变电事业部智能变电站基本结构及关键技术培训

1、智能变电站基本结构智能变电站基本结构 及关键技术及关键技术 智能变电站概况智能变电站概况 培培 训训 内内 容容 IEC 61850标准简介标准简介 以太网传输技术以太网传输技术 现阶段智能变电站四种模式现阶段智能变电站四种模式 智能变电站关键技术智能变电站关键技术 智能变电站基本结构及关键技术智能变电站基本结构及关键技术 1 1、智能变电站的基本概念、智能变电站的基本概念 智能变电站是指变电站信息采集、传输、处理、输出智能变电站是指变电站信息采集、传输、处理、输出 过程全部智能过程全部智能, ,其基本特征为设备智能化、通信网络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

2、理自动化。化、模型和通信协议统一化、运行管理自动化。 一、智能变电站概况一、智能变电站概况 智能变电站分三智能变电站分三 层结构，涵盖不层结构，涵盖不 同电压系统。同电压系统。 智能变电站定义：智能变电站定义： 采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以 全站信息智能化、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。 一、智能变电站概况一、智能变电站概况 智能变电站的四个基本特征智能变电站的四个基本特征 智能设备：智能设备：先进、可靠、集成、低

3、碳、环保 基本要求基本要求：全站信息智能、通信平台网络化、信息共 享标准化 基本功能：基本功能：自动完成信息采集、测量、控制、保护、 计量和监测等 高级功能高级功能：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 相互关系相互关系 设备是基础，智能化是手段，可靠、高效是目的 一、智能变电站概况一、智能变电站概况 智能变电站是智能电网的重要内容智能变电站是智能电网的重要内容 智能变电站是智能电网智能变电站是智能电网 的重要基础和支撑节点的重要基础和支撑节点 智能智能 电网电网 输电输电发电发电 变电变电 配电配电 调度调度 用电用电 变电领域发展重点是智变电领域发展重点是智

4、 能变电站能变电站 一、智能变电站概况一、智能变电站概况 2、变电站的发展历程、变电站的发展历程 光网路 光网路 电缆 电网路 电缆 电缆 数字变电站综自变电站模拟式变电站 微机保护测控 电子式互感器 电磁型互感器 微机保护测控 微机监控 电磁型互感器 模拟式保护 控制盘、指针表 过程 现场 微机监控 监控 控制层 管理层 接口层 光网路 光网路 电缆 电网路 电缆 电缆 数字变电站综自变电站模拟式变电站 微机保护测控 电子式互感器 电磁型互感器 微机保护测控 微机监控 电磁型互感器 模拟式保护 控制盘、指针表 过程 现场 微机监控 监控 控制层 管理层 接口层 光网路 光网路 电缆 电网路

5、电缆 电缆 智能变电站综自变电站模拟式变电站 微机保护测控 电子式互感器 电磁型互感器 微机保护测控 微机监控 电磁型互感器 模拟式保护 控制盘、指针表 过程 现场 微机监控 监控 控制层 管理层 接口层 一、智能变电站概况一、智能变电站概况 传统传统变电站变电站 网络：网络：监控系统由站控层、间隔层两层监控系统由站控层、间隔层两层 网络构成。未统一建模，采用多种规约，网络构成。未统一建模，采用多种规约， 变电站存在监控、保护、变电站存在监控、保护、PMUPMU等多个网络。等多个网络。 设备：设备：互感器、一次设备通过常规控制互感器、一次设备通过常规控制 电缆硬接线方式实现与间隔层设备互感器电

6、缆硬接线方式实现与间隔层设备互感器 模拟量、开关量的信息交换。模拟量、开关量的信息交换。 站控层：站控层： 站控层设备由带数据库的计算机、操作站控层设备由带数据库的计算机、操作 员工作站、远方通信接口等组成。员工作站、远方通信接口等组成。 间隔层：间隔层： 间隔层主要包括变电站的保护、测控、间隔层主要包括变电站的保护、测控、 计量等二次设备。计量等二次设备。 标准不统一：标准不统一： 3、智能变电站与传统变电站的区别、智能变电站与传统变电站的区别 智能变电站自动化系统为站控层、智能变电站自动化系统为站控层、 间隔层和过程层三层结构。间隔层和过程层三层结构。 智能变电站智能变电站 3、智能变电站

7、与传统变电站的区别、智能变电站与传统变电站的区别 首先智能变电站系统全部采用首先智能变电站系统全部采用 了了IEC61850IEC61850规约统一建模。规约统一建模。 站控层、间隔层设备构成与常站控层、间隔层设备构成与常 规综自站差异不大，但功能及网规综自站差异不大，但功能及网 络方面发生了较大的变化。络方面发生了较大的变化。 主要是实现了信息统一建模，主要是实现了信息统一建模， 统一了数据模型，实现设备之间统一了数据模型，实现设备之间 的互连互通。的互连互通。 增加了过程层（设备层）：电增加了过程层（设备层）：电 子互感器及合并单元，配置了智子互感器及合并单元，配置了智 能化一次设备。能化

