智能变电站继电保护及相关技术培训

1智能变电站继电保护及相关技术培训2提纲二、智能变电站的基本概念及技术二一、智能变电站的发展历程一四、继电保护技术原则和配置原则二三、IEC61850标准一六、智能变电站存在的主要问题二五、继电保护工程实施方案二3一、智能变电站的发展历程•IntelliGird•自愈性、安全性、兼容性、交互性和高效性美国•SmartGirds•灵活性、易接入性、可靠性、经济性欧洲•“坚强”是基础•“智能”是关键中国4一、智能变电站的发展历程2016年～2020年引领提升阶段，基本建成坚强智能电网，使电网的资源配置能力、安全水平、运行效率，以及电网与电源、用户之间的互动性显著提高。2011年～2015年全面建设阶段，加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破和广泛应用。2009年～2010年规划试点阶段，重点开展坚强智能电网发展规划工作，制定技术和管理标准，开展关键技术研发和设备研制，开展各环节的试点工作。第一阶段第二阶段第三阶段分三个阶段推进坚强智能电网的建设：5一、智能变电站的发展历程智能变电站作为统一坚强智能电网的重要基础和节点支撑,是必不可少的建设内容。1、第一批试点工程:2、从2011年开始所有新立项的110kV及以上变电站均需按智能站设计。6提纲二、智能变电站的基本概念及技术二一、智能变电站的发展历程一四、继电保护技术原则和配置原则二三、IEC61850标准一六、智能变电站存在的主要问题二五、继电保护工程实施方案二7二、智能变电站的基本概念及技术智能变电站的定义：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。智能变电站的主要特点：一次设备数字化，二次设备网络化，数据平台标准化。一次设备数字化主要体现为全数字化输出的电子互感器和智能开关；二次设备网络化体现在二次设备对上和对下联系均通过高速网络通信；数据平台标准化体现为IEC61850标准。智能变电站的目标:常规站存在多套系统，每套系统的数据采集的要求不一致，大量设备都有数据采集单元，采集资源重复，保护、测控、故录、计量都有自己的数据采集系统。智能站要统一数据采集，信息共享，节约资源。常规站回路设计复杂，变电站内存在大量电缆，给维护、改造带来很大困难。智能站要简化回路设计、节约投资。常规站通信规约繁杂，设备、系统之间的互操作性差。智能站所有设备统一采用IEC61850标准，实现设备之间的互操作性。智能站对高级应用功能提出了更高的要求。8二、智能变电站的基本概念及技术互感器开关过程层功能A功能B保护控制控制保护过程接口间隔层站控层远方通信过程接口远方通信互感器开关网络通信网络通信网络通信过程层网络站控层网络功能分层:智能变电站按照所要完成的功能，从逻辑上将变电站的功能划分为过程层、间隔层和站控层9二、智能变电站的基本概念及技术智能变电站系统结构示意图保护/测控装置站控层双网100M过程层双星形网1GMU智能终端MU智能终端主备远动装置保护/测控装置保护/测控装置光纤MMS/GOOSESV/GOOSE10二、智能变电站的基本概念及技术过程层包括变压器、断路器、隔离开关、电流电压互感器等一次设备及其所属的智能终端和合并单元（MU）。间隔层设备一般指继电保护系统、测控装置等二次设备，实现使用一个间隔的数据并且作用于该间隔一次设备的功能。站控层包括监控主机及工作站、站域控制、远动系统、对时系统等，实现面向全站设备的监视、控制、告警及信息交互功能，完成数据采集和监视控制(SCADA)、操作闭锁以及同步相量采集、电能量采集、保护信息管理、顺序控制等相关功能。站控层功能宜高度集成。11二、智能变电站的基本概念及技术过程层装置ECVT110kVⅠⅡ测控装置26U保护装置其他装置MU智能终端户外柜就地安装100M/1G双光纤以太网开关场控制室12二、智能变电站的基本概念及技术过程层设备-电子式互感器有源电子式电流互感器:罗氏线圈型/低功率线圈型.