智能变电站介绍

概述及特点
变电站信息传输和处理的数字化 统一的信息模型：数据模型、功能模型 统一的通信协议：信息无缝交换 高质量信息：可靠性、完整性、实时性 各种设备和功能共享统一的信息平台
智能化变电站优点
• 开放的通信协议、统一的数据模型，信息的集成化应用，为 电网开展高级应用提供了便捷条件，如为定期检修过渡到状 态检修提供一个更好的信息平台；
数字化的三个主要特征
智能化变电站标准体系目前未完善，国内各电网公司智能化变电站的 建设方案多种多样，智能化的深度和广度也各不相同，可从三个网络 的数字化程度来判断：
（1）站控层网络是否采用了IEC61850协议；
（2）开关量跳闸二次回路是否实现了网络化、数字化；
（3）模拟量采集二次回路是否实现了网络化、数字化；
站控层设备
监控系统
工程师工作站
故障信息系统
站控层MMS网络 站控层网络
间隔层设备
保护1
测控1
{ 过程层网络 GOOSE跳闸网络 SAV采样值网络
HUB/MAU
NIC
% UTILIZATION
TAB
GD RE I F JA KB L C
M7 N 8 O9 GD GD GD BNC 4Mb/s GD T 2 U 3 V0 W. X Y Z
中性点电流输出二次变换
a相电压传感器输出二次变换（测量） a相电压传感器输出二次变换（测量） a相电压传感器输出二次变换（测量）
中性点电压输出二次变换
母线电压传感器输出二次变换
数字 输出 合并单元 （merging unit）
电源 时钟
IEC60044-8标准：点对点的FT3格式、光纤串行传输
• 传输延时确定 • 可以采用再采样技术实现同步采样 • 硬件和软件实现简单 • 适合保护要求 • 不适用于网络传输
IEC61850（DL/T 860 ） 变电站通信网络和系统标准
智能单元（下放）+开关 智能开关
合并单元+传统互感器 有源式互感器 无源式互感器
合并单元是否下放
三网是否共享物理链路
概述及特点
智能化变电站与传统变电站比较
节省投资、二次接线简单、可靠性高、便于设备维护升 级、便于变电站规模的扩建和功能的扩充
智能变电站介绍
主要内容
➢ 智能化变电站概述及特点 ➢ 电子式互感器介绍 ➢ 智能单元介绍 ➢ IEC61850介绍 ➢ 智能化变电站工程应用介绍
智能化变电站概述及特点
技术发展的趋势：
1、机电式 2、晶体管式 3、集成电路 4、微机型??
微机式将原来由电路实现的保护用计算机程序语言代替；将 处理的过程数字化了，但信息采集、传输、输出过程没有实 现数字化。
无源式电流互感器主要是基于法拉第磁光效应，按材料 不同可分为磁光玻璃型和纯光纤型；
电压互感器有基于普克尔电光效应的互感器。 无源式电压互感器技术还不成熟，而且应用需求并没 有电流互感器高，因此目前还没有成功应用。
法拉第磁光效应电流互感器
普通光 起偏器
法拉第磁光效应
偏振光
Faraday旋光角
Faraday材料
光学电流互感器 (OCT）
Rogowski电子式互感器
• 电流测量：采用罗氏（Rogowski）空芯线圈和低功率线 圈（LPCT）电磁感应原理
远端模块由电子电路构成，需要供电，因此称为有源式电子 互感器，有源式电子互感器技术较为成熟，在国内外已有一 定的应用。
特点： • 空心线圈，不会产生磁饱和现象； • 动态测量范围大； • 频率响应范围宽； • 体积小、重量轻。
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计量
IEC61850
录波
测控2
智能化变电站 保护2 不完全等同于
IEC 61850
过程层设备 一次设备
合并单元
智能操作箱
合并单元
智能操作箱
电子式互感器 开关设备
电子式互感器 开关设备
智能化变电站介绍
六大特征：一次设备智能化、互感器数字化、二次设备网络化、传 输介质光纤化、通信标准统一化、信息应用集成化；
IEC61850-9-1标准：点对点的光纤网络传输
• 传输延时相对固定 • 可以采用再采样技术实现同步采样 • 硬件和软件实现简单 • 适合保护要求 • 数据格式不灵活 • 不适用于组网传输
IEC61850-9-2标准：光纤组网传输
• 传输延时不确定（400us-3ms） • 数据格式灵活，适用于组网传输 • 硬件软件比较通用，但对交换机要求极高 • 硬件和软件实现都将困难 • 不同间隔间数据到达时间不确定，不利于
磁光玻璃 纯光纤
电压互感器
普克尔电光效应 克尔效应 逆压磁效应
电子式电流互感器分类
Faraday 电磁感应原理
Faraday 磁旋光效应
铁心线圈
法拉第 (Michael Faraday) 1791年－1867年
空心线圈
玻璃、光纤 或镀模玻璃
低功率铁心线圈
电流互感器 （LPCT）
罗可夫斯基线圈
电流互感器 （RCT）
母差、变压器等保护的数据处理 • 比较适合测控、电能仪表一类
电子式互感器关键技术
二次接口：
• 互感器的安装位置、合并单元的配置方案 • 采样数据的同步－三相电流电压之间、差动保护 • 计量系统
互感器的可靠性 、稳定性
• 通信、供电、远端模块
运行维护
电子式互感器发展应用情况
研制工作始于二十世纪八十年代初： 主要研制单位：ABB、ALSTHOM、MITSUBISHI、
传统电流互感器的缺点
r1 I1 L1
I
' 2
r2'
Ie
Ie
L'2 RL' L'L
i1,i2 (A)
?
