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智能化（数字化）变电站江苏精科智能电气股份有限公司2010年3月概念智能变电站smartsubstation•采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、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。智能化变电站的概念•组成：1、电子式互感器2、智能化开关设备3、网络化的二次设备4、IEC61850的应用标准Q/GDW393（394）—2009•393220KV及以下•393330KV及以上•110（66）kV～220kV智能变电站设计规范概念•智能设备intelligentequipment•一次设备和智能组件的有机结合体，具有测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化特征的高压设备，是高压设备智能化的简称。概念智能组件intelligentcomponent•由若干智能电子装置集合组成，承担宿主设备的测量、控制和监测等基本功能；在满足相关标准要求时，智能组件还可承担相关计量、保护等功能。可包括测量、控制、状态监测、计量、保护等全部或部分装置。概念•智能单元smartunit•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、主变等）的测量、控制等功能。概念•智能电子装置IntelligentElectronicDevice(IED)•一种带有处理器、具有以下全部或部分功能的一种电子装置：（1）采集或处理数据；（2）接收或发送数据；（3）接收或发送控制指令；（4）执行控制指令。如具有智能特征的变压器有载分接开关的控制器、具有自诊断功能的现场局部放电监测仪等。概念•电子式互感器electronicinstrumenttransformer•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，用于传输正比于被测量的量，供测量仪器、仪表和继电保护或控制装置。概念•设备状态监测on-Linemonitoringofequipment•状态检修condition-basedmaintenance•制造报文规范MMSmanufacturingmessagespecification•面向变电站事件通用对象服务GOOSEgenericobjectorientedsubstationevent•互操作性interoperability与传统变电站的比较电子式互感器•电子式互感器发展背景-常规互感器的缺陷绝缘、饱和、爆炸、谐振、精度、接口等-材料技术、微电子技术及通信技术的发展电子式互感器发展及应用情况ABBGIS用电子式电流电压互感器电子式互感器发展及应用情况ABBSCHNIEWINDT电子式互感器发展及应用情况电子式互感器的标准•国际标准IEC60044-7、IEC60044-8•国家标准GB/T20840.7、GB/T20840.8与GB1207、GB1208的比较：-共同点：绝缘要求、误差定义等-不同点：结构、输出信号、试验方法温度试验、电磁兼容试验等电子式互感器的结构及应用框图一次电流（电压）传感器一次转换器传输系统二次转换器合并单元A相电子式电流（电压）互感器Ｐ１Ｐ２Ｂ相电子式电流（电压）互感器Ｃ相电子式电流（电压）互感器保护、测控IEC60044-8IEC61850-9-1/2电子式互感器的分类按工作原理划分:1、有源式电子互感器2、无源式电子互感器按应用场合划分：1、GIS结构的电子互感器2、AIS结构(独立式)电子互感器3、直流用电子式互感器有源式电子互感器根据空芯线圈和低功率线圈原理测量电流根据分压原理（电阻、电感、电容）测量电压远端模块由电子电路构成，需要供电，因此称为有源式电子互感器。相对来说，有源式电子互感器技术较为成熟，在国内外已有一定的应用。有源式电流互感器的原理iuo激光器驱动电路PIN数据处理合并单元保护测控计量LPCT空芯线圈远端模块复合绝缘子光纤光缆IEC60044-8IEC61850-9-1/2保护、测控、计量有源式电流电压组合式互感器激光器驱动电路PIN数据处理合并单元保护测控计量LPCT空芯线圈远端模块复合绝缘子光纤光缆电容分压器油IEC60044-8IEC61850-9-1/2保护、测控、计量GIS用电流电压组合式互感器RSF6中间电极高压导体C1C2uoFaraday磁光效应（电流互感器）Pockels电光效应（电压互感器）全光纤电流互感器光纤电流互感器是一种实用化的电流传感器couplerLock-inamplifier无源电子式电流互感器结构载流导体光纤电流传感器复合绝缘子光纤光缆光纤耦合器光纤偏振器光纤调制器光源驱动及信号解调保护测控计量合并单元IEC60044-8IEC61850-9-1/2保护、测控、计量无源式电子互感器的技术难点光学传感材料的选择温度对精度的影响应力对精度的影响传感头的封装技术(一致性要求)……合并单元的概念合并单元是对远端模块传来的三相电气量进行合并和同步处理，并将处理后的数字信号按特定的格式提供给间隔级设备使用的装置。