数字化变电站介绍

1、1数字化变电站的建设数字化变电站的建设南京南瑞继保电气有限公司南京南瑞继保电气有限公司2数字化变电站概念数字化变电站概念 电力系统的发展日新月异，变电站自动化技术电力系统的发展日新月异，变电站自动化技术已经走过了十几年的历程。已经走过了十几年的历程。 近年来，随着电力系统对电力设备数字化、网近年来，随着电力系统对电力设备数字化、网络化的要求不断提高，随着计算机技术、通讯技络化的要求不断提高，随着计算机技术、通讯技术的不断发展，基于术的不断发展，基于智能化一次设备、网络化二智能化一次设备、网络化二次设备的一二次设备次设备的一二次设备的融合已成为变电站未来发的融合已成为变电站未来发展的大趋势展的大

2、趋势, , 涵盖涵盖站控层、间隔层和过程层站控层、间隔层和过程层领域领域的全新变电站自动化标准的全新变电站自动化标准-IEC61850-IEC61850的出现，都的出现，都促使促使“数字化变电站数字化变电站”逐渐走进了人们的视野。逐渐走进了人们的视野。3数字化变电站概念数字化变电站概念 数字化变电站是由智能化一次设备和网络化二次数字化变电站是由智能化一次设备和网络化二次设备分层构建，建立在设备分层构建，建立在IEC61850IEC61850通信规范基础上，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代化变电站。操作的现代化变电站。

3、 智能化一次设备智能化一次设备: :电子式互感器、智能化开关等电子式互感器、智能化开关等 过程层、间隔层、站控层过程层、间隔层、站控层4与传统变电站的比较与传统变电站的比较5数字化变电站数字化变电站 电子式互感器的实现电子式互感器的实现 智能化开关的实现智能化开关的实现 网络化二次设备及网络化二次设备及IEC61850IEC61850的应用的应用 数字化变电站建设中需要考虑问题数字化变电站建设中需要考虑问题6电子式互感器的定义电子式互感器的定义IEC60044-7/8IEC60044-7/8电子式互感器电子式互感器: :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一种装置，由连接到传

4、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、仪表和继电保护或控制装置。在器、仪表和继电保护或控制装置。在数字接口数字接口的情况下，一组的情况下，一组电子式互感器共用一台合并单元完成此功能。电子式互感器共用一台合并单元完成此功能。电子式电流互感器（电子式电流互感器（ECTECT）一种电子式互感器，在正常使用条件下，其二次转换器的输出一种电子式互感器，在正常使用条件下，其二次转换器的输出实质上正比于一次电流，且相位偏差在联结方向正确时为已知实质上正比于一次电流，且相位偏差在联结方向正确时为已知相位

5、角相位角 电子式电压互感器电子式电压互感器(EVT)(EVT)一种电子式互感器，在正常使用条件下，其二次电压实质上正一种电子式互感器，在正常使用条件下，其二次电压实质上正比于一次电压，且相位差在联结方向正确时接近于零。比于一次电压，且相位差在联结方向正确时接近于零。 7(1)(1)高低压完全隔离，绝缘简单，安全性高；没有因漏油而潜在的易燃、高低压完全隔离，绝缘简单，安全性高；没有因漏油而潜在的易燃、易爆等危险。易爆等危险。(2)(2)不存在磁饱和、铁磁谐振等问题。不存在磁饱和、铁磁谐振等问题。(3)(3)频率响应宽，动态范围大，精度高，可同时满足测量和继电保护的频率响应宽，动态范围大，精度高，

6、可同时满足测量和继电保护的需要。需要。 (4)(4)体积小，重量轻，节约占地面积；无污染，无噪声，具有优越的环体积小，重量轻，节约占地面积；无污染，无噪声，具有优越的环保性能。保性能。(5)CT(5)CT二次输出可以开路。二次输出可以开路。PTPT二次输出可以短路。二次输出可以短路。(6)(6)数字信号分享更为容易，带负载能力强。数字信号分享更为容易，带负载能力强。(7)(7)成本与电压等级的关系不大。因此电压等级越高，经济性越明显。成本与电压等级的关系不大。因此电压等级越高，经济性越明显。(8)(8)方便地实现电压电流组合式。方便地实现电压电流组合式。(9)(9)适应电力系统数字化、智能化和

7、网络化的需要。适应电力系统数字化、智能化和网络化的需要。 电子式互感器的主要优势电子式互感器的主要优势8电子式互感器的构成电子式互感器的构成 电子式互感器通常由电子式互感器通常由传感模块传感模块和和合并单元合并单元两部分构成，传感模块又称远端模块两部分构成，传感模块又称远端模块, ,安装在安装在高压一次侧，负责采集、调理一次侧电压电流高压一次侧，负责采集、调理一次侧电压电流并转换成数字信号。并转换成数字信号。 合并单元安装在二次侧，负责对各相远端合并单元安装在二次侧，负责对各相远端模块传来的信号做同步合并处理。模块传来的信号做同步合并处理。( (涉及具体安装组屏方式与现场施工问题涉及具体安装组

8、屏方式与现场施工问题) )9电子式互感器的基本结构电子式互感器的基本结构 一次电流传感器P2P1MR IVMR EFS1S2一次转换器二次电源传输系统二次转换器供合并单元用二次转换器模拟量电压出一次电源10合并单元的基本结构合并单元的基本结构 数字量输出合并单元时钟输入ECTa（测量）的SC电源需要时的合并单元电源ECTb（测量）的SCECTc（测量）的SCECTa（保护）的SCECTb（保护）的SCECTc（保护）的SC中性点ECT的SCEVTa的SCEVTb的SCEVTc的SC中性点EVT的SC母线 EVT的SC11电子式互感器的分类电子式互感器的分类 按一次传感部分是否需要供电划分按一次