t(s) t(s)
ห้องสมุดไป่ตู้
差动保护不平衡电流的波形
电子式互感器的优缺点
优点 1、高低压系统完全隔离，安全性高，具有优良的绝缘性
能和优越的性价比； 2、不含铁芯，消除了磁饱和和铁磁谐振等问题； 3、无CT开路、PT短路的危险，互感器的精度与负载无关 4、动态范围大，测量精度高； 5、暂态特性好 6、没有因充油而潜在的易燃、易爆炸等危险 7、 体积小、重量轻 8、适应了电力系统数字化、智能化和网络化发展的需要
电子式互感器结构
Ｐ１
一次电流 （电压） 传感器
一次 转换器
Ｐ２
一次侧电源
传输 系统
配合合并单元
二次转换器
合
模拟输出
S１
二次转换器
并
S2
A相电子式电流（电压）互感器 单
Ｂ相电子式电流（电压）互感器
元 Ｃ相电子式电流（电压）互感器
二次设备
高压侧（远端模块）
低压侧
基本构成：高压侧数据转换模块（远端模块）和低压侧合并单元
磁场 B
磁光效应原理
检偏器
磁光玻璃型
磁光效应互感器结构
纯光纤型
•敏感元件和传输元件都是光纤。 •输入输出光路为统一路径，提高了抗 干扰能力，安全可靠性高。 •也采用独特的闭环控制技术，动态范 围大和精度高。
电子式电压互感器
目前暂无成熟的产品
无源式电子式互感器技术难点
1、光学传感材料的选择 2、温度对传感器精度的影响 3、应力对传感器精度的影响 4、传感头的封装技术 5、长期稳定性问题 6、微弱信号检测
①硬件上:由智能化一次设备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化、数字化 的二次设备组成； ②软件上:以IEC61850标准作为通信协议，实现设备间充分的信息共享和互操作；
一次设备智能化
硬件 数字化变电站
软件
互感器数字化
二次设备网络化 传输介质光纤化 通信标准统一化
IEC 61850
信息应用集成化
数字化变电站是未来变电站自 动化技术发展的趋势，是建设 智能电网的重要组成部分。
要研制单位有清华大学、华中科技大学、中国电力科学研究 院、新宁光电、南瑞继保等。
有源式电子式互感器技术已经逐渐成熟，目前正在研制 无源电子式互感器，并已开始小范围的应用。
电子式互感器发展应用情况
电子式互感器发展应用情况
合并单元 线路保护
数据输出 数据输入
电子式互感器的同步采样问题
• 同一间隔三相电压、电流之间需考虑同步采样 • 变压器差动保护从不同电压等级的多个间隔获取数据存在同
智能化变电站技术构成
主要构成：
电子式互感器 智能开关设备 网络化二次设备 IEC61850标准应用 以太网通信网络
电子式互感器
传统电磁式互感器暴露固有的缺陷： １、绝缘、重量支撑结构复杂，产品造价随电压等级 呈指数上升高； ２、电磁式电流互感器存在固有的磁饱和现象，严重 时造成保护的拒动或误动； ３、动态测量范围小，频带窄，高频响应特性差； ４、电压互感器器存在二次短路的危险，电流互感器 存在二次开路的危险； ５、存在易燃、易爆等危险。
有源式电压互感器
高压母线
电
容 分
信号 预处理
光纤
A/D
LED
PIN
压
器
远端模块
电容分压式EVT结构图
原理简单，对分压器（电容）精度要求高，可采用级 联方式，注意对地杂散电容的影响。
有源式电子式互感器技术难点
1、一次电流及电压传感器，特别 是电压分压器的稳定性；
2、远端传感模块的稳定性和可靠 性（安置在室外时温度、电磁干扰 等）；
缺点 目前可靠性不如常规互感器
电子式互感器标准
国际标准 IEC60044-7、IEC60044-8
国家标准 GB/T20840.7、GB/T20840.8