智能變電站二次設備關鍵技術分析及試驗研究第1頁/共36頁12國內智能變電站情況概述3智能二次設備的試驗與分析智能二次設備關鍵技術目錄ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@20104總結第2頁/共36頁智能變電站

采用先進、可靠、集成、低碳、環保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能，并可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動等高級功能的變電站。ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010定義第3頁/共36頁12345智能變電站智能傳感技術采用智能傳感器實現一次設備的靈活控制網絡傳輸技術構成網絡化二次回路實現采樣值的網絡化傳輸數字采樣技術采用電子式互感器實現電壓電流信號的數字化采集信息共享技術采用基于IEC61850標準的信息交互模型實現二次設備間的信息高度共享和互操作智能變電站采用了多種新技術，其整個二次系統的整體架構、配置及與一次系統的連接方式與傳統變電站相比均有較大變化智能變電站概述同步技術采用B碼、秒脈沖或IEEEl588網絡對時方式實現采樣值同步第4頁/共36頁

DL860(IEC61850)協議經過近五年在國內各地、各個電壓等級的實踐和應用，已經有一些變電站投入運行，為智能變電站的深入研究和推廣奠定了技術基礎。智能變電站發展現狀ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010智能化變電站二次系統的實施程度可分為三個階段：站控層和間隔層之間的MMS網絡。

MMS和GOOSE兩個網絡，在第一階段的基礎上，重點實踐了間隔層設備間聯系，包括保護、測控間的GOOSE聯閉鎖、保護測控和智能終端的聯系。

MMS、GOOSE和SMV三個網絡。第5頁/共36頁

常見三種對時方式：SNTP、IRIG-B和IEEE1588。站控層的MMS服務在對時精度要求不高的情況下，可以考慮采用SNTP對時。智能變電站間隔層和過程層的保護跳閘、斷路器位置，聯鎖信息等實時性要求高的數據傳輸采用GOOSE服務，過程層的采樣值傳輸仍舊采用常規連接，考慮到對時精度要求較高以及IED設備之間通訊數據快速且高效可靠，采用IRIG-B對時，站內有專門的時鐘設備提供統一的標準IRIG-B接點和時間信息。智能變電站的過程層有GOOSE和SMV網絡，考慮通過以太網同步時鐘并且需要較高的精度，過程層9-2采樣值網絡傳輸線路差動保護、母線差動保護和變壓器保護的采樣同步的需求，采用IEEE1588對時。ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010智能變電站發展現狀第6頁/共36頁12國內智能變電站情況概述3智能二次設備的試驗與分析智能二次設備關鍵技術目錄ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@20093總結第7頁/共36頁智能二次設備關鍵技術ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2009智能變電站數據采集設備智能變電站信息交互網絡智能變電站繼電保護設備智能變電站故障記錄及輔助設備第8頁/共36頁對于采用電子式互感器的智能變電站，互感器是實現智能變電站信息采集的基礎，測量的準確性、實時性可靠性是智能變電站安全高效和優質運行的關鍵技術。數據采集設備ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2009無源型電子式互感器有源型電子式互感器數據采集傳感準確化、信號傳輸光纖化、信號輸出數字化是智能變電站對電子式互感器的基本要求。

電子式互感器光學原理互感器（OCT/OVT）羅氏線圈原理互感器（ECT/EVT）電壓變換電流變換普克爾效應（Pockeleffect）法拉第效應(Faradayeffect)塞格奈克效應(Sagnaceffect)電阻分壓電容分壓羅柯夫斯線圈(Rogowskicoil)第9頁/共36頁數據采集設備電流有源型電子式互感器的關鍵技術要求：最大限度降低由于繞制工藝、澆鑄、一次導線位置、一次電流磁場耦合干擾及溫度等造成的計量誤差；有源電子式電流互感器采用空心線圈感應高壓側信號，所以必需給高壓側供電，因此供電可靠性問題必須解決。無源型電子式互感器的關鍵技術要求：有效解決溫度、震動等因素對光學折射效應的影響，確保其長期工作的穩定性。合并單元的關鍵技術要求：合并單元將多個互感器采集單元輸出的數據進行同步合并處理，為二次系統提供時間同步的電流和電壓數據，是將電子式互感器與變電站二次系統連接起來的關鍵環節，要滿足二次系統對輸出數據的同步性、實時性、均勻性等方面的要求。第10頁/共36頁信息交互網絡智能變電站二次系統的三層架構組網方案站控層通信方式過程層通信方式總線SMV點對點+GOOSE點對點總線SMV點對點+GOOSE總線總線SMV總線+GOOSE總線（分別組網）總線SMV總線+GOOSE總線（統一組網）站控層與過程層統一總線第11頁/共36頁信息交互網絡過程層總線（組網）方式基礎網絡拓撲結構級聯結構環形結構星形結構第12頁/共36頁信息交互網絡過程層網絡組網方式的要求:為保證網絡可靠性，采用完全獨立的雙網冗余配置，相應保護裝置亦采用冗余配置。過程層網絡技術的要求:

