新一代智能变电站层次化保护技术介绍 增
智能变电站简介
智能变电站简介智能变电站是采用先进、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。
智能变电站遵循的原则：1、变电站智能化改造应遵循《变电站智能化改造技术规范》，实现全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化，高级应用互动化，满足集中监控技术要求，提高变电站智能化水平。
2、满足继电保护点对点直采、直跳，继电保护双重化配置的两个过程层网络完全独立的原则，不允许双重化的SV、GOOSE网络通过以太网交换机进行连接。
智能变电站与数字变电站的区别：1、一次设备状态检测与一次设备智能化（外挂传感器）2、信息一体化平台与智能高级应用3、辅助系统智能化智能变电站与常规变电站的区别：1、一次设备状态检测与一次设备智能化2、信息一体化平台与智能高级应用3、辅助系统智能化4、信息建模和通讯的标准化5、对时系统智能变电站产品配置站控层产品配置监控系统：监控主机具有防误闭锁逻辑判断、顺序控制、智能告警及综合分析、智能操作票、视频联动等功能，在不具备与调度实现智能互动的变电站，系统还可以配置电压无功控制等智能高级应用功能。
后台监控系统完成对变电站的实时监视和操作功能，它为操作员提供了所有功能的入口，交互。
负责整个系统的协调和管理，保持工程数据库的最新最完整备份，组织各种历史数据并将其保存在历史数据库服务器，并实现各种高级应用功能。
远动终端：220kV及以上电压等级变电站远动通信装置应双套配置，110kV（66kV）变电站远动通信装置宜单套配置，需要时可集成保信子站功能。
远动装置作为客户端采集全站信息并加以综合、处理的同时，可以作为透明代理服务器，将变电站内的各类装置甚至虚拟装置映射为远动通信装置上的IEC61850服务器，远动通信装置还可完成IEC61850与IEC61970模型的自动映射管理，以实现跨站式或其他应用系统的互动。
智能变电站简介
Ethernet Modbus or Canbus
1# 直 流 屏
总监控
(服务器)
1# 交 流 屏
1# Ups (Inv) 屏
1# 通 讯 屏
0# 直 流 屏
2# 直 流 屏
2# 通 讯 屏
2# Ups (Inv) 屏
2# 交 流 屏
1# 分 电 屏
2# 分 电 屏
3# 分 电 屏
1# 分 电 屏
2# 分 电 屏
3# 分 电 屏
2.1 一体化电源的特点
1 2 3
各种操作电源高度整合，集中监控； 统一用DL/T860标准接入自动化系统；
全部馈出开关均采用模块化设计； 远程可操作系统中任一个可操控部件；
4
3 IEC 61850标准
IEC 61850标准的内容框架 信息模型
物理设备 逻辑设备 5 逻辑节点 数据对象 数据属性 建模方法 7-1 7-4
4 IEC 61850标准
IEC 61850模型扩展原则
LN、DO和CDC都可以扩展 扩展应遵循国网公司标准 《IEC61850国际标准工程化实施技术规范》
逻辑设备 LD 物理设备 PHD
《IEC61850工程应用模型》
模板
逻辑节点类 LN
数据对象类 DO 公共数据类 CDC 数据属性 DA
IEC 61850模型体系结构
LN
LD PHD
接地距离I段：PDIS1 接地距离II段：PDIS2 接地距离III段：PDIS3
逻辑设备 公用/保护/测量/控制/录波 物理设备 实际的保护装置
分层模型
4 IEC 61850标准
IEC 61850的模型框架
公共LD：装置告警/装置自检信息 保护LD：保护启动/保护动作/定值/压板信息 测量LD：交流量/直流量 控制及开入LD：断路器/刀闸/变压器分接头 录波LD：录波信息
智能变电站介绍PPT课件
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一次设备智能化——高压断路器在线 监测
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三层两网
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站控层 站控层 网络 间隔层 过程层
网络
过程层
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为什么要采用IEC61850规约？
----基于IEC61850规约的智能化变电站的特点
在规约里，每台IED作为一个服务器（Service），被细分逻辑设备 （Logical Device）、逻辑节点（Logical Node）和数据对象（Data Object）以及各对象的数据属性（Data Attribute）进行分层分级的建模。 每个服务器包含一个或多个逻辑设备。逻辑设备包含逻辑节点，逻辑节点包 含数据对象。数据对象则是由数据属性构成的公用数据类的命名实例。从通 信而言，IED 同时也扮演客户的角色。任何一个客户可通过抽象通信服务接
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智能一次设备——电子式互感器+合并单元
