电子式互感器与数字化变电站蔡义清(中国电力企业联合会科技服务中心,北京!00035)[摘要本文阐述了电子式互感器及数字化变电站的概念;介绍了电子式互感器构成原理及其与传统电磁式互感器相比的主要技术优势;介绍了国内外电子式互感器的研制情况及数字化变电站的特点和工程应用情况关键词电子式互感器;数字化变电站概述我国电力工业在 十一五!期间以前所未有的速度快速发展,国家电网将逐步从500kV向特高压交流1000kv级输电网和士800kv级直流系统发展∀国家大电网的进一步扩大和发展#电网的安全可靠和经济运行#电力系统自动化#数字化变电站的建设等都对电子式互感器提出了更高的要求∀品化是建设数字化变电站的基础;IEC61850一5一13规定了变电站内智能电子设备IED(IntelligentEle∀troni∀nevi∀e)的同步标准以及电力系统有关参数值的指标,包括:电流和电压所要求的准确度#谐波次数#采样速率,以及同步#功角测量#故障测距准确度等∀因此,这对变电站自动化系统的设计#电子式互感器及IED的性能研制和生产均有指导性作用∀IEC60044一7/8标准是电子式互感器制造和检测应遵循的标准,我国相应的国家标准GB/T20840.8一2007和GB/T20840.7一2007也已经颁布,上世纪90年代中期IEC预期未来数字集成变电站 的发展,由Te一57技术委员会(powerSystemControlandAssoeiatedCommunieation)拟定面向未来自动化的变电站内通信网络和系统的标准,即IEC61850系列标准∀该标准面向未来,覆盖了变电站的所有接 口∀美国电力研究院(EPRI)从1992年开始一直在进行电力系统通信结构(UCA)的研究工作,其目标是要达到建立所有控制单元(包括控制中心#电厂#变电站#能量管理系统#开关设备和用户接口等)的标准通信网∀EC6185I0协议是变电站自动化系统建设的依据,也是建设数字化变电站的有效途径∀符合 EC618I50协议的一次和二次数字化设备的研制和产数字集成变电站的实施已推进到了一个新的实用的层面,对电子式互感器的应用需求也将更为急迫∀2电子式互感器2.1国内外研制与应用状况早在二十世纪五十年代,国外即开始研究电子式互感器,但由于精度低#温度特性差,皆未挂网运行,处于研制探索阶段∀八十年代初期,电子式互感器的研究有了突破性的进展,取得了引人注目的成果,多种样机挂网运行成功∀九十年代,电子式互感总第75期..器进入了实用化研制阶段,并逐步向高压#超高压和特高压领域扩展∀许多世界著名的电力公司纷纷投入大量的人力#物力,并取得了很大的进展,使得电子式互感器走出实验室,进入电力系统,取得了较长时间现场运行的可靠数据,证实了其可靠性和准确性,并且竞相开发了相关产品,以占领市场∀国际上几个著名的公司如霍尼韦尔#ABB#IEMENs#ALssTOM等公司于上世纪五十年始研究,主要应用法拉第磁光效应原理和POCKELS电光效应原理,但直到80年代末没有突破全环境下0.2级精度要求;80年代转向混合型光电电子式互感器研制,即激光供能,电信号就地转换,用光纤输出的模式;90年代初取得成功,1992年ABB公司的产品在巴西主干网上投入运行,至今运行良好∀SIEMENS#ALsToM等公司也相继研制成功并投入运行∀但是,上述公司产品在国际上由于价格过高,并未在电网中广泛使用,只是偶尔在远距离高压直流输电系统和封 