8、一次设备。 过程层过程层 工作站工作站1 1远动站远动站工作站工作站2 2 以太网以太网 一体化智能设备一体化智能设备 光缆光缆 ECVTECVT智能开关智能开关 智能变电站智能变电站 功能方面： 1、 包括了传统变电站全部功 能，在站控层采用了监控、保 护、状态监测等多个网络设备 的统一建模，构建了智能变电 站一体化监控平台。 增加了顺序控制、设备状态可 视化、智能告警与分析决策、 故障信息综合分析及支撑经济 运行与优化控制等高级应用功 能。 一体化平台 高级应用 3、智能变电站与传统变电站的区别、智能变电站与传统变电站的区别 智能变电站概况智能变电站概况 培培 训训 内内 容容 IEC 6

9、1850标准简介标准简介 以太网传输技术以太网传输技术 现阶段智能变电站四种模式现阶段智能变电站四种模式 智能变电站关键技术智能变电站关键技术 智能变电站基本结构及关键技术智能变电站基本结构及关键技术 二、二、IEC 61850标准简介标准简介 IEC61850是国际电工委员会(IEC)TC57工作组制定的变 电站通信网络和系统系列标准，是基于网络通信平台的 变电站自动化系统唯一的国际标准。 IEC61850规范了数据的命名、数据定义、设备行为、设备 的自描述特征和通用配置语言，使不同智能电气设备间的 信息共享和互操作成为可能。 不仅规范保护测控装置的模型和通信接口，而且还定义了 电子式CT、

10、PT、智能化开关等一次设备的模型和通信接口。 长期稳定性长期稳定性 标准应向后兼容，以适应通讯技术 和系统要求的发展 1 1）、）、IEC61850IEC61850的制定目标的制定目标 互操作性互操作性 来自一个或多个厂家的IED之间交换信息 和正确使用信息完成各自功能的能力 自由配置自由配置 标准需要支持各种策略以允许功能 自由分布，例如：集中式或分布式系统 二、二、IEC 61850标准简介标准简介 2 2）IEC61850IEC61850标准的内容框架标准的内容框架(DL/T860) (DL/T860) 建模方法建模方法 7-4 逻辑节点逻辑节点 物理设备物理设备 逻辑设备逻辑设备 数据

11、对象数据对象 数据属性数据属性 7-1 5 信息模型信息模型信息服务模型信息服务模型 公共数据类公共数据类 7-3 模板模板 7-2 面向变电站层的通信面向变电站层的通信 面向过程层的通信面向过程层的通信 8 9-1/9-2 设备与系统的描述设备与系统的描述 模型与服务的测试模型与服务的测试 6 10 MMS报文报文 SV报文报文 GOOSE报文报文8 二、二、IEC 61850标准简介标准简介 3 3） IEC 61850IEC 61850标准模型的表达形式标准模型的表达形式 物理设备物理设备 逻辑设备逻辑设备 逻辑逻辑 节点节点 DO 数据属性数据属性 DA。如启动、。如启动、 A、B、C

12、动作动作 逻辑节点逻辑节点LN。如：差动、阻抗保护。如：差动、阻抗保护 数据对象数据对象 DO。如：保护启动、动作。如：保护启动、动作 物理设备。如：线物理设备。如：线 线路保护线路保护 逻辑设备逻辑设备LD。如：第一、二套保护。如：第一、二套保护 “PHD / PCL931 / PDIS1 $ Op $ general” =1 物理设备名 服务器 逻辑设备名 逻辑节点名数据属性名 数据对象名 二、二、IEC 61850标准简介标准简介 保护与合并单元保护与合并单元 模拟量模拟量 合并合并 单元单元 智能智能 终端终端 SVGOOSE 保护与监控主机保护与监控主机 保护动作信息保护动作信息/异

13、常告警信息异常告警信息 定值信息定值信息/录波信息等录波信息等 保护与智能终端保护与智能终端 采样值信息（采样值信息（SV） 状态信息（状态信息（GOOSE）开关量开关量 监控主机监控主机 MMS MMS 4) 4) 服务模型：服务模型：MMSMMS、GOOSEGOOSE和和SVSV三类三类 二、二、IEC 61850标准简介标准简介 5) MMS服务模型：服务模型： 定值组控制块模型定值组控制块模型: :定值的读/写/切换 报告控制块模型报告控制块模型: : 保护动作信号上传当地监控 日志控制块模型日志控制块模型: : 事件顺序记录的检索 控制模型控制模型: : 分合闸控制，变压器抽头控制

14、文件传输模型文件传输模型: : 录波数据文件的传输 二、二、IEC 61850标准简介标准简介 GndPDIS1 GndPDIS2 GndPDIS3 general Op PhsA PhsB PhsC general Op PhsA PhsB PhsC general Op PhsA PhsB PhsC GndPDIS1.Op.general GndPDIS2.Op.general GndPDIS3.Op.general GndPDIS1.Op.PhsA GndPDIS1.Op.PhsB GndPDIS1.Op.PhsC GndPDIS2.Op.PhsA GndPDIS2.Op.PhsB Gn

15、dPDIS2.Op.PhsC GndPDIS3.Op.PhsA GndPDIS3.Op.PhsB GndPDIS3.Op.PhsC 数据对象数据对象 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 接地距离保护接地距离保护 I段动作跳段动作跳A相相 数据集数据集 逻辑逻辑 节点节点 数据属性数据属性 6) 6) 状态信息（状态信息（GOOSEGOOSE） 二、二、IEC 61850标准简介标准简介 二、二、IEC 61850标准简介标准简介 数据集数据集 GndPDIS1.Op.general GndPDIS1.Op.PhsA GndPDIS1.Op.PhsB GndPDIS1.Op.PhsC