PSET6000GS电子式互感器
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智能一次设备——变压器在线监测
局放监测 铁心电流监测 油中含水量监测
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智能一次设备——变压器在线监测
局放监测 铁心电流监测
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一次设备智能化——高压断路器在线 监测
SF6压力监测 SF6含水监测 储能电机电流检测 分合闸时间监测
过程层设备：光CT/PT，合并单元，智能开关等。
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如何利用IEC61850规约构建智能化变电站？
——从使用设备上来看
从使用设备来看，构建一个完整的智能化变电站需要以下三个部分： 1、智能化的一次设备
一次设备从信号继电器到控制回路，全部采用微处理器（智能开关）和光电技术（无 源光CT）设计。同时用于数字量信号传输的网络取代传统的电缆导线连接。换言之， 变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路及常规的强电模拟信号和控制电缆被光
智能化变电站的概念及架构
智能化变电站的概念及架构前言在中国，国家电网公司的定义是：以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信、信息和控制技术,构建以信息化、自动化、数字化、互动化为特征的统一的坚强智能化电网。
通过电力流、业务流、信息流的一体化融合,实现多元化电源和不同特征电力用户的灵活接入和方便使用，极大提高电网的资源优化配置能力,大幅提升电网的服务能力，带动电力行业及其他产业的技术升级，满足我国经济社会全面、协调、可持续发展要求涉及到电网发、输、配、售、用的各个环节。
常用称谓是坚强智能电网，统一性、坚强网架、智能化的高度融合。
目录一、智能化变电站的概念 (3)二、智能化变电站的功能特征 (3)三、智能化变电站与数字化变电站的区别 (5)四、智能化变电站架构 (6)1、数字化变电站的集成化 (6)2、智能化变电站综合集成化智能装置及其功能结构 (7)3、综合集成的智能化变电站的架构 (9)五、智能化变电站的关键技术 (10)L、智能化变电站技术体系、技术标准及技术规范研究。
(11)2、智能化一、二次设备智能化集成技术研究。
(11)3、智能化变电站全景信息采集及统一建模技术研究。
(11)4、智能化变电站系统和设备系统模型的自动重构技术研究。
(12)5、基于电力电子的智能化柔性电力设备的研发及其应用技术的研究。
(12)6、间歇性分布式电源接入技术的研究。
(13)7、智能化变电站广域协同控制保护技术研究。
(13)六、五防系统在智能化变电站中应用分析 (13)1、智能化变电站对五防的要求 (14)2、智能化变电站中一体化五防的特点 (14)3、网络化五防 (15)1)、智能化变电站间隔层五防的GOOSE机制分析 (15)2）、实现间隔层五防的方式 (15)3）、实现间隔层五防GOOSE机制的优点 (16)4)、智能化变电站间隔层五防影响 (16)一、智能化变电站的概念智能化变电站是数字化变电站的升级和发展，在数字化变电站的基础上，结合智能电网的需求,对变电站自动化技术进行充实以实现变电站智能化功能。
智能变电站介绍
数字化变电站就是将信息采集、传输、处 理、输出过程完全数字化的变电站。全站 采用统一的通讯规约IEC61850构建通信网 络，各个系统实现信息共享。
数字化变电站是由电子式互感器、智能化开关 等智能化一次设备、网络化二次设备分层构建， 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
。
智能电网的智能化主要体现在：①可观 测——采用先进的传感量测技术，实现对 电网的准确感知；②可控制——可对观测 对象进行有效控制；③实时分析和决策— —实现从数据、信息到智能化决策的提升； ④白适应和自愈——实现自动优化调整和 故障自我恢复。
目前，国家电网已将智能变电站作为推广工作之 一。根据国家电网相关规划，智能变电站将成为 新建变电站的主流，迎来爆发式增长：第一阶段 新建智能变电站46座，在运变电站智能化改造28 座；第二阶段新建智能变电站8000座，在运变电 站智能化改造50座，特高压交流变电站改造48座； 第三阶段新建智能变电站7700座，在运变电站智 能化改造44座，特高压交流变电站改造60座。
空心线圈；RC 罗氏线圈以非磁性材料做骨架，没有铁芯， 动态范围较好，高压侧与低压侧之间光纤 连接，具有较好的绝缘性能。罗氏线圈在 额定电流至二三十倍额定电流范围线性度 较好，但在5%-20%额定电流范围误差大。 一般用于继电保护通道较适合。
断路器
断路器
设备之间通过大量的电缆相连，模拟信号 的传输存在电磁干扰及附加误差，电磁式 互感器存在饱和，铁磁谐振过电压易引起 二次设备异常和故障，控制回路两点接地 甚至造成设备误动作。