无源电子式电流互感器:磁光玻璃型/全光纤型.有源电子式电压互感器:电容分压型/电阻分压型.各种电子式互感器在各地的智能站试点工程中都有应用,但是由于在抗干扰能力/运行稳定性等方面存在问题,试点基本不成功.因此今后一段时间设计的智能站均采用常规互感器.13二、智能变电站的基本概念及技术过程层装置-合并单元合并并同步多个电子式互感器的数据，获取电力系统电流和电压瞬时值，并以确定的数据品质传输到电力系统电气测量和继电保护设备。可以接入常规互感器，完成常规互感器的数据采样。必要时，完成规约转换:电子式互感器采用IEC60044-8协议，合并单元与保护之间采用IEC60044-8或IEC61850-9-2协议。需要时，完成电压并列功能。14二、智能变电站的基本概念及技术合并单元同步采样数据需要同步：三相电流、电压需要同步：三相平衡间隔内电流电压之间需要同步：功率、阻抗不同间隔的电流之间需要同步：差动同步方式：插值法15合并单元延时SensorTransmitterMergeUnitTransmitterReceivertbDataProcessingtdtctaLPF,A/Dprocessing线圈传变角差低通、数据处理、发送延时传输延时合并单元数据接收、处理、发送延时IEDte采样值传输延时互感器数据额定时延同步时钟二、智能变电站的基本概念及技术16二、智能变电站的基本概念及技术点对点同步原理Tdelay插值点采样值采样点对点原理1、插值点即合并单元采样时刻，合并单元负责数据同步。2、同步采样时钟不等于对时时钟，可以不依赖于GPS。3、合并单元的误差来源就在于插值法同步采样，由于采样率高，4000Hz，误差非常小。4、保护装置的采样同步与此同（光纤点对点方式）。17二、智能变电站的基本概念及技术过程层装置-智能终端智能开关等设备的过渡产品功能：完成断路器、隔离开关、接地开关等位置信息的采集完成断路器、隔离开关、接地开关等的分合控制采集主变的档位、温度等信息采集智能控制柜的温度、湿度等信息断路器操作回路GOOSE接口18二、智能变电站的基本概念及技术GOOSE机制GOOSE定义：基于发布/订阅机制，快速和可靠地交换数据集中的通用变电站事件数据值的相关模型对象和服务，以及这些模型对象和服务到ISO/IEC8802-3帧之间的映射。1、发布/订阅机制:例如智能终端发布信息，但是不知道谁需要这些信息。需要这些信息的保护、测控等装置自行接收这些信息，并且不需要对智能终端进行响应。2、传输的信息是IEC61850模型中的GOOSE数据集定义的数据,包括断路器、隔离开关和接地开关的位置，保护跳合闸、遥控跳合闸、隔离开关/接地开关的分合闸命令等开关量信息以及智能控制柜的温度、湿度等变化较慢的模拟量信息。3、快速：保护的跳合闸命令等信息要求必须快速。直接映射到数据链路层。4、可靠：保护的跳合闸命令等信息要求必须可靠。传输机制与SV（采样值）传输的异同：SV也是发布/订阅机制，直接映射到数据链路层，250μs（4000Hz）发送一帧采样数据，但不进行重发。19二、智能变电站的基本概念及技术GOOSE机制1、事件突变发送间隔2、2、4、8ms2、可靠依赖于重发机制3、GOOSE最大传输延时不能大于4ms(快速)20二、智能变电站的基本概念及技术智能终端应用特点应用特点:1、装置间快速信息通信；2、内在自检功能，在线监测；3、不仅可以传送开关量，还可传递变化不快的模拟量；4、代替了点对点的硬电缆降低造价、工期更改接线不需要配线，只需更改配置文件21二、智能变电站的基本概念及技术站控层网络：间隔层设备和站控层设备之间的网络。在IEC61850标准中，其数据内容是间隔层设备和站控层设备之间、站控层设备之间、间隔层设备之间的通信数据，通信协议采用MMS和GOOSE。一般采用星型以太网结构。过程层GOOSE网络即智能终端与间隔层设备之间的网络。