16、 保保 护护 程程 序序 通通 信信 程程 序序 负责刷新数据集中数据的值负责刷新数据集中数据的值 置置1：表示动作：表示动作 置置0：表示返回：表示返回 监视数据集中数据值的变化监视数据集中数据值的变化 一旦发生变化就认为产生一个事件一旦发生变化就认为产生一个事件 以特殊的重传机制发送以特殊的重传机制发送GOOSE报文报文 状态信息的形成过程状态信息的形成过程 二、二、IEC 61850标准简介标准简介 GOOSE传输机制传输机制：变时间间隔重复传输变时间间隔重复传输 事件结束后以较长的间隔连续传输（事件结束后以较长的间隔连续传输（5s），以保持通信线），以保持通信线 路的畅通路的畅通 事件

17、发生时以较短的间隔连续传输（事件发生时以较短的间隔连续传输（2ms，4ms, 8ms）避）避 免数据报文的丢失免数据报文的丢失 事件计数器事件计数器C1 报文计数器报文计数器C2 C1=8 C2=10 C1=9 C2=0 C1=9 C2=5 保护动作保护动作 二、二、IEC 61850标准简介标准简介 保护程序判断结果保护程序判断结果 距离距离I段动作，跳段动作，跳A相相 St5 Sq8 St6 Sq0 St6 Sq1 St6 Sq2 St6 Sq3 St7 Sq0 St加加1，Sq清零清零 事件发生时刻事件发生时刻 St7 Sq3 St5 Sq7 5s2ms2ms 4ms5s St：事件计数

18、器：事件计数器 Sq：报文计数器：报文计数器 GndPDIS1.Op.general GndPDIS1.Op.PhsA GndPDIS1.Op.PhsB GndPDIS1.Op.PhsC 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 保护程序：刷新数据保护程序：刷新数据 0 0 0 0 通信程序：监测数据变化通信程序：监测数据变化/传输传输GOOSE报文报文 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 St7 Sq1 返回时间到返回时间到 St7 Sq2 St7 Sq4 事件发生时刻事件发生时刻 St加加1，Sq清零清零 2

19、ms2ms 4ms GOOSEGOOSE传输实例：传输实例： 7 7）采样值信息（）采样值信息（SVSV） IEC61850-9-2IEC61850-9-2、9-19-1 9-19-1格式固定，支持点对点以太网传输。格式固定，支持点对点以太网传输。 9-29-2格式可以设定，支持点对点或网络传输。格式可以设定，支持点对点或网络传输。 太网传输通信速率高（太网传输通信速率高（100M/1000Mbps100M/1000Mbps），传输延迟不固定，），传输延迟不固定， 依赖外部时钟依赖外部时钟 基于基于IEC60044-8IEC60044-8的的FT3FT3格式格式 采用采用FT3FT3格式点对点

20、传输，速率（格式点对点传输，速率（2.52.510Mbps10Mbps）。）。 传输延时固定，可用插值再采样实现同步，不依赖外部时传输延时固定，可用插值再采样实现同步，不依赖外部时 钟。钟。 二、二、IEC 61850标准简介标准简介 8 8）IEC 61850IEC 61850的特点的特点 信息分层（站控层、间隔层、过程层）信息分层（站控层、间隔层、过程层） 面向对象建模和信息自我描述，适应开放互操作性要求面向对象建模和信息自我描述，适应开放互操作性要求 采用抽象通信服务接口，适应通信网络技术迅猛发展采用抽象通信服务接口，适应通信网络技术迅猛发展 传输采样测量值（传输采样测量值（SVSV）

21、快速传输变化值（快速传输变化值（GOOSEGOOSE） IEC61850IEC61850和以前使用的标准不同之处在于对象模型，它以和以前使用的标准不同之处在于对象模型，它以 服务器模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型和数据对象模型服务器模型、逻辑设备模型、逻辑节点模型和数据对象模型 建立了变电站自动化系统中常用设备的统一数据模型，满足建立了变电站自动化系统中常用设备的统一数据模型，满足 互操作性要求。互操作性要求。 二、二、IEC 61850标准简介标准简介 9 9） 6185061850的面向对象建模的面向对象建模 二、二、IEC 61850标准简介标准简介 9 9） 6185061850的面向

22、对象建模的面向对象建模 二、二、IEC 61850标准简介标准简介 10）数字化变电站系统与设备的描述）数字化变电站系统与设备的描述 四个重要的描述文件四个重要的描述文件 SSD：系统定义文件：应全站唯一，该文件描述变电站一次：系统定义文件：应全站唯一，该文件描述变电站一次 系统结构及相关联的逻辑节点，最终包含在系统结构及相关联的逻辑节点，最终包含在SCD文件中。文件中。 SCD：变电站配置描述文件：该文件描述所有：变电站配置描述文件：该文件描述所有IED的实例配的实例配 置和通讯参数，置和通讯参数，IED之间通讯配置及变电站一次系统结构有之间通讯配置及变电站一次系统结构有 系统集成商完成。系

23、统集成商完成。SCD文件应包含版本修改信息，明确描述文件应包含版本修改信息，明确描述 修改时间，修改版本号等内容。修改时间，修改版本号等内容。 二、二、IEC 61850标准简介标准简介 ICDICD：IEDIED设备能力描述文件：按设备配置，该文件描述设备能力描述文件：按设备配置，该文件描述IEDIED 的基本数据模型及服务，但不包含的基本数据模型及服务，但不包含IEDIED实例名称和通讯参数。实例名称和通讯参数。 CIDCID：已配置的：已配置的IEDIED描述文件：按设备配置，该文件描述描述文件：按设备配置，该文件描述IEDIED 的基本数据模型及服务，并包含了的基本数据模型及服务，并包