9、传感部分是否需要供电划分 有源式电子互感器有源式电子互感器 无源式电子互感器无源式电子互感器( (纯光学互感器纯光学互感器) )12电子式互感器的分类电子式互感器的分类 按结构及应用场合划分按结构及应用场合划分- -GISGIS电子互感器电子互感器13电子式互感器的分类电子式互感器的分类 按结构及应用场合划分按结构及应用场合划分- -独立式电子互感器独立式电子互感器14电子式互感器的分类电子式互感器的分类 按结构及应用场合划分按结构及应用场合划分- -直流用电子式互感器直流用电子式互感器15电子式互感器的分类电子式互感器的分类 按结构及应用场合划分按结构及应用场合划分- -低压用电子式互感器低

10、压用电子式互感器(Sensor)(Sensor)16电子式互感器应用情况电子式互感器应用情况合并单元合并单元线路保护线路保护17 有源电子式互感器有源电子式互感器 利用电磁感应等原理感应被测信号利用电磁感应等原理感应被测信号 CTCT：空心线圈：空心线圈(RC)(RC)；低功率线圈；低功率线圈(LPCT)(LPCT) PTPT：分压原理：分压原理 电容、电感、电阻电容、电感、电阻 传感头部分具有需用电源的电子电路传感头部分具有需用电源的电子电路 利用光纤传输数字信号利用光纤传输数字信号电子式互感器的原理电子式互感器的原理18 有源电子式互感器有源电子式互感器 有源式有源式GISGIS电子式互感

11、器的远端模块的工作电电子式互感器的远端模块的工作电源由源由GISGIS汇控柜内的汇控柜内的DC220VDC220V（或（或DC110VDC110V）提供，）提供，简单方便；简单方便； 有源式有源式AISAIS独立式电子式互感器远端模块的供独立式电子式互感器远端模块的供电方式目前有两种：由合并单元内的激光器或电方式目前有两种：由合并单元内的激光器或高压电流取能线圈提供，当一次电流小于某一高压电流取能线圈提供，当一次电流小于某一电流值时远端模块的工作电源由激光器提供，电流值时远端模块的工作电源由激光器提供，当一次电流大于某一电流值时远端模块的工作当一次电流大于某一电流值时远端模块的工作电源由高压电

12、流取能线圈提供，两种供电方式电源由高压电流取能线圈提供，两种供电方式需实现无缝切换。需实现无缝切换。 电子式互感器的原理电子式互感器的原理19电流互感器利用空芯线圈及低功率线圈传感被测一次电流。低功电流互感器利用空芯线圈及低功率线圈传感被测一次电流。低功率线圈（率线圈（LPCTLPCT）的工作原理与常规）的工作原理与常规CTCT的原理相同，只是的原理相同，只是LPCTLPCT的输的输出功率要求很小，因此其铁芯截面就较小。空芯线圈是一种密绕出功率要求很小，因此其铁芯截面就较小。空芯线圈是一种密绕于非磁性骨架上的螺线管，如图所示。空芯线圈不含铁芯，具有于非磁性骨架上的螺线管，如图所示。空芯线圈不含

13、铁芯，具有很好的线性度。很好的线性度。空芯线圈的输出信号空芯线圈的输出信号e e与被测电流与被测电流i i有如下关系：有如下关系： 电子式电流互感器原理电子式电流互感器原理dtdinsdtdte0)(20电压互感器利用电容分压器测量电压。为提高电压测量的精度，改善电压测量的暂态特性，在电容分压器的输出端并一精密小电阻。电容分压器的输出信号U0 与被测电压Ui有如下关系：式中C1为高压电容，C2为低压电容。利用电子电路对电压传感器的输出信号进行积分变换便可求得被测电压。电子式电压互感器原理电子式电压互感器原理dtdinsdtdte0)(21 有别于常规互感器的主要参数有别于常规互感器的主要参数2

14、21 1、远端传感模块的稳定性和可靠性（安置在室、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）外时温度、电磁干扰等）2 2、绕制在陶瓷骨架上的空芯线圈结构的稳定性、绕制在陶瓷骨架上的空芯线圈结构的稳定性对测量精度的影响。对测量精度的影响。3 3、对独立结构的有源式电子互感器的远端模块、对独立结构的有源式电子互感器的远端模块取电技术。取电技术。4 4、与保护的通讯配合、与保护的通讯配合有源电子式互感器的关键技术有源电子式互感器的关键技术23 与有源式电子互感器相比，无源式电子互感与有源式电子互感器相比，无源式电子互感器的传感模块利用光学原理，由纯光学器件器的传感模块利用光学原理，

15、由纯光学器件构成，不含有电子电路，其有着有源式无法构成，不含有电子电路，其有着有源式无法比拟的电磁兼容性能比拟的电磁兼容性能 利用光纤传输传感信号利用光纤传输传感信号 传感头部分不需电子电路及其电源传感头部分不需电子电路及其电源 独立安装的互感器的理想解决方案独立安装的互感器的理想解决方案 FaradayFaraday磁光效应（电流互感器）磁光效应（电流互感器） PockelsPockels电光效应（电压互感器）电光效应（电压互感器）无源电子式互感器无源电子式互感器24无源电子式互感器的分类无源电子式互感器的分类磁光玻璃式 优点：技术难度较小，原理简单 缺点：1、系统由分立元件组成，结构复杂，