合并单元的输出格式：IEC-60044-8IEC-61850-9-1IEC-61850-9-2合并单元的结构•采样数据传送标准（1）–IEC60044-8：点对点光纤串行数据接口•传输延时确定•可以采用再采样技术实现同步采样•硬件和软件实现简单•适合保护要求合并单元数据分发•采样数据传送标准（2）–IEC61850-9-1/2：网络数据接口•传输延时不确定（400us-3ms）•无法准确采用再采样技术•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•比较适合测控、电能仪表一类合并单元数据分发电子式互感器的应用电子式互感器的应用电子式互感器与合并单元的配置•配置方案将决定系统的安全性与可靠性，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•电子式互感器的就地采集单元（远端模块）需要冗余配置•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电子式互感器远端模块的配置电子式互感器与合并单元接口ECVT与合并单元的配置ECVT与合并单元的配置智能化开关的概念配有电子设备、数字通讯接口、传感器和执行器，不但具有分合闸基本功能，而且在监测和诊断方面具有附加功能的开关设备。开关设备(包括断路器和刀闸)的智能化是过程层数字化的重要组成部分。智能化开关的发展方向•智能控制功能•在线监视功能•数字化的接口•机构的电子操动智能控制功能保护测控一体化、一、二次功能一体化*传统二次功能–保护功能–测量功能*一次设备本体的控制–控制联锁–储能电机和机构电机的保护–顺序控制–受控分合闸在线监测功能–断路器灭弧室的局放和介损监测–机构动作特性的监测,断路器触头和刀闸的行程、速度–控制回路断线监视-弹簧储能时间-开关工作时间、开关动作次数、切断电流累积–开关柜内温度、触头接触部位的温度监测–分合闸线圈的电流、电压–在线监测的主要目的：状态检修数字化接口PISA(ProcessInterfaceforSensorsandActuators)智能终端位置信息、温度等状态信息、分合闸命令等目前实现开关智能化的方案–方案1:操动机构智能终端–方案2:间隔级智能终端操动机构智能终端在断路器和刀闸机构中安置智能终端与间隔级设备间通过数字信号传递信息。二次设备通过数字信号发送分合闸命令给断路器和刀闸。可靠性和稳定性至关重要，数字通道必须冗余配置。操作机构智能终端间隔级智能终端间隔级智能终端的主要思想是把间隔级设备下放至过程层，由智能化的间隔级设备同时担负过程层设备的数字化功能。ABB的基于REF542、SIEMENS的基于SIPROTEC4的智能开关柜均基于此思想。这种方案的最大优点在于基于成熟的间隔层数字化技术，能在大量减少电缆、节约占地、提升数字化水平的同时，满足可靠性和稳定性的要求。国外智能化开关设备的现状ABB的REF542以及基于REF542的智能化控制柜国内外智能化开关设备的现状SIEMENS的SIPROTEC4以及基于SIPROTEC4的智能化开关柜国外智能化开关设备的现状高压开关的发展方向是小型化、智能化*ABB：PASS(Plug&SwitchSystem)*Mitsubishi:MITS(MitsubishiInformationTechnologySwitchgear)*SIEMENS：HIS(HighlyIntegratedSwitchgear)近年来国外各大开关厂家均推出了小型化和智能化的新型GIS，均采用了类似REF542这样的保护、测量和GIS智能控制一体化装置。国内智能化开关设备的现状国内的高压开关设备厂家也急于提升开关设备的智能化水平。一、二次厂家的整合和合作是国内开关智能化的必然趋势。-间隔级智能终端，把保护、测控和GIS控制功能整合在一起智能开关方案研制了针对GIS智能控制：测（ECT、PT）、控（位置）、监测相对独立、后台统一的装置把保护、测控和GIS控制功能整合在一起，构成智能开关功能。智能开关方案智能开关方案智能控制柜方案智能控制柜方案相比较于传统方案，新方案将保护、测控和GIS智能控制集成于智能控制柜中，安放在GIS室，对下与GIS机构通过标准化的接插件连接，优化了二次回路的设计，对上直接通过光纤与主控室连接。构成了基于一次设备智能化的数字化变电站。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。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。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，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。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。IEC61850IEC61850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。IEC61