24、含了IEDIED实例名称和通讯参数。实例名称和通讯参数。 是从系统集成商配置的是从系统集成商配置的SCDSCD文件导出的，他关联了一次系统文件导出的，他关联了一次系统 和通信参数。和通信参数。 二、二、IEC 61850标准简介标准简介 11）各种描述文件的作用和流转过程）各种描述文件的作用和流转过程 .ssd文件文件 (1个，设计院提供个，设计院提供) .icd文件文件 (多个，由制造商提供多个，由制造商提供) 描述一次接线图 描述二次设备的 信息和服务模型 通信系统设计 .scd文件文件 描述一次接线、二 次设备和通信系统 （最完整） 实例化，确定二次设备 与一次系统的对应关系 . cid

25、文件文件. cid文件文件 描述二次设备模型、 通信参数及与一次系 统的对应关系 二、二、IEC 61850标准简介标准简介 智能变电站概况智能变电站概况 培培 训训 内内 容容 IEC 61850标准简介标准简介 以太网传输技术以太网传输技术 现阶段智能变电站四种模式现阶段智能变电站四种模式 智能变电站关键技术智能变电站关键技术 智能变电站基本结构及关键技术智能变电站基本结构及关键技术 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 绝缘问题：绝缘困难，含油有爆炸危险，造价高（绝缘问题：绝缘困难，含油有爆炸危险，造价高（ 500kV/500kV/单单 相相/ /电流：电流：3030万）万）

26、 测量准确问题：含铁芯，具有非线性特性，存在饱和问题，不测量准确问题：含铁芯，具有非线性特性，存在饱和问题，不 能反映系统故障时非周期性分量；频带窄。能反映系统故障时非周期性分量；频带窄。 信号输出问题：模拟电信号（信号输出问题：模拟电信号（1A/5A1A/5A，100V/57.7V100V/57.7V） 运行安全问题：电压互感器不能短路，电流互感器不能开路，运行安全问题：电压互感器不能短路，电流互感器不能开路， 电压互感器存在铁磁谐振问题。电压互感器存在铁磁谐振问题。 1 1）传统电磁式互感器的缺点）传统电磁式互感器的缺点 3.1 3.1 电子式电流互感器电子式电流互感器 一种装置，由连接到

27、传输系统和二次转换器的一个或多个电流或一种装置，由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电流或 电压传感器组成，用以传输正比于被测量的量，供给测量仪器、电压传感器组成，用以传输正比于被测量的量，供给测量仪器、 仪表和继电保护或控制装置。仪表和继电保护或控制装置。 2 2）电子式互感器分类）电子式互感器分类 有源电子式互感器：有源电子式互感器： 铁心线圈低功率电流互感器 罗可夫斯基空心线圈电流互感器 电容、电感分压型电压互感器 无源电子式互感器：无源电子式互感器： 块状玻璃材料光学电流互感器 光纤材料光学电流互感器 光学电压互感器 3.1 电子式电流互感器电子式电流互感器 三、数字化变电站关键技

28、术三、数字化变电站关键技术 电子式互感器电子式互感器 分类分类 电电 流流 互互 感感 器器 一、法拉第电磁感应一、法拉第电磁感应 二、法拉第磁旋光效应二、法拉第磁旋光效应 1.罗氏线圈罗氏线圈 2.低功率线圈低功率线圈LPCT 1.磁光玻璃型磁光玻璃型（闭合环路）（闭合环路） 2.全光纤型（赛格耐克效应）全光纤型（赛格耐克效应） 电电 压压 互互 感感 器器 1.电容分压型电容分压型 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 比较项比较项 目目 传统电磁式互感器传统电磁式互感器电子式互感器电子式互感器 绝缘绝缘复杂、造价高复杂、造价高简单、造价低简单、造价低 测量测量 有磁饱和、频带

29、窄有磁饱和、频带窄 精度与二次回路负载有精度与二次回路负载有 关关 无磁饱和无磁饱和、频带宽、频带宽 二次回路负载不受限二次回路负载不受限 制制 信号输信号输 出出 模拟量模拟量数字量、可共享数字量、可共享 运行安运行安 全全 CT不能开路，不能开路，VT不能不能 短路，短路，VT易产生铁磁谐易产生铁磁谐 振振 无此类问题无此类问题 电子式互感器与传统电磁式互感器的比较电子式互感器与传统电磁式互感器的比较 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 1）、铁心线圈低功率电流互感器（有源）、铁心线圈低功率电流互感器（有源） LPCT 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 是传统

30、电磁式是传统电磁式CTCT的一种发展，结构基本相同，但按照高阻的一种发展，结构基本相同，但按照高阻 抗进行设计，使饱特性得到改善，扩大了测量范围。抗进行设计，使饱特性得到改善，扩大了测量范围。LPCTLPCT 一般在一般在5%-120%5%-120%额定电流下线性度较好，适用于测量。额定电流下线性度较好，适用于测量。 铁心线圈低功率电流互感器传变关系铁心线圈低功率电流互感器传变关系 p srpr s N II N 传统电磁式电流互感器传统电磁式电流互感器 I/I变换变换 具备低功率输具备低功率输 入接口的设备入接口的设备 铁心线圈低功率电流互感器铁心线圈低功率电流互感器 p srpr s V

