智能变电站介绍

光学电流互感器 (OCT）
Rogowski电子式互感器
• 电流测量：采用罗氏（Rogowski）空芯线圈和低功率线 圈（LPCT）电磁感应原理
远端模块由电子电路构成，需要供电，因此称为有源式电子 互感器，有源式电子互感器技术较为成熟，在国内外已有一 定的应用。
特点： • 空心线圈，不会产生磁饱和现象； • 动态测量范围大； • 频率响应范围宽； • 体积小、重量轻。
IEC61850（DL/T 860 ） 变电站通信网络和系统标准
智能单元（下放）+开关 智能开关
合并单元+传统互感器 有源式互感器 无源式互感器
合并单元是否下放
三网是否共享物理链路
概述及特点
智能化变电站与传统变电站比较
节省投资、二次接线简单、可靠性高、便于设备维护升 级、便于变电站规模的扩建和功能的扩充
无源式电流互感器主要是基于法拉第磁光效应，按材料 不同可分为磁光玻璃型和纯光纤型；
电压互感器有基于普克尔电光效应的互感器。 无源式电压互感器技术还不成熟，而且应用需求并没 有电流互感器高，因此目前还没有成功应用。
法拉第磁光效应电流互感器
普通光 起偏器
法拉第磁光效应
偏振光
Faraday旋光角
Faraday材料
中性点电流输出二次变换
a相电压传感器输出二次变换（测量） a相电压传感器输出二次变换（测量） a相电压传感器输出二次变换（测量）
中性点电压输出二次变换
母线电压传感器输出二次变换
数字 输出 合并单元 （merging unit）
电源 时钟
IEC60044-8标准：点对点的FT3格式、光纤串行传输
• 传输延时确定 • 可以采用再采样技术实现同步采样 • 硬件和软件实现简单 • 适合保护要求 • 不适用于网络传输
①硬件上:由智能化一次设备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化、数字化 的二次设备组成； ②软件上:以IEC61850标准作为通信协议，实现设备间充分的信息共享和互操作；
一次设备智能化
硬件 数字化变电站
软件
互感器数字化
二次设备网络化 传输介质光纤化 通信标准统一化
IEC 61850
信息应用集成化
数字化变电站是未来变电站自 动化技术发展的趋势，是建设 智能电网的重要组成部分。
概述及特点
变电站信息传输和处理的数字化 统一的信息模型：数据模型、功能模型 统一的通信协议：信息无缝交换 高质量信息：可靠性、完整性、实时性 各种设备和功能共享统一的信息平台
智能化变电站优点
• 开放的通信协议、统一的数据模型，信息的集成化应用，为 电网开展高级应用提供了便捷条件，如为定期检修过渡到状 态检修提供一个更好的信息平台；
站控层设备
监控系统
工程师工作站
故障信息系统
站控层MMS网络 站控层网络
间隔层设备
保护1
测控1
{ 过程层网络 GOOSE跳闸网络 SAV采样值网络
HUB/MAU
NIC
% UTILIZATION
TAB
GD RE I F JA KB L C
M7 N 8 O9 GD GD GD BNC 4Mb/s GD T 2 U 3 V0 W. X Y Z
磁场 B
磁光效应原理
检偏器
磁光玻璃型
磁光效应互感器结构
纯光纤型
•敏感元件和传输元件都是光纤。 •输入输出光路为统一路径，提高了抗 干扰能力，安全可靠性高。 •也采用独特的闭环控制技术，动态范 围大和精度高。
电子式电压互感器
目前暂无成熟的产品
无源式电子式互感器技术难点
1、光学传感材料的选择 2、温度对传感器精度的影响 3、应力对传感器精度的影响 4、传感头的封装技术 5、长期稳定性问题 6、微弱信号检测
IEC61850-9-1标准：点对点的光纤网络传输
• 传输延时相对固定 • 可以采用再采样技术实现同步采样 • 硬件和软件实现简单 • 适合保护要求 • 数据格式不灵活 • 不适用于组网传输
IEC61850-9-2标准：光纤组网传输
• 传输延时不确定（400us-3ms） • 数据格式灵活，适用于组网传输 • 硬件软件比较通用，但对交换机要求极高 • 硬件和软件实现都将困难 • 不同间隔间数据到达时间不确定，不利于
• 网络化、数字化的一、二次设备，节约了大量二次电缆，设 计、施工效率较高，减少了变电站的投资；克服了传统互感 器绝缘结构复杂、测量范围小、存在饱和等缺陷；