16、抗振动能力差 2、光学元件间用光学胶粘接，长期运行稳定性差 3、采用的分立光学元件加工困难，一致性难以保证FOCT 优点：1、无分立元件，全光纤结构简单，抗振动能力强 2、光纤熔接后连接可靠，长期稳定性好 3、所有光学器件基于光纤制作，工艺成熟，一致性好 缺点：技术难度大，原理复杂，25无源电子式互感器的分类无源电子式互感器的分类26无源电子式互感器结构无源电子式互感器结构27无源电子式互感器无源电子式互感器28 关键技术难点关键技术难点 光学传感材料的选择光学传感材料的选择 传感头的组装技术传感头的组装技术 微弱信号检测微弱信号检测 温度对精度的影响温度对精度的影响 振动对精度的影响振动对精

17、度的影响 长期稳定性长期稳定性无源电子式互感器的技术难点无源电子式互感器的技术难点29无源电子式互感器的应用无源电子式互感器的应用30电压等级越高电子式互感器优势越明显电压等级越高电子式互感器优势越明显中低电压等级使用电子式互感器意义不大中低电压等级使用电子式互感器意义不大电子式互感器与常规互感器的比较电子式互感器与常规互感器的比较比较项目比较项目常规互感器常规互感器电子式互感器电子式互感器绝缘绝缘复杂复杂绝缘简单绝缘简单体积及重量体积及重量大、重大、重体积小、重量轻体积小、重量轻CTCT动态范围动态范围范围小、有磁饱和范围小、有磁饱和范围宽、无磁饱和范围宽、无磁饱和PTPT谐振谐振易产生铁磁

18、谐振易产生铁磁谐振PTPT无谐振现象无谐振现象CTCT二次输出二次输出不能开路不能开路可以开路可以开路输出形式输出形式模拟量输出模拟量输出数字量输出数字量输出31电子式互感器远端模块的配置电子式互感器远端模块的配置32电子式互感器与合并单元接口电子式互感器与合并单元接口33 应用电子式互感器需要面对的几个问题应用电子式互感器需要面对的几个问题 电子式互感器的配置方案电子式互感器的配置方案 同步采样问题同步采样问题 采样数据传送标准的选择采样数据传送标准的选择 低电压等级的解决方案低电压等级的解决方案电子式互感器配置电子式互感器配置34 配置方案配置方案 配置原则是保证一套系统出问题不会导致保护

19、配置原则是保证一套系统出问题不会导致保护误动，也不会导致保护拒动误动，也不会导致保护拒动 电子式互感器的远端模块和合并单元需要电子式互感器的远端模块和合并单元需要冗余冗余配置配置 远端模块中电流需要冗余采样远端模块中电流需要冗余采样 合并单元冗余配置并分别连接冗余的电子式互合并单元冗余配置并分别连接冗余的电子式互感器远端模块，合并单元可以安装在开关附近感器远端模块，合并单元可以安装在开关附近或保护小室或保护小室电子式互感器配置电子式互感器配置35 220kV220kV双母线方式双母线方式2 236 同步采样问题同步采样问题 常规互感器与电子式互感器会并存，如电压、常规互感器与电子式互感器会并存

20、，如电压、电流之间，变压器不同的电压等级之间电流之间，变压器不同的电压等级之间 同一个间隔的三相电流、电压采样必须同步同一个间隔的三相电流、电压采样必须同步 变压器差动保护从不同电压等级的多个间隔获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步问题取数据存在同步问题 母线差动保护从多个间隔获取数据也存在同步母线差动保护从多个间隔获取数据也存在同步 线路纵差保护线路两端数据采样也存在同步线路纵差保护线路两端数据采样也存在同步合并单元数据同步合并单元数据同步37 解决同步采样的两种方案解决同步采样的两种方案 基于基于GPSGPS秒脉冲同步的同步采样秒脉冲同步的同步采样 同步方法简单同步方法

21、简单 秒脉冲丢失时存在危险秒脉冲丢失时存在危险 二次设备通过再采样技术二次设备通过再采样技术( (插值算法插值算法) )实现同步实现同步 采样率要求高采样率要求高 硬件软件要求高，实现难度较大硬件软件要求高，实现难度较大 不依赖于不依赖于GPSGPS和秒脉冲传输系统和秒脉冲传输系统合并单元数据同步合并单元数据同步38 合并单元的作用是将互感器传递过来的电流电压值合并单元的作用是将互感器传递过来的电流电压值进行合并同步处理之后按照一定的传输标准将采样进行合并同步处理之后按照一定的传输标准将采样值传送给保护测控装置，目前传输标准有值传送给保护测控装置，目前传输标准有IEC60044-8IEC600

22、44-8、IEC61850-9-1IEC61850-9-1、IEC61850-9-2IEC61850-9-2，这三，这三种标准各有优缺点：种标准各有优缺点： 合并单元数据分发合并单元数据分发39 采样数据传送标准（采样数据传送标准（1 1） IEC60044-8IEC60044-8：点对点光纤串行数据接口：点对点光纤串行数据接口 IEC60044-8IEC60044-8属于电子互感器标准，其传输方式为点对点属于电子互感器标准，其传输方式为点对点串行通讯，优点时收发实时性高，传输时延短，而且时延串行通讯，优点时收发实时性高，传输时延短，而且时延是确定的，可以采用再采样技术实现同步采样，从而使得是

23、确定的，可以采用再采样技术实现同步采样，从而使得实现差动保护时，各侧同步可以完全不依赖于外部时钟实现差动保护时，各侧同步可以完全不依赖于外部时钟源，硬件和软件实现简单，适合保护要求。缺点是光纤链源，硬件和软件实现简单，适合保护要求。缺点是光纤链路复杂。路复杂。 合并单元数据分发合并单元数据分发40 采样数据传送标准（采样数据传送标准（2 2） IEC61850-9-1/2IEC61850-9-1/2：网络数据接口：网络数据接口 IEC61850-9-1IEC61850-9-1和和IEC61850-9-2IEC61850-9-2基于网络数据接口的传输基于网络数据接口的传输方式，优点是数据共享方便