31、sh N RI N I/V变换变换 对电磁式电流互感器的改进对电磁式电流互感器的改进 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 2）、空心线圈电流互感器（有源）、空心线圈电流互感器（有源） RCT 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 罗氏线圈以非磁性材料做骨架，没有铁心、动态范围较好、高压罗氏线圈以非磁性材料做骨架，没有铁心、动态范围较好、高压 侧与低压侧之间光纤连接，具有良好的绝缘性能。罗氏线圈在额侧与低压侧之间光纤连接，具有良好的绝缘性能。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，但在定电流至二三十倍额定电流范围线性度较好，但在5%-20%5%-20%额定

32、电额定电 流范围误差大。一般用于继电保护通道较适合。流范围误差大。一般用于继电保护通道较适合。 在形式上，罗氏线圈电子式电流互感器可以分为独立支在形式上，罗氏线圈电子式电流互感器可以分为独立支 撑式和撑式和GISGIS用罗氏线圈电子式互感器。用罗氏线圈电子式互感器。 独立支撑型电子式电流互感器，信号处理在高压侧。独立支撑型电子式电流互感器，信号处理在高压侧。 空心线圈的感应电压与被测电流的导空心线圈的感应电压与被测电流的导 数成正比（数成正比（ Rogowski，1912年）年） ( )() ddI e tk dtdt 被测电流被测电流线圈感应电压线圈感应电压 空心线圈电流互感器传变关系空心线

33、圈电流互感器传变关系 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 普通光 起偏器 偏振光 磁光材料 磁场 B 检偏器 Faraday旋光角 3）、磁光玻璃型（）、磁光玻璃型（BGOCT）电流互感器（无源）电流互感器（无源） 法拉第磁旋光效应法拉第磁旋光效应 （1846年）年） 入射光 出射光 电流 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 工作原理：工作原理： 光学电流互感器基于光学电流互感器基于Faraday Faraday 磁旋光效应原理，线性偏磁旋光效应原理，线性偏 振光通过置放在磁场中的振光通过置放在磁场中的Faraday Faraday 旋光材料时会发生偏旋光材料时会发

34、生偏 转，其偏转角转，其偏转角 与磁场强度的大小成正比。与磁场强度的大小成正比。 L l VHdlVN I =TV V（ ， ） 为比例系数（维尔德常数），为比例系数（维尔德常数）， 是温度和光源工作波长的函数，是温度和光源工作波长的函数， 光源工作波长是温度和驱动电光源工作波长是温度和驱动电 流的函数。流的函数。 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 L N 为光路长度为光路长度 全光纤型电子式电流互感器，是指全光纤型电子式电流互感器，是指 传光部分、传感部分都采用光纤。传光部分、传感部分都采用光纤。 塞格耐克塞格耐克(sagnac)(sagnac)效应效应原理。原理。 4）、）

35、、 全光纤型全光纤型（FOCT）电流互感器电流互感器（无源）（无源） 光光 源源 探探 测测 器器 耦耦 合合 器器 偏偏 振振 器器 相相 位位 调调 制制 器器 光 纤 汇 流 排 反 射 镜 信 号 处 理 电 路 两 偏 振 光 传 播 方 向 （ 红 、 绿 箭 头 ） 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 工作原理：工作原理：光源输出光经分光器后,经线性偏振器、偏振分光 器后形成X 轴与Y 轴方向的2束正交偏振光,由于传输电流产 生磁场的法拉弟磁光效应,使两束偏振光产生一定的相位差。 在传感光纤的端面,两束偏振光折返，因磁光效应相互间再次 产生相位差; 两束光相互干涉后

36、的偏振光进入光探测器,转换为相应变化的 光电流： 0 0.5(1cos() dloos b IKI 4NVI lossK N N为传感光纤匝数；V V为常数；I为一次电流； 为光路损耗； b 为调制相位。0I 为光源光电流。为光源光电流。 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 电容分压式电压互感器与电容分压式电压互感器与 常规电容式电压互感器，常规电容式电压互感器， 原理一样，但是取消了分原理一样，但是取消了分 压后的二次小互感器，使压后的二次小互感器，使 得互感器的暂态特性更理得互感器的暂态特性更理 想。想。 5）、）、 电容分压式电压互感器（有源）电容分压式电压互感器（有源）

37、11 2 11 = C U U CC 当线路短路或断路的故障出现的时候，当线路短路或断路的故障出现的时候， 储存在分压电容中的能量可以通过并储存在分压电容中的能量可以通过并 联在低压侧分压电容上的小电阻联在低压侧分压电容上的小电阻R R快速快速 释放，从而对线路上的电压变化实现释放，从而对线路上的电压变化实现 快速响应跟踪测量。快速响应跟踪测量。 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 6）、有源与无源互感器的比较）、有源与无源互感器的比较 比较项目比较项目罗氏线圈罗氏线圈 低功率电低功率电 流互感器流互感器 法拉第磁光法拉第磁光 效应效应 赛格奈克效应赛格奈克效应 频率响应频率响应

