新能源光伏电站电气二次设计详解

电气二次设计主要内容,计算机监控系统继电保护及安全自动装置调度自动化通信系统CT/PT配置控制电源系统收资及专业间配合电气二次施工卷册目录,计算机监控系统的概念：,将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。,计算机监控系统的主要内容：,实现变电站正常运行的监视和操作，保证变电站的正常运行和安全；当发生事故时由继电保护和故障录波等完成瞬态电气量的采集、监视和控制，迅速切除故障，完成事故后的恢复操作；监视高压电气设备本身的运行；将变电站所采集的信息传送给调度中心，必要时送给运行方式科和检修中心等，以便为电气设备监视和制定检修计划提供原始数据。,1.计算机监控系统,3,计算机监控系统基本功能,数据采集和处理数据库的建立与维护调节与控制报警处理同期事件顺序记录画面生成及显示在线计算及制表,远动功能时间同步人机联系系统自诊断和自恢复与其他设备的通信接口运行管理系统自诊断和自恢复,1.计算机监控系统,4,计算机监控系统结构,分层分布式,在逻辑上划分为2个层次:站控层(stationlevel)间隔层(baylevel)各层次间采用高速以太网通讯,按变电站远景规模配置,按不同电压等级和电气间隔单元划分,110kV及以下采用单以太网220kV及以上采用双以太网,1.计算机监控系统,2.继电保护及安全自动装置,电力系统,电力设备,二次设备,一次设备,生产、输送、分配、消耗电能的设备,发电机变压器断路器母线输电线路隔离开关无功补偿装置等,对一次设备的运行状态进行监视、测量、控制、保护的设备,监控系统测量仪表继电保护安全自动装置等,2.继电保护及安全自动装置,电力系统运行状态,正常状态,故障状态,不正常状态,过负荷：负荷电流额定电流频率降低：发电机有功功率不足频率升高：水轮发电机突然甩负荷过电压系统振荡,雷击、鸟兽跨接电气设备设备绝缘老化误操作设备制造缺陷设计安装错误维修维护不当,短路断线故障,后果：故障元件损坏缩短使用寿命破坏产生废品引起系统振荡,后果：电能质量、设备寿命、用户产品质量下降等,三相短路两相短路两相短路接地单相接地短路85%以上,事故,2.继电保护及安全自动装置,继电保护装置：反应电力系统中电气元件（发电机、线路、变压器、电容器、电动机）发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置继电保护装置的基本任务：故障时，自动、迅速、有选择性切除故障元件，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不正常运行状态时，发出信号（跳闸或减负荷）,2.1继电保护,一、基本原理利用被保护线路或故障前后某些突变的物理量为信息量，当突变量达到一定值（整定值）时，起动逻辑控制环节，发出相应的跳闸脉冲或信号。1利用短路时基本电量的突变发生短路后，利用电流、电压、线路测量阻抗等的突然变化而构成的保护。如过电流保护、低电压保护。距离保护等2利用内部故障和外部故障时被保护元件两侧电流相位（或功率方向）的差别如：纵联差动保护、相差高频保护、方向高频保护等3.对称分量是否出现如：零序保护4.反应非电气量的保护如：反应变压器油箱内部故障时所产生的气体而构成瓦斯保护；反应电动机绕组的温度升高而构成过负荷或过热保护等。,2.1.1变压器保护,变压器故障内部故障1.绕组的相间短路2.绕组的接地短路3.绕组的匝间短路4.铁芯烧损等外部故障主要是套管和引出线上发生的相间短路以及接地短路。变压器不正常运行状态过电流过负荷冷却系统故障,变压器保护：电量保护非电量保护,2.1.1变压器保护,电气量保护具体配置如下：（1）差动保护（2）高压侧后备保护；（a）复合电压启动过流保护（b）零序电流保护（c）间隙零序电流、零序电压保护（d）过负荷保护（e）变压器高压侧过流闭锁调压。（3）低压侧后备保护；（a）复合电压启动过流保护（b）过负荷保护非电量保护具体配置如下：（1）瓦斯保护，作为主变压器主保护之一，包括主变本体和有载调压开关，轻瓦斯动作发信号，重瓦斯动作瞬时跳主变两侧断路器。