24、，易于实现互操作，缺点时网方式，优点是数据共享方便，易于实现互操作，缺点时网络数据流量大，且基于网络收发机制，实时性受到限制，络数据流量大，且基于网络收发机制，实时性受到限制，传输延时不确定（传输延时不确定（400us-3ms400us-3ms），无法准确采用再采样技），无法准确采用再采样技术，实现同步必须依赖于外部时钟源；硬件软件比较通术，实现同步必须依赖于外部时钟源；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，不利于母差、变压器等保同间隔间数据到达时间不确定，不利于母差、变压器等保护的数据处理

25、，比较适合测控、电能仪表一类设备。护的数据处理，比较适合测控、电能仪表一类设备。合并单元数据分发合并单元数据分发41 IEC61850-9-1 IEC61850-9-1 和和 IEC61850-9-2IEC61850-9-2两者均规定了用于间隔两者均规定了用于间隔层和过程层之间通信的特定通信服务映射，层和过程层之间通信的特定通信服务映射， 其中其中IEC61850-9-1 IEC61850-9-1 特定通信服务映射（特定通信服务映射（SCSMSCSM）通过单向多路）通过单向多路点对点串行通信链路来传输采样值，点对点串行通信链路来传输采样值，IEC61850-9-2 IEC61850-9-2 特

26、定特定通信服务映射通过通信服务映射通过 IS0/IEC8802-3,IS0/IEC8802-3,两者的主要差别在于两者的主要差别在于IEC61850-9-1 IEC61850-9-1 通过独立的链路来单向传输采样值，采样通过独立的链路来单向传输采样值，采样值的报文不会发生碰撞等不确定因素，而值的报文不会发生碰撞等不确定因素，而IEC61850-9-2 IEC61850-9-2 中所规范的过程总线已是网络的概念，它能更加彻底地中所规范的过程总线已是网络的概念，它能更加彻底地实施变电站过程总线的数字化，实施变电站过程总线的数字化， 它要求将它要求将 MU MU 装置及数装置及数字化测控、保护装置包

27、含于同一个交换式以太网上，这字化测控、保护装置包含于同一个交换式以太网上，这就对网络交换机及就对网络交换机及MUMU装置及数字化测控、保护装置的网装置及数字化测控、保护装置的网络性能提出了很高的要求。络性能提出了很高的要求。 IEC61850-9-2IEC61850-9-2是未来的发展趋势，若将交流采样与是未来的发展趋势，若将交流采样与GOOSEGOOSE信息统一组网，实现了间隔层和过程层之间完全组网连信息统一组网，实现了间隔层和过程层之间完全组网连接，从结构上将更加合理，是数字化变电站发展的方向。接，从结构上将更加合理，是数字化变电站发展的方向。合并单元数据分发合并单元数据分发42低压互感器

28、的输出为小信号低压互感器的输出为小信号( (保护保护150-225MV150-225MV、测量、测量4V4V、电压、电压3.253.256.5V)6.5V)小信号的主要问题：小信号的主要问题：1 1、带负载能力弱，长距离传输影响精度，电磁、带负载能力弱，长距离传输影响精度，电磁兼容问题。兼容问题。2 2、不易分享、不易分享低压电子式互感器的配置低压电子式互感器的配置431 1、全数字化，采用独立的简易合并单元、全数字化，采用独立的简易合并单元低压电子式互感器的配置低压电子式互感器的配置442 2、采用电流电压组合式、采用电流电压组合式优点：解决了母线优点：解决了母线PTPT的共享问题的共享问题

29、缺点：体积较大，局放问题缺点：体积较大，局放问题3 3、母线、母线PTPT采用常规，并不增加电缆。采用常规，并不增加电缆。4 4、采用合并单元和保护合一装置，柜外设备从、采用合并单元和保护合一装置，柜外设备从保护装置出数字量。（不推荐）保护装置出数字量。（不推荐）低压电子式互感器的配置低压电子式互感器的配置45智能化开关设备智能化开关设备 智能开关设备的定义智能开关设备的定义 IEC62063:1999IEC62063:1999具有较高性能的开关设备和控制具有较高性能的开关设备和控制设备，配有电子设备、传感器和执行器，不仅设备，配有电子设备、传感器和执行器，不仅具有开关设备的基本功能，还具有附

30、加功能，具有开关设备的基本功能，还具有附加功能，尤其在监测和诊断方面尤其在监测和诊断方面 在线监视功能在线监视功能 智能控制功能智能控制功能 数字化的接口数字化的接口 电子操动电子操动46智能化开关设备智能化开关设备 在线监视功能在线监视功能 电、磁、温度、开关机械、机构动作电、磁、温度、开关机械、机构动作 状态检修状态检修 状态监测状态监测 状态评估状态评估 检修计划检修计划 监测系统的成本、可信度、可靠性监测系统的成本、可信度、可靠性47智能化开关设备智能化开关设备 智能控制功能智能控制功能 最佳开断最佳开断 选相位合闸选相位合闸 选相位分闸选相位分闸 顺序控制顺序控制48智能化开关设备智

31、能化开关设备 数字化的接口数字化的接口 位置信息位置信息 其它状态信息其它状态信息 分合闸命令分合闸命令 开关的电子操动开关的电子操动 变机械储能为电容储能变机械储能为电容储能 变机械传动为变频器通过电机直接驱动变机械传动为变频器通过电机直接驱动 机械运动部件减少到一个，可靠性提高机械运动部件减少到一个，可靠性提高 电子电路的寿命、可靠性成为关键电子电路的寿命、可靠性成为关键49智能化开关设备智能化开关设备 实施方案实施方案 利用现有的成熟的二次技术，结合传统开关设备，利用现有的成熟的二次技术，结合传统开关设备，提升智能化水平提升智能化水平 智能化智能化GISGIS控制柜控制柜+GOOSE+G

