智能变电站设计、技术及工程应用

1、智能变电站设计、技术智能变电站设计、技术及工程应用及工程应用国网冀北电力有限公司廊坊供电公司国网冀北电力有限公司廊坊供电公司2013.112013.11一、前言一、前言二、与传统变电站的比较二、与传统变电站的比较三、基本构成三、基本构成四、关键技术和设备四、关键技术和设备五、现阶段三种模式五、现阶段三种模式六、存在的问题六、存在的问题七、下一步工作重点与方向七、下一步工作重点与方向目目 录录一、前言一、前言 作为智能电网的重要组成部分和关键节点，智能变电站的设计和建设应当充分体现“信息化、自动化和互动化”的特点和需求。 智能变电站通过采用先进的传感器、电子、信息、通信、控制、智能分析软件等技术

2、，建立全站所有信息采集、传输、分析、处理的数字化统一应用平台，实现变电站的自动运行控制、设备状态检修、运行状态自适应、智能分析决策等高级应用功能，提高管理和运行维护水平。 主要技术特点l IEC61850(DL/T860)IEC61850(DL/T860)标准实现标准实现“一个世界，一种技术，一种标准一个世界，一种技术，一种标准”为理念的新的信息交换标准的推广。在国内，现有信息交换技术为理念的新的信息交换标准的推广。在国内，现有信息交换技术在变电站自动化领域的种种弊端严重限制了生产管理新技术的提在变电站自动化领域的种种弊端严重限制了生产管理新技术的提高，因此，采用高，因此，采用IEC61850

3、IEC61850实现信息交换标准化成为国内众多电力实现信息交换标准化成为国内众多电力自动化专家的一致共识。自动化专家的一致共识。l 光电子传感技术、计算机数据处理技术、光通信技术、光学材料光电子传感技术、计算机数据处理技术、光通信技术、光学材料技术的发展使得电力系统电压、电流测量采用电子式互感器成为技术的发展使得电力系统电压、电流测量采用电子式互感器成为可能可能 l 在数字化变电站的基础上，智能变电站可以去实现一些更加高级在数字化变电站的基础上，智能变电站可以去实现一些更加高级的需要和应用。的需要和应用。 二、与传统变电站的比较二、与传统变电站的比较二、与传统变电站的比较二、与传统变电站的比较

4、 ECVTECVT合并单元合并单元智能接口单元智能接口单元交换机交换机同步对时系统同步对时系统网络传输方案网络传输方案主要特征一次设备智能化：采用数字输出的电子式互感器、智能开关（或配智能单元的传统开关）等智能一次设备。一次设备和二次设备间用光纤传输数字编码信息的方式交换采样值、状态量、控制命令等信息。二、与传统变电站的比较二、与传统变电站的比较二次设备网络化：二次设备网络化：二次设备间用通信网络交换模拟二次设备间用通信网络交换模拟量、开关量和控制命令等信息，取消常规自动化量、开关量和控制命令等信息，取消常规自动化系统一次设备和二次设备之间的控制电缆，采用系统一次设备和二次设备之间的控制电缆，

5、采用光纤网络直接通信。光纤网络直接通信。数据交换标准化数据交换标准化设备检修状态化设备检修状态化管理运维自动化：管理运维自动化：包括自动故障分析系统、设备健包括自动故障分析系统、设备健康状态监测系统和程序化控制系统等自动化系统康状态监测系统和程序化控制系统等自动化系统，提升自动化水平，减少运行维护的难度和工作，提升自动化水平，减少运行维护的难度和工作量。量。二、与传统变电站的比较二、与传统变电站的比较三、基本构成三、基本构成三、基本构成三、基本构成l变电站层变电站层: :主要包括变电站监控系统、远主要包括变电站监控系统、远动系统、继电保护故障信息系统等，其作动系统、继电保护故障信息系统等，其作

6、用是完成对本站内间隔层设备及一次设备用是完成对本站内间隔层设备及一次设备的控制，并完成与远方控制中心、工程师的控制，并完成与远方控制中心、工程师站及人机界面的通信功能。站及人机界面的通信功能。l 间隔层间隔层: :主要包括变电站的保护、测控、主要包括变电站的保护、测控、计量等二次设备，主要任务是利用本间隔计量等二次设备，主要任务是利用本间隔的数据完成对本间隔设备的监测和保护判的数据完成对本间隔设备的监测和保护判断。断。l过程层过程层: :过程层是一次设备与二次设备的结过程层是一次设备与二次设备的结合面，主要由电子式互感器、合并单元、合面，主要由电子式互感器、合并单元、智能单元等自动化设备构成，

7、主要完成与智能单元等自动化设备构成，主要完成与一次设备相关的功能，如开关量、模拟量一次设备相关的功能，如开关量、模拟量的采集以及控制命令的执行等。的采集以及控制命令的执行等。 智能变电站里最为重要的是过程层网络智能变电站里最为重要的是过程层网络的出现，没有过程层网络就不可能实现智的出现，没有过程层网络就不可能实现智能变电站的高级应用。能变电站的高级应用。三、基本构成三、基本构成三、基本构成三、基本构成 电子式互感器与数字化保护装置、智能化一电子式互感器与数字化保护装置、智能化一次设备等的数据连接主要依靠合并单元（次设备等的数据连接主要依靠合并单元（MUMU）完）完成，合并单元同步采集多路互感器

