智能变电站的保护与调试新

1、智能变电站保护原理与调试秦会昌国网烟台供电公司内容提要智能变电站基本概念及特点61850标准简单介绍过程层设备原理及配置智能变电站的组网方式智能变电站继电保护智能变电站继电保护调试常用测试仪器及相关配置工具基本概念智能：人性化什么是智能变电站依托：数字化站先进技术：传感、信息、通信、人工智能目标：信息化、自动化、互动化智能变电站概念智能变电站是以数字变电站为依托，通过采用先进的传感、信息、通信、控制、人工智能等技术，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，实现变电站的信息化、自动化、互动化。智能变电站的特征智能断路器、电子式互感器等AA采集、传输、处理、输出IEC61850

2、统一标准、统一建模互联、互通、互动一次设备智能化B自诊断、自治愈E坚强可靠的变得电得站D高级应用自动化、互动化C信息共享标准化全站信息网络化、数字化智能变电站的网络要素智能变电站网络硬件智能变电站网络配置文件出厂智能设备的ICD文件；全站智能设备的SCD文件；运行智能设备的CID文件；ICD文件是由设备制造商提供的IED功能描述文件，设计单位根据 设备制造商提供的ICD文件，完成变电站设计，变电站系统集成商将全 站ICD文件和设计图纸，进行组态配置生成全站配置SCD文件，并将SCD文件返还给每一个设备制造商，设备制造商用自己的SCD工具生 成描述IED配置的CID文件，并提取下装到具体装置中，

3、最终完成智能 变电站的系统配置。智能变电站发展趋势半数字全数字智能半数字以前现在将来智能站与传统站比较IED独立划分，独立运行，信息难以共享1设备之间不具备互操作性、互换性国电南自网络1032北京四方网络103系统的可扩展性差3南瑞继保网络103系统可靠性受二次电缆影响许继电气网络103传统站的不足？ 智能站的优势？4南瑞科技网络103深圳南瑞网络1037结论智能变电站是智能电网的基础，变电站的发展方向现阶段智能变电站内容电子式互感器智能一次设备一次设备智能化过程层、间隔层、站控层二次设备网络化信息模型标准化IEC61850标准智能变电站的结构mms请说出两者的区别内容提要智能变电站基本概念及

4、特点61850标准简单介绍过程层设备原理及配置智能变电站的组网方式智能变电站继电保护智能变电站继电保护调试常用测试仪器及相关配置工具什么是IEC61850最为完善的变电站通信网络和系统协议标准主要解决的问题u 网络通信u 变电站内信息共享和互操作u 变电站的集成与工程实施为什么要用61850一个世界、一种技术、一个标准统一标准、统一模型、互联开放IEC61850带来的好处1、开放式的系统联接2、选择设备或系统时不依赖厂家3、以经济最优化选择可靠的设对用户是未来电力系统信息化系统的最佳平台1、市场范围更大2、低开发、调试和维护成本3、更有效的工程实现对厂家IEC61850 标准间隔与间隔之间的通

5、信变 电 站 组态语言系统构建使用TCP-IP的标准通信IEC 61850采用Comtrade 格式的故障录波基于以太网的标准定义保护和控制功能通过SNTP 时间同步IEC61850的服务和协议栈模型对象服务通用变电站对象GOOSE特定通讯服务映射(SCSM)MMSTCPIP以太链路层带优先级的以太物理层Client /Server通讯模拟量采样值(SMV)实时性要求变电站抽象通口远方控制 (NCC)技术服务7变电站层91,61,6833间隔/单元层22远方保护远方保护4,54,5过程层高压设备过程接口执行元件传感器保护控制.控制保护.功能. B功能. A变电站抽象通间隔层装置与变电站监口1.