32、OOSE网络网络 ( (室内室内GIS)GIS) 智能化智能化GISGIS控制柜保护下放模式控制柜保护下放模式 ( (室内室内GIS)GIS) 智能终端智能终端+GOOSE+GOOSE网络网络 (AIS)(AIS) 智能终端智能终端+GOOSE+GOOSE网络网络 ( (室外室外GIS)GIS)50智能化智能化GISGIS汇控柜汇控柜 51基于保护及智能控制柜的变电站基本结构基于保护及智能控制柜的变电站基本结构52智能控制柜方案的优势智能控制柜方案的优势1、节约了电缆等设备投资以及相应的施工投资； 数字化变电站建设的一个主要现实目标是为了减少变电站内控制电缆的数量，一方面由于原材料的涨价，电缆

33、成本越来越高，一方面，光缆电磁兼容性能远好于电缆，能显著提高变电站内信号传输的可靠性。另外，变模拟信号为数字信号能大大增加传输的带宽和信息量。2、节约了保护小室及主控室等的占地面积和投资； 应用智能化GIS控制柜使得保护控制下放成为可能，从而能够显著减少保护小室和主控室的占地面积，这对一些需要尽量减少变电站土地的城市变电站和地下变电站来说有明显的效益。53智能控制柜方案的优势智能控制柜方案的优势3、GIS智能控制柜优化了二次回路和结构； 原来由于一次和二次的专业细分，使得原传统汇控柜内的许多功能与保护控制二次中的功能相重复，例如防跳、压力闭锁、三相不一致等等。基于一二次整合的GIS智能控制柜能

34、够有效地取消和简化冗余回路，提高了整个二次回路的可靠性。4、智能控制装置提供了系统的交互性；引入智能控制装置以后，友好的中文液晶人机界面以及丰富的自检和就地操作报告功能，使得运行维护人员无论在就地还是远方都能及时了解GIS的运行情况。54智能控制柜方案的优势智能控制柜方案的优势5、联调在出厂前完成，现场调试工作量减少； 传统方案中，一次设备和二次设备的电缆连接和调试只能到现场后完成，调试周期比较长，新方案中一二次设备联调在厂内完成，到现场后调试工作量极小。能够显著地缩短投运周期。6、一次二次联合设计，减轻了设计院的负担； 原来一次和二次设备分别有双方厂家分别出图，中间的电缆信号连接由设计院完成

35、，应用一二次结合的新方案后，由两个厂家联合出图并对图纸的正确性负责。55智能控制柜方案的优势智能控制柜方案的优势7、基于通讯和组态软件的联锁功能比传统硬接点联锁方便； 智能控制装置能够采集到间隔内所有刀闸位置，且间隔间也有光缆连接，所以可以方便地实现基于软件和通讯的联锁，能显著减少机构辅助接点数量，提高系统的可靠性。8、缩小了与互感器的电气距离，减轻了互感器的负载； 新方案下互感器与保护控制设备的电气距离大大缩短，使得互感器的容量选择更为容易，也为小功率互感器（LPCT）的应用创造了条件。56 能够在不改变开关现有条件下实现一次能够在不改变开关现有条件下实现一次设备和间隔级设备的数据通信设备和

36、间隔级设备的数据通信 GOOSEGOOSE方式方式 智能终端扮演的角色智能终端扮演的角色也能解决保护间的屏间连线也能解决保护间的屏间连线针对不同应用场合，成对使用或单独使用针对不同应用场合，成对使用或单独使用可靠性、实时性可靠性、实时性智能终端及操作箱智能终端及操作箱57 过程层采用过程层采用GOOSEGOOSE网络开关量输入、输出跳闸网络开关量输入、输出跳闸方式；户外就地安装智能终端，将智能终端方式；户外就地安装智能终端，将智能终端和设备户外端子箱整合为一体的户外智能终和设备户外端子箱整合为一体的户外智能终端柜；通过智能终端实现一次开关设备的就端柜；通过智能终端实现一次开关设备的就地智能化。

37、地智能化。 智能终端智能终端PCSPCS222222，该智能终端经过了严酷，该智能终端经过了严酷的高低温和的高低温和EMCEMC试验，可以在户外恶劣的环境试验，可以在户外恶劣的环境中运行。我公司的智能终端目前已经在国内中运行。我公司的智能终端目前已经在国内南方的广东中山三乡南方的广东中山三乡220KV220KV数字化站（高温、数字化站（高温、高湿度）和北方的黑龙江哈尔滨延寿高湿度）和北方的黑龙江哈尔滨延寿220KV220KV数数字化站（低温）成功投运。字化站（低温）成功投运。智能终端及操作箱智能终端及操作箱58智能终端及操作箱智能终端及操作箱 哈尔滨延寿变户外运行的智能终端及智能就地柜 59P

38、CS-222PCS-222智能终端是连接一次开关设备和二次保护、测控装置的智能终端是连接一次开关设备和二次保护、测控装置的智能化设备，其作用是采集一次开关设备的状态通过智能化设备，其作用是采集一次开关设备的状态通过GOOSEGOOSE网络网络传输至保护和测控装置，同时通过传输至保护和测控装置，同时通过GOOSEGOOSE网络接收保护和测控装网络接收保护和测控装置的命令对一次开关设备进行操作，如下图所示的原理图：置的命令对一次开关设备进行操作，如下图所示的原理图：智能终端及操作箱智能终端及操作箱主CPU开出开入GOOSEPCS-222人机交互通信光缆断路器刀闸电缆电缆动作命令采集数据GOOSE保