主变压力释放保护瞬时跳主变两侧断路器。（2）温度保护，在温度过高时动作跳主变两侧断路器，温度升高时动作于发信号。主变告警信号：CT、PT断线告警，变压器过负荷时告警，保护装置故障报警。,配置原则：110kV及以下电压等级：主保护、后备保护、非电量保护均独立配置，组一面屏。220kV及以上电压等级：采用主备一体化设备，双套配置，非电量保护单套配置，组3面屏。,图321双绕组单相变压器纵差动保护的原理接线图,2.1.2线路及母线保护,线路保护220kV线路保护光纤电流差动保护，双套配置110kV线路保护光纤电流差动保护，单套配置35kV线路保护采用保护、测控一体化设备（综保装置），单套配置母线保护（差动）220kV母线保护双套配置，含失灵保护功能110kV母线保护单套配置，含失灵保护功能35kV母线保护单套配置，不含失灵保护功能,2.1.3故障录波,故障录波器是常年投入运行的监视电力系统运行状况的一种自动记录装置。作用：当电力系统发生故障和振荡时，自动记录下故障类型、故障发生时间、电流电压变化过程及继电保护和自动装置的动作情况，计算出短路点到装置安装处的距离等，并且可以通过打印机打印事故报告，通过传真或电力通信系统将报告传送到调度所。配置原则：,2.1.3故障录波,录入量：模拟量开关量,线路三相电流、母线三相电压、开口三角电压、主变中性点电流、主变间隙电流,断路器位置、保护装置动作、自动装置动作,启动量：模拟量启动开关量启动手动启动,正序电流、电压负序电流、电压、零序电流、电压、,断路器位置、保护装置动作、自动装置动作,记录升压站内设备在故障前10s至故障后60s的电气量数据，包括电流和电压模拟量信息、保护动作和断路器位置等开关量信息、必要的通道信息等,2.1.4故障信息子站,电网故障信息管理系统的主要功能是采集继电保护、录波器、安全自动装置等变电站内智能装置的实时/非实时的运行、配置和故障信息，对这些装置进行运行状态监视、配置信息管理和动作行为分析，在电网故障时则进行快速的故障分析，为运行人员提供处理提示，提高继保系统管理和故障信息处理的自动化水平。,2.1.5安全稳定控制装置,安全稳定控制系统频率电压紧急控制装置低频低压解列装置高频高压解列装置需要根据接入系统批复意见确定。,3调度自动化,远动电能计量有功无功功率控制电能质量在线监测系统风（光）功率预测系统PMU同步相量测量系统调度数据网及二次安全防护,3调度自动化,电力系统远动应用远程通信技术，对远方运行的设备进行监视和控制，以实现远程信号、远程测量、远程控制和远程调节等各项功能。,电力系统调度自动化基本结构,电力线载波、微波、光纤、无线、卫星通信等,3.调度自动化,电力系统调度自动化基本结构,电力线载波、微波、光纤、无线、卫星通信等,3.1信息采集和命令执行子系统（远动终端RTU）,1、作用采集各发电厂、变电所中各种表征电力系统运行状态的实时信息，并根据运行需要将有关信息通过信息传输通道传送到调度中心，同时也接受调度端发来的控制命令，并执行相应的操作。2、功能可以实现“四遥”功能：遥测(YC)、遥信(YX)、遥控(YK)和遥调(YT).遥测:采集并传送电力系统运行模拟量的实时信息；遥信:采集并传送电力系统中开关量的实时信息；遥控:指接收调度中心主站发送的命令信息，执行对断路器的分合闸、发电机的开停、并联电容器的投切等操作；遥调:指接收并执行调度中心主站计算机发送的遥调命令，如调整发电机的有功出力或无功出力、发电机组的电压、变压器的分接头等。,一、RTU的任务1数据采集（1）模拟量。采集电网重要测点的P、Q、U、I等运行参数，称为“遥测”（2）开关量。如断路器的开或关状态，自动装置或继电保护的工作状态，称为“遥信”（3）脉冲量。如脉冲电能表的输出脉冲等。2、数据通信按照预定通信规约的规定，自动循环（或按调度端要求）地向调度端发送所采集的本厂站数据，并接收调度端下达的各种命令。3、执行命令根据接收到的调度命令，完成对指定对象的遥控、遥调等操作。