新一代智能变电站：集成化二次设备技术应用

1StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013新一代智能变电站新一代智能变电站集成化二次设备技术应用集成化二次设备技术应用中国电力科学研究院2014·3月国家电网公司2StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013目录一、二次设备发展历程二、二次设备集成化思路及关键技术三、集成化二次设备研制与应用四、二次设备调试与检测五、未来的发展趋势国家电网公司3StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013二次设备发展历程数字化变电站（2003年~）智能变电站（2009年～2012）综合自动化变电站(1980年～2002年)新一代智能变电站(2013年～)早期的变电站（50年代之前）二次设备采用模拟仪器仪表，就地监控和人工操作，不具备自动化能力RTU、微机自动装置、计算机监控系统等二次设备和系统获得大面积推广应用，满足站内现场总线及以太网应用二次设备适应数字化采样输入，支持IEC61850标准化通信集成化二次设备和一体化业务平台应用……传统变电站（1960年~1979年）机械电磁式、晶体管式、集成电路式二次设备应用数字化二次设备的推广应用，一体化监控系统及一系列高级应用推广第一代第二代第三代国家电网公司4StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013类别第一代50年代及以前第二代60~90年代第三代本世纪初至今RTU阶段综合自动化阶段数字化变电站智能化变电站新一代智能站保护l机电式保护，基本实现一次设备保护功能，调试维护工作量较大保护性能、可靠性、运维便利性不断提高向就地化保护、网络化保护发展l晶体管/集成电路保护应用，保护性能提升，调试维护工作量较大l微机保护应用，保护可靠性较高l基于数字测量值的微机保护应用l微机保护就地化l站域保护试点l站域保护与就地保护协同l基于区域信息的广域保护控制试点应用监控不具备自动化能力具备自动化、网络化能力全站自动化、网络化、标准化程度更高，设备集成化越来越高，逐渐具备智能化、互动化能力l“二遥”或“四遥”l除了监测量四遥，还有计量、PMU等。l脉冲对时或串行对时l远动支持四遥上送l监测量统一建模、统一监测l脉冲对时、SNTP对时l远动能力更强l监测量除了四遥，还有计量、PMU等。l1588网络对时试点l远动支持告警直传、远程浏览l站内数据全景监测。l1588网络对时推广应用l远动功能支持主厂站互动二次设备发展历程国家电网公司5StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013类别第一代50年代及以前第二代60~90年代第三代本世纪初至今RTU阶段综合自动化阶段数字化变电站智能化变电站新一代智能站计量l广泛采用机械感应式电能表l单向计费l精度低、非线性负荷计量误差大l无通信l广泛采用电子式多功能电能表l双向计费，功能简单l精度较高，非线性负荷计量误差较小l具有一定的通讯功能，串口通信l智能电能表逐步推广和应用l双向互动，功能强大l更高精度，各种负荷计量误差更小l强大的通讯功能，以太网通讯l全面支持新能源接入通信l设备之间通过电缆建立联系局部网络化，通信规约较多全站网络化，通信规约统一，通信实时性、可靠性进一步提升l串行通信（RS232/RS422/RS485l大量采用现场总线(CANBus、LonWorks，Profibus等)l小规模采用工业以太网（101/103/104），基于十兆电口方式l通信仅用于站控层l以太网通信逐步推广，主要二次设备采用IEC61850标准通信。基于十兆/百兆电口方式。l站控层、过程层均实现以太网通信l以太网通信大面积推广，IEC61850标准覆盖站内全部二次设备通信。基于百兆电口、光口方式l千兆以太网试点应用，IEC61850标准覆盖站内和站外通信，基于百兆/千兆电口、光口二次设备发展历程国家电网公司6StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013目录一、二次设备发展历程二、二次设备集成化思路及关键技术三、集成化二次设备研制与应用四、二次设备调试与检测五、未来的发展趋势国家电网公司7StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013二次设备集成化思路-需求分析二次设备按面向间隔配置，每个间隔部署保护、测控、PMU、计量、录波等装置，各装置功能相互独立，可靠性高，维护方便。但二次装置硬件配置重复，全站接线复杂，信息共享不充分，缺乏全站系统层的协调和功能优化，整体投资成本较大。随着计算机技术发展及芯片集成化处理能力不断提高，在保障电网安全运行可靠的前提，将现有成熟应用的功能、设备进行集成或整合，符合技术和产业发展需求。国家电网公司8StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013二次设备集成化思路-需求分析二次设备整合和集成是实现上述目标的重要途径！