数字化变电站的优点
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数字化变电站概念
SAC
数字化变电站概念
信息采集、传输、处理、输出过程完全数字 化的变电站
o 设备间交换的信息用数字编码表示
通信网络减少连接线数量 光缆取代电缆：抗干扰、不传输干扰 可检错纠错 不产生附加误差
基本特征
o 设备智能化——电子式互感器＋智能开关 o 信息传输光纤化——光纤通信替代二次电缆 o 信息模型标准化——IEC61850通信标准
SAC
数字化变电站建设面临的问题
问题一：电子式互感器的校验
问题二：电子式互感器对线路差动的影响
问题三：电压切换和电压并列 问题四：故障录波器的实现
问题五：故障信息子站的实现
问题六：数字式电度表的实现 问题七：保护测试手段的实现
SAC
数字化变电站建设面临的问题
问题一：电子式互感器的校验
问题二：电子式互感器对线路差动的影响
电子式互感器的优势
优点四：动态范围大，测量精度高,电网正常运行时，电 流互感器流过的电流并不大，但短路电流一般很大，而 且随着电网容量的增加，短路电流越来越大。电磁式电 流互感器因存在磁饱和问题，难以实现大范围测量，一 台互感器很难同时满足高精度计量和继电保护的需要。 电子式互感器有很宽的动态范围，一台电子式互感器可 同时满足计量和继电保护的需要。 优点五：频率响应范围宽，电子式互感器的频率范围主 要取决于相关的电子线路部分，频率响应范围较宽。电 子式互感器可以测出高压电力线上的谐波，还可进行电 网电流暂态、高频大电流与直流的测量。而电磁式互感 器是难以进行这方面的工作的。 SAC
SAC
[2]
传统变电站的应用系统
CT CT CT 二次电流 小 CT PT 二次电压 AD 转 换 继 电 器 输 出 继电保护
一 次 电 流
一 次 电 压
PT PT PT
CPU
开关量 输入
开入量电缆
断 路 器
控制和信号电缆
操作箱
开关场
[3]
集控室
开出量电缆
SAC
数字化变电站的应用系统
电流 线圈 电流 线圈 电流 线圈 AD AD AD CPU CPU CPU LED LED LED CPU 一 次 电 压 分压 器 分压 器 分压 器 AD AD AD CPU CPU CPU LED LED LED 合并器 IEC60044-8 IEC61850-9-1 IEC61850-9-2 继电保护 CPU 至母差、测控、电能表等
o 绝缘结构简单、干式绝缘、免维护
[5]
SAC
测量系统区别（全数字）
电子式CT 0.2级
光缆 数字传输 无误差
全数字系统 无误差
测量系统误差 0.4
电子式VT 0.2级
电子式互感器构成的测量系统（误差取决于互感器）
SAC
传统测量系统
CT 0.2级 线缆误差 0.1 VT 0.2级 A/D转换
SAC
电子式互感器的优势
优点一：高低压完全隔离，安全性高，具有优良的绝缘 性能和优越的性价比，电磁式互感器的被测高压信号与 二次线圈之间通过铁芯耦合，它们之间的绝缘结构复杂 ，其造价随电压等级呈指数关系上升。电子式互感器取 消了铁芯，将高压侧信号通过绝缘性能很好的光纤传输 到二次设备，这使得其绝缘结构大大简化，电压等级越 高其性价比优势越明显。电子式互感器利用光缆而不是 电缆作为信号传输工具，实现了高低压的彻底隔离，不 存在电压互感器二次回路短路或电流互感器二次开路给 设备和人身造成的危害，且光信号有着电信号无法比拟 的电磁兼容性能、安全性和可靠性大大提高。 SAC
o 二次设备小型化、标准化、集成化
o 二次设备可灵活布置
[8]
SAC
数字化变电站发展历程
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
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
[9]
SAC
*According to Ivan De Mesmaeker, ABB
[ 10 ]
过程层设备
互感器 间隔1
开关 间隔1
互感器 间隔2
开关 间隔2
...
互感器 间隔N
开关 间隔N
黑色线：光纤以太网 绿色线：光纤（FT3协议）
[ 11 ]
SAC
电子式互感器的优势
电流互感器和电压互感器是电力系统进行电流、电压测量的重 要设备，其精度及可靠性与电力系统的安全、可靠和经济运行 密切相关。传统的电流和电压互感器是电磁感应式的，具有类 似变压器的结构。随着电力工业的发展，电力系统传输的电力 容量不断增加，电网运行电压等级也越来越高，目前，俄罗斯 已有1150kV的骨干电网，我国也已将原来220kV的骨干电网 提高到了500kV，国网公司已将1000kV的输电线路纳入近几 年的发展规划。随着电压等级的提高，电磁式互感器逐渐暴露 出一系列固有的缺点。一些应用新的感应原理的互感器应运而 生，我们把这类基于微电子技术、光学技术、通讯技术的新型 互感器统称为电子式互感器(ECVT)。
SБайду номын сангаасC
数字化变电站的网络结构
变电站层设备 站控间隔层网络 间隔层设备
变电站层设备
100M/10M交换 以太网
间隔层设备 间隔1
间隔层设备 间隔2
...