• 开放式的通信规约使程序化操作实现更加方便，减少了误操 作情况的发生；
• 满足电网“高效”和“兼容性”的要求，为今后智能电网的 发展打下坚实的物质基础 ；
智能化变电站是由电子式互感器、智能化开关等智能化一 次设备、网络化二次设备分层构建，建立在IEC61850通信规范 基础上，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。
将会影响电力系统的开发、设计、调试、运行，给生产带来 了新的问题和挑战。
智能化变电站概述及特点
典型结构：包括四层设备和三个网络
载流导体
罗氏线圈
e(t) M di dt
信号 预处理
远端模块
光纤
A/D
LED
PIN
罗氏线圈ECT结构图
有源式电流互感器
测量线圈和保护线圈分开，共用 一套转换模块。
LPCT
罗氏线圈 远端模块
测量采用LPCT线圈、保护采用双 套罗氏线圈
复合绝缘子 光纤
光纤
二
激光器 驱动电路
次
设
PIN
数据处理
备
合并单元
ENTER RUN
PRINT HELP ALPHA SHIFT
计量
IEC61850
录波
测控2
智能化变电站 保护2 不完全等同于
IEC 61850
过程层设备 一次设备
合并单元
智能操作箱
合并单元
智能操作箱
电子式互感器 开关设备
电子式互感器 开关设备
智能化变电站介绍
六大特征：一次设备智能化、互感器数字化、二次设备网络化、传 输介质光纤化、通信标准统一化、信息应用集成化；
近年来ABB、MITSUBISHI和SIEMENS等国外大公司开始在 我国推广应用其电子式互感器。他们在我国推广应用的电子式互 感器主要包括高压直流输电(HVDC)、气体绝缘开关(GIS)和中低 压开关柜等用的有源电子式互感器。
电子式互感器发展应用情况
国内情况： 我国二十世纪九十年代初开始电子式互感器的研究。主
磁光玻璃 纯光纤
电压互感器
普克尔电光效应 克尔效应 逆压磁效应
电子式电流互感器分类
Faraday 电磁感应原理
Faraday 磁旋光效应
铁心线圈
法拉第 (Michael Faraday) 1791年－1867年
空心线圈
玻璃、光纤 或镀模玻璃
低功率铁心线圈
电流互感器 （LPCT）
罗可夫斯基线圈
电流互感器 （RCT）
智能变电站介绍
主要内容
➢ 智能化变电站概述及特点 ➢ 电子式互感器介绍 ➢ 智能单元介绍 ➢ IEC61850介绍 ➢ 智能化变电站工程应用介绍
智能化变电站概述及特点
技术发展的趋势：
1、机电式 2、晶体管式 3、集成电路 4、微机型??
微机式将原来由电路实现的保护用计算机程序语言代替；将 处理的过程数字化了，但信息采集、传输、输出过程没有实 现数字化。
传统电流互感器的缺点
Fra Baidu bibliotek
r1 I1 L1
I
' 2
r2'
Ie
Ie
L'2 RL' L'L
i1,i2 (A)
?
t(s) t(s)
差动保护不平衡电流的波形
电子式互感器的优缺点
优点 1、高低压系统完全隔离，安全性高，具有优良的绝缘性
能和优越的性价比； 2、不含铁芯，消除了磁饱和和铁磁谐振等问题； 3、无CT开路、PT短路的危险，互感器的精度与负载无关 4、动态范围大，测量精度高； 5、暂态特性好 6、没有因充油而潜在的易燃、易爆炸等危险 7、 体积小、重量轻 8、适应了电力系统数字化、智能化和网络化发展的需要
电子式互感器合并单元
概念： 合并单元是对远端模块传来的三相电气量进行合并
和同步处理，并将处理后的数字信号按特定的格式提供给二 次设备使用的装置。
a相电流传感器输出二次变换（测量） b相电流传感器输出二次变换（测量） c相电流传感器输出二次变换（测量） a相电流传感器输出二次变换（保护） b相电流传感器输出二次变换（保护） c相电流传感器输出二次变换（保护）
3、对独立结构的有源式电子式互 感器远端模块供电技术。
电压监视 稳压 光电池
信号处理
远
端
模
块
LED
PIN
信号处理
合
并
单
元
LED
驱动
激光供能原理图
无源式电子式互感器
