第3讲 数字化变电站主要技术特征和架构体系

反映电网运行状况的电气量、状态量信息数字化采集与传输
对电力系统信息统一建模 二次系统之间各设备信息交互通过网络实现 控制操作等命令的传输以网络信息报文方式实现
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
4
一.数字化变电站的定义、含义和特点
2.含义
(1)变电站信息的采集、传输、处理全过程实现数字化； (2)每个环节都具备完善的自诊断功能；
返回
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
（二）系统分层分布化
分层分布式系统的主要特点：
按站内一次设备（变压器或线路等）实现面向对象的分 布式配置，其主要特点是：
（1）不同电气设备均单独安装具有测量、控制和保护功能的
元件，如数字式保护和测控单元等，任一元件出现故障， 不会影响整个系统正常运行； （2）分布式系统实现多CPU工作模式，每个单独的装置都具
BB2
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
BB2
（ ） 常 规 型
返回
b
31
二.数字化变电站的主要技术特征
（四）系统建模标准化
IEC61850标准为变电站自动化系统定义了统 一、标准化信息和信息交换模型，其主要意 义在于：
（1）实现智能设备的互操作性。
采用了对象建模技术、抽象通信接口技术和设备自描述规范，IED之间实 现了通信协议和通信接口一致性，具有互操作性。
有一定的数据处理能力，从而大大减轻了主控制单元的
负担；
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
23 返回
二.数字化变电站的主要技术特征
（二）系统分层分布化
分层分布式系统的主要特点：
按站内一次设备（变压器或线路等）实现面向对象的分 布式配置，其主要特点是： （3）系统自诊断能力强，能自动对系统内所有装置进行巡检， 及时发现故障并加以隔离； （4）系统扩充灵活、方便。
指的是金属壳内、SF6绝缘的开关模块和空气绝缘 元件的组合体。
返回
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
26
二.数字化变电站的主要技术特征
（三）系统结构紧凑化
1. 紧凑型组合电器 应用广泛的ABB公司生产的PASS设备：
PASS（Plug and Switch System）：接插式开关电器
PASS设备是一种介于常规空气绝缘开关设备AIS （Air Insulated Switchgear）和气体绝缘开关设备GIS （Gas Insulated Switchgear）之间的新型户外封闭式
间隔层：
一般按断路器间隔划分，具有测量、控制元件或继电
保护元件。测量、控制元件负责间隔线路、变压器等设备 的保护、故障记录。
返回
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
20
二.数字化变电站的主要技术特征
（二）系统分层分布化
根据IEC61850标准的描述，变电站的一、二 次设备可分为三层，各自含义如下：
3.特点
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
3
一.数字化变电站的定义、含义和特点
1.定义
数字化变电站是基于光电技术、信息技术、网络 通信技术等实现变电站信息采集、传输、处理、输出 过程全部数字化，系统信息建模标准化，数据交换及 控制操作网络化，是变电站二次系统信息应用模式的 一次革命。主要体现在以下几个方面:
16
二.数字化变电站的主要技术特征
（一） 数据采集数字化
作为数字化变电站技术应用的主要标志之一 就是数据采集数字化。数据采集数字化的特 点如下：
（1）可以实现一、二次系统电气上的有效隔离； （2）电气量动态测量范围大，测量精度高，为实现常规变电 站装置冗余向信息冗余的转变、实现信息集成化应用提 供了前提； （3）对于低驱动功率的变电站二次系统设备可以直接实现数 字化接口应用。
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
14
一.数字化变电站的定义、含义和特点
3.特点
自动化的运行管理系统 变电站运行管理自动化系统应包括：
电力生产运行数据、状态记录统计无纸化；
数据信息分层、分流交换自动化；
变电站运行发生故障时能即时提供故障分析报 告，指出故障原因，提出故障处理意见； 系统能自动发出变电站设备检修报告，即常规的 变电站设备“定期检修”改变为“状态检修”。
（2）实现变电站信息共享。
对一、二次设备进行统一建模，变电站站内及变电站与控制中心之间实 现了无缝通信体系，真正实现了信息共享。
（3）支持系统协调工作。
基于信息共享的各种运行支持系统，如一次设备运行状态检测 系统等，可以功能优化并与变电站的运行系统协调工作。
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
32 返回
返回
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
24
数字化变电站分层分布结构示意图
调度 站级控 制单元 人机界面
站控层
站级总线 间隔处 理单元 保护
间隔层
过程层总线 开关控 制模块 数字式 断路器 控制单元 合并 单元