38、良好良好良好良好良好良好良好良好 长期稳定性长期稳定性优优优优尚需现场验证尚需现场验证 尚需现场验证尚需现场验证 电磁干扰电磁干扰易受干扰易受干扰不易受干扰不易受干扰 不受干扰不受干扰不受干扰不受干扰 是否有源是否有源有源有源有源有源无源无源无源无源 非周期分量非周期分量不可以测量不可以测量 可以测量可以测量可以测量可以测量可以测量可以测量 光路结构光路结构无无无无复杂复杂复杂复杂 温度干扰温度干扰小小很小很小大大较小较小 振动干扰振动干扰较小较小很小很小影响小影响小较小较小 运行经验运行经验相对较长相对较长相对较长相对较长短短较短较短 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 7）、

39、有源电子式互感器的供电方式）、有源电子式互感器的供电方式 功电方式功电方式供电原理供电原理主要缺点主要缺点 CT供电供电 利用特殊利用特殊CT从母线上感应电压，从母线上感应电压， 经整流、滤波、稳压后供电经整流、滤波、稳压后供电 散热（大电流）散热（大电流） 死区（小电流）死区（小电流） 电容分压供电电容分压供电 利用电容分压，经整流、滤波、稳利用电容分压，经整流、滤波、稳 压后供电压后供电 电气隔离电气隔离 激光供电激光供电 低压侧通过光纤传输光能，由光电低压侧通过光纤传输光能，由光电 池将光能专为电能（最大功率池将光能专为电能（最大功率1W） 能量有限能量有限/ 成本成本/寿命寿命 组合供

40、电组合供电 CT供能（或电容分压供电）供能（或电容分压供电） +激光供电激光供电 供能系统复杂供能系统复杂 切换问题切换问题 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 8）、）、 互感器的连接互感器的连接 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 3.23.2 合并单元合并单元 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 1 1）定义：用以对来自二次转换器的电流和或电压数据进）定义：用以对来自二次转换器的电流和或电压数据进 行时间相干组合的物理单元。合并单元可以是现场互感器的行时间相干组合的物理单元。合并单元可以是现场互感器的 一个组件，或可能是一个独立单元。一个组件，或

41、可能是一个独立单元。 主要功能：多路电流、电压信号的采集与处理、信号同步、主要功能：多路电流、电压信号的采集与处理、信号同步、 报文处理和发送。报文处理和发送。 2 2）合并单元输入信号模式：）合并单元输入信号模式： 直接从电子互感器接收点对点接受采集器的信号，规程直接从电子互感器接收点对点接受采集器的信号，规程 要求采用要求采用FT3FT3格式。格式。 从另一个合并单元转接来需要与本合并单元合并的信号，从另一个合并单元转接来需要与本合并单元合并的信号， 一般采用采用一般采用采用FT3FT3格式。格式。 直接从电子互感器接收模拟小信号。直接从电子互感器接收模拟小信号。 接收常规电流电压互感器模

42、拟量信号，由合并单元完接收常规电流电压互感器模拟量信号，由合并单元完 成转换建模。成转换建模。 从从GOOSEGOOSE端口上一级接收送来的状态信号。端口上一级接收送来的状态信号。 3 3）接线方式）接线方式 合并单元合并单元 MU ECT EVT 其他其他MU Ia，Ib，Ic，Io（保护）（保护） Ia，Ib，Ic（测量）（测量） Ua，Ub，Uc，Uo 母线电压母线电压 IEC 60044-8-FT3 IEC 61850-9-2 保护保护 测控测控 计量计量 录波录波 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 NO.External IED NameExternal Data R

43、eferenceExternal Data Description 1ML2211: 220线路合并单元MU/TVTR1$MX$Vol$instMag.i9-2数据额定延时 2ML2211: 220线路合并单元MU/TCTR1$MX$Amp$instMag.iA相保护电流1_9_2 3ML2211: 220线路合并单元MU/TCTR1$MX$Amp$instMag.iA相保护电流1_9_2 4ML2211: 220线路合并单元MU/TCTR2$MX$Amp$instMag.iB相保护电流1_9_2 5ML2211: 220线路合并单元MU/TCTR2$MX$Amp$instMag.iB相保护电

44、流1_9_2 6ML2211: 220线路合并单元MU/TCTR3$MX$Amp$instMag.iC相保护电流1_9_2 7ML2211: 220线路合并单元MU/TCTR3$MX$Amp$instMag.iC相保护电流1_9_2 8ML2211: 220线路合并单元MU/TVTR2$MX$Vol$instMag.iA相测量电压1_9_2 9ML2211: 220线路合并单元MU/TVTR2$MX$Vol$instMag.iA相测量电压1_9_2 10ML2211: 220线路合并单元MU/TVTR3$MX$Vol$instMag.iB相测量电压1_9_2 11ML2211: 220线路合并

45、单元MU/TVTR3$MX$Vol$instMag.iB相测量电压1_9_2 12ML2211: 220线路合并单元MU/TVTR4$MX$Vol$instMag.iC相测量电压1_9_2 13ML2211: 220线路合并单元MU/TVTR4$MX$Vol$instMag.iC相测量电压1_9_2 14ML2211: 220线路合并单元MU/TVTR5$MX$Vol$instMag.i同期电压_9_2 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 4 4）合并单元输出数据集排列方式：哪一个通道是什么内容好像）合并单元输出数据集排列方式：哪一个通道是什么内容好像 没有严格规定，一般第一个通

