第2讲 常规变电站的现状

1、东北电力大学电气工程学院东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作2p该部分介绍的主要内容变电站自动化的基本概念及功能变电站自动化的基本概念及功能 常规变电站自动化系统的现状及不足常规变电站自动化系统的现状及不足 新技术对变电站自动化系统的影响新技术对变电站自动化系统的影响 目 录东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作3变电站自动化的基本概念及功能IEC61850IEC61850标准对IEDIED的定义：“变电站自动化系统”的一般概念是由基于微电子技术的智能电子装置是由基于微电子技术的智能电子装置IED（Intelligent Electronic Device）和后台控制系统所）和后台控制系统所

2、组成的变电站运行控制系统，包括监控、保护、电组成的变电站运行控制系统，包括监控、保护、电能质量自动控制等多个子系统。能质量自动控制等多个子系统。由一个或多个处理器组成，具有从外部源接收和传送由一个或多个处理器组成，具有从外部源接收和传送数据或控制外部源的任何设备，即电子多功能仪表、微机数据或控制外部源的任何设备，即电子多功能仪表、微机保护、控制器，在特定环境下在接口所限定范围内能够执保护、控制器，在特定环境下在接口所限定范围内能够执行一个或多个逻辑接点任务的实体。行一个或多个逻辑接点任务的实体。东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作4变电站自动化的基本概念及功能相关英文缩写（1）：IEC对“变

3、电站自动化系统”的定义变电站自动化系统就是在变电站内提供包括通变电站自动化系统就是在变电站内提供包括通信基础设施在内的自动化，变电站自动化系统的功信基础设施在内的自动化，变电站自动化系统的功能是指变电站必须完成的任务。能是指变电站必须完成的任务。IEC（International Electrotechnical Commission ） 国际电工委员会国际电工委员会IED（Intelligent Electronic Device） 智能电子装置智能电子装置东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作5变电站自动化的基本概念及功能IEC对“变电站自动化系统”的定义传统的自动化监控系统、继电保护、自

4、动装传统的自动化监控系统、继电保护、自动装置等设备，是集保护、测量、控制、远传等功能置等设备，是集保护、测量、控制、远传等功能为一体，通过数字通信及网络技术来实现信息共为一体，通过数字通信及网络技术来实现信息共享的一套微机化的二次设备及系统。它取消了传享的一套微机化的二次设备及系统。它取消了传统的控制屏、表计等常规设备，因而节省了控制统的控制屏、表计等常规设备，因而节省了控制电缆，缩小了控制室面积。电缆，缩小了控制室面积。 东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作6变电站自动化的基本概念及功能IEC对“变电站自动化系统”的定义U传统的变电站二次回路部分的组成及存在问题：传统的变电站二次回路部分的

5、组成及存在问题： 组成以往它们各自采用独立的装置来完成自身的功能且以往它们各自采用独立的装置来完成自身的功能且均自成系统，由此不可避免地产生了各类装置之间功能均自成系统，由此不可避免地产生了各类装置之间功能相互覆盖，部件重复配置，耗用大量的连接线和电缆。相互覆盖，部件重复配置，耗用大量的连接线和电缆。是由继电保护、当地监控、远动装置、故障录波和测是由继电保护、当地监控、远动装置、故障录波和测距、直流系统与绝缘监视及通信等各类装置组成的。距、直流系统与绝缘监视及通信等各类装置组成的。 存在问题东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作7国际大电网会议对变电站自动化系统功能 的描述功能包括：p控制、监

6、视和保护变电站的设备及其馈线。控制、监视和保护变电站的设备及其馈线。p同时还包括变电站自动化系统的维护功能，同时还包括变电站自动化系统的维护功能，即系统组态、通信管理和软件管理等即系统组态、通信管理和软件管理等63种功种功能，这些功能共分为能，这些功能共分为7个功能组：个功能组：变电站自动化的基本概念及功能东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作8即传统的即传统的“四遥四遥”，遥信、控、调、，遥信、控、调、测测上述七个功能组分别为如如VQC，备用电源自动投入，故障隔，备用电源自动投入，故障隔离离/网络重组等网络重组等如接地选线、低频减载、故障录波和如接地选线、低频减载、故障录波和故障测距等故障测

