智能变电站二次设备关键技术分析及试验研究

智能变电站二次设备关键技术分析及试验研究第1页/共36页12国内智能变电站情况概述3智能二次设备的试验与分析智能二次设备关键技术目录ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@20104总结第2页/共36页智能变电站

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的变电站。ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010定义第3页/共36页12345智能变电站智能传感技术采用智能传感器实现一次设备的灵活控制网络传输技术构成网络化二次回路实现采样值的网络化传输数字采样技术采用电子式互感器实现电压电流信号的数字化采集信息共享技术采用基于IEC61850标准的信息交互模型实现二次设备间的信息高度共享和互操作智能变电站采用了多种新技术，其整个二次系统的整体架构、配置及与一次系统的连接方式与传统变电站相比均有较大变化智能变电站概述同步技术采用B码、秒脉冲或IEEEl588网络对时方式实现采样值同步第4页/共36页

DL860(IEC61850)协议经过近五年在国内各地、各个电压等级的实践和应用，已经有一些变电站投入运行，为智能变电站的深入研究和推广奠定了技术基础。智能变电站发展现状ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010智能化变电站二次系统的实施程度可分为三个阶段：站控层和间隔层之间的MMS网络。

MMS和GOOSE两个网络，在第一阶段的基础上，重点实践了间隔层设备间联系，包括保护、测控间的GOOSE联闭锁、保护测控和智能终端的联系。

MMS、GOOSE和SMV三个网络。第5页/共36页

常见三种对时方式：SNTP、IRIG-B和IEEE1588。站控层的MMS服务在对时精度要求不高的情况下，可以考虑采用SNTP对时。智能变电站间隔层和过程层的保护跳闸、断路器位置，联锁信息等实时性要求高的数据传输采用GOOSE服务，过程层的采样值传输仍旧采用常规连接，考虑到对时精度要求较高以及IED设备之间通讯数据快速且高效可靠，采用IRIG-B对时，站内有专门的时钟设备提供统一的标准IRIG-B接点和时间信息。智能变电站的过程层有GOOSE和SMV网络，考虑通过以太网同步时钟并且需要较高的精度，过程层9-2采样值网络传输线路差动保护、母线差动保护和变压器保护的采样同步的需求，采用IEEE1588对时。ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010智能变电站发展现状第6页/共36页12国内智能变电站情况概述3智能二次设备的试验与分析智能二次设备关键技术目录ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@20093总结第7页/共36页智能二次设备关键技术ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2009智能变电站数据采集设备智能变电站信息交互网络智能变电站继电保护设备智能变电站故障记录及辅助设备第8页/共36页对于采用电子式互感器的智能变电站，互感器是实现智能变电站信息采集的基础，测量的准确性、实时性可靠性是智能变电站安全高效和优质运行的关键技术。数据采集设备ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2009无源型电子式互感器有源型电子式互感器数据采集传感准确化、信号传输光纤化、信号输出数字化是智能变电站对电子式互感器的基本要求。

电子式互感器光学原理互感器（OCT/OVT）罗氏线圈原理互感器（ECT/EVT）电压变换电流变换普克尔效应（Pockeleffect）法拉第效应(Faradayeffect)塞格奈克效应(Sagnaceffect)电阻分压电容分压罗柯夫斯线圈(Rogowskicoil)第9页/共36页数据采集设备电流有源型电子式互感器的关键技术要求：最大限度降低由于绕制工艺、浇铸、一次导线位置、一次电流磁场耦合干扰及温度等造成的计量误差；有源电子式电流互感器采用空心线圈感应高压侧信号，所以必需给高压侧供电，因此供电可靠性问题必须解决。无源型电子式互感器的关键技术要求：有效解决温度、震动等因素对光学折射效应的影响，确保其长期工作的稳定性。合并单元的关键技术要求：合并单元将多个互感器采集单元输出的数据进行同步合并处理，为二次系统提供时间同步的电流和电压数据，是将电子式互感器与变电站二次系统连接起来的关键环节，要满足二次系统对输出数据的同步性、实时性、均匀性等方面的要求。第10页/共36页信息交互网络智能变电站二次系统的三层架构组网方案站控层通信方式过程层通信方式总线SMV点对点+GOOSE点对点总线SMV点对点+GOOSE总线总线SMV总线+GOOSE总线（分别组网）总线SMV总线+GOOSE总线（统一组网）站控层与过程层统一总线第11页/共36页信息交互网络过程层总线（组网）方式基础网络拓扑结构级联结构环形结构星形结构第12页/共36页信息交互网络过程层网络组网方式的要求:为保证网络可靠性，采用完全独立的双网冗余配置，相应保护装置亦采用冗余配置。过程层网络技术的要求:

IEEE802.1qVLAN(虚拟局域网)

把同一物理网段内的不同装置逻辑地划分

成不同的广播域

减少网络流量

降低网络负载

实现信息的安全隔离

保证了信息的实时性和安全性过程层网络设备性能的要求:电磁兼容性与可靠性须达到或高于保护装置的要求；保证GOOSE报文传输，防止丢包；保证网络实时性；足够的网络安全性。

第13页/共36页继电保护设备

智能变电站技术为继电保护技术发展带来的机遇

电子式互感器的采用为继电保护技术中长期难于解决的一些问题提供了新的途径，如电磁式电流互感器饱和引起的差动保护区外误动、变压器励磁涌流与故障电流的识别、瞬时值差动保护技术的应用及其他继电保护新技术发展应用。智能变电站依靠高速、可靠、开放的通信网络技术，实现变电站过程层的网络化。解决了传统变电站电缆二次接线复杂、抗干扰能力差、系统扩展性差等缺点，实现信息共享。第14页/共36页继电保护设备

智能变电站技术为继电保护技术发展带来的挑战电子式互感器的稳定性、电子式互感器合并单元的采样同步性、过程层网络的安全可靠性等问题都会影响到保护装置的可靠性及快速性等，尤其在相关技术应用的初期。

保护采取措施合理应对智能变电站中的新问题电子式互感器数据采集异常对保护动作行为的影响通信网络异常对保护动作行为的影响多类型非常规互感器与保护的配合工作智能变电站与传统变电站间线路差动保护的配合工作装置光纤通信接口处理能力的影响第15页/共36页故障记录及辅助设备针对智能变电站信息数字化及网络化特点的故障录波设备、分析记录设备及其他辅助设备在智能变电站运行维护中必不可少。能够适用于数字化网络的故障录波器能够准确进行网络信息分析记录的在线监视仪器能够满足数字化保护测试功能的保护测试仪第16页/共36页12国内智能变电站情况概述3智能二次设备的试验与分析智能二次设备关键技术目录ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@20103总结第17页/共36页ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010试验需求分析及解决思路

智能变电站与传统变电站相比，在信息采集、传输、处理各环节均有本质区别，新型设备（电子式互感器、合并单元、智能终端、网络交换机）的性能及其与继电保护装置等二次设备的整体配合性能均成为确保变电站安全可靠运行的重要因素。传统的基于单类装置的试验研究方法（单类装置试验模型、常规模拟故障试验项目、传统装置性能评价要求）已经不能满足对智能二次设备进行整体性能测试的要求。因此，需转变试验方式，研究对装置进行型式试验和变电站级动态模拟试验的模型系统、试验项目、试验方法。智能变电站二次设备试验方式的变化第18页/共36页ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010基本试验方案及方法总体试验方案及方法研究型式试验。对装置数字信号的电流/电压输入回路；装置规约；对测量值、动作值精度；动作时间等的测试。系统级动模试验。建立变电站级动模试验系统，接入多厂家的过程层、间隔层、站控层的多类设备，在模拟系统中设置多个故障点，考核各种装置的联合运行性能。数据采集设备。配置传统、电子、光学等多类型互感器及多种合并单元，测试数字化采样的准确性和同步性。采样值组网。电压电流采样值的传输采用组网方式，采样值传输协议基于IEC61850-9-2。第19页/共36页ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010基本试验方案及方法总体试验方案及方法研究同步对时系统。配置多类型同步时钟对时源，采用多种对时方式。引入时钟精度测试装置。新型测试项目。除常规模拟故障试验外，需考虑合并单元守时精度测试、合并单元失步、合并单元故障对保护装置的影响、过程层网络异常情况下对保护装置性能的影响等新型测试项目。试验系统变电站网络。组建与试验系统规模相适应的过程层网络和站控层网络。考虑过程层SV网与GOOSE网合一，传输采样值信息和GOOSE信息。第20页/共36页已经开展的有关试验情况ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010