IEEE802.1qVLAN(虛擬局域網)

把同一物理網段內的不同裝置邏輯地劃分

成不同的廣播域

減少網絡流量

降低網絡負載

實現信息的安全隔離

保證了信息的實時性和安全性過程層網絡設備性能的要求:電磁兼容性與可靠性須達到或高于保護裝置的要求；保證GOOSE報文傳輸，防止丟包；保證網絡實時性；足夠的網絡安全性。

第13頁/共36頁繼電保護設備

智能變電站技術為繼電保護技術發展帶來的機遇

電子式互感器的采用為繼電保護技術中長期難于解決的一些問題提供了新的途徑，如電磁式電流互感器飽和引起的差動保護區外誤動、變壓器勵磁涌流與故障電流的識別、瞬時值差動保護技術的應用及其他繼電保護新技術發展應用。智能變電站依靠高速、可靠、開放的通信網絡技術，實現變電站過程層的網絡化。解決了傳統變電站電纜二次接線復雜、抗干擾能力差、系統擴展性差等缺點，實現信息共享。第14頁/共36頁繼電保護設備

智能變電站技術為繼電保護技術發展帶來的挑戰電子式互感器的穩定性、電子式互感器合并單元的采樣同步性、過程層網絡的安全可靠性等問題都會影響到保護裝置的可靠性及快速性等，尤其在相關技術應用的初期。

保護采取措施合理應對智能變電站中的新問題電子式互感器數據采集異常對保護動作行為的影響通信網絡異常對保護動作行為的影響多類型非常規互感器與保護的配合工作智能變電站與傳統變電站間線路差動保護的配合工作裝置光纖通信接口處理能力的影響第15頁/共36頁故障記錄及輔助設備針對智能變電站信息數字化及網絡化特點的故障錄波設備、分析記錄設備及其他輔助設備在智能變電站運行維護中必不可少。能夠適用于數字化網絡的故障錄波器能夠準確進行網絡信息分析記錄的在線監視儀器能夠滿足數字化保護測試功能的保護測試儀第16頁/共36頁12國內智能變電站情況概述3智能二次設備的試驗與分析智能二次設備關鍵技術目錄ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@20103總結第17頁/共36頁ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010試驗需求分析及解決思路

智能變電站與傳統變電站相比，在信息采集、傳輸、處理各環節均有本質區別，新型設備（電子式互感器、合并單元、智能終端、網絡交換機）的性能及其與繼電保護裝置等二次設備的整體配合性能均成為確保變電站安全可靠運行的重要因素。傳統的基于單類裝置的試驗研究方法（單類裝置試驗模型、常規模擬故障試驗項目、傳統裝置性能評價要求）已經不能滿足對智能二次設備進行整體性能測試的要求。因此，需轉變試驗方式，研究對裝置進行型式試驗和變電站級動態模擬試驗的模型系統、試驗項目、試驗方法。智能變電站二次設備試驗方式的變化第18頁/共36頁ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010基本試驗方案及方法總體試驗方案及方法研究型式試驗。對裝置數字信號的電流/電壓輸入回路；裝置規約；對測量值、動作值精度；動作時間等的測試。系統級動模試驗。建立變電站級動模試驗系統，接入多廠家的過程層、間隔層、站控層的多類設備，在模擬系統中設置多個故障點，考核各種裝置的聯合運行性能。數據采集設備。配置傳統、電子、光學等多類型互感器及多種合并單元，測試數字化采樣的準確性和同步性。采樣值組網。電壓電流采樣值的傳輸采用組網方式，采樣值傳輸協議基于IEC61850-9-2。第19頁/共36頁ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010基本試驗方案及方法總體試驗方案及方法研究同步對時系統。配置多類型同步時鐘對時源，采用多種對時方式。引入時鐘精度測試裝置。新型測試項目。除常規模擬故障試驗外，需考慮合并單元守時精度測試、合并單元失步、合并單元故障對保護裝置的影響、過程層網絡異常情況下對保護裝置性能的影響等新型測試項目。試驗系統變電站網絡。組建與試驗系統規模相適應的過程層網絡和站控層網絡。考慮過程層SV網與GOOSE網合一，傳輸采樣值信息和GOOSE信息。第20頁/共36頁已經開展的有關試驗情況ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010