7、距等如微机防误、如微机防误、GPS、站内空调和火警等其、站内空调和火警等其他系统的接口他系统的接口如当地监控、调度端通信等功能如当地监控、调度端通信等功能1 1）远动功能）远动功能2 2）自动控制功能）自动控制功能3 3）计量功能）计量功能5 5）保护相关功能）保护相关功能6 6）接口功能）接口功能7 7）系统功能）系统功能4 4）继电保护功能）继电保护功能国际大电网会议对变电站自动化系统功能 的描述变电站自动化的基本概念及功能东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作9常规变电站自动化系统的现状及不足其信息采集来源于常规的电磁型电流其信息采集来源于常规的电磁型电流/电压电压互感器（互感器（TA/

8、TV）。）。TATA的额定输出信号为的额定输出信号为1A1A或或5A5A；TVTV的额定输出信号为的额定输出信号为100V100V或或 V V。3100常规变电站自动化系统的状况 东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作10常规变电站自动化系统的现状及不足常规变电站自动化系统的状况 东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作11保护单元和测控单元在电网运行中所履行的职能是不同的。注：注：w保护装置的职能保护装置的职能w测控系统的职能测控系统的职能在电网中承担在电网中承担快速切除和隔离故障，恢复系统正常快速切除和隔离故障，恢复系统正常运行的功能。运行的功能。主要反应的是主要反应的是电流信号，一般均在额

9、定电电流信号，一般均在额定电流之下或在轻负荷情况下。流之下或在轻负荷情况下。要求保护装置对故障信号要有正确响应。故障电流较要求保护装置对故障信号要有正确响应。故障电流较额定电流高十几倍甚至几十倍。额定电流高十几倍甚至几十倍。常规变电站自动化系统的状况 常规变电站自动化系统的现状及不足东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作12 传统传统TATA受工作范围及要求角度的限制，难以受工作范围及要求角度的限制，难以同时满足保护和测控单元的精度要求。同时满足保护和测控单元的精度要求。常用常用TATA分为：保护级、计量级等不同等级。分为：保护级、计量级等不同等级。测控单元测控单元计量系统计量系统保护装置保护

10、装置分别取自不同特性的分别取自不同特性的TATA 常规常规TATA存在存在常规TA存在的问题常规变电站自动化系统的现状及不足东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作13何谓“二次负载问题”？对于二次回路往往存在着线路长，所接设备多、对于二次回路往往存在着线路长，所接设备多、负载重的情况，这一情况就是负载重的情况，这一情况就是“二次负载问题二次负载问题”。如果超过了如果超过了TA的二次额定负载能力，需要考虑的二次额定负载能力，需要考虑以提高带负载能力。所以以提高带负载能力。所以在现场应用中经常可以看到反应同一个电流的位置上安装在现场应用中经常可以看到反应同一个电流的位置上安装了一串不同型号不同类型

11、的了一串不同型号不同类型的TA，设备的投资大，占地多，设备的投资大，占地多，与二次设备的配合比较复杂。与二次设备的配合比较复杂。u 目前解决措施：东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作14变电站二次系统采用单元间隔的布置方变电站二次系统采用单元间隔的布置方式，装置之间相对独立，装置间缺乏整体的式，装置之间相对独立，装置间缺乏整体的协调和功能优化，输入信息不能共享、接线协调和功能优化，输入信息不能共享、接线比较复杂、系统扩展复杂。比较复杂、系统扩展复杂。具体讲，主要有以下几个方面的问题：具体讲，主要有以下几个方面的问题：常规变电站自动化系统的现状及不足常规变电站自动化系统的不足 东北电力大学电气

12、工程学院 邢晓敏 制作15信息难以共享设备之间不具备互操作性系统的可扩展性差系统可靠性受二次电缆影响具体讲，主要有以下几个方面的问题：具体讲，主要有以下几个方面的问题：常规变电站自动化系统的不足 常规变电站自动化系统的现状及不足东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作16|变电站自动化系统接入的信息大致分为：1 1）电力系统运行信息，如电流、电压、频率等；）电力系统运行信息，如电流、电压、频率等；2 2）变电站设备运行状态信息，如一次设备、二次）变电站设备运行状态信息，如一次设备、二次设备是否投运等；设备是否投运等；3 3）变电站设备异常信息，如测控装置异常、保护）变电站设备异常信息，如测控装置