8、的电压、电流成，合并单元同步采集多路互感器的电压、电流信息并转换成数字信号，经处理发送给二次保护信息并转换成数字信号，经处理发送给二次保护、控制设备。、控制设备。三、基本构成三、基本构成电子式互感器的分类电子式互感器的分类电压互感器电压互感器EVT电流互感器电流互感器ECT低功率线圈低功率线圈LPCTLPCT电容分压型电容分压型电阻电阻/感分压型感分压型电压互感器电压互感器OVT电流互感器电流互感器OCT磁光玻璃型磁光玻璃型全光纤型全光纤型普克尔效应型普克尔效应型逆压电效应型逆压电效应型法拉第磁旋法拉第磁旋.光效应光效应赛格耐克效应赛格耐克效应法拉第电磁感应原理法拉第电磁感应原理电电子子式式互

9、互感感器器罗氏线圈罗氏线圈四、关键技术和设备四、关键技术和设备罗氏线圈电流互感器罗氏线圈电流互感器低功率线圈：低功率线圈：LPCT(含铁芯含铁芯) 是传统电磁式CT的一种发展。LPCT按照高阻抗进行设计。使传统CT在很高的一次电流下出现饱和的基本特性得到了改善，扩大了测量范围。LPCT一般在5%-120%额定电流下线性度较好，适用于测量。空心线圈：空心线圈：RC 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。四、关键技术和设备

10、四、关键技术和设备罗氏线圈电流互感器罗氏线圈电流互感器四、关键技术和设备四、关键技术和设备光学电流互感器光学电流互感器(洛阳新安县洛阳新安县110KV变电站挂网运行变电站挂网运行)四、关键技术和设备四、关键技术和设备电流互感器电流互感器线圈式线圈式磁光玻璃型磁光玻璃型全光纤型全光纤型传感原理传感原理法拉第电磁感应原理法拉第电磁感应原理法拉第磁光效应法拉第磁光效应赛格耐克效应赛格耐克效应高压侧测量元件高压侧测量元件罗氏线圈及低功率线圈罗氏线圈及低功率线圈磁光玻璃磁光玻璃光纤环光纤环性能对比高压侧是否需要供高压侧是否需要供能能需要需要不需要不需要不需要不需要高压侧是否需要屏高压侧是否需要屏蔽蔽需要

11、金属屏蔽需要金属屏蔽不需要不需要不需要不需要敏感头安装适应性敏感头安装适应性弱弱弱弱强强光路结构光路结构简单简单较复杂较复杂较简单较简单光波长影响光波长影响无无大大大大线形双折射（震动线形双折射（震动及应力双折射影响及应力双折射影响）无无大大小小直流量与非周期量直流量与非周期量不可测量不可测量可测量可测量可测量可测量满足测量精度下的满足测量精度下的测量动态范围测量动态范围小小较大较大大大线性度线性度一般一般较较好好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易受干扰不易受干扰温度影响温度影响小小大大大大四、关键技术和设备四、关键技术和设备四、关键技术和设备四、关键技术和设备智能单元智

12、能单元智能单元智能单元智能单元柜四、关键技术和设备四、关键技术和设备交换机交换机四、关键技术和设备四、关键技术和设备-9-1组网方式-9-2组网方式模拟量传输方式9-1(点对点)/9-2组网对比9-2体现了智能变电站的信息共享的思想，代表未来的发展方向。四、关键技术和设备四、关键技术和设备模式模式1：基于站控层：基于站控层IEC61850五、现阶段智能变电站的三种模式五、现阶段智能变电站的三种模式五、现阶段智能变电站的三种模式五、现阶段智能变电站的三种模式l 该系统与传统的变电站自动化系统基本类似。间该系统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隔层智能电子设备IEDIED（保护及

13、自动化装置）仍然（保护及自动化装置）仍然可被安装在间隔层设备上或集中组屏。可被安装在间隔层设备上或集中组屏。l 这种模式的推广是为了解决传统变电站中智能设这种模式的推广是为了解决传统变电站中智能设备的互联互通及信息互操作问题。由于变电站的备的互联互通及信息互操作问题。由于变电站的智能设备的通信及功能被约束在智能设备的通信及功能被约束在IEC61850IEC61850标准范标准范围内，因此，整个系统中的每一个节点的信息传围内，因此，整个系统中的每一个节点的信息传输被标准化，从而使得整个系统的可维护、可扩输被标准化，从而使得整个系统的可维护、可扩充性能大为提高。充性能大为提高。五、现阶段智能变电站