二次回路安全性差，电流回路开路、电压 回路短路的事故时有发生。
新一代智能化变电站二次系统新技术综述
针对不 同电压等级，站域保护将实现集中后备保护、站域备 自投、 低频低压减载 、过负荷联切、低压简易母线保护等功能 ， 减少二次设备 数量 ，降低了建设成本。
３ ３ 产践级 保 护
、 受 。 Ｊ 罨 拯制等
功能即智能终端的作用。
通过二次 系统的功能整合和设备集成 优化 了 一 次ｉ 殳 备的配置数
次化保护控制系统和二次设备集成方案 ，简要分析 了新技术的特点和应 用。
枣 词 新一代智能 变电站 ； 层 次化保护 ；二次系统集成
１ 引 言
信息，综合判断后 ， 通过各站域级保护系统下达控制指令。三层保护协 调 配合 ，构成 以就地级保护为基础 ， 站域级保护与广域级保护为补充的
新一代智能 变电站是在智能变 电站设计 、建设及运行经验 的基础
上构建以 “ 集成智能设备和一体化业务 系统”应用 为特征 ， 实现专业设
计 向整体 设计的转变，一次设备智能化 向智能一次设备的转变，是先进 适用技术的集成应用。 本文根据 新一代智 能变 电站 的发 展方向和顶层 设计理 念 ，结合典 型示范工程建设实践 ， 简 要阐述 了新一代智能变电站二次系统新技术、 新设备特点和应用。
障，保护站内各 电气元件。
故 障录波与网络 分析集成 装置解决了动态和暂态报： 史旧记录问题 ， 同时可以简化网络配置方案，节省线缆敷设数量。
４ ２ ， 过程层设备集成
１ １ Ｏ ｋ Ｖ及 以下 电压等 级采用合并单 元 （ ＭＵ ）与智能终端装置集 成 ，实现过程层 Ｓ Ｖ ／ Ｇ Ｏ ＯＳ Ｅ 共 网共 口 传 输 该装嚣 一 方面用以对来自 二次转换器的电流或 电压数据进行时问相关乏 目 合实 合 另一方面具有与一次设备采用 电缆连接 ，与保扩 、 光纤连接 ， 实现对断路器、刀闸、主变压器等 元的功能 ： 专Ｉ 二 ｝ 复爵采用
智能变电站技术标准规范介绍
智能变电站目前制定的标准规范：智能变电站目前制定的标准规范：智能变电站技术导则的地位：性技术指导文件，是总的指导性原则。
是其它智能智能变电站技术导则的主要内容：术语和定义，明确了智能变电站的技术原则和体系智能变电站技术导则定义的核心术语：什么是智能变电站？低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、传统变电站与数字化传统变电站数字化（智能）变电站智能变电站：智能变电站技术导则定义的核心术语：什么是智能设备？有测量数字化、控制网络化、状态可视化、智能变电站技术导则定义的核心术语：什么是智能设备？智能变电站技术导则定义的核心术语：什么是智能组件？设备的测量、控制和监测等基本功能；在满智能变电站的基本技术原则：（化、功能集成化、结构紧凑化、状态可视化。
智能变电站的基本技术原则：（GB/T14285相关要求；后台监控功能参考智能变电站的基本技术原则：（子系统使用统一标准化、规范化的数据访问以及和调度等其它系统进行标准化交互。
智能变电站的基本技术原则：（和《变电站二次系统安全防护方案》的要求，进行安全分区、通信边界安全防护，确保控制功能安全。
传统变电站与智能（数字化）变电站对比：传统变电站智能变电站智能变电站的体系结构：（组件以及独立的智能电子装置。
智能变电站的体系结构的相关要求：（智能变电站的设备功能的新增要求：（控制网络化、状态可视化为基本功能，根据需要可集成计量、保护等。
宜就地安装。
支持顺控和在线智能变电站的设备功能的新增要求：（网络化控制等。
智能变电站的系统功能的新增要求：（作流程切换主接线，投退保护软压板，急停，图形界面可视化操作。
智能变电站的系统功能的新增要求：（障不造成系统问题，方便配置，工况检测报警，记录分析系统实时记录、分析。
智能变电站的系统功能的新增要求：（号保护、相量测量、故障录波等进行数据挖掘、多专业综合分析，将结果以简洁明了的可视化综合展智能变电站的系统功能的新增要求：（判断，实现站内自动控制装置（如备自投、母线分合运行）的协调工作，适应系统运行方式的要求。
国家电网5种输变电新技术汇报参考模板
国家电网启动5种输变电新技术（汇报资料）科技开发部王祝军第一是特高压直流输电技术。
第二是柔性直流输电技术。
第三是新一代智能变电站技术。
第四是标准配送式智能变电站技术。
第五是智能交流输电线路。
（见附件）解读：新一代智能变电站技术目前国家电网公司采用了220千伏AIS站、220千伏GIS站、110千伏AIS 站、110千伏GIS站四种新一代智能变电站方案。
根据其制定的规划，今年将建成220千伏变电站两座，包括北京科技城GIS站、重庆AIS站；110千伏变电站4座，包括北京科技城、天津、上海GIS站以及武汉科技城AIS站。
而明后两年，国家电网公司将大规模推广该项技术，计划建设220千伏、110千伏新一代智能变电站共50个，并完成500千伏、330千伏示范站建设。
现在由中国科技部{智能电网部}2012年9月份出台了四种新一代智能变电站方案，如下：220kvAIS；110kvAIS；220kvGIS；110kvGIS。
