径发生了根本改变 18 19 在基于IEC61850数字化变电站中 设备间的硬连接被GOOSE GenericObjectOrientedSubstationEvent 面向通用目标变电站事件 取代了 实时信息通过公用的变电站网络发送 任何信息发送者 公开者 可以把数据传输给任何接受者 用户 20 21 22 数字化变电站 电子式互感器智能化开关网络化二次设备及IEC61850的应用 23 电子式互感器 24 电子式互感器 电压等级越高电子式互感器优势越明显中低电压等级使用电子式互感器意义不大 25 电子式互感器的原理和分类 按一次传感部分是否需要供电划分 有源式电子互感器 无源式电子互感器 按应用场合划分 GIS结构的电子互感器 AIS结构 独立式 电子互感器 直流用电子式互感器 26 电子式互感器 有源电子式互感器 利用电磁感应等原理感应被测信号 CT 空心线圈 RC 小铁芯线圈 LPCT PT 电容 电感分压 电阻 传感头部分具有需用电源的电子电路 利用光纤传输数字信号 独立型及GIS用ECVT 27 有源电子式互感器结构 AIS 28 有源电子式互感器结构 GIS 29 有源电子式互感器 关键技术难点 远端传感模块的稳定性和可靠性 安置在室外时温度 电磁干扰等 对独立结构的有源式电子互感器的远端模块取电技术 GIS 罐式断路器例外 母线取电 激光供电 30 无源电子式互感器 与有源式电子互感器相比 无源式电子互感器的传感模块利用光学原理 由纯光学器件构成 不含有电子电路 其有着有源式无法比拟的电磁兼容性能 利用光纤传输传感信号 传感头部分不需电子电路及其电源 独立安装的互感器的理想解决方案 Faraday磁光效应 电流互感器 Pockels电光效应 电压互感器 31 全光纤电流互感器 32 无源电子式互感器结构 33 无源电子式互感器 关键技术难点 光学传感材料的选择 传感头的组装技术 微弱信号检测 温度对精度的影响 振动对精度的影响 长期稳定性 34 电子式互感器远端模块的配置 35 电子式互感器与二次设备的接口 合并单元 信号合并 数据同步 分配信号 供电 36 电子式互感器与合并单元接口 37 电子式互感器配置 应用电子式互感器需要面对的几个问题 配置方案 同步采样问题 采样数据传送标准 38 电子式互感器配置 配置方案 配置原则是保证一套系统出问题不会导致保护误动 也不会导致保护拒动 电子式互感器的远端模块和合并单元需要冗余配置 远端模块中电流需要冗余采样 合并单元冗余配置并分别连接冗余的电子式互感器远端模块 合并单元可以安装在开关附近或保护小室 39 合并单元数据同步 同步采样问题 常规互感器与电子式互感器会并存 如电压 电流之间 变压器不同的电压等级之间 三相电流 电压采样必须同步 变压器差动保护从不同电压等级的多个间隔获取数据存在同步问题 母线差动保护从多个间隔获取数据也存在同步问题 线路纵差保护线路两端数据采样也存在同步问题 40 合并单元数据同步 解决同步采样的两种方案 基于GPS秒脉冲同步的同步采样 同步方法简单 秒脉冲丢失时存在危险 二次设备通过再采样技术 插值算法 实现同步 采样率要求高 硬件软件要求高 实现难度较大 不依赖于GPS和秒脉冲传输系统 41 合并单元数据分发 采样数据传送标准 1 IEC60044 8 点对点光纤串行数据接口 传输延时确定 可以采用再采样技术实现同步采样 硬件和软件实现简单 适合保护要求 42 合并单元数据分发 采样数据传送标准 2 IEC61850 9 1 2 网络数据接口 传输延时不确定 400us 3ms 无法准确采用再采样技术 硬件软件比较通用 但对交换机要求极高 硬件和软件实现都将困难 不同间隔间数据到达时间不确定 不利于母差 变压器等保护的数据处理 比较适合测控 电能仪表一类 43 电子式互感器应用情况 44 电子式互感器应用情况 45 电子式互感器合并单元配置 220kV双母线方式1 220kV双母线方式2 110kV双母线 500kV3 2接线 46 47 48 49 数字化变电站 电子式互感器智能化开关网络化二次设备及IEC61850的应用 50 智能化开关设备 实施方案 利用现有的成熟的二次技术 