近期目标(2013-2015)占地少、造价省、可靠性高应用特征集成化智能设备＋一体化业务系统新一代智能变电站目标系统高度集成结构布局合理经济节能环保装备先进适用支撑调控一体国家电网公司9StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013二次设备集成化思路-整合方案整合面向间隔、功能独立面向多间隔进行同类功能集成面向单间隔进行不同类的多功能集成分散供货、现场组屏、独立安装整合采用预置舱二次组合设备，工厂化预置，一体化安装、调试和供货国家电网公司10StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013二次设备集成化思路-整合方案•合并单元智能终端集成装置过程层设备集成•多功能测控装置、多合一集成装置•保护测控装置•站域保护控制装置、集中式保护间隔层设备集成•一体化业务平台站控层设备集成预置舱安装就地柜安装国家电网公司11StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013l采用通用一体化硬件平台和插件式功能板件设计，达到“插件易更换，装置易互换”的应用效果l采用模块化的多CPU硬件架构+高速内部总线实现数据交换l统一高效的数据采样、数据处理、数据存贮、数据传输处理关键技术-集成化二次设备硬件平台化技术国家电网公司12StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013l通过装置支撑软件提供接口，将应用功能与硬件平台解耦l选配不同的插件和功能模块组建合适的应用装置l应用功能模块支持可视化编程和配置组态l具有结构清晰、集成度高、扩展性好、适应性强等特点关键技术-二次设备功能模块化和配置组态技术国家电网公司13StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013关键技术-二次设备运行状态采集和监视技术l由自检信息扩展至物理板件、通信端口以及逻辑链路等监测l采用嵌入式采集方式，不额外增加监测设备l为二次设备可视化运维、健康评估和状态检修提供数据支持n系统电源电压nADC基准源n光纤光功率n出口继电器回路n总启动信号n开入电源n机箱内温湿度、CPU温度n对时状态nSV和GOOSE链路通信状态国家电网公司14StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013关键技术-时间同步状态监测技术l闭环时间同步状态管理，监测量包括对时状态测量数据和设备状态自检数据，前者是基于二次设备外部对其进行对时同步侦测，如测得钟差等，后者是二次设备本身快速侦测自身故障，如对时信号状态等l采用SNTP基于乒乓原理问答机制进行时间同步状态监测l以告警直传上送时间同步状态给调度时钟设备被对时设备时间同步状态管理软件对时信号对时信号时间同步状态监测闭环国家电网公司15StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013目录一、二次设备发展历程二、二次设备集成化思路三、集成化二次设备研制与应用四、二次设备调试与检测五、未来的发展趋势国家电网公司16StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013站控层间隔层过程层网络纵向加密认证装置正向和反向安全隔离装置站用时间同步系统监控主机测控继电保护装置站域保护控制装置高压开关设备监测主IED电力变压器监测主IED非关口计量故障录波装置电能质量监测单元I区数据通信网关机调度(调控)中心II区数据通信网关机视频监控安全警卫消防环境监测线路及其它高压设备监控装置电能采集终端综合应用服务器III/IV区数据通信网关机生产管理系统站控层网络防火墙PMU数据集中器过程层←安全I区安全II区→数据库服务器关口计量表计测控装置电源管理开关设备控制器测量IED监测IED高压开关设备合并单元互感器非电量保护控制IED测量IED电力变压器监测IED相量测量专线计量合并单元变电站无功装置控制IED集成化二次设备研制与应用-220kV变电站多功能测控装置(新研制)国家电网公司17StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013集成化二次设备研制与应用-110kV变电站站控层间隔层过程层网络纵向加密认证装置正向和反向安全隔离装置站用时间同步系统监控主机测控继电保护装置站域保护控制装置高压开关设备监测主IED电力变压器监测主IED非关口计量I区数据通信网关机调度(调控)中心II区数据通信网关机视频监控安全警卫消防环境监测线路及其它高压设备监控装置电能采集终端综合应用服务器III/IV区数据通信网关机生产管理系统站控层网络防火墙过程层←安全I区安全II区→测控装置电源管理开关设备控制器测量IED监测IED高压开关设备合并单元互感器非电量保护控制IED测量IED电力变压器监测IED专线110kV变电站STATCOM控制IED合并单元智能终端集成装置(可靠性提升)保护测控集成装置(可靠性提升)站域保护控制装置(新研制)国家电网公司18StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013合并单元智能终端集成装置l合并单元、智能终端同属过程层设备，面向本间隔内的同一设备，负责电压电流采集、遥信采集与分合闸控制，对间隔层装置，而言是数据的输入输出单元l按间隔集成合并单元和智能终端，集成后，有利于减少设备和屏柜数量，简化二次接线，减少占地，降低成本合并单元保护装置智能终端合智一体化装置保护装置合智一体化装置保护装置集成之前简单集成SV,GOOSE分口深度集成SV,GOOSE共口国家电网公司19StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013合并单元智能终端集成装置l主要应用于110kV电压等级，就地化布置l具有电压并列和切换功能l具有自检告警功能l具备自身对时状态信息上送功能，能够响应上层监测管理模块的对时状态探询指令图：合并单元智能终端整合后的就地布置示意图国家电网公司20StateGridCorporationOfChina.Allrightsreserved.@2013合并单元智能终端集成装置l支持电磁式互感器和电子式互感器接入，支持双路采集l具备合并单元级联功能l支持多种采样频率数据输出，符合DL/T860.92标准l支持采用IRIG-B或IEC61588对时方式，具有守时功能l具有不低于32路的状态量采集和不低于2路模拟量采集l具有控制输出功能，最少配置12路控制输出回路l支持以GOOSE方式上传一次设备状态信息l支持接收GOOSE控制命令分合闸国家电网公司21Stat