1、220kvAIS：2、110kvAIS：3、220kvGIS：4、110kvGIS：从以上四种方案中看出，对于我公司而言，在新一代智能变电站中，有以下几种系列产品有关：[集成式智能断路器]；[是电子式互感器]；[新一代智能变压器]；在标准配送式智能变电站中有[预制舱式组合设备]一是集成式智能断路器；产品现状：高压断路器的结构形式主要为柱式断路器、罐式断路器、HGIS和GIS。
逐渐趋向于性能可靠、功能集成、占地面积少、工程成本低的方向发展。
高压断路器的绝缘灭弧介质为SF6气体。
逐渐趋向于减少对环境影响的方向发展。
高压断路器的操作机构为液压、弹簧、电机驱动操动机构。
逐渐趋向于可靠性、机械寿命高的方向发展。
要求：1、实现功能集成，通过集成一次设备的功能实现占地少、节能环保；2、集成了断路器、隔离开关及接地开关功能于一体的隔离式断路器；3、采用电机驱动机构，通过数字电路控制电动机直接操作断路器开断/关合；4、运用智能在线监测系统，实现断路器状态监测功能及专家诊断。
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构成以就地保护为基础、站域与广域保护协同的多维度层次化
继电保护系统
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6
一、层次化保护控制体系架构
广域保护控制装置
广域保护 控制需要 的采样值
广域保护控 制需要的站 内信息、下
发控制命令
技术优点
充分利用信息共享优势，完成全站备自投、低周低压减载、 主变过载连切等功能；
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站域保护控制系 统
监控主机/I区数据通信 网关机（/调度中心）/ 动态记录装置
站控层
MMS
站域保护控制系统的 动作逻辑及中间节点 信息
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二、就地级保护
信息交互
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站 域 保 护控 制 系 监控主机/I区数据通信
新一代智能变电站层次化保护技术介绍
2014年4月
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1
层次化保护控制体系架构 就地级保护 站域保护控制 广域保护控制 在线监测及预警 检测 附：二次系统技术要求
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一、层次化保护控制体系架构
就地级、站域级、广域级多级保护控制， 实现电网全范围保护控制功能覆盖。 在时间上相互衔接，实现保护与安全稳定 控制系统的协同控制。 实现状态自动监测 、定值在线核对 、装置 智能诊断 、故障全景回放等高级应用功能
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三、站域保护控制
当前技术形态
就地保护功能冗余； 替代独立安控装置，优化安控功能； 通过网络实现采样、跳闸； 设置独立的功能投退压板； 定值参照就地装置； 支持广域控制命令执行。
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继电保护装置/站域保 护控制系统
过程层
动态记录装置
监控主机/I区数据通信 网关机（/调度中心）/ 动态记录装置
过程层 站控层
GOOSE GOOSE
相关继电保护装置之 间收发启动、闭锁信 息
继电保护动作信息
MMS
就地保护装置的动作 逻辑及中间节点信息
45 继电保护装置
监控主机/I区数据通信 网关机（/调度中心）
光缆
与保护对象间 点对点通信
供电系统
站内网络通信
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二、就地级保护
功能配置
保留现有线路保护、母线保护、变压器保护等保护功 能。110kV采用保护测控一体装置，集成非关口计量 功能，保护测控功能由独立CPU完成。35kV及以下 电压等级采用多功能合一装置。
3
一、层次化保护控制体系架构
定义：层次化保护控制系统是指综合应用电网全 网数据信息，通过分布、协同的功能配置，实现 空间维度、时间维度和功能维度的协调配合，提 升电网继电保护性能和系统安全稳定运行能力的 保护控制系统，包括就地级保护、站域保护控制 和广域保护控制三个层面。
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站控层
MMS
继电保护装置的动作 信息
46 继电保护装置 综合应用服务器
站控层
MMS
继电保护装置的保护 定值、录波信息等保 信信息
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站域保护控制系 开关控制器/动态记录
统
装置
过程层
GOOSE
站域保护跳闸指令 （含自动重合闸）
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站域保护控制系 统
10kV多合一装置