闭式SF6变电所(GasIsolateSubstation一GIS)上有所应用∀的升高越来越大;运输#安装和维护困难;量测受频率影响;变电站占地大,成本高#准确度差等,使得电力系统的安全运行受到一定影响∀为此,欲克服上述缺点,满足上述国际标准的新型电子式互感器的研制和推广应用至关重要∀2005年国家电网公司将电网先进实用技术分为三类:研究开发#示范应用和推广应用∀光电电子式互感器归属于示范应用范围∀2007年国家电网公司已将数字化电网及数字化变电站关键技术作为近2一3年的科研主要课题∀其中,电子式互感器的研制和使用起着重要的作用∀2.3电子式互感器的基本原理及关键技术从测量原理分类,根据IEC标准,电子式电流互感器包含了光学电流互感器(又称为无源型)#空芯电流互感器(又称为Rogowski线圈#有源型)#低功率型电流互感器及混合型电流互感器;电子式电压互感器包含了光学电压互感器#分压型电压互感器等两种∀从应用的电压等级分类,电子式互感器可以分成中压电子式互感器(10一35kV)#高压电子式互感我国在1970年开始研究光电式互感器∀清华大学在1979年研制出第一台样机∀华中科技大学1998年曾研制出110kv光学电流#电压互感器,并在广东新会 挂网试运行∀广州伟钮公司于2003年研制出110kV空心电流互感器,并通过有关部门的鉴定∀南自新宁公司2003年研制出220kv混合式光电电流#电压互感器,并在江苏22OkV六合变挂网∀西安同维公司2004年研制出110kV和220kV光学电流互感器∀2005年10月河南恩湃电力技术有限公司与德国公司联合研制的交流变电站用SO0kV光电电子式电流互感器投入挂网试运行∀近两年,相继有多家公司和科研机构开发生产出不同型式的电子式互感器产品并挂网试运行∀器(110kV及以上)#超高压电子式互感器(500kV及以上)等∀根据IEC60044一7/8,无论其原理如何,统称为电子式互感器∀电子式互感器和传统互感器比较具备以下优点:.Rogowski线圈实现的大电流传变,使得电子电流互感器具有无磁饱和#频率响应范围宽#精度高#暂态特性好等优点,有利于新型保护原理的实现及提高保护性能∀电子电流互感器测量准确度达0.25级,保护优于STPE∀电子电压互感器采用了串行感应分压器,测量准确度达到0.2级,并解决了传统电压互感器可能出现铁磁谐振的问题∀.采集器处于和被测量电压等电位的密闭屏蔽的2.2我国对电子式互感器的需求特高压现代化电网的运行和数字化变电站的建设,在我国都已提上日程∀常规电磁式电压#电流互感器在电力系统故障状态下,由于铁芯饱和及磁滞回线的影响可能使保护误动#拒动或引起过电压事故,增加了继保装置的复杂性,降低了安全性∀此外,抗电磁干扰弱;绝缘#体积#重量和价格都随电压等级传感头部件中,采集器和合并器通过光纤相连,数字信号在光缆中传输,增强了抗EMI性能,数据可靠性大大提高∀.电子式互感器通过光纤连接互感器的高低压部分,绝缘结构大为简单∀以绝缘脂替代了传统互感器的油或SF6,互感器性能更加稳定,同时避免了传统充油互感器渗漏油现象,也避免了SF6互感器的SF6气皿.2009.5第5期体对环境的影响∀此外,电子式互感器无需检压检漏,运行过程中不需要维护∀.无油设计彻底避免了充油互感器可能出现的燃烧爆炸等事故;高低压部分的光电隔离,使得电流互感器二次开路#电压互感器二次短路可能导致的危及设备或人身安全等问题不复存在∀.电子式互感器完备的自检功能∀若出现通讯故障或电子式互感器故障,保护装置将会因为收不到校样码正确的数据从而直接判断出互感器异常∀.