间隔层设备 间隔N
母差等跨间隔的 间隔层设备
过程层网络
100M交换 以太网
100M交换 以太网
100M交换 以太网
100M交换 以太网 各种连线颜色示例 ： 蓝色线：双绞线以太网
问题三：电压切换和电压并列 问题四：故障录波器的实现
问题五：故障信息子站的实现
问题六：数字式电度表的实现 问题七：保护测试手段的实现
SAC
电子式互感器的优势
优点六：没有因充油而潜在的易燃、易爆炸等危险,电子 式互感器的绝缘结构相对简单，一般不采用油做为绝缘 介质，不会引起火灾和爆炸等危险。 优点七：体积小、重量轻，电子式互感器无铁芯，其 重量较相同电压等级的电磁式互感器小很多。美国西屋 公司公布的345kV的MOCT的重量为109kg，而相同电压等 级的油浸式电流互感器的重量有2吨左右，这给运输和安 装带来了很大的方便。
传统电能表 0.2级
测量系统误差 0.7
整体误差取决于互感器准确度、传输附加误差 、电表精度
SAC
数字化变电站的优势
一、二次设备间无电联系
o 无传输过电压和两点接地等问题
o 一次设备电磁干扰不会传输到集控室
各种功能共享统一的信息平台
o 监控、远动、保护信息子站、VQC和五防等一体化
减小变电站集控室面积
一 次 电 流
...
断 路 器
操作 回路
CPU GOOSE
智能单元
开关场
[4]
集控室
SAC
数字化变电站的优势 简化二次接线
o 少量光纤代替大量电缆
提升测量精度
o 数字信号传输和处理无附加误差
提高信息传输的可靠性
o CRC校验、通信自检 o 光纤通信无电磁兼容问题
可采用电子式互感器
o 无CT饱和、CT开路、铁磁谐振等问题
电子式互感器的优势
优点二：不含铁芯，消除了磁饱和和铁磁谐振等问题,电 磁式电流互感器由于使用了基于铁芯的电磁感应原理， 铁芯的存在不可避免地存在磁饱和及铁磁谐振等问题。 电子式互感器在原理上与传统互感器有着本质的区别 ，一般不用铁芯做磁耦合，因此消除了磁饱和及铁磁谐 振现象，从而使互感器运行暂态响应好，稳定性好，保 证了系统运行的高可靠性。 优点三：电磁式互感器需要提供较多绕组供不同的二次 设备使用。而电子式互感器提供的是数字信号，二次设 备可以共享电压电流信号，简小体积、节省资源。 SAC
SAC
数字化变电站概念
信息采集、传输、处理、输出过程完全数字 化的变电站
o 设备间交换的信息用数字编码表示
通信网络减少连接线数量 光缆取代电缆：抗干扰、不传输干扰 可检错纠错 不产生附加误差
基本特征
o 设备智能化——电子式互感器＋智能开关 o 信息传输光纤化——光纤通信替代二次电缆 o 信息模型标准化——IEC61850通信标准
SAC
数字化变电站建设面临的问题
问题一：电子式互感器的校验
问题二：电子式互感器对线路差动的影响
问题三：电压切换和电压并列 问题四：故障录波器的实现
问题五：故障信息子站的实现
问题六：数字式电度表的实现 问题七：保护测试手段的实现
SAC
数字化变电站建设面临的问题
问题一：电子式互感器的校验
问题二：电子式互感器对线路差动的影响
电子式互感器的优势
优点四：动态范围大，测量精度高,电网正常运行时，电 流互感器流过的电流并不大，但短路电流一般很大，而 且随着电网容量的增加，短路电流越来越大。电磁式电 流互感器因存在磁饱和问题，难以实现大范围测量，一 台互感器很难同时满足高精度计量和继电保护的需要。 电子式互感器有很宽的动态范围，一台电子式互感器可 同时满足计量和继电保护的需要。 优点五：频率响应范围宽，电子式互感器的频率范围主 要取决于相关的电子线路部分，频率响应范围较宽。电 子式互感器可以测出高压电力线上的谐波，还可进行电 网电流暂态、高频大电流与直流的测量。而电磁式互感 器是难以进行这方面的工作的。 SAC
SAC
[2]
传统变电站的应用系统
CT CT CT 二次电流 小 CT PT 二次电压 AD 转 换 继 电 器 输 出 继电保护
一 次 电 流
一 次 电 压
PT PT PT
CPU
开关量 输入
开入量电缆
断 路 器
控制和信号电缆
操作箱
开关场
[3]
集控室
开出量电缆
SAC
数字化变电站的应用系统
电流 线圈 电流 线圈 电流 线圈 AD AD AD CPU CPU CPU LED LED LED CPU 一 次 电 压 分压 器 分压 器 分压 器 AD AD AD CPU CPU CPU LED LED LED 合并器 IEC60044-8 IEC61850-9-1 IEC61850-9-2 继电保护 CPU 至母差、测控、电能表等
o 绝缘结构简单、干式绝缘、免维护
[5]
SAC
测量系统区别（全数字）
电子式CT 0.2级
光缆 数字传输 无误差
全数字系统 无误差
测量系统误差 0.4
电子式VT 0.2级
电子式互感器构成的测量系统（误差取决于互感器）
SAC
传统测量系统
CT 0.2级 线缆误差 0.1 VT 0.2级 A/D转换
SAC
电子式互感器的优势
优点一：高低压完全隔离，安全性高，具有优良的绝缘 性能和优越的性价比，电磁式互感器的被测高压信号与 二次线圈之间通过铁芯耦合，它们之间的绝缘结构复杂 ，其造价随电压等级呈指数关系上升。电子式互感器取 消了铁芯，将高压侧信号通过绝缘性能很好的光纤传输 到二次设备，这使得其绝缘结构大大简化，电压等级越 高其性价比优势越明显。电子式互感器利用光缆而不是 电缆作为信号传输工具，实现了高低压的彻底隔离，不 存在电压互感器二次回路短路或电流互感器二次开路给 设备和人身造成的危害，且光信号有着电信号无法比拟 的电磁兼容性能、安全性和可靠性大大提高。 SAC
o 二次设备小型化、标准化、集成化
o 二次设备可灵活布置
[8]
SAC
数字化变电站发展历程
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
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
[9]
SAC
*According to Ivan De Mesmaeker, ABB
[ 10 ]
过程层设备
互感器 间隔1
开关 间隔1
互感器 间隔2
开关 间隔2
...