站控层 GOOSE 站域保护跳闸指令
全站信息综合应用，优化保护功能和动作逻辑，提高整站 保护的灵敏性和可靠性
对于就地层保护单套配置的情况，当就地层保护异常退出 时，实现保护功能自动冗余，提高供电可靠性。
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三、站域保护控制
布置方式
基于本地信息，优化间隔功能，减少中间环节，提 高可靠性，增强监测信息量，方便现场运维工作。
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二、就地级保护
信息交互
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合信息
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10kV/35kV 多 合 一装置
站域保护控制系统
过程层
SV
10kV/35kV分段采样 信息
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10kV/35kV 多 合 监控主机/I区数据通信
一装置
网关机（/调度中心）
站控层
MMS
10kV/35kV多合一装 置的动作信息
71 动态记录装置
综合应用服务器/Ⅱ区 数据通信网关机（/调 站控层 度中心）
网络 服务
信息描述
继电保护装置
直采
站域保护控制系统/动 态记录装置
过程层
SV 电压、电流采样值 SV 电压、电流采样值
继电保护装置
直采
GOOSE
开关设备分合位置信 息
站域保护控制系Βιβλιοθήκη /动 态记录装置过程层GOOSE
开关设备分合位置信 息
开关控制器
电缆直 跳-
-
非电量保护跳闸指令 信息
动态记录装置/测控装 置
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三、站域保护控制
加速后备保护
为加速主变低压侧开关对母线充电时故障切除，配置专用 的合闸过流后加速保护功能。当装置检测到开关位置由分位变 为合位时瞬时将加速保护投入，投入时间为 3s 。 过流加速保 护可整定功能控制字选择经复合电压闭锁 。
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现场工作量 • 运行维护方便
集成化一次设备
预置仓
t°
调温器
线路1保护A套
配 线路2保护B套
线 架
线路2保护A套
配 线 架
其他装置
线路2保护B套
全站授时系统 站内通信网络
智能组件柜安装方式
• 结构紧凑，占地少 • 优化二次回路结构 • 出厂前完成安装调试，减
少现场工作量 • 对装置的环境适应性要求
较高
过程层
GOOSE
非电量保护动作反馈 信息
开关控制器
直跳
GOOSE
保护跳闸指令（含自 动重合闸）
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二、就地级保护
信息交互
42/42’ 继电保护装置 43 继电保护装置 44 继电保护装置
作为单套配置保护的冗余
断路器跳闸失灵保护功能 实现变电站内部故障定位，缩短后备保
护切除故障时间 基于GOOSE信息的简易母线保护功能
低周低压减载功能 站内各电压等级综合备自投功能 主变过载联切、负荷均分功能
站域信息的采集、处理及发送，区域电 网保护控制的子站功能
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MMS 故障录波等保信信息
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层次化保护控制体系架构 就地级保护 站域保护控制 广域保护控制 在线监测及预警 检测 附：二次系统技术要求
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• 保留已有元件保护的功能特点； • 改进硬件结构设计，提高电子器件等级，
降低功耗； • 提高抗电磁干扰及温湿度变化能力。
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二、就地级保护
预置舱安装方式
• 可靠性和安全性比较高 • 出厂前完成安装调试，减少
状态 动作 信息
控 制 命
令
状态
就地 主变 保护
就地层
样 S值V关采状令态、闸开E命跳G合OOS
GOOS跳E 合闸命令、开S关V状采样态值
集成化变压器
线路 集成式断路器
母线
线路 集成式断路器
集成化变压器
母线
变电站A
变电站B
构成以就地保护为基础、站域与广域保护协同的多维度层次化
继电保护系统
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三、站域保护控制
功能配置
序号
分类
1 冗余保护功能
2 优化后备保护
3 安全自动控制 4 广域保护控制支撑
功能模块 110kV线路冗余保护 110kV主变冗余保护 母联（分段）过流保护
失灵保护
加速后备保护
35kV 及10kV 母线后备保护 低频低压减载 站域备自投 主变过载联切