46、道排列通道延时。没有严格规定，一般第一个通道排列通道延时。 1）各采样通道及）各采样通道及MU之间的信号同步之间的信号同步 电力系统的绝大多数参数都是时间的函数，各信号之间电力系统的绝大多数参数都是时间的函数，各信号之间 失去同步将无法工作。失去同步将无法工作。 同步方法：同步方法： 守时：独立的时钟保持时间精确的能力 时钟同步：时钟同步：多个时钟之间保持一致的能力 数据同步数据同步：采样数据是在同一个时间点上采得的 需要时钟同步的设备及对策需要时钟同步的设备及对策 合并单元对同一间隔采集器各相电流、电压的同步： 通过合并单元内部时钟实现。 不同间隔合并单元之间的同步：需要外部时钟同步 （IR

47、IG-B或IEEE1588）。 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 不同间隔电流电压合并时的同步：如某间隔的电流需要 同母线电压间隔的合并单元合并，需要在电流合并单元 内将电压合并单元来的电压进行校正，使之本合并单元 的电流同步。 跨间隔保护（母线差动和变压器差动）：跨间隔的保护 应具备对来自不同间隔合并单元电流电压的校正能力。 上述两种来自不同间隔的校正方法，应基本相同，都应 该是通过SV数据集中所带的通道延时来识别，并加以校 正。 线路电流纵差保护对端为常规保护的情况：本端差动保 护须有与对端校正同步能力，由本端保护完成校正。 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术

48、 2 2）合并单元采样频率）合并单元采样频率 合并单元决定了采样频率，目前使用的一般为8080点点/ / 周波。 合并单元输出的数据以帧为单位，每帧数据可以包含 一个或多个采样点。 相同的采样频率下，每帧数据包含的采样点数越多 CPU的接收负担越轻，但丢失一帧报文造成的影响越 大。常见的有1点/帧、5点/帧。 采样部分标准要求每帧之间抖动精度为10s。 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 X1 X2 ) 3( ) 32)(31( )2)(1( ) 2( ) 23)(21( )3)(1( ) 1( ) 13)(12( )3)(2( )(tx tttt tttt tx tttt tt

49、tt tx tttt tttt tx 3）插值同步方法工作原理 由于利用时钟同步完成各电流电 压信号之间的同步，对时钟源的 要求太高，一旦失步将引起保护 误动或拒动，这是不允许的，因 此保护多采用了插值同步技术。 方法为：利用邻近的三个采样点 值近似计算插值，公式如下。 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 由公式可以看出，离待计算插值较近点X12影响较大；离 待计算插值较远点X11影响较小。 假定采样频率为每周波80 点，采样间隔为250s，对每 一个插值采样点，取相邻两个点及前一个参与重采样计算。 假定T1时刻使起始时刻，T110 微秒，则T12250 微秒， T13500 微

50、秒，由于x(t1) 、x(t2)、x(t3)是信号源送 来的采样信号，已知。就可以计算出需要的插值采样值， 由于插 值计算是在保护或合并单元完成的，其同步性由 算法决定。 插值再采样的采用条件插值再采样的采用条件 要求采样值等间隔传输，否则插值算法会导致信号畸变。 为保证采样值等间隔传输，最好采用点对点传输或简化网 络传输，减少网络不确定延迟误差。 3）插值同步方法工作原理）插值同步方法工作原理 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 时标同步时标同步(B(B码或秒脉冲、时钟源同步码或秒脉冲、时钟源同步IEEE1588)IEEE1588) 工作机制：合并单元同步采样，输出采样数据打时

51、标，间隔层设 备根据采样数据的时标同步不同合并单元的采样值。 优点：优点：允许报文的发送、传输和接收处理延时在03ms范围内抖 动，可用网络传输。 缺点：缺点：合并单元依赖同步时钟工作，存在故障集中。 对策对策1 1：合并单元具备一定的守时能力，跟踪时间+跟踪频率。 对策对策2 2：防误动，合并单元校验对时的正确性。 对策对策3 3：防拒动，（保护+合并单元+对时系统）双重化。 对策对策4 4：采样值同步标志无效时，间隔层设备仍能实现部分不要 求采样同步的功能。 4）信号同步方式比较）信号同步方式比较 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 插值再采样同步插值再采样同步 工作机制：间

52、隔层设备用报文接收时刻推算采样时刻，插值生成 同步采样数据 优点：优点：简单、可靠，不依赖对时 缺点：缺点：要求报文的发送、传输和接收处理的延时抖动不超过10us 一次被测值发生到其采样值报文开始传输的延时稳定 报文传输延时稳定，不能通过交换机 间隔层设备应能精确记录采样值接收时间。 通信规约通信规约 IEC60044-8的FT3互操作性差，实现相对容易 9-2互操作性好，需用FPGA直接收发以太网报文。 4 4）信号同步方式比较）信号同步方式比较 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 3.3 智能终端智能终端 1 1）定义：）定义： 智能终端一种智能组件。与智能终端一种智能组件。

53、与 一次设备采用电缆连接，一次设备采用电缆连接， 与保护、与保护、 测控等二次设备测控等二次设备 采用光纤连接，采用光纤连接， 实现对一实现对一 次设备（如：断路器、次设备（如：断路器、 刀刀 闸、闸、 主变压器等）的测量、主变压器等）的测量、 控制等功能。控制等功能。 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 2) 2) 智能终端应具备以下功能：智能终端应具备以下功能： a a） 接收保护跳合闸命令、接收保护跳合闸命令、 测控的手合测控的手合/ /手分断路器手分断路器 命令及隔离刀闸、命令及隔离刀闸、 地刀等地刀等 GOOSE GOOSE 命令；命令； b b）输入断路器位置、）输入