光纤光缆的应用,大大降低了电子式互感器的完全满足上述要求,使得空芯电流互感器批量生产时的性能分散性较大,所以一般空芯线圈的设计精度最高可达到0.1%,实际应用时通常为l一3%∀由于在IEC标准中对传感单元在额定电流时的二次输出是有明确数值大小要求的,所有输出偏离值都被计入测量误差,为了解决空芯电流互感器实际生产时的分散J性,以至于在标准中不得不特别允许采用一个标记为Ra的电阻来调整二次输出的大小∀生产工艺是阻碍空芯电流互感器产业化的一个关键问题,必须探索新的空芯线圈传感头结构,从原理上发掘解决这一问题的根本方法∀(2)高压下空芯电流互感器的供能方法最初高压下空芯电流互感器是采用悬浮式电源变换器的供电方式(简称小CT方式)从母线上取能综合使用成本∀由于绝缘结构简单,在高压和超高压中,电子式互感器这一优点尤其显著∀.3.1光学电流#电压互感器2 光学电流互感器(OptiealeurrentTransdueer,以下简称OCT)一般是利用法拉第(Faraday)磁光效应通过对偏振光调制进行电流测量;光学电压互感 器(OptiealVoltageTransdueer,以下简称ovT)是利用Pockels电光效应进行电压测量∀尽管目前OCT#OVT的研究已进入了实用化阶段,但即使是在国外也没有得到大面积的推广应用,仍然限于中试阶段,这主要是由于OCT#OVT应用时所处的环境为高压变电站的户外现场,温度#振动等外界因素都对其性能产生影响,反映出随时间的长期漂移∀因此ocT#ovT量,一般情况下,对一次侧的电子电路单元能提供足够的电能∀但当母线电流很小,如低至额定电流的5%甚至1%以下时,电源变换器则不足以维持正常的激励状态,无法供出能量,即存在着小电流供电死区,可能使电子式互感器无法正常工作,这在电力系统中是绝不允许的∀现在一般是采用低压侧的半导体激光器通过供能光纤给高压侧的调制电路供电,但目前存在的最关键的问题是高压侧工作的电路功耗过大∀目前已经达到的最低功耗,国外大约在30mw左右∀一般光电转换的效率较高时为30%,这就要求光源(半导体激光器)的出纤功率至少达到100mw以上,而出纤功率在这种数量级的光源,其寿命较短,远远不能满足电力系统对互感器的寿命要求(一般要求为30年),同时可靠性没有国际上公认的一致标准,且其成本昂贵∀这是阻碍电子式电流互感器产业化的另一个关键因素∀的长期稳定性#可靠性是决定其能否最终实用化的关键问题∀2.3.2空芯电流互感器测量原理是:以空芯线圈为传感单元,低压侧的半导体激光器通过供能光纤给高压侧的调制电路供电,将高压侧的含有被测电流信息的电压信号转换成数字信号驱动发光二极管,通过信号传输光纤以光脉冲的形式传输至低压侧∀(l)空芯线圈的结构及制造工艺和传统互感器的绕制方法不同,为了获得高测量准确度,空芯线圈绕制时必须遵循以下原则:线圈密度恒定;骨架截面积恒定;线圈横截面与中心线垂2.3.3混合型电子式电流互感器混合型光供电电子式电流互感器利用了光纤传输系统的高抗强电磁干扰的特点,并发挥了常规CT的优势,避免了磁光式光供电电子式电流互感器传感头光路的复杂性#准确度受环境温度变化制约等技术难点∀它是用Rogowski线圈采集电流信号并产生与该信号成比例的电压信号,再用有源发射电路将其转变成频率调制的光脉冲信号,通过光纤传送到低压侧的接直∀实际制作时,由于一般是半手工半机械绕制,难以满足上述要求,即使是采用精密机械绕制,也很难总第75期巨.收电路,解调还原为被测电流信号,特点是无铁磁饱和问题∀其核心技术为低压侧激光供电方式,即采用激光光源将光能从地电位侧通过光纤送到高电压侧,再由光电转换器件将光能转换成电能,经过稳压电路后给高压侧远方电子模块供电∀根据混合式光供电电子式互感器系统总功率需要选用合适的光功率和输出效率的激光二极管,可满意地得到恒定功率和电压输出∀(2)线性度罗氏线圈电流测量系统一个突出的特点就是线性度好∀线圈不含磁饱和元件,在量程范围内,系统的输出信号与待测电流信号一直是线性的∀而系统的量程大小不是由线性度决定的,而是取决于最大击穿电压∀积分器也是线性