,3.1信息采集和命令执行子系统（远动终端RTU）,3.2信息传输子系统（信道）,作用：信息传输子系统是调度中心和厂站端(RTU)信息沟通的桥梁。将远动终端的各种实时信息上传给主站，把主站发出的各种调度命令下达到各有关厂站，即完成主站与远动终端之间信息与命令可靠、准确地传输。,信息收集处理与控制子系统，是整个电力调度自动化系统的核心。由于现代电力系统往往跨区域，由许多发电厂和变电所组成，为了实现对整个电网的监视和控制，调度中心需要收集分散在各个发电厂和变电所的实时信息。由于传输到调度中心的实时信息不可避免地包含各种误差，如测量误差、传输误差等，同时还由于设备条件的限制，有些电力系统运行所需的参数无法收集到，为了减小误差，信息处理子系统可以利用收集到的冗余信息，采用状态估计技术，对无法收集到的参数进行估计，从而得到精确而完整的运行参数。运行人员根据分析计算的结果，通过分析、综合、判断，从而决定控制策略，并通过控制子系统予以执行。该子系统是以计算机为主要组成部分。,3.3信息收集处理与控制子系统（调度端）,3.4电网调度自动化系统的设备构成,3.5AGC/AVC,一、AGC的基本功能在正常的系统运行状态下，AGC的基本功能是：使发电自动跟踪电力系统负荷变化；响应负荷和发电的随机变化，维持电力系统频率为额定值；在各区域间分配系统发电功率，维持区域间净交换功率为计划值；对周期性的负荷变化按发电计划调整发电功率；监视和调整备用容量，满足电力系统安全要求。,3.5有功无功控制系统,3.6风功率预测系统,3.7电能质量在线监测,采集监测点的三相电流、三相电压，通过后台软件对采样数据进行实时的谐波分析、有功无功计算、三相不平衡度计算等,3.8同步相量测量装置,同步相量测量是利用高精度的GPS卫星同步时钟实现对电网母线电压和线路电流相量的同步测量，通过通信系统传送到电网的控制中心和保护、控制器中，用于实现全网运行监测控制或实现区域保护和控制。根据光伏电站接入电网技术规定Q/GDW617-2011，对于接入220kV及以上电压等级的大型光伏电站应装设同步相量测量单元，为光伏电站的安全监控与电力调度部门提供统一时标下的光伏电站暂态过程中的电压、相角、功率等关键参数的变化曲线根据各项目接入系统批复意见配置。规程要求：220kV及以上的变电站配置此装置。,3.9电力调度数据网接入设备,电力调度数据网络：是传输电力生产实时信息的网络网络传输的主要信息：电网自动化信息调度指挥指令继电保护与安全自动装置控制信息等,网络结构：,接入层设备配置：1台路由器2台交换机,3.10电力二次系统安全防护,生产控制大区控制区（安全区）非控制区（安全区）管理信息大区生产管理区（安全区）管理信息区（安全区）,基本原则：“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”十六字方针。设备配置：纵向加密认证装置、防火墙、正反向隔离装置等。,安全区划分,变电站通信系统主要包括变电站间的通信光缆、站内通信主设备、通信辅助设备、通信机房等设施。通信主设备包括光通信设备、交换设备、电源设备、载波设备等。通信辅助设备包括配线设备、监控设备等。光通信设备本规范中的光通信设备包括了光传输设备和PCM终端设备。OPGW光缆光纤复合架空地线（Opticalfibercompositeoverheadgroundwires）ADSS光缆全介质自承式光缆（AllDielectricSelf-SupportingOpticalFiberCable）,4通信,变电站常见的通信设备光端机（出口：光口；入口：2M/10M/100M）PCM（一次群终端，入口：电话、2W、4W、64K；出口2M）电力线载波设备（高频阻波器、耦合电容器、结合滤波器（含接地刀闸）、载波机）调度电话系统（调度交换机、软交换）各类配线设备（ODF/DDF/VDF）通信电源系统（高频开关电源、交直流配电屏、蓄电池）通信常用线缆（高频电缆（1km）、音频电缆（3/4km）、数字同轴电缆（几百m），网线（100m）,4通信,光端机光端机是光通信系统中的传输设备，主要是进行光电转换及传输功用。