过程层
二.数字化变电站的主要技术特征
（三）系统结构紧凑化
1. 紧凑型组合电器 将断路器、隔离开关和接地刀闸、TA和TV等组 合在一个SF6绝缘的密封壳体内，实现了变电 站布置的紧凑化。 用于户外变电站的集成型断路器设备:
二.数字化变电站的主要技术特征
（四）系统建模标准化
IEC61850标准为变电站自动化系统定义了统 一、标准化信息和信息交换模型，其主要意 义在于：
（1）实现智能设备的互操作性。 （2）实现变电站信息共享。 （3）支持系统协调工作。 IEC61850标准为实现变电站一、二次设备建模标准化提 供了有效工具，确立了变电站网络通信标准。
♣常规的继电器及其逻辑回路被可编程软件代替；
♣常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
13
一.数字化变电站的定义、含义和特点
3.特点
网络化的二次设备
变电站内常规的二次设备全部基于标准化、模块化的微 处理机设计制造，设备之间的连接全部采用高速的网络
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
5
实 例 图 片 ： 改 造 前 金 谷 园 变 电 站 全 景 1
实例图片2：改造后110kV设备区
实例图片3：用光缆代替电缆，使得保护屏端子接
线大大简化，节约了大量的二次电缆
采用光缆
采用电缆
实例图片4：
加装就地操作箱与智 能接口单元，实现了 PASS M0操作和控制 命令的网络化传输。
返回
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
29
二.数字化变电站的主要技术特征
（三）系统结构紧凑化
2. 紧凑型变电站的主要特点
站内元件和设备数量少、设备布置灵活紧凑、占地面 积小、大量减少土建成本； 一次和二次设备的集成使绝大部分设备的试验工作可 在工厂内完成，大大减少了现场的装配、安装、试验 等工作量。 所有带电触头密封于SF6气室内，断路器和整个二次系 统可进行连续在线诊断和监视，无需定时检查，可实 现状态检修和基于局域网的远方监控，大大提高了设 返回 备的可用率和可靠性。
间隔层：
间隔层由各种不同间隔的装置组成。 这些装置直接通过局域网或者串行总线与变电站层联系；
也可设有数据管理机或保护管理机，分别管理各测量、监
视元件和各保护元件；集中由数据管理机和保护管理机与 变电站层通信。
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
21 返回
二.数字化变电站的主要技术特征
（二）系统分层分布化
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
15
二.数字化变电站的主要技术特征
数字化变电站主要技术特征体现在以下方面：
1. 数据采集数字化 2. 系统分层分布化 3. 系统结构紧凑化 4. 系统建模标准化
5. 信息交互网络化
6. 信息应用集成化 7. 设备检修状态化 8. 设备操作智能化
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
28
返回
二.数字化变电站的主要技术特征
（三）系统结构紧凑化
1. 紧凑型组合电器 PASS接插式开关电器介绍
PASS也可理解为Performance
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱAnd Save Space，即“优越的
性能并节省空间”。PASS设备 具有结构简单、紧凑、可靠性 高、安装维护简便等特点，为 变电所的建设、改造、扩建提 供了新的选择。
根据IEC61850标准的描述，变电站的一、二 次设备可分为三层，各自含义如下：
过程层：
通常又称为设备层，主要是指变电站内的变压器和断
路器、隔离开关及其辅助触点，电流、电压互感器等一次 设备。
返回
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
19
二.数字化变电站的主要技术特征
（二）系统分层分布化
根据IEC61850标准的描述，变电站的一、二 次设备可分为三层，各自含义如下：
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
12
一.数字化变电站的定义、含义和特点
3.特点
智能化的一次设备
一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路 采用微处理器和光电技术设计，简化了常规机电式继 电器及控制回路的结构； 数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。 换言之，变电站二次回路中
组合电器。
返回
东北电力大学电气工程学院 邢晓敏 制作
27
二.数字化变电站的主要技术特征
（三）系统结构紧凑化
1. 紧凑型组合电器 PASS接插式开关电器介绍
它以GIS技术为基础，将一个开关间隔 所有必要的功能如断路器、隔离开关、接地 开关、电流互感器等全部集成在同一个充满 SF6气体的封闭金属（铸铝）罩壳中作为一 个模块，并且根据变电所的接线要求，装上 2只或3只套管。通过绝缘套管与变电所母线 和进出线相连接，每相为独立支架。3相 PASS模块组件即相当于一个完整高压间隔， 除母线外其它带电设备全部封闭组装。