6、控系统之间交换和状态数据MMS（保护动作信号）间隔层装置与远方保护交换数据私有规约，未来发展也可用以太网方式借用GOOSE或SMV（光差数据）间隔内装置间交换数据GOOSE（开入） 过程层与间隔层交换采样数据SMV过程层与间隔层交换控制 和 状 态 数 据 GOOSE（开入，开出）远方控制 (NCC)技术服务7变电站层2.91,6 1,6833间隔/单元层22远方保护远方保护3.4,54,5过程层4.高压设备5.执行元件传感器过程接口保护控制.控制保护.功能. B功能. A变电站抽象通口技术服务6.间隔层装置与变电站监控系统之间交换控制数据MMS（遥控）监控层与保护主站通信MMS间隔间交换快速

7、数据GOOSE（联闭锁）变电站层间交换数据MMS变电站与控制中心交换数据不在标准范围，也有用户希望采用61850远方控制 (NCC)7变电站层91,61,67.33间隔/单元层8.22远方保护远方保护4,54,59.过程层10.高压设备过程接口执行元件传感器保护控制.控制保护.8功能. B功能. ASMV、GOOSE、MMS请说出PCS保护采样、跳闸、信号上送的整个过程？内容提要智能变电站基本概念及特点61850标准简单介绍过程层设备原理及配置智能变电站的组网方式智能变电站继电保护智能变电站继电保护调试常用测试仪器及相关配置工具电子式互感器配置方案配置方案：1. 配置原则是保证一套系统出问题不

8、会导致保护误动，也不会导致保护拒动2. 电子式互感器的远端模块和合并单元需冗余配置3. 远端模块中电流需要冗余采样4.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或保护小室原则一套出问题保护没事不拒动不误动方案冗余配置双远端模块双A/D双MU电子式互感器的配置传感元件传感元件传感元件传感元件高压侧高压侧低压侧低压侧调理AD电路AD电路AD电路AD电路转换器转换器MU1MU2图1 罗氏线圈电子互感器 ECT示意图图2 纯光学电子互感器（ OCT/OVT）示意图26MU2MU1CPU2CPU1AD电路AD电路AD电路AD电路电路2调理电路1调理电路2调理电路1电

9、子式互感器与二次设备的接口合并单元：信号合并、数据同步、分配信号、供电IEC6004-8 IEC61850-9-2各个厂家的私有协议FT3PSMU 602合并器照片PSMU 602合并器照片采样分相输入采样双路输出采样传输的几种典型模式IED电缆 模式1IEDMU-A/IOP-A电缆光缆 模式2IEDMU-A/IOP-A光缆电缆 模式3IEDMU-D/IOP-D光缆光缆 模式4IED光缆 模式5 智能化电器光缆（OCTOCTSW）电缆（EPTECTSW）电缆（PTCTSW）电缆（PTCTSW）SMV网的几种典型方案典型方案一：10kV不变，其他就地数字化 OCTECVTMU过程层变化较大GOO

10、SE 主变保护间隔层有变化站控层变化不大110KV及以下变电站特点：10KV部分不变，主变110KV线路过程层信息共享优点： ECT优点全站光纤化 SCADA10KV保护线路保护MUIOPMUIOPHMUIOPM MUIOPLOCTECVTSMV网的几种典型方案典型方案二：所有设备就地数字化 OCTECVTMU过程层变化较大GOOSE间隔层有变化站控层变化不大110KV及以下变电站特点：过程层信息共享优点： ECT优点全站光纤化全部MU过程层数据共享 SCADA10KV保护线路保护主变保护MUIOPMUIOPMUIOPHMUIOPM MUIOPLOCTECVTOCTECVTSMV网的几种典型方

11、案典型方案三：智能化电器过程层间隔层合并处理，变化较大站控层变化不大IEC61850 SCADA超高压变电站特点：基本不改变原有的系统结构优点：ECT优点全站光纤化全部MU过程层数据共享智能化电器3智能化电器2智能化电器1智能操作箱的原理一种智能组件。与一次设备采用电缆连接，与保护、测控等二次设备采用光纤连接，实现对一次设备（如：断路器、刀闸、主变压器等）的测量、控制等功能。智能操作箱原理接收保护和测控的GOOSE命令，保护跳闸、重合闸硬压板1控制操作手合、手跳硬接点2相应闭锁、监视、保持功能3传统操作箱？智能操作箱原理采集开关位置、闸刀及地刀位置1信号开关内部信号，主变本体非电量保护就地化2

12、传统操作箱？用软件合成保护和测控所需要信号，并通过GOOSE上送。3配置方案220kV及以上电压等级数字化变电站的智能终端按断路器双重化独立配置，即配置两套独立的智能终端，分别为第一套智能终端和第二套智能终端。GOOSE采用双网方式组网。1110kV及以下电压等级数字化变电站智能终端按断路器单重化配置。GOOSE采用单网组网。2内容提要智能变电站基本概念及特点61850标准简单介绍过程层设备原理及配置智能变电站的组网方式智能变电站继电保护智能变电站继电保护安装调试常用测试仪器及相关配置工具数字化变电站网络结构I站控层设备100M/10M交换以太网站控层网络.间隔层设备间隔层设备间隔1间隔层设备