光端机，就是将多个E1(2M)信号变成光信号并传输的设备。PCM脉冲编码调制，将模拟信号经抽样、量化、编码转成标准的数字信号。光纤配线架（ODF）用于光纤通信系统中局端主干光缆的成端和分配，可方便地实现光纤线路的连接、分配和调度的设备。数字配线架（DDF）连接从光通信端机出来的2M线和从用户设备出来的2M线的架子音频配线架（VDF）连接PCM等设备音频出线与用户侧设备音频出线的配线架调度交换机综合数据网,4通信,4通信,变电站通信电源系统的组成,市电接入,交流配电屏,高频开关柜,直流分配屏,蓄电池,用电设备,5.CT/PT配置,互感器,电压互感器（PT）,电流互感器（CT）,是一次设备与二次设备间的联络设备,一次回路的大电流、大电压,二次回路的小电流、小电压,作用,变换作用,电气隔离作用,将高电压、大电流变换成为标准的低电压（100V）、小电流（5A或1A）,将一次设备和二次设备隔离，保护设备和人身安全,PT一次绕组并接于一次回路PT二次设备并接于二次绕组,CT一次绕组串接于一次回路二次设备串接于CT二次绕组,5.1电压互感器（PT）,工作原理电压互感器的主要结构和工作原理类似于变压器。如图所示，电压互感器的一次线圈匝数N1很多，并接于被测高压电网上，二次线圈匝数N2较少，二次负荷比较恒定，接于高阻抗的测量仪表和继电器电压线圈，正常运行时，电压互感器接近于空载状态。,5.1电压互感器（PT）,电压互感器变比：Kn=U1n/U2nU1n：一次线圈额定电压，即电网的额定电压（10、35、110、220、500kV等）U2n：二次线圈额定电压，统一定为100(或100/3)V电压互感器分类：,按结构分类：,三相电压互感器,单相电压互感器,三相三柱式,三相五柱式,按安装位置分类：,母线电压互感器,线路电压互感器,按原理分类：,电磁式电压互感器,电容式电压互感器,电子式电压互感器,5.1电压互感器（PT）,电压互感器额定电压选择：,5.1电压互感器（PT）,电压互感器二次绕组配置220kV母线PT宜选用具有4个二次绕组的电压互感器，3个为Y接，1个为开口角接（剩余绕组）。计量单独占用一个（0.2级）；保护和测量占用一个（0.5级）；保护和故录占用一个（0.5或3P级）；剩余二次绕组（3P或6P级）用于保护和故录。110kV、35kV母线PT宜选用具有3个二次绕组的电压互感器，2个为Y接，1个为开口角接（剩余绕组）。计量单独占用一个（0.2级）；保护和测量占用一个（0.5级）；剩余绕组（3P或6P级）用于保护和故录。线路侧电压互感器单相PT，具有2个二次绕组（100V，100/3V），用于测量和检同期或检无压重合闸,5.2电流互感器（CT）,电流互感器参数：200/1A5P3020VA,额定一次电流,额定二次电流,准确级,短路电流倍数,额定二次负荷,5.2电流互感器（CT）,电流互感器二次绕组配置：二次绕组数量决定于测、计量、保护装置及自动装置的要求。220kV(至少7绕组)保护双重化配置，每套保护应各使用1个二次绕组；故障录波装置单独或与保护共用1个二次绕组；测量、计量应各使用1个二次绕组；110kV（至少6绕组）主、后保护分开配置，每套保护应各使用1个二次绕组；故障录波装置单独或与保护共用1个二次绕组；测量、计量应各使用1个二次绕组；,5.2电流互感器（CT）,电流互感器参数选择：额定一次电流根据一次设备的额定电流或最大工作电流选择适当的额定一次电流。标准值为：10、12.5、15、20、25、30、40、50、60、75A以及他们的十进位倍数或小数。一般取1.3的倍数。主变中性点电流互感器的一次额定电流应按大于变压器允许的不平衡电流选择，一般情况下可按变压器额定电流的1/3选择。额定二次电流（1A/5A）与各地区习惯有关。一般情况下：220kV及以上采用1A；110kV及以下采用5A。新建站一般选用1A。