智能变电站概念及相关设备

主变保护1(9-1数据) 母线保护1(FT3数据) 故障录波(FT3数据) 主变保护2(9-1数据) 母线保护2(FT3数据) 测控装置(9-1数据) 计量设备(9-1数据)
母线电压 MU2
以9-1点对点输出为例
主变间隔
10kV变压器侧电子式互感器配置
就地采 集器1 单相 ECT 就地采 集器2 主变MU1
智能变电站概念 q 智能变电站实现了一系列的高级应用功能，因此 对站内设备提出了更高的要求，比如一次设备智 能化、一体化系统平台等等。同时由于需要大量 信息需要交换，因此，智能变电站需要数字化的 通信平台。
智能变电站的四个方面
q 电子式互感器
o 解决传统互感器的固有缺陷； o 节约绝缘和材料成本。
2008.06 2008.09
目前已形成10kV ～500kV各电压等级的电流、电压、 组合型电子式互感器系列产品。
PSET6000系列电子式互感器分类 DW 系列
户外AIS ，CT为罗氏线圈+低功率线圈；VT为串级式电容分压器；固体绝缘；
SF系列
户外AIS ， CT为罗氏线圈+低功率线圈；VT为同轴电容分压器；SF6气体绝缘；
目前实施的变电站自动化系统缺乏统一的系统规 范，广泛应用的IEC60870-5-103规约只是变电站 内传输规约，缺乏对变电站系统模型、二次功能 模型的描述，没有将系统应用与通信技术进行分 层处理，其应用受到通信技术的限制，缺乏一致 性测试标准，因此103规约不适合作为未来数字 化变电站的统一信息平台。
智能组件
q智能组件
智能组件(intelligent component)：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。 宿主设备：高压一次设备
q智能一次设备的基本特征
电子式互感器
Faraday磁光效应（光纤为感光元件）
相位 调制器 信号 处理电路 反射膜 输出
电子式互感器
Pockels电光效应
PSET6000 电子式互感器
电子式互感器
Rogowski线圈结构及原理
优点：
1.测量线圈与主回路直接无直接的电气联
一次电流
i
dΦ di e(t ) = − = −k dt dt
q 有源式电子式互感器
o 进入工程化阶段 o 与继电保护装置经过多次动模试验 o 可靠性还需要进一步验证（与传统互感器相比）
q 无源式电子式互感器
o 全光纤型电流互感器（FOCT）处于试点运行阶段 o 需要进一步解决温度、振动、寿命等方面的问题 o 电压互感器是个难题
电子式互感器
Faraday磁光效应 磁光玻璃为传感元件 OCT
q 数字化平台
o 取消长电缆连接，提高系统性能，同时消除事故隐患； o 使用IEC 61850标准，有利于设备之间的互操作。
q 智能一次设备
o 监视设备运行状态，消除事故隐患; o 提高设备运行寿命，降低全生命周期成本； o 实现智能操作。
q 高级应用
o 分担主站负担，提高电网智能化水平；
IEC 61850 IEC 61850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。 IEC 61850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。
低压开关柜方案
低压开关柜解决方案
l 罗氏线圈+计量线圈（传统 or LPCT） l 电子式/传统PT l 四合一装置： 合并单元+开关智能单元+保护+测控
PSET6000DH电子式互感器
装置照片
q 四合一智能单元
装置照片
q 四合一智能单元
供能方式
q电子式互感器供能方式
o 110kV及以上AIS CT：激光电源+线路取能； o PT：直流电源； o 10kV、35kV互感器：直流电源； o GIS、HGIS场合：双路直流电源；
q CVT原理图
电子式互感器
q U 2 = C1 U 1 / ( C1+C2 ) 由上式可知 , 只要选择合适的C1,C2容 量,即可 得到所需的分压比 。 q 当线路短路或断路的故障出现的时候， 储存在分压电容中的能量可以通过并联 在低压侧分压电容上的小电阻R快速释 放，从而对线路上的电压变化实现快速 响应跟踪测量。这种传感器结构模式的 特点在于改善了全电容电压分压器的的 暂态特性，同时继承了电容分压器原有 的优点。 q 低功率小信号的输出使互感器体积大为 减小，采用固体绝缘脂和硅橡胶复合套 管形成密封实心柱体，消除了传统电容 器存在的漏油的问题，具有耐污、防 爆、难燃和绝缘可靠、免维护等优点。
o 测量数字化 o 控制网络化 o 状态可视化 o 功能一体化 o 信息互动化
智能一次设备
智能一次设备
q 二次厂家率先介入 q 目前处于智能单元阶段 q 一、二次厂家开始合作 开发真正的智能一次设备
智能单元
o 给传统断路器或变压器提供数字化变电站接口； o 在开关端子箱安装智能终端：对刀闸等进行状态采集 和控制，就地操作箱功能； o 在变压器端子箱安装智能终端，实现变压器本体保护 和变压器测控功能：采集温度、档位、非电量、中性 点地刀等状态，控制风扇和档位 o 对时、录波功能.
