智能变电站介绍

合并单元
• 用以对来自二次转换器的电流和（ 或）电压数据 进行时间相关组合的物理单元。合并单元可以是 互感器的一个组成件，也可以是一个分立单元。
控制网络化
• 变电站的结构体系
工作站1 工作站2 远动站 站控层 工作站1 工作站2 远动站
RS485、以太网 IEC-60870-5104/103
网关 网关 网关
过程层GOOSE网络的拓扑结构
《110(66)～220千伏智能变电站设计规范》推荐采用星型 网络结构
GOOSE网络的配置原则
• 220kV变电站 220kV宜配置双套物理独立的单网，110kV 宜配置双网；主变 220kV 侧宜配置双套物理独立 的单网，主变110kV 、35kV 侧宜配置双网； 35kV 及以下若采用户内开关柜保护测控下放布置 时，宜不设置独立的 GOOSE 网络 • 110kV变电站 110kV 、主变各侧宜配置双网；35kV 及以 下若采用户内开关柜保护测控下放布置时，宜不 设置独立的 GOOSE 网络，若采用户外敞开式配 电装置保护测控集中布置时， 可设置独立的 GOOSE 网络。
测量数字化 ——关键技术
• 电子式互感器 • 合并单元
电子式互感器的分类
电子式互感器
电流互感器
电压互感器
Faraday原理
罗式线圈
Pockels效应
电容/电感 分压原理
电磁式互感器与电子式互感器对比
电 磁 式 互 感 器 测量、保护等装置 电 缆 微机系统 CT/PT A/D 变 转 换 换 CPU RAM ROM I/O等
设备状态监测系统的组成 要素
• 状态监测传感器 负责采集设备的实时状态参量，一般以模拟 信号传送至状态监测IED。 • 状态监测IED（采集单元） 集中采集某类设备的传感器信号，并将诊断 后的结果信息上传至后台系统。 • 网络 负责状态监测IED与后台系统的通信联系。 • 后台系统 作为系统的数据存储及处理中心，采集和处 理状态量信号,集中显示设备的健康状况。
电子式互感器对测量系统精 度的提升
CT 0.2级 线缆误差 0.1 VT 0.2级 A/D转换 传统电能表 0.2级
测量系统误差 0.7
电子式CT 0.2级
光缆 数字传输 无误差
全数字系统 无误差
测量系统误差 0.4
电子式VT 0.2级
电子式互感器对测量系统结 构的影响
• 常规测量系统的一般架构
智能变电站介绍
汪和龙 (2011年7月)
智能变电站的定义
• 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。
功能一体化
• • • • 系统功能集中化 设备功能集成化 电源系统一体化 辅助系统智能化
系统功能集中化
• 智能变电站全景数据的采集，使其具备了完成 各种相关功能的条件，如常规变电站中独立的 小电流接地选线功能、防误操作功能、设备状 态监测等。另外由于通信标准的统一以及保护 装置与自动化装置的充分融合，保护装置的管 理也将逐渐纳入自动化系统实现。
设备功能集成化的趋势
• 设备功能的横向集成 保护、测控、录波、计量等功能融为一体 跨间隔的集中式保护测控装置 • 设备功能的纵向集成 保护、测控、智能终端、合并单元的集成， 设备就地布置。
电源系统一体化
• 全站直流、交流、逆变、UPS、通信等电源一 体化设计、一体化配置、一体化监控，其运行 工况和信息数据能通过一体化监控单元展示并 转换为标准模型数据，以标准格式接入自动化 系统，并上传至远方。
自动化系统的同步对时
• 全站时间同步系统 为使全站智能设备及全系统变电站处于同一时间 基准，需要配置1套全站统一的时间同步系统，采 用北斗/GPS互为备用的高精度双授时方式。时间 同步系统应能满足全站所有智能设备的不同对时方 式及精度要求。 • 时间同步系统的对时目的 SOE事件记录 装置时标 采样同步 系统同步
通信标准化—— IEC61850(DLT/860)
• IEC61850标准是基于通用网络通信平台的变电站 自动化系统唯一国际标准，全名为变电站通信网 络和系统(Communication Networks and Systems in Substations)。由国际电工委员会第 57技术委员会(IEC TC57) 制订。 • IEC61850规范了变电站内智能电子设备（IED） 之间的通信行为和相关的系统要求，具有开放性 、分层结构、可自我描述、完整性等特点。 • IEC61850为变电站自动化系统统一协议、统一数 据模型、统一接口，实现数据交换的无缝连接， 实现不同厂家产品的互操作提供了可能。
目前设备组成 过渡阶段 高压设备
检测单元 （可内置） 智能组件（一体化） 保 护 单 元 测 量 单 元 控 制 单 元 计 量 单 元 保 护 单 元 测 量 单 元 控 制 单 元 计 量 单 元 检 测 单 元