为配合数字化变电站技术的工程推广应用，并为智能变电站技术的研究应用奠定基础，国家电网仿真中心动态模拟实验室已经进行了四次数字化变电站系统级动模试验。500kV兰溪、海宁数字化变电站工程试验110kV大侣、田乐数字化变电站工程试验220kV数字化变电站通道及互感器对保护装置的影响研究试验500kV桂林数字化变电站研究试验第21页/共36页ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010各次试验的主要特点互感器组网方式智能终端对时方式测试重点500kV兰溪、海宁传统互感器GOOSE、站控层网络独立组网采用-

1）GOOSE跳闸机制的可行性及性能；2）保护、录波器、保护信息主子站间基于IEC61850标准的互操作能力110kV大侣、田乐电子式互感器GOOSE、SV和1588统一组网方式采用15881）IEEE1588对时技术；2）GMRP技术的性能220kV通道及互感器影响电子式与传统互感器同时接入GOOSE和SV统一组网方式采用B码和秒脉冲常规保护与数字化保护性能的差异500kV桂林电子式互感器GOOSE和SV统一组网方式采用B码和秒脉冲保护装置与不同电子互感器配合性能第22页/共36页ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010参试厂家及参试设备南瑞继保北京四方国电南自许继电气深圳南瑞新宁光电金智科技阿海珐南瑞科技西开电子式互感器及合并单元√√(低功耗)√√√√(光学)√(光学)√智能操作箱√√√√√√√保护装置√√√√√√√√参试过程层、间隔层设备如下表所示：总体试验情况第23页/共36页ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010参试厂家及参试设备用于组建过程层网络的工业以太网交换机包括：罗杰康RSG2100

罗杰康RSG2288（支持IEEE1588网络对时） 东土SICOM3024P总体试验情况第24页/共36页测试目的ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010保护装置、录波器、保护信息主子站间基于IEC

61850标准的互操作能力；GOOSE跳闸机制的可行性，考核保护装置、智能操作箱实现GOOSE跳合闸方式的性能；过程层数字采样的特性及对保护装置的影响；参试装置采用B码、秒脉冲、IEEE1588对时方式的性能；参试装置采用GMRP技术的性能；过程层网络异常工况对保护装置的影响；保护装置与不同种类电子式互感器配合性能。第25页/共36页ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010试验系统示例第26页/共36页ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010组网结构示例第27页/共36页试验项目ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010常规试验项目：金属性故障、永久性故障、发展/转换性故障、经过渡电阻故障、单侧电源方式、系统操作、断路器失灵、变压器匝间短路、励磁涌流试验、系统稳定破坏、多点金属性故障等模拟故障试验。

新型测试项目：

大电流短路故障试验、合并单元守时精度测试、合并单元失步、合并单元故障对保护装置的影响、时钟同步源异常情况下对保护性能的影响、互感器、合并单元在电源异常情况下对保护装置性能的影响、过程层网络异常情况下对保护装置性能的影响等。

第28页/共36页试验场景ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010第29页/共36页ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010试验场景智能操作箱G网交换机M网交换机第30页/共36页ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010试验场景第31页/共36页12国内智能变电站情况概述3智能二次设备的试验与分析智能二次设备关键技术目录ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@20103总结第32页/共36页ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.