OW 系列
户外AIS ， CT为全光纤型；VT为串级式电容分压器；固体绝缘；
GS系列
GIS/PASS用 ， CT为罗氏线圈+低功率线圈；VT为电磁式/电容分压器； SF6气体绝缘；
DH系列
户内开关柜用，CT为罗氏线圈+低功率线圈；VT为电磁式/电阻分压器； 固体绝缘；
220kV线路电子式互感器配置
技术发展阶段
IEC 61850
2000年 2007年 2009年
数字化变电站
功能挖掘、整合
201x年
智能变电站
电子式互感器
过程层设备/网络
智能一次设备
智能变电站的实现
变电站抽象通信接口
远方控 制 (NCC)
技术服务
7
功能 . A 功能 . B
变电站 层
9
1,6 1,6
3
间隔 / 单元层 保 护. 控制
智能变电站概念 q 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。
智能变电站概念 q 智能变电站的概念是随着智能电网概念的提出而 一并提出的，智能变电站与智能电网密切相关， 是作为智能电网的变电一环出现的，可以讲是智 能电网的一个最重要、最关键的“终端”，承担为 智能电网提供数据和控制对象的功能。
互感器资质
PSET6220CTDW 电子式电流互感器通过型式试验； PSET6220CTDW 电子式电流互感器通过暂态型式试验； PSET6220CVDW 电子式电流电压互感器通过型式试验； 2009.01 PSET6110CTDW 电子式电流互感器通过型式试验； PSET6110VTDW 电子式电压互感器通过型式试验； PSET6110CVDW 电子式电流电压互感器通过型式试验； PSET6010CTDH电子式电流互感器通过型式试验； 2009.04 PSET6220VTDW 电子式电压互感器通过型式试验； PSET6500CTDW 电子式电流互感器通过型式试验； PSET6500VTDW 电子式电压互感器通过型式试验 ；
q 电子式电压互感器原理图
电子式互感器
电流互感器
电压互感器
电流电压式互感器
PSET6000GS电子式互感器
→ ↑
低功率、小信号模拟输入；光纤数字信号输 出； 采集器就近安装于GIS端子室或汇控柜内； 可靠的直流供电；
GIS电子式互感器 GIS上安装电子互感器
PSET6000GS电子式互感器
电子式互感器
IEC 61850
q 对变电站自动化系统中的对象统一建模，采用 面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服 务接口，增强了设备之间的互操作性，可以在 不同厂家的设备之间实现无缝连接。
q 定义了数字式CT、PT、智能式开关等一次设备 的模型和通信接口，实现数字化变电站
IEC 61850与传统规约的比较
q PSMU 602 合并器
电子式互感器
q PSMU 602 合并器
合并单元（IEC 61850标准设备）
l 接收多路电子式互感器采样、同步 l 接收站内采样同步信号 l 支持IEC 61850-9-2、IEC 60044-8/FT3 l 同时支持点对点和组网方案 l 完善的自检功能，如CT断线等 l 激光供能（AIS CT） l 原则：按间隔布置
智能变电站概念及相关设备
国电南京自动化股份有限公司
智能变电站事业部
郭 乐
副总经理/研发部主任
guole@sac-china.com TEL: 025 – 51183266 FAX: 025 – 51183263 MOBIL: 13851619009
q数字化/智能变电站概念 q智能变电站实现
数字化/智能变电站概念
数字化变电站发展历程 q 信息监控系统的数字化 信息的采样、传输、处理 就地化、光纤化、分散化 q 数字化过程是一个逐步深入的过程 传统变电站 综合自动化站 数字化变电站 q 当前的数字化变电站是与传统综自站相比较而 言的
数字化变电站发展历程
q 变电站综合自动化系统
o 实现了间隔层和站控层间的数字化
220kV线路电子式互感器配置 （A相采用混合式互感器为线路抽取用）
110kV线路电子式互感器配置
以9-1点对点输出为例
110kV线路电子式互感器配置 （A相采用混合式互感器为线路抽取用）
220kV及110kV变压器侧电子式互感器配置
Ⅰ Ⅱ 220kV/110kV
母线电压 MU1
主变MU1 ECT ECT ECT 主变MU2
8
控制 .