准确级计量：0.2S测量：0.5保护：5P/10P/TP,5.2电流互感器（CT）,电流互感器参数选择：短路电流倍数为保证在短路时电流互感器不饱和：短路电流额定一次电流倍数额定二次负荷（Sn）标准值：5、10、15、20、25、30、40、50、60、80、100VA实际二次负荷S=S1+S2S1:所连接设备实际功耗；S2：连接导线功耗。SnS,（1）一次绕组串并联方式采用一次绕组串联或并联方式，可获得两个成倍数的电流比。例：2x600/5A：一次绕组串联时：600/5A；一次绕组并联时：1200/5A。,5.2电流互感器（CT）,（,二次绕组抽头方式,5.2电流互感器（CT）,一次绕组串并联和二次绕组抽头方式同时采用,6控制电源系统,6.1直流系统,基本概念直流负荷直流系统电压直流系统组成直流系统接线形式,6.1直流系统,基本概念均衡充电：为补偿蓄电池在使用过程中产生的电压不均匀现象，使其恢复到规定的范围内而进行的充电，以及大容量放电后的补充充电。浮充电：正常运行时，充电装置承担经常负荷，同时向蓄电池组补充充电，以补充蓄电池的自放电，使蓄电池以满容量的状态处于备用。核对性放电在正常运行时的蓄电池组，为了检验其实际容量，以规定的放电电流进行恒流放电，只要电池达到了规定的放电终止电压，即停止放电，然后根据放电电流和放电时间，计算出蓄电池组的实际容量，称为核对性放电。,6.1直流系统,直流负荷按功能分1.控制负荷：电气和热工的控制、信号、测量、继电保护和自动装置等负荷2.动力负荷：各类直流电动机、断路器电磁操动的合闸机构、交流不停电电源装置、远动、通信装置的电源和事故照明等负荷按性质分1.经常负荷：在正常和事故情况下均应可靠供电的负荷2.事故负荷：在交流电源事故停电时间内可靠供电的负荷3.冲击负荷：短时间内施加的较大负荷电流。,6.1直流系统,直流系统标称电压：220V、110V、48V。风电场升压站直流系统标称电压宜采用220V，该系统为控制负荷与动力负荷合并供电。在正常运行情况下，直流母线电压应为231V（105Un）。在均衡充电运行情况下，直流母线电压应不高于242V（110Un）。在事故放电情况下，直流母线电压应不低于192.5V（87.5Un）。,6.1直流系统,直流系统组成充电屏：交流配电单元、充电模块、监控模块、绝缘检测仪等。馈线屏：直流配电蓄电池：阀控式密封铅酸蓄电池。组屏或就地支架安装移动式智能放电单元,6.1直流系统,直流系统接线单电单充：单母线接线，蓄电池和充电装置共接在单母线上。单电双充：单母线分段接线，2套充电装置分别接在两段母线上，蓄电池组跨接在两段母线上。双电双充：两段单母线接线，蓄电池组和充电装置分别接于不同母线段，两段直流母线之间设联络电器。双电三充：两段单母线接线，2组蓄电池和2套充电装置分别接于不同母线段，第3套充电装置经隔离和保护电器跨接在两段母线上或经切换电器分别接至2组蓄电池。,特点：接线简单，清晰，可靠浮充电、均衡充电、核对性充放电都必须通过母线进行,1组蓄电池、1套充电装置、单母线接线,适用范围：110kV以下小型变电站和小容量发电厂不要求进行核对性充放电和均衡充电电压较低，能满足直流负荷要求的蓄电池组，如阀控式密封铅酸蓄电池组,特点：接线清晰，2套充电装置互为备用浮充电、均衡充电、核对性充放电都必须通过母线进行,1组蓄电池、2套充电装置、单母线接线,适用范围：110kV及以下小型变电站和小容量发电厂不要求进行核对性充放电和均衡充电电压较低，能满足直流负荷要求的蓄电池组，如阀控式密封铅酸蓄电池组,特点：2套充电装置分别接于两段母线分段开关设保护元件，可限制故障范围，提高安全可靠性,1组蓄电池、2套充电装置、单母线分段接线,适用范围：220kV及以下中、小型变电站和小容量发电厂不要求进行核对性充放电和均衡充电电压较低，能满足直流负荷要求的蓄电池组，如阀控式密封铅酸蓄电池组,特点：正常时两套电源各自独立运行，安全可靠性高运行灵活性高,2组蓄电池、2套充电装置、2段单母线接线,适用范围：500kV及以下大、中型变电站和大中型容量发电厂,特点：备用充电装置采用充电、浮充电兼备的接线，