的,量程取决于本身的电气特性∀线性度好使得罗氏线圈非常容易标定,因为系统可以使用常见的基准信号进行标定,标定后的系统在2.3.4国产日GIS专用电子式电流互感器该电子互感器采用罗氏线圈,直接套在被测量的导体卜∀导体中流过的交流电流会在导体周围产生一个交替变化的磁场,从而在线圈中感应出一个与电流变比成比例的交流电压信号∀线圈的输出电压可以用公式E二M*di/di来表示∀其中M为线圈的互感,di/dt则是电流的变比∀通过采整个量程范围内都是线性的,测量结果都是准确的∀同时由于线性度好,系统的量程可以随意确定,瞬态反应能力突出∀(3)输出指示积分器输出的交流电压信号可以在任何输入阻抗大于10ko的电气设备上使用,例如电压表,示波器,瞬态冲击记录仪或保护系统∀积分器输出的直流电流信号可以广泛应用在数据采集系统及自动化控制系统中∀(4)标定线圈和积分器用一个专用的积分器将线圈输出的电压信号进行积分可以得到另一个交流电压信号,这个电压信号可以准确地再现被测量电流信号的波形,如图l所示∀线圈标定主要是确定浅圈互感系数,积分器标定主要是标定输人和输出信号∀用户订购时需要提供待测电流量程,以便厂家标定∀2.3.5分压型电压互感器分压型电压互感器的关键技术是阻容分压器的结构∀目前电容分压式电压传感器一般有两种结构,一种是式藕合电容分压器,这种结构因祸合电容器嘿黔 温度系数大(5x10一5/K)#受外界环境因素(如高压引线#污秽#湿度等)影响较大∀另一种是借助高压导体与低压电极之间的分布电容构成高压臂,外附低压臂电容器组成电容式分压器∀这种结构在GIS图l国产HGIS专用电子式电流互感器(包括PASS)上采用过,但低压电极附着在箱体(简壁)上,电压和高低温度变化对其影响较大,特别是低压臂电容器多采用聚丙烯(CBB),电压系数#温(l)线圈和积分器罗氏线圈及配套积分器是一种通用的电流测量系统,应用的场合很广泛,它对待测电流的频率#电流大小#导体尺寸都无特殊要求∀系统的输出信号与电流频率无直接关系,相位差小于0.1度,可测量波形复杂的电流信号,如瞬态冲击电流∀度系数与介损量与高压臂(分布电容)不一致,一般仅短时间的稳定性可以满足0.2%准确度要求,因此优化合理的结构是取得稳定信号的关键∀3数字化变电站分.加09.5第5期3.1变电站的数字化进程上世纪七十年始发展的变电站计算机远动技术,将数字技术引入了变电站∀由于当时通信带宽和可靠性低#计算机性能低且价格昂贵,数字技术仅用于调度主站和变电站的RTU(远方采集控制单元)∀随着计算机技术和电子技术按摩尔规律持续发电保护#自动安全装置等三次和二次设备已经基本采用数字技术∀在现有基础上,应用智能化开关#电子式互感器#一次设备在线检测等设备后,即发展为全数字化变电站∀3.3数字化变电站的优势3.3.1变电站的各种功能可共享统一的信息平台数字化变电站的所有信息采用统一的信息模型,按统一的通信标准接人变电站通信网络∀变电站的保护#测控#计量#监控#远动#VQC等系统均用同一个通信网络接收电流#电压和状态等信息以及发出控制命令,不需为不同功能建设各自的信息采集#传输和执行系统∀传统变电站由于各种功能采用的通信标准和信息模型不尽相同,二次设备和一次设备间用电缆传输模拟信号和电平信号,各种功能需建设各自的信息采集#传输和执行系统,增加了变电站的复杂性和成本∀ 展,由微机保护#测控装置#远动通信服务器和计算机监控系统构成的变电站自动化系统经过上世纪十年代快速发展,现在已成为变电站建设的标准∀变电站自动化系统实现了站控层和间隔层设备数字化,以及两层间信息交换的数字化∀本世纪初,实时性和可靠性满足保护功能要求的网络通信技术,以及适应互感器#开关等过程层设备恶劣环境的电子技术已基本成熟,实现间隔层信息交换数字化#过程层设备数字化以及间隔层与过程间信息交换数字化的全数字化变电站成为变电站技术发展的热点∀3.2数字化变电站简介 数字化变电站指信息采集#传输#处理#输出过程完全数字化的变电站,其基本特征为设备智能化#通信网络化#运行管理自动化等∀数字化变电站有以下主要特点:.