数字化变电站简介精品

无源电子式互感器的关键技术及难点
–光学传感材料 –传感头的组装技术 –微弱信号检测 –温度对精度的影响 –振动对精度的影响 –长期稳定性
互感器综合比较
目录
一 数字化变电站概述 二 数字化变电站系统结构 三 电子式互感器 四 间隔层设备 五 过程层设备 六 NZD2000系列产品
概述
NZD系列数字化变电站保护及保护测控装置是以 变电站内线路、主变、电容器等为监控对象的智 能电子设备。它既可采集本间隔常规的CT/PT交 流量信号，又可采集本间隔电子式互感器的数字 量信息。另外，它可采集智能操作单元的数字化 开关量信息，也可对智能操作单元实现数字控制。 装置通过双以太网与站级计算机系统相连，构成 面向对象的数字化自动化系统。
全光纤电流传感器的传感头由 四分之一波片、敏感光纤线圈 和反射镜构成，均为无源器件。
两种光电流互感器的比较
• 高共模抑止能力和抗环境干扰能力
两种光电流互感器的比较
块状玻璃式的传感器中采用的是Verdet(菲尔德) 常数较大的光学材料，它对光信号的损耗大，且 Verdet常数的温度稳定性也较差，较难进行温度补 偿。全光纤式方案充分利用了法拉第效应的非互易 性和光纤中线性双折射的互易性，其已成为国际上 的主流方案，目前也有成功的先例。
光传感式电压互感器
光传感式电压互感器原理结构
光传感式电压互感器原理说明 2n0341l E 2n0341l U