13、间隔2间隔层设备间隔N母差等跨间隔的间隔层设备100M交换以太网100M交换以太网100M交换以太网100M交换以太网过程层网络各种连线颜色示例：蓝色线：双绞线以太网.开关间隔1开关间隔2开关间隔N过程层设备黑色线：光纤以太网绿色线：光纤（FT3协议）采用光纤点对点与过程总线相结合的方式，即交流采样采用光纤点对点，跳合闸等开关量信息采用GOOSE网络方式。该方案对装置的软、硬件要求较低，易于实现。采样层不需要组网，节省投资费用。（降低交换机费用）互感器间隔N互感器间隔2互感器间隔1变电站层设备数字化变电站网络结构II站控层设备站控层网络站控层网络间隔层设备过程层网络：RJ45以太网：点对点光纤

14、（SMV）：点对点光纤（GOOSE）蓝色合并单元智能单元合并单元智能单元过程层设备 绿色间隔保护装置对下采用直采直跳的方式，即采样和跳闸均为点对点方式。该方案可靠性高，但导致光纤数量成倍增加，装置散热的要求提高了， 另外由于每个 光纤口需要独立控制器，对装置硬件要求提高黑色智能单元合并单元跨间隔间隔3间隔2间隔1站控层设备数字化变电站网络结构III站控层设备100M/10M交换以太网站控层网络.间隔层设备100M交换以太网100M交换以太网100M交换以太网100M交换以太网过程层网络各种连线颜色示例：蓝色线：双绞线以太网.黑色线：光纤以太网过程层设备采用完全过程总线方式，即交流采样9-2和G

15、OOSE信息统一组网。该方案对装置的软、硬件要求高，特别是交换机要求高，单网普遍不被接受，因此需要双网独立运行，大大增加变电站的建设成本。开关间隔N互感器间隔N开关间隔2互感器间隔2开关间隔1互感器间隔1母差等跨间隔的间隔层设备间隔层设备间隔N间隔层设备间隔2间隔层设备间隔1变电站层设备国网技术学院智能站配置情况机器人巡视220kVGIS开关+智能汇控柜110kV电压并列ECVT/OCTOCTECVTCTOCT智能站继电保护智能站继电保护与常规保护区别互感器配置A回路简化C保护配置B互感器配置A传统互感器按保护配置独立二次线圈电子式互感器按二次线圈配置保护互感器到合并单元，任意环节出错导致所有

16、保护闭锁，扩大故障范围1带来的不足计量线圈，采样频率和保护相同，需单独设计采样频率2电能质量，完全没有考虑，同样需要单独设计采样频率3保护配置B2、保护装置双重化、分散化、就地化保护配置3、保护相关回路双重化配置直采直跳1、保护测控一体化一次电流线路保护启动失灵 PT 出口压板一次电压 二次电压PTPT开出量电缆出口压板出口压板断路器控制和信号电缆开关场集控室传统变电站开入量电缆小AD继CT转电PT换CPU器输开关量出输入操作箱母差保护失灵跳闸CT二次电流CTCT 至测控、电能表等一次电流 光纤. 交换机 一次电压 IEC60044-8合并器IEC61850-9-1IEC61850-9-2GO

17、OSE出口压板GOOSE断路器 智能单元集控室开关场智能变电站保护就地化、分散化操作回路CPU分压器ADCPULED分压器ADCPULED分压器ADCPULEDCPU电流线圈ADCPULED电流线圈ADCPULED电流线圈ADCPULED母差保护线路保护争论点对点组网网络双重化+保测一体化=测控双重化？下行遥控执行选择如何实现？问题1：双数据源的可靠性、选择性?问题2：回路简化CGOOSE虚端子代替回路小结1、保护应直接采样，直接跳闸。2、保护装置应不依赖于外部对时系统实现其保护功能。(插值同步）3、保护装置宜独立分散、就地安装。4、双重化配置的两个过程层网络应遵循完全独立 的原则。5、110