无源式电子式互感器的一次传感器利用光学原理，由纯 光学器件构成，不需要远端电子线路模块，因此无需专门的 供电电路，有着有源式无法比拟的优点。但其制造工艺复杂， 制造技术要求高。
要研制单位有清华大学、华中科技大学、中国电力科学研究 院、新宁光电、南瑞继保等。
有源式电子式互感器技术已经逐渐成熟，目前正在研制 无源电子式互感器，并已开始小范围的应用。
电子式互感器发展应用情况
电子式互感器发展应用情况
合并单元 线路保护
数据输出 数据输入
电子式互感器的同步采样问题
• 同一间隔三相电压、电流之间需考虑同步采样 • 变压器差动保护从不同电压等级的多个间隔获取数据存在同
电子式互感器结构
Ｐ１
一次电流 （电压） 传感器
一次 转换器
Ｐ２
一次侧电源
传输 系统
配合合并单元
二次转换器
合
模拟输出
S１
二次转换器
并
S2
A相电子式电流（电压）互感器 单
Ｂ相电子式电流（电压）互感器
元 Ｃ相电子式电流（电压）互感器
二次设备
高压侧（远端模块）
低压侧
基本构成：高压侧数据转换模块（远端模块）和低压侧合并单元
有源式电压互感器
高压母线
电
容 分
信号 预处理
光纤
A/D
LED
PIN
压
器
远端模块
电容分压式EVT结构图
原理简单，对分压器（电容）精度要求高，可采用级 联方式，注意对地杂散电容的影响。
有源式电子式互感器技术难点
1、一次电流及电压传感器，特别 是电压分压器的稳定性；
2、远端传感模块的稳定性和可靠 性（安置在室外时温度、电磁干扰 等）；
智能化变电站技术构成
主要构成：
电子式互感器 智能开关设备 网络化二次设备 IEC61850标准应用 以太网通信网络
电子式互感器
传统电磁式互感器暴露固有的缺陷： １、绝缘、重量支撑结构复杂，产品造价随电压等级 呈指数上升高； ２、电磁式电流互感器存在固有的磁饱和现象，严重 时造成保护的拒动或误动； ３、动态测量范围小，频带窄，高频响应特性差； ４、电压互感器器存在二次短路的危险，电流互感器 存在二次开路的危险； ５、存在易燃、易爆等危险。
缺点 目前可靠性不如常规互感器
电子式互感器标准
国际标准 IEC60044-7、IEC60044-8
国家标准 GB/T20840.7、GB/T20840.8
电子式互感器分类
按一次部分是否需要供电来分：
电流互感器
有源型
电压互感器
罗氏线圈 LPCT
电容分压 电阻分压 组合式分压
无源型
电流互感器 法拉第磁光效应
数字化的三个主要特征
智能化变电站标准体系目前未完善，国内各电网公司智能化变电站的 建设方案多种多样，智能化的深度和广度也各不相同，可从三个网络 的数字化程度来判断：
（1）站控层网络是否采用了IEC61850协议；
（2）开关量跳闸二次回路是否实现了网络化、数字化；
（3）模拟量采集二次回路是否实现了网络化、数字化；
SIEMENS等，目前已研制出各种电压等级的电子式互感器并投 入现场运行，NxtPhase公司五年前年研制出全光纤无源电子式 电流互感器，其计量精度满足0.2级要求。
基于空芯线圈、低功耗铁芯CT及激光供电等技术的有源电子 式互感器是目前各公司推广应用的重点，已有不少工程使用有源 电子式互感器。现在，ABB及SIEMENS在高压直流输电工程使用 的互感器多数均为有源电子式互感器，其电流互感器使用分流器、 空芯线圈和激光供电等技术，电压互感器采用电阻分压及电容分 压等技术。
母差、变压器等保护的数据处理 • 比较适合测控、电能仪表一类
电子式互感器关键技术
二次接口：
• 互感器的安装位置、合并单元的配置方案 • 采样数据的同步－三相电流电压之间、差动保护 • 计量系统
互感器的可靠性 、稳定性
• 通信、供电、远端模块
运行维护
电子式互感器发展应用情况
研制工作始于二十世纪八十年代初： 主要研制单位：ABB、ALSTHOM、MITSUBISHI、
模拟采样网络化、数字化
站控层 IEC61850
CT/PT 二次回路 模拟量采集
跳闸二次回路 开关量输入输出
二 次 设
备
站 站控层网络 控
层 设
备
开关量跳闸网络化、数字化
站控层网络是否采用了IEC 61850协议
智能单元（未下放）+开关
数字化变电站
开关量跳闸二次回路是否 实现了网络化、数字化
模拟量采集二次回路是否 实现了网络化、数字化