一次设备智能化3.3.2便于变电站新增功能和扩展规模变电站的设备间信息交换均通过通信网络完成,变电站在扩充功能和扩展规模时,只需在通信网络上接入新增设备,无需改造或更换原有设备,保护用户投资,减少变电站全生命周期成本∀数字化变电站的各种功能的采集#计算和执行分一次设备智能化是指采用数字输出的电子式互感器#智能开关(或配智能终端的传统开关)等智能一次设备∀一次设备和二次设备间用光纤传输数字编码布在不同设备实现∀变电站在新增功能时,如果原来的采集和执行设备能满足新增功能的需求,可在原有的设备上运行新增功能的软件,不需要硬件投资∀信息的方式交换采样值#状态量#控制命令等信息∀ .二次设备网络化二次设备间用通信网络交换模拟量#开关量和控制命令等信息,取消控制电缆∀3.33大幅度简化二次接线数字化变电站的一次设备和二次设备间#二次设备之间均采用计算机通信技术,一条信道可传输多个通道的信息∀同时采用网络通信技术,通信线的数量.运行管理系统自动化运行管理系统自动化应包括自动故障分析系统#设备健康状态监测系统和程序化控制系统等自动化系约等于设备数量∀因此数字化变电站的二次接线将大幅度简化∀ 统,以提升自动化水平,减少运行维护的难度和工作量∀3.3.4提升测量精度数字化变电站采用输出数字信号的电子式互感现在我国电力变电站已基本普及变电站自动化系统∀常规意义的变电站自动化系统的监控#远动#继器,数字化的电流电压信号在传输到二次设备和二次设备处理的过程中均不会产生附加误差,提升了保护总第75期.刃电力技术系统#测量系统和计量系统的系统精度∀例如采用0.2级的TA和TV,传统变电站由于电缆和电表带来的附加误差,计量系统总误差在士0.7%的水平∀而数字变电站计量系统的误差仅由TA和Tv二次设备缺乏统一的信息模型规范和通信标准∀为实现不同厂家设备的互连,必须设置大量的规约转换器,增加了系统复杂度和设计#调试和维护的难度,降低了通信系统的性能∀ 产生,可达到士0.4%的水平∀3.3.8进一步提高自动化和管理水平数字化变电站采用智能一次设备,所有功能均可遥控实现∀通信系统传输的信息更完整,通信的可靠性和实时性都大幅度提高∀变电站因此可实现更多#更复杂的自动化功能,提高自动化水平∀一次设备#二次设备和通信网络都可具备完善的自检功能,可根据设备的健康状况实现状态检修∀传统变电站由于通信系统传输信息的完整性#实时性和可靠性有限,许多自动化技术只能停留在试验室里,难以工程应用∀3.3.5提高信号传输的可靠性数字化变电站的信号传输均用计算机通信技术实现∀通信系统在传输有效信息的同时传输信息校验码和通道自检信息,一方面杜绝误传信号,另一方面在通信系统故障时可技术告警∀数字信号可以用光纤传输,从根本上解决抗干扰问题∀传统变电站一次设备和二次设备间直接通过电缆传输没有校验信息的信号,当信号出错或电缆断线#短路时都难以发现∀而且传输模拟信号难以使用光纤技术,易受干扰∀ 