18、kV及以上电压等级的过程层SV网络、过程层GOOSE网络、站控层MMS网络应完全独立。6、母线保护、变压器保护可采用分布式保护。7、电子式互感器双AD采样；智能变电站继电保护的技术特点数据同步数字采样异常的处理检修压板的功能应用GOOSE开入的处理数据同步2.1.3.4.母线差动母线差动保护从多个间隔获取数据存在同步线路纵差线路纵差保护线路两端数据采样也存在同步主变差动变压器差动保护、从不同电压等级的多个间隔获取数据存在同步问题间隔本身三相电流、电压采样 必须同步数据同步 插值同步 外部时钟同步 线路两侧同步插值同步常规站对时同步智能站对时同步线路两侧同步NMCBCBTAECVTMUIM A、

19、B、CIM A、B、C单模光纤通道PCS-931PCS-931IN A、B、CIN A、B、C线路一侧是常规互感器，另一侧是电子式互感器CMPUU模拟输入(1836)传统采样模式CMPUUECT输入数字化采样模式两种类型互感器将造成两侧延时不同，导致两侧保护的数据毫秒级的不同步，这对差动保护的同步影响巨大。CC前置板交换机合并器AD前置低通滤波AC交流插件解决方案t1 t2 t3 智能变电站侧传统变电站侧t1 t2 t3 方案一、在数字化侧实时计算延时(相对于传统采样多出 的延时时间)，通过光纤通道传递到传统侧进行延时处理。方案二、在数字化侧保证延时在一个门槛值M，在传统侧进 行固定延时M的处

20、理。T额定数字采样异常的处理异常处理1、电压按照PT断线处理SV通讯中断采样失步2、电流闭锁所有保护，并告警数据无效检修状态与本侧检修状态不一致时闭锁所有保护第 82 页检修压板的功能应用检修压板MU和保护检修压板投入不一致后，瞬时闭锁所有保护，电流和电压，异常标志处理方式不变MU和保护检修压板都投入时，保护装置电流电压和错误标按照正常逻辑处理，相关不上送母线保护当投入检修压板时，不处理检修不一致。GOOSE开入的处理若GOOSE断链无论保护处于运行或者检修， 发运行异常，开入记忆失效 前状态智能变电站继电保护的输入输出发生了变化，没有对保护原理产生影响，但是影响了保护的运行检修方式。小结内容

21、提要智能变电站基本概念及特点61850标准简单介绍过程层设备原理及配置智能变电站的组网方式智能变电站继电保护智能变电站继电保护调试常用测试仪器及相关配置工具智能变电站保护调试保护调试策略保护调试的方法检修压板的功能应用GOOSE开入的处理测试系统保护调试策略数字化继电保护测试仪发送SV与订阅、发布GOOSE报文12电子互感器校验仪报文分析仪 ，实时抓捕网络报文3测试工具的变化4网络测试仪可以对交换机进行性能测试93保护调试策略光纤检查、光功率及裕度测试1保护调试内容的变化合并单元、智能操作单元等装置的准确性快速性和同步性，CT极性、大电流2虚端子连接，测试的内容和要求均由传统的硬接点测试转为软

22、触电的测试。3传统调试？保护逻辑的调试，和常规站一样4保护调试方法1、装置调试(PSC931)2、安全措施（检修或消缺）检修压板，光纤、GOOSE软压板母差检修压板SCD文件、虚端子图、过程层GOOSE配置表、全站网络结构图、交换机端口连接图、数字测试仪、报文分析仪、光功率计、装置调试3、调试、整组传1、资料、仪器仪动、报告表准备安全措施1测试仪和保护装置接线2光纤检查、光功率和裕度测试3校验步骤4装置调试及整组试验97安全措施投退软硬压板、插拔光纤检修压板的作用检修状态压板、母差装置的间隔、合并单元检修压板。 装置的检修状态压板可以控制装置GOOSE报文中的检修状态位，投入检修状态压板后装置

23、发出的GOOSE报文均为检修态报文。对于处于 检修状态的装置可以接收检修状态GOOSE报文，对于运行状态（未投入检修状态压板）的设备不处理检修状态GOOSE报文停电作业的安全措施投入母差保护与本间隔对应的合并单元检修压板，保证母线保护装置不处理本间隔合并单元的采样数据。 投入本间隔线路保护检修压板， 投入本间隔智能操作箱检修压板，保证本间隔的GOOSE报文不对运行的母线保护造成影响。停电作业的安全措施本间隔检修压板智能操作箱检修压板合并单元检修压板母差保护检修压板消缺不停电的安全措施1、单独检修本间隔保护装置时，本间隔的合并单元和智能操作箱均 处于运行状态。检修智能操作箱与检修保护装置类似。1

