数字化变电站

西安交通大学高压张源0hangyb@数字化变电站什么是数字化变电站?

数字化变电站是指变电站信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化，其基本特征为设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一化、运行管理自动化。

数字化变电站的进程

上世纪七十年代：远动技术

上世纪八九十年代：变电站自动化系统

本世纪初：数字化变电站系统

1）传感技术

2）电子技术

3）网络通信技术

4）标准协议电力系统:大容量、超高压和特高压方向发展

电力设备:小型化、智能化、高可靠性

早在上世纪50年代，国外如ABB、SIMENS、ALSTOM等公司开始进行新式互感器的研究，电子式互感器就是主要的一种。90年代初，国外已应用到电力系统中国际国内发展情况国外自十年前开始数字化变电站的理论研究，IECTC57技术委员会1996年开始着手建立变电站通信网络和系统规约IEC61850，ABB、西门子、AREVA、GE等公司已经投入数字化变电站系统的研发工作,目前国际上数字化变电站的研究已从实验室阶段进入实际工程应用阶段。

国家十一五规划中明确指出“推广数字化变电站”。

国网公司制定了未来5年内研究和推广数字化变电站技术的实施方案，先后有20多个网、省局申报了数字化变电站示范工程项目。

南网公司成立了数字化研究中心，同时开展了数字化变电站示范站的建设工作。数字化变电站的研究内容体系研究

——需求

——框架

一次设备的应用研究

——ECT、EPT

——智能化高压电器

——状态维修

数字化变电站的研究内容自动化系统研究

继电保护数字化技术

测控装置数字化技术

故障录波数字化技术

数字化变电站对安稳装置的支撑

动态检测数字化技术

电能质量检测数字化技术

变电站仿真

数字化遥视系统等

数字化变电站的研究内容其他内容

——计量数字化技术

——数字化变电站可靠性

——相关技术标准

——实验验证环境数字化变电站按照网络架构可以分为:站控层间隔层过程层三层设备由两个网络连接。理想数字化变电站的网络架构什么是过程层

电子PT、CT、智能开关、状态检修定义:数字化的设备和相应智能软件实现集成(智能化的设备)例如在断路器内嵌电压、电流变换器及其光电测量系统，由微机控制的二次系统、IED设备和相应智能软件实现集成开关系统智能性的开关设备。优点:

间隔内自动闭锁和“五防”，保证设备和人身安全；

按电压波形控制合闸角，按最佳灭弧时间控制跳闸，以减少操作过电压就地实现重合闸；

实现设备在线监测和诊断，为状态维修提供参考；

实现就地重合闸以及其他当地可以执行的功能，而不依赖站级控制系统。理想的数字化变电站

理想的数字化变电站的模型是基于IEC61850协议框架网络式分布，所有间隔层设备与过程层设备间均按IEC61850协议建立统一模型以达到互操作的可能性。过程层设备按间隔布置与间隔设备单独组网以交换机连接。跨间隔设备如变压器保护置母线保护装置、备自投装置等由跨间隔交换机将数据收集后与间隔层设备相连。

数字化变电站优点共享统一的信息平台

简化信息传输通道

提高信号传输的可靠性

提升系统精度

避免电缆带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地等问题

解决设备间的互操作问题

进一步提高自动化和管理水平

减少变电站生命周期成本

数字化变电站的特点

国产化的数字化变电站系统是在现有综合自动化变电站的基础上将一次设备数字化，即数字化的互感器、智能化开关。将这些数字化了的一次设备通过IEC61850协议纳入到整个数字化变电站体系中。在确保现有电网“安全性”“可靠性”“经济性”的基础上采用最新的技术来实现整个变电站的数字化数字化变电站的特点

开关智能终端与间隔层设备间的连接按照GOOSE报文进行传输，跨间隔间的传输根据变电站跨间隔规模分为2种模式，第一种为点对点传输开关智能终端设备与间隔层设备相连采用GOOSE协议或IEC61850-9-1协议的开关量传输的特殊服务应用，跨间隔采用高速串行FT3光纤传输。此方案适合跨间隔设备不多的变电站，例如110kV变电站无母线保护架构下的数字化变电站。第二种方案为GOOSE单独组网模式即所有开关量信息、跳闸信息以及跨间隔跳闸信息通过交换机相连分别送至各间隔设备和开关智能设备。此方案适合与对跨间隔要求比较多的变电站，例如220kV数字化变电站。数字化变电站网络架构数字化变电站网络架构的主要特点：