14、的三种模式五、现阶段智能变电站的三种模式模式模式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、现阶段智能变电站的三种模式五、现阶段智能变电站的三种模式l 这种模式不仅在站控层信息交换采用了这种模式不仅在站控层信息交换采用了IEC61850IEC61850，而且增加，而且增加了过程层网络进行过程层信息交换。对于每一个间隔，配置了过程层网络进行过程层信息交换。对于每一个间隔，配置了过程层设备合并单元、智能操作箱，将常规一次设备的信了过程层设备合并单元、智能操作箱，将常规一次设备的信息及操作数字化，与之相关的间隔层智能电子设备息及操作数字化，与之相关的间隔层智能电子设备IED

15、IED（保（保护及自动化装置）则通过光纤以太网与对应间隔的合并单元护及自动化装置）则通过光纤以太网与对应间隔的合并单元、智能操作箱相连接。、智能操作箱相连接。l IEDIED与合并单元、智能操作箱之间既可以点对点的方式互联与合并单元、智能操作箱之间既可以点对点的方式互联，也可以如图所示以网络总线方式相连。，也可以如图所示以网络总线方式相连。l 原来一次设备与原来一次设备与IEDIED之间的传统的大量铜芯电缆被少量的通之间的传统的大量铜芯电缆被少量的通信光缆代替了。同时由于建立了过程层网络，过程层的高速信光缆代替了。同时由于建立了过程层网络，过程层的高速采样数据可以被不同类型的装置共享，从而简化

16、了接线。采样数据可以被不同类型的装置共享，从而简化了接线。五、现阶段智能变电站的三种模式五、现阶段智能变电站的三种模式模式模式3：基于站控层及过程层全信息交换：基于站控层及过程层全信息交换五、现阶段智能变电站的三种模式五、现阶段智能变电站的三种模式l区别于模式区别于模式2 2，该模式采用电子式互感器代，该模式采用电子式互感器代替了传统互感器。替了传统互感器。l由于光电式互感器的性能优势，这种模式由于光电式互感器的性能优势，这种模式是高压及超高压变、特高压电站的发展趋是高压及超高压变、特高压电站的发展趋势。采用的光电式互感器有支柱式、内置势。采用的光电式互感器有支柱式、内置GISGIS等方式。等

17、方式。六、存在的问题六、存在的问题1 1、一次设备智能化、一次设备智能化 目前大多数变电站的一次设备都不具备智能化的接口，一次设备的状态信息和控制信息需要通过控制电缆的硬接线方式传递。而智能变电站用通信手段传递控制信息，必须需要一次设备具备通讯接口，因此，在一次设备不具备条件的情况下，通过二次设备与一次设备的结合来完成对一次设备的智能化改造。目前的智能变电站都是通过智能单元与断路器操作箱接口，智能单元可单独设置在就地端子箱，也可要求断路器厂家组合在机构箱（汇控柜）中。 国内生产厂家尚无产品，因此，我们应通过智能变电站的专题研究，对相关制造厂提出对智能断路器的技术要求，使国内主要电气设备制造厂尽

18、快开发出符合我国国情、经济适用的智能断路器。 六、存在的问题六、存在的问题2 2、电子式互感器、电子式互感器 罗氏线圈型互感器高压区含有电子设备，生产厂家给出使用寿命一般在510年左右，且更换必须停电。 光学互感器具有优异的线性度，且高压区不含电子设备，有较好的抗电磁干扰和较长使用寿命。但光学材料受外界温度影响较大，工程应用较少，运行稳定性有待时间检验。电子式互感器体积较小，相比常规互感器在绝缘和结构体积上有较大的优势，易于和其它一次设备的集成，但是现在工程应用较少 六、存在的问题六、存在的问题3 3、网络结构和交换机、网络结构和交换机 智能变电站的自动化系统组网方案中，尤其是过程层组网，采用

19、的交换机性能较为关键，过程层应用保护GOOSE的网络交换机供应商国内较少，国外的价格较高。 因核心交换机负责连接各间隔交换机以及母差保护，可靠性极为重要，一般应选用进口交换机中的高端产品，而间隔交换机则不一定有此需要，可选择非网管型交换机，以节省投资。六、存在的问题六、存在的问题4 4、电能计量、电能计量 智能变电站中电能计量的问题主要是产品认证问题，需要有关计量管理部门尽快出台针对数字化电度能表的法规和技术标准，以解决依据问题。六、存在的问题六、存在的问题5 5、数字化保护装置接口问题、数字化保护装置接口问题 各类型保护装置的保护原理基本上不变，但因为信号采集方式发生了变化，还是需要做修改和调整（比如闭锁判据、同步方式等）。目前，保护技术难点主要集中在母差保护和保护同步方式上（包括站内同步和站外同步）。对于线路纵差保护的站外同步问题，不同厂家的解决方案也不尽相同。七、下一步工作重点与方向七、下一步工作重点与方向1 1、一次设备智能化、一次设备智能化 促进开关、变压器等一次厂家与二次厂家的技术交流； 以项目为依托，促成开关、变压器等厂家与继保厂家的联合开发。 七、下一步工作重点与方向七、下一步工作重点与方向2 2、电子式互感器、电子式互感器 促进电子式互感器厂家提高产品的稳定性和可靠性； 通过工程实践，引导罗氏线圈型电子式互感器厂家将高压侧采集器经过技术改进后安