互感器 间隔N
开关 间隔N
黑色线：光纤以太网 绿色线：光纤（FT3协议）
[ 11 ]
SAC
电子式互感器的优势
电流互感器和电压互感器是电力系统进行电流、电压测量的重 要设备，其精度及可靠性与电力系统的安全、可靠和经济运行 密切相关。传统的电流和电压互感器是电磁感应式的，具有类 似变压器的结构。随着电力工业的发展，电力系统传输的电力 容量不断增加，电网运行电压等级也越来越高，目前，俄罗斯 已有1150kV的骨干电网，我国也已将原来220kV的骨干电网 提高到了500kV，国网公司已将1000kV的输电线路纳入近几 年的发展规划。随着电压等级的提高，电磁式互感器逐渐暴露 出一系列固有的缺点。一些应用新的感应原理的互感器应运而 生，我们把这类基于微电子技术、光学技术、通讯技术的新型 互感器统称为电子式互感器(ECVT)。
SБайду номын сангаасC
数字化变电站的网络结构
变电站层设备 站控间隔层网络 间隔层设备
变电站层设备
100M/10M交换 以太网
间隔层设备 间隔1
间隔层设备 间隔2
...
间隔层设备 间隔N
母差等跨间隔的 间隔层设备
过程层网络
100M交换 以太网
100M交换 以太网
100M交换 以太网
100M交换 以太网 各种连线颜色示例 ： 蓝色线：双绞线以太网
问题三：电压切换和电压并列 问题四：故障录波器的实现
问题五：故障信息子站的实现
问题六：数字式电度表的实现 问题七：保护测试手段的实现
SAC
电子式互感器的优势
优点六：没有因充油而潜在的易燃、易爆炸等危险,电子 式互感器的绝缘结构相对简单，一般不采用油做为绝缘 介质，不会引起火灾和爆炸等危险。 优点七：体积小、重量轻，电子式互感器无铁芯，其 重量较相同电压等级的电磁式互感器小很多。美国西屋 公司公布的345kV的MOCT的重量为109kg，而相同电压等 级的油浸式电流互感器的重量有2吨左右，这给运输和安 装带来了很大的方便。
传统电能表 0.2级
测量系统误差 0.7
整体误差取决于互感器准确度、传输附加误差 、电表精度
SAC
数字化变电站的优势
一、二次设备间无电联系
o 无传输过电压和两点接地等问题
o 一次设备电磁干扰不会传输到集控室
各种功能共享统一的信息平台
o 监控、远动、保护信息子站、VQC和五防等一体化
减小变电站集控室面积
一 次 电 流
...
断 路 器
操作 回路
CPU GOOSE
智能单元
开关场
[4]
集控室
SAC
数字化变电站的优势 简化二次接线
o 少量光纤代替大量电缆
提升测量精度
o 数字信号传输和处理无附加误差
提高信息传输的可靠性
o CRC校验、通信自检 o 光纤通信无电磁兼容问题
可采用电子式互感器
o 无CT饱和、CT开路、铁磁谐振等问题
电子式互感器的优势
优点二：不含铁芯，消除了磁饱和和铁磁谐振等问题,电 磁式电流互感器由于使用了基于铁芯的电磁感应原理， 铁芯的存在不可避免地存在磁饱和及铁磁谐振等问题。 电子式互感器在原理上与传统互感器有着本质的区别 ，一般不用铁芯做磁耦合，因此消除了磁饱和及铁磁谐 振现象，从而使互感器运行暂态响应好，稳定性好，保 证了系统运行的高可靠性。 优点三：电磁式互感器需要提供较多绕组供不同的二次 设备使用。而电子式互感器提供的是数字信号，二次设 备可以共享电压电流信号，简小体积、节省资源。 SAC