d
Pockels效应是光波通过晶体时，在两个轴上光波之 间的相位差会随着电压（或电场）改变
Δ

2ππ
3 0
γ
41l
E

2ππ
3 0
γ
41l

U
λ
λd
12个高速串口由两片PCI多串口控制器实现，串口波特率 最高可达到6Mbit/s,,完全满足电子式互感器提出的要求 (若采样率为200点/周波，波特率仅需要2Mbit/s)。
秒脉冲(光口)由装置外部输入，装置内部利用高性能的 FPGA芯片将输入的秒脉冲转换为5KHz或10KHz(可选)的采 样脉冲，并转换为12路光信号输出给电子式互感器。
合并单元(模拟输入)
NZD150采用高性能数字信号处理芯片完成同步采样测量 功能；采用大输入动态范围(±10V)，16位采样精度的 ADC完成高精度的交流采样；通过板内的高速以太网芯片 接口，用两路光纤输出通道，高速发送IEC61850格式的 采样值数据到二次保护测控设备。
装置采集12路模拟交流量输入(7I+5U)，既可以是常规 CT/PT信号，也可以是电子式互感器的模拟小信号，交流 采样范围：电压0.2V－120V，电流0.04In－20In；交流 采样精度为0.2%。
硬件结构
电压量 电流量
交流转 换调理 电路
AD
C转 换
PowerPC ＋
DSP
I/O 模件
电源
站控层以太网
性能
全面支持IEC61850通信标准
■ 完备的IEC61850对象及服务 ■ 支持多达8个客户端的同时连接 ■ 面向对象的数据建模 ■ 动态创建MMXU、XCBR、XSWI、CSWI等各种测控元件模型 ■ 动态创建PDIS、PIOC、PTOC、RDRE、RADR等各种保护模型 ■ MMXU测量一个设备的全部电气量，提供测量死区设定、越限检测功能 ■ XCBR、XSWI反映开关/刀闸的位置状态，并提供其动作次数的统计信息 ■ CSWI提供增强型的SBOw控制，支持同期和互锁判断 ■ 支持GOOSE发送/接收闭锁信息，同时能够详细记录GOOSE信息 ■ 报告(URCB、BRCB)和日志功能 ■ 广泛的互操作性
过程层
8247 网卡
硬件结构
GOOSE
MU
逻辑压板
光纤以太网
8247 ＋
2812
I/O 模件
电源
站控层以太网
硬件体系
对于安装在开关柜的保护测控一体化的系列装置 和其它不与MU、智能操作箱相连的系列装置，直 接通过ADC转换获取现场的电流电压量，通过继 电器的接点控制现场的开关等，通过高速以太网 与站控层进行数据交换。该系列装置的硬件系统 结构如下：
合并器的功能
接收并处理来自多个采集器的数字信号； 接收并处理电磁式互感器提供的电压、电流模拟量； 提供同步信号输入通道，可以接收变电站同步信号以同步 连接的各采集器； 通过辅助CPU 和扩展开入开出直接提供保护、测量等功能； 通过光纤以太网接口给监控、测量等装置提供数据。
特色功能
NZD15X系列合并单元具有很多特色的功能方便现 场调试和使用 –具有完善的监测功能，能够检测出各个插件、 远端电子式互感器模块的工作状态，能够检查 光纤信号的强弱，在信号偏弱时给出告警信息 –具有测量功能能够实时显示电压电流功率等测 量值，方便现场的调试和测试
目录
一 数字化变电站概述 二 数字化变电站系统结构 三 电子式互感器 四 间隔层设备 五 过程层设备 六 NZD2000系列产品
合并单元(定义)
合并单元(Merging Unit)是针对与数字化输出的 电子式互感器连接而在IEC 60044-8中首次定义 的，其主要功能是同步采集多路(最多12 路)ECT/EVT输出的数字信号后，并按照规定的格 式发送给保护、测控设备。
硬件体系
NZD系列装置是在基于TI的32位DSP芯片和飞思卡尔 (Freescal)的PowerPC芯片组成的双CPU硬件平台上实现 的。装置结构采用标准6U机箱，有 19”/3、19”/2以及19” 三个系列的机箱。
对于需要与合并单元(MU)、智能操作箱相连的系列装置， 装置通过光纤以太网与MU相连，通过MU获取已经数字化 的电压量和电流量，通过控制网获取开入信息，并通过 GOOSE报文实现开出操作。该平台提供2路面向站控层的 以太网接口和4路面向过程层的光纤以太网接口，并提供 相关的保护及测控功能的逻辑压板。该系列装置的硬件 系统结构如下：
反
光纤
射
镜
汇流排
两偏振光传播方向 （红、绿箭头）
信号处理 电路
保护:5P30，测量:0.2级 符合IEC60044-8和GB/T 20840.8
相位调制器 偏振器
耦合器
探测器 光源
A）不通电 B）通电
磁光玻璃式电流互感器工作原理
两种光电流互感器的比较
块状玻璃是特殊光学材料； 它对光信号的损耗大； 光纤粘接影响稳定性。
NZD151由高性能嵌入式处理器PowerPC、PCI以太 网控制器、PCI多串口控制器及其他外设组成。
合并单元(数字输入)
由PowerPC处理器内嵌的以太网控制器(2个)和外挂PCI以 太网控制器(2个)实现4路以太网通信接口(100Mbit/s光 口或10/100Mbit/s电口)，同时向四个测控或保护装置提 供采样数据，可有效地减少了交换机的数量，降低数字 变电站的造价。
性能
强大的网络功能
■ 采用交换式双以太网，支持VLAN ■ 双网双IP或双网单IP灵活配置，实现网络无缝切换 ■ 支持光纤/双绞线与站控层通信 ■ 支持光纤/双绞线与合并单元通过IEC61850-9-1或9-2通信 ■ 支持光纤/双绞线与智能操作单元通信 ■ 支持建立独立的过程层控制网络 ■ 全站数据共享，实现全站控制操作的逻辑闭锁
NZD2000数字化变电站系统
简介
南京中德保护控制系统有限公司
目录
一 数字化变电站概述 二 数字化变电站系统结构 三 电子式互感器 四 间隔层设备 五 过程层设备 六 NZD2000系列产品
数字化变电站概述
数字化变电站是由电子式互感器、智能化一 次设备、网络化二次设备在IEC61850通信规 范基础上分层构建，能够实现智能设备间信 息共享和互操作的现代化变电站。
性能
安全可靠
■ 具有全站逻辑闭锁功能 ■ 所有插件按EMC最高级别标准设计 ■ 输入、输出分开，强弱电分开 ■ 采用多种隔离措施 ■ 出口继电器返校 ■ 采用软硬件同步对时，对时精度达1μs ■ 完备的元器件级实时自检功能
维护方便
■ 所有型号装置采用统一硬件平台，插件可互换
其他功能
■ 支持标准COMTRADE格式的故障录波功能 ■ 当地和网络打印功能
电磁式互感器和电子式互感器
电磁式
电子式
电子式互感器的分类
有源电子互感器和无源电子互感器
有源式电流互感器的概要
LPCT
空芯线圈 远端模块
复合绝缘子 光纤
i
uo
u0