39、护测控装置60智能终端智能终端PCSPCS222222的功能包括：的功能包括：（1 1）断路器操作功能）断路器操作功能接收保护分相跳闸、三跳和重合闸接收保护分相跳闸、三跳和重合闸GOOSEGOOSE命令，对断路器实施跳合闸命令，对断路器实施跳合闸支持手分、手合硬接点输入支持手分、手合硬接点输入具有分相或三相的跳合闸回路具有分相或三相的跳合闸回路具有跳合闸电流保持功能具有跳合闸电流保持功能具有跳合闸回路监视功能具有跳合闸回路监视功能具有跳合闸压力监视与闭锁功能具有跳合闸压力监视与闭锁功能具有断路器防跳功能具有断路器防跳功能（2 2）开入、开出功能）开入、开出功能接收测控遥控分合及联锁接收测控遥控

40、分合及联锁GOOSEGOOSE命令，完成对断路器和刀闸的分合操作命令，完成对断路器和刀闸的分合操作就地采集断路器、隔刀和地刀位置以及断路器本体的开关量信号就地采集断路器、隔刀和地刀位置以及断路器本体的开关量信号具有保护、测控所需的各种闭锁和状态信号的合成功能具有保护、测控所需的各种闭锁和状态信号的合成功能通过通过GOOSEGOOSE网络将各种开关量信息送给保护和测控装置网络将各种开关量信息送给保护和测控装置（3 3）其他功能）其他功能针对主变本体间隔的变送器输入、档位控制等等针对主变本体间隔的变送器输入、档位控制等等智能终端及操作箱智能终端及操作箱61 采用智能终端模式对于二次设备部分的采用智

41、能终端模式对于二次设备部分的配置习惯影响比较小，二次设备室内的配置习惯影响比较小，二次设备室内的屏位不会有所减少。屏位不会有所减少。 采用智能汇控模式，可以考虑将二次设采用智能汇控模式，可以考虑将二次设备分散下放至各电压等级的备分散下放至各电压等级的GISGIS小室内，小室内，一方面减小二次小室面积，一方面可以一方面减小二次小室面积，一方面可以考虑采用常规电缆（小室内部短距离连考虑采用常规电缆（小室内部短距离连接）。对于常规变电站也有很大意义。接）。对于常规变电站也有很大意义。智能终端及智能汇控的应用智能终端及智能汇控的应用62GOOSEGOOSE，即，即Generic Object Orie

42、nted Substation EventGeneric Object Oriented Substation Event（通用（通用面向对象的变电站事件），是面向对象的变电站事件），是IEC61850IEC61850的特色之一的特色之一, ,提供了网络提供了网络通讯条件下快速信息传输和交换的手段。通讯条件下快速信息传输和交换的手段。当发生任何状态变化时，智能电子装置将借助变化报告，高速当发生任何状态变化时，智能电子装置将借助变化报告，高速传送二进制对象、通用面向对象变电站事件报告，该报告一般传送二进制对象、通用面向对象变电站事件报告，该报告一般包含有：状态输入、起动和输出元件、继电器等实际和

43、虚拟的包含有：状态输入、起动和输出元件、继电器等实际和虚拟的每一个双点命令状态。每一个双点命令状态。在第一次报告后，该报告一般以间隔在第一次报告后，该报告一般以间隔2 2，4 4，860,000ms860,000ms顺序顺序重发。（第一重发延时不固定，可长可短）。重发。（第一重发延时不固定，可长可短）。GOOSEGOOSE报告允许高报告允许高速传输跳闸信号，具有高传输成功概率。速传输跳闸信号，具有高传输成功概率。GOOSEGOOSE服务直接映射到网络数据链路层上，确保重要信息的优先服务直接映射到网络数据链路层上，确保重要信息的优先级传递，使用广播地址进行信息的多路发送。级传递，使用广播地址进行

44、信息的多路发送。 GOOSEGOOSE63GOOSEGOOSE报文的发送和接收分别由报文的发送和接收分别由publisherpublisher和和subscribersubscriber来执行。来执行。对于对于publisherpublisher，GOOSEGOOSE报文的发送并不是按固定时间间隔来发送的，在没有事件发生时，报文的发送并不是按固定时间间隔来发送的，在没有事件发生时，GOOSEGOOSE报文的发报文的发送间隔相对比较长，按固定时间间隔来进行，但是在发生事件时，数据发生了变化，发送时间间隔就会设送间隔相对比较长，按固定时间间隔来进行，但是在发生事件时，数据发生了变化，发送时间间隔就

45、会设置为最小，在此阶段，发送时间间隔会逐渐增大，直到事件状态稳定，置为最小，在此阶段，发送时间间隔会逐渐增大，直到事件状态稳定，GOOSEGOOSE报文的发送又变为固定长时报文的发送又变为固定长时间间隔。该过程如下图所示：间间隔。该过程如下图所示：GOOSEGOOSET0(T0)T1 T1T2T3T0传传输输时时间间事事件件T0:稳定条件(长时间无事件)下重传(T0):稳定条件下的重传可能被事件缩短T1:事件发生后,最短的传输时间T2, T3:直到获得稳定条件的重传时间64 网络结构比较和选择网络结构比较和选择65网络结构比较和选择网络结构比较和选择总线型总线型 总线型网络结构中各交换机通过级