在IEC61850标准中，其数据内容是智能终端与间隔层设备之间的开关和刀闸相关的开入开出数据以及间隔层设备之间的联闭锁信息，通信协议采用IEC61850-8-1。一般采用星型以太网结构。过程层SV网络，MU（合并单元）与间隔层设备之间的网络。在IEC61850标准中，其数据内容是MU提供给间隔层设备的电流电压采样数据，通信协议采用IEC61850-9-2或IEC60044-8。一般采用星型以太网结构。一般过程层SV网络与GOOSE网络合一。注意:保护装置要求直接采样,本间隔直接跳闸。变电站网络22二、智能变电站的基本概念及技术MMS(制造报文规范)：是国际标准化组织ISO定义的一套用于工业控制系统的通信协议。MMS规范了工业领域具有通信能力的智能传感器、智能电子设备、智能控制设备的通信行为，使出自不同制造商的设备之间具有互操作性。IEC61850将其引入变电站用于站控层网络的实时通信。是应用层协议，完全遵循OSI（开放系统互连）通信体系。23二、智能变电站的基本概念及技术以太网的工作原理以太网采用带冲突检测的载波侦听多路访问机制。当以太网中的一台主机要传输数据时，它将按如下步骤进行：1、监听信道上是否有信号在传输。如果有，表明信道处于忙状态，就继续监听，直到信道空闲为止。2、若没有监听到任何信号，就传输数据。3、传输的时候继续监听，如发现冲突则执行退避算法，随机等待一段时间后，重新执行步骤1：当发生冲突时，涉及冲突的主机会返回到监听信道状态。注意：每台主机一次只允许发生一个包，一个拥塞序列，用来警告所有的节点。4、若未发现冲突则发送成功，所有主机在试图再一次发送数据之前，必须在最近一次发送后等待9.6µs(以10Mb/s运行)。24二、智能变电站的基本概念及技术以太网的工作原理从以太网节点中可以看到在网路中发送的所有信息，因此我们说以太网是一种广播网路，即在网络传输中，向所有连通的节点发送消息。从以太网的工作原理可以看出：１、网络传输中可能发生冲突：在以太网中，当两个数据帧同时被发送到物理传输介质上，并完全或部分重叠时，就发生了数据冲突。当发生冲突时，物理网段上的数据都不再有效。冲突是影响以太网性能的重要因素，由于冲突的存在，使得传统的以太网在负载超过40%时，效率将明显下降。因此当以太网的规模增大时，就必须采取措施来控制冲突的扩散，例如使用交换机将网络分段（VLAN划分等）。２、信息在网络中传输是有延时的，而且这种延时是不确定的：监听信道等待其它信息传输的时间，排队的时间，冲突的时间等。保护对采样的快速性和同步性要求高，因此要求直采（不经交换机，不需排队等候，不会冲突）。保护跳合闸（本断路器）快速性要求高，因此要求直跳（不经交换机，不需排队等候，不会冲突）。保护要求直采直跳（本断路器）的另一个原因是可靠性，没有中间环节25二、智能变电站的基本概念及技术交换机的工作原理1、交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址与交换机端口的映射，并将其写入MAC地址表中。（学习）2、交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较，以决定由哪个端口进行转发。（转发/过滤）3、如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向所有端口转发。(称为泛洪)4、广播帧和组播帧向所有的端口转发。交换机依据帧头信息进行转发，因此交换机是工作在数据链路层的网络设备。26二、智能变电站的基本概念及技术交换机运用的技术1、存储转发与优先级：交换机在转发之前必须接收整个数据帧，并进行检错，如无错误再将这一帧发向目的地址。（提高数据正确性）不同的报文采用不同的优先级，快速报文优先级高，低速报文优先级低，使快速报文的等待时间短。如跳合闸命令优先级高。2、VLAN：广播网络，不加限制流量大。将一个物理的局域网人为的划分成多个逻辑意义上的子网，一个VLAN内部的广播流量不会转发到其他的VLAN中，从而可以控制流量、