為配合數字化變電站技術的工程推廣應用，并為智能變電站技術的研究應用奠定基礎，國家電網仿真中心動態模擬實驗室已經進行了四次數字化變電站系統級動模試驗。500kV蘭溪、海寧數字化變電站工程試驗110kV大侶、田樂數字化變電站工程試驗220kV數字化變電站通道及互感器對保護裝置的影響研究試驗500kV桂林數字化變電站研究試驗第21頁/共36頁ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010各次試驗的主要特點互感器組網方式智能終端對時方式測試重點500kV蘭溪、海寧傳統互感器GOOSE、站控層網絡獨立組網采用-

1）GOOSE跳閘機制的可行性及性能；2）保護、錄波器、保護信息主子站間基于IEC61850標準的互操作能力110kV大侶、田樂電子式互感器GOOSE、SV和1588統一組網方式采用15881）IEEE1588對時技術；2）GMRP技術的性能220kV通道及互感器影響電子式與傳統互感器同時接入GOOSE和SV統一組網方式采用B碼和秒脈沖常規保護與數字化保護性能的差異500kV桂林電子式互感器GOOSE和SV統一組網方式采用B碼和秒脈沖保護裝置與不同電子互感器配合性能第22頁/共36頁ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010參試廠家及參試設備南瑞繼保北京四方國電南自許繼電氣深圳南瑞新寧光電金智科技阿海琺南瑞科技西開電子式互感器及合并單元√√(低功耗)√√√√(光學)√(光學)√智能操作箱√√√√√√√保護裝置√√√√√√√√參試過程層、間隔層設備如下表所示：總體試驗情況第23頁/共36頁ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010參試廠家及參試設備用于組建過程層網絡的工業以太網交換機包括：羅杰康RSG2100

羅杰康RSG2288（支持IEEE1588網絡對時） 東土SICOM3024P總體試驗情況第24頁/共36頁測試目的ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010保護裝置、錄波器、保護信息主子站間基于IEC

61850標準的互操作能力；GOOSE跳閘機制的可行性，考核保護裝置、智能操作箱實現GOOSE跳合閘方式的性能；過程層數字采樣的特性及對保護裝置的影響；參試裝置采用B碼、秒脈沖、IEEE1588對時方式的性能；參試裝置采用GMRP技術的性能；過程層網絡異常工況對保護裝置的影響；保護裝置與不同種類電子式互感器配合性能。第25頁/共36頁ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010試驗系統示例第26頁/共36頁ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010組網結構示例第27頁/共36頁試驗項目ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010常規試驗項目：金屬性故障、永久性故障、發展/轉換性故障、經過渡電阻故障、單側電源方式、系統操作、斷路器失靈、變壓器匝間短路、勵磁涌流試驗、系統穩定破壞、多點金屬性故障等模擬故障試驗。

新型測試項目：

大電流短路故障試驗、合并單元守時精度測試、合并單元失步、合并單元故障對保護裝置的影響、時鐘同步源異常情況下對保護性能的影響、互感器、合并單元在電源異常情況下對保護裝置性能的影響、過程層網絡異常情況下對保護裝置性能的影響等。

第28頁/共36頁試驗場景ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010第29頁/共36頁ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010試驗場景智能操作箱G網交換機M網交換機第30頁/共36頁ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@2010試驗場景第31頁/共36頁12國內智能變電站情況概述3智能二次設備的試驗與分析智能二次設備關鍵技術目錄ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.@20103總結第32頁/共36頁ElectricPowerResearchInstituteofChina.Allrightsreserved.