3
保护
远方保护
2
4,5 4,5
传感器
2
远方保护
过程层
过程接口
执行元件
高压设 备
q过程层设备
o 电子式互感器 o 智能一次设备
数字化变电站典型问题
电子式互感器原理 q分类
电子式互感器 电流互感器 Faraday原理 罗式线圈 电压互感器 Pockels效应
电容/电感分压原理
电子式互感器 电子式互感器
数字化变电站特征
基本特征
o 一次设备智能化——电子式互感器＋智能一次设备 o 二次设备网络化——基于以太网 o 信息模型标准化——IEC 61850标准
技术发展阶段 q 数字化
o 从技术实现手段方面定义 o 强调数字方式交换信息
q 智能化
o 从设备功能方面定义 o 强调自检和在线监测
q 自动化
o 从用户体验方面定义 o 集成、施工、调试、检修、改扩建…… o 强调经济性、可靠性，降低全生命周期成本
q 数字化变电站
o 还需完成过程层及间隔层设备间的数字化
需数字化的抽象通信接口
数字化变电站概念
Leabharlann Baidu
q 数字化变电站是由电子式互感器，智能化终 端，数字化保护测控设备，数字化计量仪表、 光纤网络和双绞网络以及IEC 61850规约组成 的全智能化的变电站模式，按分层分布式来实 现整站数字化，能够实现变电站内智能电气设 备间信息共享和互操作的现代化变电站。
系，而仅通过电磁场耦合，因此与主回路之 间有良好的电气绝缘，无充油充气带来的易 燃易爆危险，符合环保要求； 2.无铁芯饱和等问题，测量范围宽，线性度 好，准确度高； 3.线圈感应电压对频率响应好，暂态特性 好； 4.低功率的输出易于转化为数字量； 5.体积小，质量轻，生产成本低；
电子式互感器
q 大容量输出的设计使绝缘结构复杂， 体积庞大；当实际负荷低于CVT额定 输出的25%时，误差就有可能超出相 应准确级的规定值。 q CVT内部含有电容和非线性电感元件 (中间变压器、补偿电抗器)，在一次 突然合闸或二次短路消除产生的过电 压作用下有可能产生内部分次谐波铁 磁谐振现象，危及CVT本身的安全， 影响二次测量、保护的正常工作， q 传统CVT带有中间变压器，且与电压 互感器连接的保护继电器入口常有隔 离用的铁芯变压器，当线路重合闸时 在二次侧感应的电压直流分量可能会 导致这些变压器饱和，引起严重的二 次侧暂态问题。
主变MU2
低压智能 终端1
1
ECT
ECT
ECT 低压智能 终端2
2
10kV
10kV线路侧电子式互感器配置
10kV线路配置图
10kV母线PT并列配置图
q智能一次设备
又名智能化高压设备：由高压设备本体和智能 组件组成，具有测量数字化、控制网络化、状 态可视化、功能一体化、信息互动化特征的高 压设备。