46、联构成网络总线，各间隔设备平均分布在总线型网络结构中各交换机通过级联构成网络总线，各间隔设备平均分布在各交换机上，如下图：各交换机上，如下图：66网络结构比较和选择网络结构比较和选择优点：优点： -网络简单，易于布线；扩展容易。网络简单，易于布线；扩展容易。 缺点：缺点： 传输速度慢，从总线一侧到另一侧需要经传输速度慢，从总线一侧到另一侧需要经过多级交换机，影响传输速度，网络效率过多级交换机，影响传输速度，网络效率和传输性能不高；维护、隔离比较困难，和传输性能不高；维护、隔离比较困难，任一光纤（网线）或交换机故障可能导致任一光纤（网线）或交换机故障可能导致多个间隔智能设备与公用智能设备断开。多

47、个间隔智能设备与公用智能设备断开。67网络结构比较和选择网络结构比较和选择星型星型 星型拓扑结构也称星型拓扑结构也称“集中式拓扑结构集中式拓扑结构”，是因交换机连接的各连接节，是因交换机连接的各连接节点点呈星状分布而得名。因为在这种结构的网络中有中央节点（公共交换呈星状分布而得名。因为在这种结构的网络中有中央节点（公共交换机），其他节点（接二次设备交换机）都与中央节点直接相连，这种结机），其他节点（接二次设备交换机）都与中央节点直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此它又之称为集中式网络。如下图：构以中央节点为中心，因此它又之称为集中式网络。如下图： 68网络结构比较和选择网络结构比较和选择6

48、9网络结构比较和选择网络结构比较和选择 优点： 网络简单，易于布线；扩展容易；便于维护，任何一台间隔交换机故障，都可以方便隔离，不影响其它间隔；公用交换机故障，仅影响公用智能电子设备，不影响间隔智能电子设备。传输速度快，从任一设备到另一设备至多经过三台交换机；报文延时固定；从结构上没有广播风暴的风险。 缺点： 公共交换机负担较大，检修时将影响公用智能电子设备；交换机数量较多，成本一般相对较高。70网络结构比较和选择网络结构比较和选择环型环型环型拓扑结构由各交换机之间连接成闭环，如下图：环型拓扑结构由各交换机之间连接成闭环，如下图：71网络结构比较和选择网络结构比较和选择 优点：优点： 网络冗余

49、度好，网线或光纤故障时采用用网络冗余度好，网线或光纤故障时采用用RSTPRSTP自动重新自动重新组态，不影响交换机及设备运行。交换机数量较少，成组态，不影响交换机及设备运行。交换机数量较少，成本一般相对较低。本一般相对较低。 缺点：缺点： 网络结构较复杂，网络协议复杂，从结构上存在广播风网络结构较复杂，网络协议复杂，从结构上存在广播风暴的风险，需采用暴的风险，需采用RSTPRSTP（快速生成树协议）保证网络的（快速生成树协议）保证网络的可靠运行；扩展困难，增加交换机设备时，需要将网络可靠运行；扩展困难，增加交换机设备时，需要将网络打开重新组环；维护、隔离比较困难，任一交换机检修，打开重新组环；

50、维护、隔离比较困难，任一交换机检修，网络变为总线结构，任何交换机故障将导致大面积故障。网络变为总线结构，任何交换机故障将导致大面积故障。报文延时不固定；环型网使用公有协议时自愈之间可能报文延时不固定；环型网使用公有协议时自愈之间可能达到数百毫秒，将影响保护功能；环网使用私有协议时达到数百毫秒，将影响保护功能；环网使用私有协议时自愈时间减少到数十毫秒，但不同厂家交换机不能组网；自愈时间减少到数十毫秒，但不同厂家交换机不能组网；72网络结构比较和选择网络结构比较和选择 三种网络结构中，总线结构网络可靠性及传输速三种网络结构中，总线结构网络可靠性及传输速度最差，不适合作为度最差，不适合作为GOOSE

51、GOOSE网络实施方案，仅适网络实施方案，仅适用于对实时性和可靠性要求不高的控制系统；星用于对实时性和可靠性要求不高的控制系统；星型结构和环形结构从可靠性上满足变电站型结构和环形结构从可靠性上满足变电站GOOSEGOOSE网络的要求，均可作为实施方案。网络的要求，均可作为实施方案。 星型结构与环型结构技术对比星型结构与环型结构技术对比 从前面的分析可看出，星型结构在运行维护、传从前面的分析可看出，星型结构在运行维护、传输时间及可靠性等多方面优于环型结构，宜采用输时间及可靠性等多方面优于环型结构，宜采用星型结构构建变电站的星型结构构建变电站的GOOSEGOOSE网络。网络。 73网络结构比较和选

52、择网络结构比较和选择 星型结构的选择星型结构的选择 1 1、按间隔配置或者按电压等级配置、按间隔配置或者按电压等级配置 2 2、低压侧、低压侧(10-35KV)(10-35KV)的考虑的考虑 3 3、单网和双网的考虑、单网和双网的考虑74网络结构比较和选择网络结构比较和选择 考虑到GOOSE网络中交换的信息量，为保证信息交换的实时性和装置GOOSE插件处理能力的要求，GOOSE的网络结构一般按照电压等级配置，即不同的电压等级配置不同的GOOSE网络。 本站为了满足可靠性，本站智能终端的配置：1）主变各侧（750kV、330kV、66kV）智能终端按双重化配置； 2）750KV和330kV断路器

53、间隔智能终端按双重化配置，PT间隔按单重化配置； 3）66kV线路、电容器、所变、母联等间隔智能终端可按照单重化配置； 4）GOOSE采用双口GOOSE网络结构:75网络结构比较和选择网络结构比较和选择 双口双网GOOSE结构 76网络结构比较和选择网络结构比较和选择 采用双口双网GOOSE结构，即所有的保护测控装置和智能单元均提供两个GOOSE以太网光纤接口，同时接入到两个相互独立的以太网中，交换机或网络连线故障只会影响其中一个网络，保护功能及GOOSE交换信息不会受影响，且具有比较好的信息共享能力，如方便交换闭锁重合闸等信息。推荐使用该模式。77 智能终端及智能终端及GOOSEGOOSE交