13、异常、保护装置直流失却等；装置直流失却等；4 4）电网事故信息，如断路器、保护动作跳闸等。）电网事故信息，如断路器、保护动作跳闸等。信息难以共享常规变电站自动化系统的不足 常规变电站自动化系统的现状及不足图：信息难以共享形成“信息孤岛”现象！来自不同信息采集单元的设备信息无法共享还有其他信息独立组成各自的应用系统由相应的技术管理部门负责运行和管理。东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作18对变电站各种信息的对象进行统一建模，对变电站各种信息的对象进行统一建模，最终实现变电站自动化系统中信息充分共享。最终实现变电站自动化系统中信息充分共享。网络通信技术的发展使得网络通信技术的发展使得这一方案已成

14、为可能！这一方案已成为可能！常规变电站自动化系统的现状及不足信息难以共享常规变电站自动化系统的不足 东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作19设备之间不具备互操作性|变电站二次设备可分为三类：1 1）以）以TATA、TVTV为主的一次、二次设备的为主的一次、二次设备的；2 2）保护、控制、仪表等）保护、控制、仪表等；3 3）实现与电网调度或远程控制中心通信的系统，或）实现与电网调度或远程控制中心通信的系统，或称为称为，传统，传统RTURTU与远程控制中心的通与远程控制中心的通信功能是站控层设备最基本的一个功能，但站控信功能是站控层设备最基本的一个功能，但站控层设备的功能远远超过传统层设备的功能

15、远远超过传统RTURTU的功能。的功能。根据国际根据国际IEC组织组织5757技术委员会第技术委员会第1010工作组的划分工作组的划分常规变电站自动化系统的现状及不足常规变电站自动化系统的不足 东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作20|通信标准对二次设备互操作性影响表现在三个方面：（一）规定制定、执行具有一定的滞后性（一）规定制定、执行具有一定的滞后性wIEC60870-5IEC60870-5系列规约的发展经过了系列规约的发展经过了1010年的时间：年的时间：19901990年开始年开始2003/20042003/2004年年w国内于国内于19991999年才等同采用年才等同采用IEC608

16、70-5IEC60870-5系列规约，通系列规约，通信标准及其实施滞后于国内分层分布式变电站自动信标准及其实施滞后于国内分层分布式变电站自动化系统的应用。化系统的应用。常规变电站自动化系统的现状及不足常规变电站自动化系统的不足 设备之间不具备互操作性东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作21|通信标准对二次设备互操作性影响表现在三个方面：（二）规约与网络通信机制不一致（二）规约与网络通信机制不一致（三）规约结构上的不完整性（三）规约结构上的不完整性w20002000年及以后各厂家推出的第二代分层分布式变电年及以后各厂家推出的第二代分层分布式变电站自动化系统是基于网络通信的，不能完全采用站自动化

17、系统是基于网络通信的，不能完全采用IEC60870-5-103IEC60870-5-103标准。标准。常规变电站自动化系统的现状及不足设备之间不具备互操作性常规变电站自动化系统的不足 东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作22系统的可扩展性差现今，与变电站自动化系统相关的通现今，与变电站自动化系统相关的通信、嵌入式应用等技术的更新速度比变电信、嵌入式应用等技术的更新速度比变电站自动化系统的更新速度快得多。由于互站自动化系统的更新速度快得多。由于互操作性和信息模型等原因，现有的变电站操作性和信息模型等原因，现有的变电站自动化系统在系统扩展或设备部分更新时自动化系统在系统扩展或设备部分更新时需要付

18、出很大的附加成本。需要付出很大的附加成本。常规变电站自动化系统的现状及不足常规变电站自动化系统的不足 东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作23系统可靠性受二次电缆影响现有的变电站自动化系统实现了设备的自动化，现有的变电站自动化系统实现了设备的自动化，但设备间仍采用电缆进行连接。但设备间仍采用电缆进行连接。二次系统的安全性取决于变电站二次系统的安全性取决于变电站IED应具有一定应具有一定的耐受电磁干扰的能力，同时，必须确保引入到的耐受电磁干扰的能力，同时，必须确保引入到IED的电磁干扰必须低于装置本身可以耐受的水平。的电磁干扰必须低于装置本身可以耐受的水平。可见，二次电缆实际上构成了变电站可见，二次电缆实际上构成了变电站安全运行的主要隐患。安全运行的主要隐患。常规变电站自动化系统的