未来智能设备
高压设备
智能设备
智能组件(分散布置) 保 护 单 元 测 量 单 元 控 制 单 元 计 量 单 元 检 测 单 元
信息互动化 ——变电站的高级应用
• • • • 顺序控制 信息分层分类优化处理 智能告警及事故信息综合分析决策 电压无功自动分析控制
顺序控制
• 实现远方监控中心、变电站就地顺序控制功能，包 括单间隔“运行←→热备用←→冷备用←→检修” 状态转换操作，双母线倒闸操作，变压器各侧跨电 压等级操作，以及其它任意典型操作票的组合任务 的操作，包括开关柜运行、试验位置和断路器分、 合闸的完整顺序控制。 • （1）监控中心的顺序控制方案：由集控站和变电 站共同实现，存票和判别均在变电站侧完成，集控 站配合选票、传票和验证。 • （2）站内自动化系统的顺序控制方案：可采用集 中式方案，顺控的功能全部由变电站计算机监控系 统的远动数据通信和处理装置实现。
小电流接地 选线功能 防误操作功 能 计算机监控 功能 保护管理 设备状态监 测
智能变电站自动化系统
设备功能集成化
• 得益于测量的数字化以及控制方式的网络化，常 规间隔层设备的采样模块及I\O模块极大的简化， 因此有条件进一步强化其逻辑计算的能力，功能 集成化程度越来越高，如10kV及35kV的保护测 控合并单元一体化装置，110kV及220kV保护测 控一体化装置，以母线为单元的集中保护测控装 置等。同时还可集成间隔级的故障录波、电能计 量等功能
交流 馈线 监控 模块
直流 馈线 监控 模块
电池 在线 监控 模块
高频 开关 电源 模块
UPS 电源
辅助系统智能化
• 增加变电站视频系统、安防系统等辅助设备的 智能化特性，提高变电站的安全性，运行维护 的方便性，满足变电站集中控制、无人值班的 要求。 • 视频监控、安防、监控后台操作、火灾报警、 轴流风机等实现联动。 • 具体行为：视频监控，在事故处理时与站内监 控系统联动；安防系统可转换为标准数据模型 ；触碰电子围栏时摄像头自动转向该区域并进 行录像，同时启动保卫室、控制室或监控中心 的警铃；消防报警时应闭锁轴流风机。 • 二次设备室空调系统、智能汇控柜实现温湿度 范围的自动控制。
电子式互感器对测量系统结 构的影响
• 某智能变电站采样值传输方案
电子式互感器的优点
• 无磁饱和、频率响应范围宽、精度高、暂态特性好，不受 环境因素影响； • 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。 • 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；
间隔层 电缆 装置1 装置n 过1850-8-1 装置n
合并单元 智能接口
光缆
传统互感器
传统一次设备
ECVT
电子式互感器
智能一次设备
控制网络化关键技术之 ——智能一次设备
• 智能一次设备是将计算机、传感器、信息技术与 传统一次设备组合，形成具有智能功能的一次设 备。智能一次设备具有自动检测自身故障、自动 测量、自动控制、自动调节与远方控制中心通信 等功能。 • 目前，完全意义上的智能一次设备尚未有成熟的 经验和广泛的市场供给。一般采用“电力功能元 件+智能组件 ”的组合方式实现对常规一次设备 的智能化改造，使其具备智能设备的特点。
状态可视化—— 设备状态监测
• 通过传感器、计算机、通信网络等技术， 实时获取设备的各种特征参量并结合专家 系统分析，及早发现设备潜在故障。 • 状态监测主要采集设备的非电气量参数 。 • 设备状态监测是实现设备状态检修的基础 ，对于设备的全寿命周期管理、有效节约 变电站运行成本具有重要意义。
设备状态监测系统的一 般结构
某变电站一次设备智能化方案
“三层两网” 的结构体系
控制网络化关键技术之
——GOOSE
• IEC61850中定义了通用变电站事件（GSEgeneric substation event model），该模型提供 了在全系统范围内快速可靠地输入、输出数据值 的功能。 • GSE分为2种不同的控制类和报文结构，其中一 种为GOOSE(generic object oriented substation event)，即面向通用对象的变电站事件。 • GOOSE报文时间延迟规定在4ms。报文的传输服 务是应用层到表示层后，直接映射到底层（数据 链路层和物理层），并采用了VLAN、优先级等技 术，保证报文传输的实时性。
智能变电站的主要特点
• • • • • • 通信标准化 测量数字化 控制网络化 状态可视化 功能一体化 信息互动化
智能变电站设计的主要依据性文件