54、断路器位置、 隔离刀闸及地刀位置、隔离刀闸及地刀位置、 断路器断路器 本体信号（含压力低闭锁重合闸等）；本体信号（含压力低闭锁重合闸等）； c c）跳合闸自保持功能；控制回路断线监视、）跳合闸自保持功能；控制回路断线监视、 跳合闸跳合闸 压力监视与闭锁功能等；压力监视与闭锁功能等； 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 3 3）工程设计虚拟压板的概念）工程设计虚拟压板的概念 三、数字化变电站关键技术三、数字化变电站关键技术 智能变电站概况智能变电站概况 培培 训训 内内 容容 IEC 61850标准简介标准简介 以太网传输技术以太网传输技术 现阶段智能变电站四种模式现阶段智能变电站

55、四种模式 智能变电站关键技术智能变电站关键技术 智能变电站基本结构及关键技术智能变电站基本结构及关键技术 目前国内数字化站主要有以下三种种组网方式目前国内数字化站主要有以下三种种组网方式 1）点对点组网方案）点对点组网方案 继电保护装置继电保护装置 SV (点对点点对点) MMS A网（星型）网（星型） MMS B网（星型）网（星型） 时钟同步，时钟同步，1微秒微秒 （IRIG-B或或IEEE 1588） 1m GOOSE (点对点点对点) GOOSE A网（星型）网（星型） GOOSE B网（星型）网（星型） 1n 采样值采样值重要开关量重要开关量 次重要开关量次重要开关量 MMS 报文报文

56、 4.1 数字化变电站以太网组网方式数字化变电站以太网组网方式 四、以太网传输技术四、以太网传输技术 点对点组网方案：保护双配置点对点组网方案：保护双配置GOOSE组网示意图组网示意图 四、以太网传输技术四、以太网传输技术 2 2）SVSV点对点、点对点、GOOSEGOOSE组网方案组网方案 四、以太网传输技术四、以太网传输技术 SV点对点、点对点、GOOSE组网方案示意图组网方案示意图 四、以太网传输技术四、以太网传输技术 3）SV及及GOOSE组网方案组网方案 四、以太网传输技术四、以太网传输技术 SV及及GOOSE组网方案示意图组网方案示意图 四、以太网传输技术四、以太网传输技术 若采用

57、这两种信号同时传输，以太网交换机解决若采用这两种信号同时传输，以太网交换机解决GOOSEGOOSE信信 号传输的优先问题。有两种解决办法。第一种如下图所示号传输的优先问题。有两种解决办法。第一种如下图所示: : 提供优先级服务提供优先级服务 GOOSE 正常报文缓存区正常报文缓存区 IEC GOOSE快速通道快速通道 以太网交换机以太网交换机 SV和和GOOSE报文的传输报文的传输 4.2 SV4.2 SV和和GOOSEGOOSE报文的实时传输报文的实时传输 四、以太网传输技术四、以太网传输技术 第二种办法第二种办法 合并单元与智能终端集成，SVSV报文和GOOSEGOOSE报文采用 分时报文

58、发送技术，共光纤传输。SVSV报文发送时刻不 受GOOSEGOOSE报文影响，仍支持插值再采样同步。 四、以太网传输技术四、以太网传输技术 智能变电站概况智能变电站概况 培培 训训 内内 容容 IEC 61850标准简介标准简介 以太网传输技术以太网传输技术 现阶段智能变电站四种模式现阶段智能变电站四种模式 智能变电站关键技术智能变电站关键技术 智能变电站基本结构及关键技术智能变电站基本结构及关键技术 模式模式1 1：基于站控层：基于站控层IEC61850IEC61850 五、现阶段智能变电站四种模式五、现阶段智能变电站四种模式 对站控层网络进对站控层网络进 行改造，改成行改造，改成 IEC6

59、1850IEC61850规约。规约。 该模式与传统的变电站自动化系统基本类似。间隔层智 能电子设备IED（保护及自动化装置）仍然安装在间隔 层设备上或集中组屏。 该模式解决了传统变电站中智能设备的互联互通及信息 互操作问题。整个系统的可维护、可扩充性能大为提高。 目前现在有500kV顺义站、黎平变、220kV渡东变、九里 变等都是该模式，在国内应用较多。 模式模式1 1：基于站控层：基于站控层IEC61850IEC61850 五、现阶段智能变电站四种模式五、现阶段智能变电站四种模式 模式模式2 2：基于传统互感器及过程层信息交换：基于传统互感器及过程层信息交换 五、现阶段智能变电站四种模式五、现阶段智能变电站四种模式 再对过程层设备再对过程层设备 进行改造，增加进行改造，增加 满足满足IEC61850IEC61850规规 约合并单元、智约合并单元、智 能终端。能终端。 对站控层网络进对站控层网络进 行改造，改成行改造，改成 IEC61850IEC61850规约。规约。 模式模式2 2：基于传统互感器及过程层信息交换：基于传统互感器及过程层信息交换 该模式不仅在站控层信息交换采用了该模式不仅在站控层信息交换采用了IEC61850IEC6