1、采用智能一次设备（电子式互感器、智能开关）

2、采样数据放弃采用网络架构，采用IEC61850-9-1协议。

3、跨间隔采样数据传输采用60044-8串行FT3协议传输，可不依赖于同步信号而工作。

4、间隔层网络按IEC61850协议组星型网络与站控层相连。

5、现阶段智能开关由智能操作箱+传统开关来实现。国产电子式互感器发展进程

2004年6月通过部级鉴定（指国内市场化最好的一家）

2004年获发改委重点扶持和发展项目1.1亿贴息贷款

2005年1月山东110kV阳谷数字化变电站投运

2005年9月500kV在武高所全套样机试验和附加试验

2006年初云南110kV翠峰数字化变电站投运

2006年底内蒙220kV杜尔博特数字化变电站投运

业绩已有34个站，最长运行3年，等级覆盖10kV至500kV，应用范围包括独立型、GIS型、变压器套管型、开关型等，已和西开、泰开、ABB、Siemens合作。在南京供电公司六合变运行中的220kV数字式光电电流互感器在兰州供电公司永登变运行中的330kV数字式光电互感器电子式互感器标准依据

IEC60044-7《电子式电压互感器》

IEC60044-8《电子式电流互感器》

电子式互感器的标准和传统互感器标准GB1207、GB1208相比，大部分内容是相同的，较为明显的不同是增加了关于数字量的定义、原理、数学描述、试验规定等。定义的区别电子式互感器是具有模拟量电压输出或数字量输出，供频率15Hz～100Hz的电气测量仪器和继电保护装置使用的电流电压互感器。电子式互感器具有模拟量输出标准值（如225mV）和数字量输出标准值（2D41）。

电子式互感器的精度等级和传统基本一致。光电式互感器种类光电式互感器电流互感器电压互感器Pockels效应电容/电感分压原理Faraday原理罗式线圈Faraday磁光效应Pockets电光效应光学原理电子式互感器的问题工装技术微小信号检测精度环境因素（温度、振动等）的影响光学传感材料长期稳定性短期内达不到系统批量应用程度Rogowski线圈结构及原理原理优势：频率响应好线性度好暂态特性好无磁滞互感器结构（户外型）电磁式互感器与电子式互感器类比电磁式互感器应用系统电磁式互感器与电子式互感器类比电子式互感器应用系统电子式互感器（室外部分）电子式互感器（室内部分）通道配置信息传统互感器与电子式互感器的不同绝缘性能不同系统精度不同负载特性不同体积造价不同部分试验不同电磁式互感器与传统电能表构成的测量系统系统误差取决于互感器准确度、传输附加误差、电表精度电子式互感器与数字电能表构成的测量系统光电式电能表数字式光电互感器构成的测量系统（误差取决于互感器）应用关键传统互感器二次输出侧以1A，5A，或100V的信号形式与电能表计、控制保护等二次设备相连接，目前绝大多数二次设备厂商提供的产品也是按此匹配的。而电子式互感器的二次输出参数则完全不同，继电保护、计量仪表及测控装置等二次装置具适合数字化的特点，与电子式互感器的应用较为接近。因此，互感器的精度等级、二次侧输出参数和与之相连的二次设备匹配和无缝连接，是电子式互感器应用于工程的关键所在。电子式互感器优点互感器的高低压部分通过光纤连接，没有电气联系，绝缘距离约等于互感器整体高度；无磁饱和、频率响应范围宽、精度高、暂态特性好，不受环境因素响；数字信号通过光纤传输，增强了抗EMI性能，数据可靠性大大提高；无传统二次负荷概念；高低压部分的光电隔离，使得电流互感器二次开路、电压互感器二次短路可能导致危及设备或人身安全等问题不复存在；高压侧采集器单元的工作电源同时由取能线圈和激光电源提供，两者动态自检，互为热备用；以绝缘脂替代了传统互感器的油或SF6，避免了传统充油互感器渗漏油现象，也避免了SF6互感器的SF6气体的渗漏气现象；固体绝缘保证了互感器绝缘性能更加稳定，无需检压检漏，运行过程中免维护。电子式互感器优点互感器可直接提供诸如断线等各种故障信息，二次设备接收后可闭