结合传统开关设备 提升智能化水平 智能操作箱 51 智能化开关设备 智能化开关的研制应用 保护及智能控制装置 集成保护 测控和GIS智能控制 智能化监视 智能化控制 联锁 电机控制 顺序控制 52 智能开关方案 53 智能开关方案 54 基于保护及智能控制柜的变电站基本结构 55 智能化开关设备 优势 节约占地 节省电缆 现场投运工作量小 投运周期短 减少人为失误 控制回路优化 与互感器的电气距离缩短 在线监测 56 数字化变电站 电子式互感器智能化开关网络化二次设备及IEC61850的应用 57 IEC61850的应用 IEC61850是国际电工委员会 IEC TC57工作组制定的 变电站通信网络和系统 系列标准 是基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一的国际标准 IEC61850规范了数据的命名 数据定义 设备行为 设备的自描述特征和通用配置语言 使不同智能电气设备间的信息共享和互操作成为可能 不仅规范保护测控装置的模型和通信接口 而且还定义了电子式CT PT 智能化开关等一次设备的模型和通信接口 58 IEC61850的应用 要解决的主要问题 网络通信 信息共享和互操作 59 IEC61850的应用 特点 信息分层 站控层 间隔层 过程层 面向对象建模和信息自我描述 适应开放互操作性要求 采用抽象通信服务接口 适应通信网络技术迅猛发展 传输采样测量值 快速传输变化值 GOOSE 60 IEC61850的应用 61 GOOSE应用演示 通用面向对象的变电站事件 62 网络化二次设备 网络化二次设备要求 具有数字化接口 满足电子式互感器的要求 满足智能开关的要求 网络通信功能 满足IEC61850的要求基于IEC61850的间隔层和站控层设备 RCS 9700变电站自动化系统 PCS 900系列保护装置 PCS 9700系列测控装置 RCS 9000C系列四合一保护测控装置 RCS 9700系列通信设备 63 数字化变电站工程建设 近期目标 站控层 间隔层实现基于EC61850的通信 电子式互感器的实用化远期目标 一次设备的智能化 网络化 取消一次 二次间的电缆连线 64 甘肃首个部分基于IEC61850的数字化变电站 110kV天水平南 王坡 变电站经过一年多的运行表明 数字互感器及数字保护运行稳定 通过与常规设备比较 其特点为 简化二次接线 节省控制电缆等安装材料 提升测量精度 数字信号传输和处理无附加误差 无PT短路 CT饱和 CT开路 铁磁谐振和电磁兼容问题 采用CRC校验 通信自检等提高信息传输的可靠性 一 二次设备间无电联系 无传输过电压和两点接地等问题 各种数据 功能共享统一的信息平台 监控 远动 保护信息子站 VQC和五防等可以一体化 减小变电站 集控室面积 安装方便 节省土建费用 调试简单等 全数字化二次设备可以小型化 标准化 集成化 可灵活布置 是今后发展的方向 65 天水用电子式互感器 长江通信电子式互感器原理简介 长江通信电子式互感器特点 长江通信电子式互感器产品 66 一 电子式互感器简介 电子式互感器有多种实现方案 光电流互感器 磁光电流互感器 罗氏线圈互感器等根据新发布的IEC60044 7 8标准统称为电子式互感器 ElectronicCurrentTransformers 电子式互感器可分为有源型和无源型两大类 有源型 一次传感器可以是Rogowski线圈 LPCT HOLL器件 电容或电阻分压等 由于一次传感采集电路需要供电 所以是有源型 提供高压侧电源是这类互感器的技术难点 无源型 高压侧不需电源 传感头为纯光学结构 依靠磁光玻璃的旋光效应 法拉第效应 作为转换机理 反映一次母线电流的变化 67 1 长江通信ECT和EVT的结构示意图 有源光电ECT结构示意图 有源光电EVT的结构示意图 68 一次侧设备包括 一次电流传感器 一次电光转换电路 光纤传输系统和高压绝缘子一次电源 二次侧设备包括 光电转换器 信号合并单元 及一次供电激光电源 一次信号通过一次电流传感器采集 在一次电光转换电路进行信号处理 A D转换 数字化 以及电光转换 LED 然后通过光纤传输到二次侧 