24、、单独检修本间隔保护装置时，本间隔的合并单元和智能操作箱均处于运行状态。检修智能操作箱与检修保护装置类似。消缺不停电的安全措施2、检修线路保护时，先投入线路保护的检修状态压板，保证线路保护的报文不出口，不对母线保护装置造成影响(GOOSE 带品质位）。 保护的采样光纤接口拔出，使用数字式测试设备直接对装置注入采样数据，反馈GOOSE信号可以从相应的GOOSE 测试接口获得。 完成保护测试后恢复装置的采样光纤，装置采样恢复后退出装置的检修 状态压板， 此时装置正式投入运行 。消缺不停电的安全措施恢复安措消缺拔光纤间隔检修压板连接测试装置监控主机MMS网（VLAN）GOOSE网（VLAN）模拟量测

25、试装置PCS931测试装置保护试验项目u 外观检查u 装置通电检查u 采样值输入检查u GOOSE开入开出检查，配合压板试验u 保护元件定值检查u 保护逻辑功能检查u 保护整组试验u 保护传动试验u 保护信号检查，测试保护动作报文正确性保护试验项目u 客户端保护动作录波功能检查u 客户端控制软压板功能检查：“远方修改定值”“远方切换定值区”“远方控制压板”验证GOOSE 出口软压板。u 客户端读取定值及切换定值区功能检查u 客户端遥控软压板功能检查保护试验项目u 检修信号处理功能检查：装置检修状态GOOSE报文检修处理机制：SV报文检修处理机制：保护试验项目u 保护GOOSE/SV中断告警及信

26、号处理功能检查：u 智能终端检修时，保护装置处理功能检查u 合并单元检修时，保护装置处理功能检查u GOOSE、SV断链时，保护装置告警信息检查保护试验项目保护动作性能检查u 保护动作时间检查u 保护整组传动动作时间（智能终端出口）检查u 保护SOE检查，检查保护动作时标准确性u 智能终端GOOSE收发时间检查u 智能终端SOE检查u 主变及母差保护采样同步性检查整组试验整组试验 试验报告内容提要智能变电站基本概念及特点61850标准简单介绍过程层设备原理及配置智能变电站的组网方式智能变电站继电保护智能变电站继电保护安装调试常用测试仪器及相关配置工具SCD配置文件解读工程配置文件IED Cap

27、ability Description装置模板配置文件Substation Configuration Description全站系统配置文件ICD装置模板组态工具SCD系统组态工具SSD系统图组态工具一次系统配置文件System SpecificationDescription装置实例组态工具CID装置配置IED描述文件Configured IED DescriptioIEnC61850装置工程配置过程介绍整个变电站的工程化配置过程就可以下图来描述GOOSE报文解析深入了解GOOSEGOOSE（Generic Object Oriented Substation Event）是通用面向对象的

28、变电站。当系统发生任何状态变化或输出命令时，智能电子设备将借助变化报告， 多播一个高速二进制对象。GOOSE网络可交换以下实时数据：保护装置的跳、合闸命令测控装置的遥控命令保护装置间信息（启动失灵、闭锁重合闸、远跳等）一次设备的遥信信号（开关刀闸位置、压力等）间隔层的联锁信息什么是GOOSE-收发1、为了保证GOOSE服务的实时性和可靠性，GOOSE报文经过编码 后，不经过TCP/IP协议，直接在以太网链路层上传输，并采用特殊的收发机制。2、GOOSE报文发送采用心跳报文和变位报文快速重发相结合的机制。 在GOOSE数据集中的数据没有变化的情况下，发送时间间隔为T0的心跳报文，报文中的状态号（stnum）不变，顺序号（sqnum） 递增。当GOOSE数据集中的数据发生变化情况下，发送一帧变位报文后， 以时间间隔T1，T1，T2，T3进行变位报文快速重发。数据变位后的报文中状态号（stnum）增加，顺序号（sqnum）从零开始。3、GOOSE接收可以根据GOOSE报文中的允许生存时间TATL（Time Allow to Li