0ns
di dt
光缆
激光器 PIN
驱动电路 数据处理
合 保护 并 测控 单 计量
元
电子式电流互感器
电子式电压互感器
有源电流电压组合式互感器
智能操作箱(概述)
NZD130智能化操作箱介于间隔层设备和开关之间， 提供系统的交互性；友好的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开关的运行情况。 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 的连锁，能显著减少机构辅助接点数量，提高系 统的可靠性。
其中，Δφ是电压在晶体两个轴向上引起的光相位差；n0是晶体的折射率；
γ41是晶体的电光系数；λ是光波长；l是晶体通光方向的长度；d是电极
之间的距离；E是晶体感应的电场强度；U是电极上施加的电压。通过检 测相位差就可以得到被测电压，但是直接测量相位是很困难的，可以通 过干涉后检测功率变化来计算相位差，从而计算得出电压 。
装置接收GPS同步对时单元的1pps信号和时标信号，同步 采样精度可达1μs。
合并单元(数字输入)
NZD151能够支持多个厂家和多种电子式互感器接 口，如西安同维、西安华伟、北京南瑞航天等， 可最多输出4路光纤以太网通道，并能适应220kV、 500kV及以上等级变电站各种电子式互感器配置 的需要。
数字化变电站与现有变电站的区别
数字化变电站间隔层和站控层的设备及 网络接口只是接口和通信模型发生了变 化;
而过程层却发生了较大的改变，由传统 的电流、电压互感器、一次设备以及一 次设备与二次设备之间的电缆连接，逐 步改变为电子式互感器、智能化一次设 备、合并单元、光纤连接等。
目录
一 数字化变电站概述 二 数字化变电站系统结构 三 电子式互感器 四 间隔层设备 五 过程层设备 六 NZD2000系列产品
合并单元既可以是单独的一个设备，也可以是 ECT/EVT的一部分。
合并单元的结构
合并单元(组成)
同步功能模块。在正确识别外部输人的同步脉冲时钟信 号(一般来自于GPS接收机的输出)后，合并单元给各路 A/D转换器发送同步转换信号。
多路数据采集和处理功能模块。这是与电子式互感器进 行接口的主要功能模块。在合并单元给多路A/D转换器发 送同步转换信号后，将同时接收12路通道的输出数据并 对其有效性进行校验。
LPCT
空芯线圈 远端模块
复合绝缘子 光纤 电容分压器 油或介质胶
光缆
激光器 驱动电路
合
保护
并 测控
PIN
数据处理
单 计量
元
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
合 并 单 元
保护 测控 计量
全光纤电流互感器
全光纤电子式电流互感器工作原理
数字化变电站系统结构
NZD2000数字化变电站系统示意图(全数字化)
NZD2000数字2000数字化变电站系统示意图(IEC61850标准
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一 数字化变电站概述 二 数字化变电站系统结构 三 电子式互感器 四 间隔层设备 五 过程层设备 六 NZD2000系列产品
数字通道输出模块。用于将各路采样值数据进行组帧并 发送给保护测控设备。
合并单元(应用范围)
为适应变电站内的各类互感器(包括传统电磁式互感器、 CVT、电子式互感器)，开发了两类合并单元：一类适用 于模拟输出的互感器NZD150，另一类适用于数字输出的 互感器NZD151。装置采集并合并数据后，通过以太网发 送一条线路ABC三相测量和保护电流、电压的数据。发送 协议遵循IEC61850-9-1或IEC61850-9-2标准。装置通过 光纤将1pps和GPS时标信号送入合并单元进行时钟同步， 实现全站同步采样，同步精度可达1μs。
智能操作箱(概述)
NZD130装置用于对非智能化设备，如断路器、隔 离刀闸、变压器等，进行智能化改造，以使其实 现智能化。