3.3.6避免电缆带来的电磁兼容#传输过电压和两点接地等问题数字化变电站二次设备和一次设备之间使用绝缘的光纤连接,电磁干扰和传输过电压没有影响到二次设备的途径,而且也没有二次回路两点接地的可能性∀4数字化变电站的研究应用情况4.,国外研究应用情况国外几个大的电力设备公司,如ABB#西门子等,已开发了全套的数字化变电站一次设备和二次设备,并得到了成功应用∀在IEC61850标准的制定过传统变电站的二次设备与一次设备之间仍然采用电缆进行连接,电缆感应电磁干扰和一次设备传输过电压可能引起的二次设备运行异常,在二次电缆比较程中,进行了各厂家设备间的互操作试验并在示范变电站得到应用∀国外厂商已经开发出符合IEC61850要求的智能电子设备,不但有保护装置,还有符合该标准的过程层设备,如智能断路器,带数字接口的电子式CT#PT等∀长的情况下由于电容祸合的干扰可能造成继电保护误动作∀尽管电力行业的有关规定中要求继电保护二次回路一点接地,但由于二次回路接地点的状态无法实 时检测,二次回路两点接地的情况近期仍时有发生并对继电保护产生不良影响,甚至造成设备误动作∀3.3.7解决设备间的互操作问题数字化变电站的所有智能设备均按统一的标准建从1998年到2000年,ABB,ALSTOM和SIE一MENS合作在德国进行了OCIS(OPenCommu一nicationInSubstations)计kJ,完成了间隔层设备和l主控站之间的互操作试验∀试验中由ABB完成主控站通过在以太网上实现IEC61850一8一l来连接ABB#立信息模型和通信接口,设备间可实现无缝连接∀数字化变电站唯一可用的通信标准为IEC61850∀Ec6185I0的信息自解释机制,在不同设备厂家使用了各自扩展的信息时也能保证互操作性∀ALSTOM和SIEMENS的设备∀2001年,在加拿大,ABB和sIEMENS进行了间隔层设备的互操作试验,由SIEMENS的保护装置向ABB的开关模拟器发送跳闸信号,ABB的开关模拟器收到信号后将开关打开并传统变电站的不同生产厂家二次设备之间的互操作性问题至今仍然没有得到很好地解决,主要原因是将开关打开的GOOSE信息发给其他设备,配置为重合闸装置的ABB保护向断路器发送重合命令∀2002年.组2009.5第5期1月,ABB和SIEMENS在美国进行了采样值传输互操作试验,同年9月,这两个公司又进行了跳闸和采样值互操作性试验,试验都很成功∀2002年到2004年之间,ABB#ALSTOM和SIEMENS在德国柏林进行了间隔层设备的互操作试验,这次成功的试验证明了互操作性和简化工程难度的可行性∀国际上数字化变电站的研究已从实验室阶段进入实际工程应用阶段,我国大部分的省级电网已建成了一些数字化变电站示范站,数字化变电站已经成为我国变电站技术的主流发展方向∀5数字化变电站的建设方案数字化变电站是现已普及的综合自动化变电站在数字技术上进一步发展的方向∀与建设综合自动化变电站相比,数字化变电站有以下几个方面的特点:4.2国内数字化变电站的进展 4.2.1IEC6185O标准中国电力科学研究院和国内的各大电力设备制造厂商从2001年就开始关注IEC61850,并且开始对该标准进行翻译∀到目前IEC61850的国产化工作已经完成∀2004年下半年开始,由国家电力调度中心负责, 用两年的时间通过六次互操作性试验检验IEC61850系列产品的开发和兼容情况,完成IEc61850规约定义的所有功能,能达到标准规定的一致性测试和无缝互操作要求∀国内较有影响力的电力自动化设备供应商积极响应并参与了此互操作性试验,相关单位有:国调中心#电科院#南京新宁#南瑞继保#国电南自#国电南瑞#北京四方等∀5.1通信标准选用IEc61850变电站通信网络和系统标准∀该标准包含通信要求#信息模型#通信协议#工程管理和一致性检测等内容,支持站控层#间隔层和过程层通信,完全满足数字化变电站的要求∀5.2站控层设备(三次设备)监控#远动通信服务器等站控层设备需支持EC6185O标准信息模型和通信协议∀I远动通信服务器的远动通信接口仍支持常用的CDT#101或103等规约∀.3间隔层设备(二次设备)5间隔层设备与站控层设备间信息交换采用100叨10M交换以太网,通信标准采用IEC6185O∀ 