54、换机交换机78常见的配置方案 从目前的工程需求来说，数字化变电站主要有以下情况： 1GIS机构： 智能汇控柜方案：通过智能汇控装置PCS-9821+操作箱CZX/CJX，完成一次GIS的智能化。智能汇控装置PCS-9821与GIS机构间电缆连接，实现对GIS机构的控制及信号采集。PCS-9821直可以上监控网络，通过监控网络直接上送信号。同时后台调度也通过监控网下发命令至PCS-9821，由PCS-9821实现机构控制。 2敞开式开关机构： 智能终端方案：就地安装智能终端PCS-222，就地采集当地信号，通过GOOSE网接至主控室测控上送遥信信号。主控室保护测控通过GOOSE网接至就地智能终端

55、实现对开关的控制。需要注意的是智能终端与合并单元本身不上监控网路，所以必须配置一定的测控装置以完成数据的采集控制。 79常见的配置方案 从电流电压的输入方式来说，根据现场需求有以下几种情况： 电流电压采用电子式互感器。 高压部分采用电子式互感器：电子式互感器+远端模块+合并单元的模式 就地低压设备采用低功率线圈：低功率线圈+就地采集装置的模式 电流电压采用电子式互感器和常规互感器混合方式 部分变电站数字化改造时往往会要求，高压部分采用电子式互感器，而低压部分采用常规互感器，以减小改造工作量。这时候部分跨间隔的设备，比如说主变保护就面临同时接入电子式互感器和常规互感器。目前来说解决的方法是，通过

56、专用的合并单元，将常规的互感器信号转为数字光信号接至保护装置。80常见的配置方案 从输入输出及控制方式来说，根据现场需求有以下几种情况： 常规电缆方式 按常规方式电缆接线，配置间隔测控，与常规变电站相同的配置。通过常规的测控装置采集现场硬接点信号，通过接点控制机构操作。 GOOSE网光缆方式 就地的控制及信号采用GOOSE网方式传递。81常见的配置方案智能汇控柜方案针对GIS机构 保护配合采用电缆方式适用于：保护装置GIS室就地安装82常见的配置方案智能汇控柜方案针对GIS机构 保护配合采用光缆GOOSE网络方式适用于：保护装置GIS室集中组屏安装83常见的配置方案智能终端方案针对敞开式开关适

57、用于：110kV电压等级单GOOSE网84常见的配置方案智能终端方案针对敞开式开关适用于：220kV电压等级双GOOSE网85常见的配置方案低压开关柜方案一86常见的配置方案低压开关柜方案二87选相合闸技术的概念选相合闸技术的概念 断路器选相分合闸技术断路器选相分合闸技术(Controlled Swithing(Controlled Swithing，简称简称CS) CS) 是指通过一定的手段使断路器动、静触是指通过一定的手段使断路器动、静触头在系统电压波形的指定相角处分合，使得空载头在系统电压波形的指定相角处分合，使得空载变压器、电容器组、并联电抗器和空载线路等电变压器、电容器组、并联电抗器

58、和空载线路等电力设备在对自身和系统冲击最小的情况下投切入力设备在对自身和系统冲击最小的情况下投切入电力系统的技术。电力系统的技术。CSCS技术能够大大降低分合闸操技术能够大大降低分合闸操作暂态过程中的过电流和过电压，从而提高了电作暂态过程中的过电流和过电压，从而提高了电力设备的寿命和整个电力系统的稳定性。力设备的寿命和整个电力系统的稳定性。88选相合闸的优势选相合闸的优势在国网公司推动研究特高压交直流输电技术的大背景下，特高压电网中的过在国网公司推动研究特高压交直流输电技术的大背景下，特高压电网中的过电压问题更加凸显出来。目前，系统中的断路器在关合瞬时，系统电压和电电压问题更加凸显出来。目前，

59、系统中的断路器在关合瞬时，系统电压和电流的初相角通常都是随机的和不确定的，在关合空载变压器、电容器组、并流的初相角通常都是随机的和不确定的，在关合空载变压器、电容器组、并联电抗器和空载线路时，常常产生幅值很高的涌流和过电压，这样不仅对系联电抗器和空载线路时，常常产生幅值很高的涌流和过电压，这样不仅对系统中的设备不利，还会影响继电保护的动作行为，减少断路器的电气寿命等。统中的设备不利，还会影响继电保护的动作行为，减少断路器的电气寿命等。断路器选相分合闸装置的应用使得断路器分合闸所造成的涌流和过电压大大断路器选相分合闸装置的应用使得断路器分合闸所造成的涌流和过电压大大降低，有利于整个电网的稳定，从

60、而降低了电力系统的建设和维护费用。降低，有利于整个电网的稳定，从而降低了电力系统的建设和维护费用。断路器选相分合闸装置的应用能够降低分断时断路器触头的电气磨损，减少断路器选相分合闸装置的应用能够降低分断时断路器触头的电气磨损，减少断路器触头重燃的可能性，延长断路器设备的使用寿命和维护周期。另外，断路器触头重燃的可能性，延长断路器设备的使用寿命和维护周期。另外，使得取消断路器分合闸电阻及相关控制设备成为可能，从而能够大大简化断使得取消断路器分合闸电阻及相关控制设备成为可能，从而能够大大简化断路器的内部结构，提高设备可靠性和降低生产成本。路器的内部结构，提高设备可靠性和降低生产成本。对于特高压电网