二次信号经电光转换后进入合并单元 2 长江通信ECT原理与结构 69 电压互感器包括 一次电容分压传感部分 信号处理部分及电路供电部分 一次端子采用电容分压技术 油浸式绝缘 用于采集一次高压信号 信号处理电路包括A D转换以及电光转换 LED 光纤传输部分 是将传感器获得的电压信号通过A D转换器转变为数字信号 再经电光转换变成光信号经光纤传给合并单元 再送至数字化的继电保护和表计设备 系统电源由外部提供220VAC DC电源 3 长江通信EVT原理与结构 70 二 电子式互感器的特点 1 绝缘性能优良 高压侧的电信号转换为光信号后 通过绝缘性能优良的玻璃光纤传送到低电位侧 无电缆连接 绝缘结构简单 可靠性高 高压不会通过二次设备影响人与周围设备的安全 电流互感器二次开路没有危险 没有铁芯不会出现磁饱和 铁磁谐振等问题 传感头空心线圈的导磁率十分接近真空导磁率 是一个常数 不会随着磁场强度的变化而变化 永远不会饱和 不充气 不充油 电子式电流互感器没有漏气 漏油的问题 也没有因存油而产生的易燃 易爆等危险 日常维护工作简单 只要线路通畅 没有特殊的维护要求 没有换油 充气等繁杂工作 71 4 动态响应范围大 电网正常运行时 电流互感器流过的电流并不大 但短路电流一般很大 随着电网容量的增加 短路电流越来越大 电磁感应式电流互感器因存在磁饱和问题 难以实现大范围测量 同时满足高精度计量和继电保护的需要 光电互感器有很宽的动态范围 一个测量通道可测几十安培至数千安培的额定电流 过电流范围可达几万安培 一个光电互感器可同时满足计量和继电保护的需要 可免除多个CT的冗余需求 5 频率响应范围广 可以测量工频 也可以测量谐波 还可以测量系统故障时的直流分量与高频分量的暂态数据 6 传感头采用Rogowski线圈 整个互感器重量轻 体积小 运输 安装 维护方便 新一代长江通信110kv的互感器重量不超过70kg 传感头不到1kg 总高度只有1 6米 二 电子式互感器的特点 2 72 7 输出符合IEC61850的标准化数字信号 可以与通过因特网传输 可以在计算机上显示 存贮信号 适应电力计量和保护数字化 微机化和自动化发展的潮流 8 性价比高 随着电压等级的升高 性价比越好 电磁感应式电流互感器的高压母线与二次线圈之间通过铁芯耦合 它们之间的绝缘结构复杂 其造价随电压等级呈指数关系上升 光电电流互感器绝缘结构简单 其造价一般随电压等级升高呈线性增加 9 测量精度高 我公司的电子式各型号电流互感器计量都达到0 2S级 电压互感器达到0 2级 二 电子式互感器的特点 3 73 三 电子式ECT和EVT与传统CT和PT对比 74 四 电子式互感器产品 10kV电子式电流互感器 产品介绍 10kV 35kV型采用全封闭浇注绝缘结构 将经过处理的Rogowski线圈包封在环氧树脂浇注体内 重量轻 可全方位安装 耐污秽和潮湿 适用于额定频率为50 60Hz 额定电压为10 35kV的交流户内电力系统中作为电流 电能测量和继电保护使用 75 四 电子式互感器产品 10kV电子式电压互感器 产品介绍 10kV 35kV型采用全封闭浇注绝缘结构 是一种无铁芯 绝缘结构简单可靠 体积小 重量轻 线性度好 无饱和想象且输出信号可直接与智能数字设备接口的新型电力互感器 适用于额定频率为50 60Hz 额定电压为10 35kV的交流户内电力系统中作为电流 电能测量和继电保护使用 76 110kV电子式电流互感器 产品符合标准IEC60044 8 GB1208 1997额定一次电压 126KV额定一次电流 100 1600A额定二次输出 数字光信号测量用ECT 2D41H保护用ECT 01CFH准确限值系数 10 12 5 15 17 5 20 80测量级准确度 0 2 0 2s级保护级准确度 5TPE额定频率 50Hz 或60Hz 额定绝缘水平 230 550kV额定短时热电流 50kA 3S额定动稳定电流 125kA 峰值 暂态特性的额定对称短路电流倍数 20 80额定一次时间常数 100mS环境温度 40 85 海拔 1000m使用场合 户外环境污秽等级 级导线接入方式 贯穿式 驳接式 77 110kV电子式电压互感器 技术