4.2.2国产数字化变电站设备(l)电子式电流电压互感器 国内已有多个国内厂家的电子式互感器通过鉴定和投运,电压等级涵盖10kV一500kV∀2)开关等其他一次设备(5.3.1110kV及以上电压等级间隔层设备间隔层设备的模数转换系统#模拟量输入回路和开关量输入输出回路均取消∀间隔层设备间#间隔层与过程层设备间用100M以太网接口交换模拟量和开关量信息∀为解决开关等其他一次设备智能化的问题,一些二次设备厂家开发了用于一次设备智能化的智能终端(或称智能单元)∀智能终端安装在一次设备端子 箱,采集设备状态和控制设备,用光纤通信与二次设备交换信息∀5.3.235kV和IOkV电压等级间隔层设备间隔层设备下放到开关柜,间隔层设备与过程层设备间距离很近,用通信网络实现信息交换没有技术意义,同时将使成本大幅上升∀因此仍采用传统的开关量输入输出回路∀同一间隔的线路TA#线3)具备过程层通信接口的二次设备(传统二次设备与一次设备间用硬接线交换模拟信息,数字化变电站的二次设备需具备能与智能一次设备用通信系统交换数字信息的能力∀路Tv和间隔层设备在一个开关柜内,信号传输距离有限,宜采用模拟输出的电子式互感器∀模拟输出的电子式互感器的输出量为小电压信号,电压范围4.2.3国内数字化变电站建设的研究总第75期.口为一SV一+SV,因此间隔层设备的线路电流和线路电压输入接口应设计为士SV模拟电压输入接口∀ 母线TV安装在母线PT柜,与各间隔开关柜的距离可能较远,需采用数字输出的电子式电压互感器∀各间隔的间隔层设备应设有两个通信接口,同时接收两段母线的TV的输出数据,根据母联断路器位置等信息选用其中一个TV的数据以实现PT并列功能∀站控层设备较多的大规模变电站,宜设计的站控层网络供站控层设备间信息交换∀间隔层和站控层通信总线应符合IEC61850标准∀5.6过程层通信总线间隔层设备间#间隔层设备和过程层设备间的信息交换均通过过程层通信总线完成,不需要传统的控制电缆∀ 5.4过程层设备(一次设备)开关#互感器#变压器#电容器等过程层设备应实现智能化∀过程层通信总线必须满足保护等功能要求的实时性,需采用具有服务质量(QoS)保证的100M以太网交换,即支持报文优先级和组播功能∀为保证可靠性,交换机应使用直流电源,而且达到保护设备同等的电磁兼容性能,而且通信介质采用光纤∀间隔层设备与交换机距离较近时,通信介质可采用屏蔽5类线∀设备智能化指设备中包含嵌人式计算机系统,该系统能采集设备状态和对设备进行控制,同时与其他设备通过计算机通信接口实现交换信息∀目前,可通过在传统一次设备的接线端子箱中安装智能控制单元来实现过程层设备智能化∀为保证间隔性以提高可靠性和便于检修,通信网络宜采用如图2所示的两层拓扑结构∀图2中每个间隔设一个间隔交换机,间隔交换机uPLINK到总交换机∀一个间隔的所有设备接入本间隔的交换机,间隔内信息交换仅通过本间隔交换机∀需要多个间隔信息的设备,如变压器保护#母差保护和备自投等接入总交换机∀5.5间隔层和站控层通信总线站控层设备间#站控层与间隔层间的信息交换共用间隔层和站控层通信网络∀为满足不断增加的信息传输量,同时提高通信的实时性和可靠性,应选择用1000/IOOM交换以太网∀站控层设备宜采用100OM以太网接口∀变电站层设备间隔层总线}_∃变电站层设备l!#尹#加网价M交步一沐以太网么甲妞__勺间隔层设备一lJj%黯备鑫甲间隔层设备间隔2盛间隔层设备间隔N孟母差等跨间隔的.间隔层设备应&v一甲过程层总线looM交换以太网一∋卜护闷looM交痪以太网/∋卜looM交换以太网硕苍曳1的M交换以太网少{(开奚))哩开关,瘾司!间隔2_愧勺_!惑器I如丁隔N口i哩)∃1二关)间隔N图2通信网络图压.2009∗5第5期IEC61850标准支持过程层通信的所有要求∀互感器向二次设备传输采样值采用IEC61850一9一1或IEC6!850一9一2,一次设备和二次设备间交换l类性能要求(延时小于4ms)的开关量采用IEC61850的GOOSE服务,其他信J自#交换采用IEC61850一8∀为电流电压同步采样,变压器保护#母差保护和故障录波等功能要求相关间隔的电流电压同步采样,为此变电站设计需符合IEC60044一8电子式电流互感器标准的同步信号源∀同步信号源向所有的合并器发同步信号,合并器按同步信号的节拍采样以实现同步采样∀ 满足实时性要求,IEC61850一9一l#IEC61850一9一2和G00SE服务均工作在数据链路层上,未使用TCP/IP协议∀5.9220kV数字化变电站典型方案图3为数字化变电站示意图,仅画出一个典型间隔∀图3中的合并器属电子式互感器的一部分,一般5.7统一信息平台数字化变电站的监控#保护#VQC#无防#在线安装在集控室,因此单独画出∀互感器中采集器与合并器的通信也采用光纤通信技术∀22OkV系统要求保护双重化,相关的电子式互感器的传感器和电子部分应双重化,同时过程层通信网络和采样同步信号源也双重化配置∀母差保护一般包含失灵保护功能,需同时获得各间隔两套保护的跳闸信号,因此应接入两个网络∀监测等功能采用统一标准的信息模型和通信协议建立统一的信息平台,共享采集设备#执行设备和通信网络,避免设备的重复投入∀5.8采样同步线路保护#测控和电能计量等功能要求本间隔的 &臀&落&赓笋笋卜卜竹站2呷ll,站)J% --一一.一一一一了了尸--一分分井昌二二二吕二二二留二吕圈留目留告 尉浏 ∃∀}履}i!藻D藻,∀i履!合并器口器∀日!:(畏 图322okV变电站系统示意图总第75期皿. 5.,0110kV变电站典型方案110kv变电站典型方案如图4所示∀至远方卜站 二瑙几口口{,属翻翻l,周豁lltJ(儿企阵而且低汗又桥开关进找2开片交压器2低开关!l线t开足~芬川班,C .势∀~芬##~答志菩且图4110kV变电站系统示意图6国内部分数字化变电站的工程应用(l)山东110kV阳谷冷轧薄板厂变电站:该变电站是第一座采用国产设备的数字化变电站,于2005年l月顺利投入运行∀7结论目前,随着互感器#开关等变电一次设备逐渐向智能化发展及网络技术在自动化系统中得以广泛应用,数字化变电站的应用推广已经具备了相应条件∀(2)杜尔伯特变电站:该变电站是首座220kv数字化变电站,于2006年12月投人使用∀(3)聂刘变(径河北)电站:该变电站是国内投运的第一座使用IEC61850通信规约的330kV数字化变电站,于2007年6月投运∀参考文献l]李红斌.刘延冰.张明明.电子式电流互感器的关键技术[J].高电压技术2004(10)[1夏勇军.苏昊,胡刚董永德.数字化变电站研究现状2与应用展望[J].湖北电力2007(3)3]张贵新,赵清蛟.罗承沐.电子式互感器的现状与发展[前景[J].电力设备,2006(4)(4)桂林变电站:该变电站是国内投运的第一座在通信中采用IEC61850通信规约的500kV数字化变电站,于2007年11月投运∀阵]徐立子.潘勇伟.王之浩.混合型OPCT对数字化电网的作用[J]一海电力.2006(6)5]王政平.康崇[张雪原.郑志胜林火养.光学电流互感器的问题与解决对策[].传感器技术,2005(5J)近两年,相继有多个数字化变电站建成并投入使用,截止目前有100多座变电站投运∀.口加09.5第5期
