110kV智能变电站电子式互感器二次设备调试方法研究

发布时间：2015-01-11 21:04

 

【摘要】 智能变电站作为建设智能电网的重要基础节点,是建设坚强智能电网的重要内容。智能变电站作为智能电网的重要组成部分,是智能电网的物理基础,是高级调度中心信息采集和命令执行的主要单元。智能变电站技术的推进将为构架智能电网提供坚实的基础,同时构成了调度自动化技术发展的内在推动力,随着各种相关应用技术的成熟与发展,智能变电站将成为未来变电站技术发展的主流。本文以智能变电站为背景,介绍了智能变电站的基本结构、技术标准、国内外研究现状,阐述了智能变电站的主要特点及关键技术,并针对山东某110kV智能变电站的二次设备调试及运行情况,分析了信息一体化平台、主变保护、线路保护等主要二次设备的功能、调试内容和调试方法,并针对该站实际调试过程中出现的保护误动事件作为一个案例进行了深入分析,并提出了实际解决方案,对当前智能变电站二次设备的调试和检修有一定的参考价值。 

第1章绪论

 

1.1智能变电站产生背景及发展状况

1.1.1课题研究背景

进入到二十世纪九十年代，随着电子信息技术、网络通信技术的飞跃发展，以微机保护、安全自动装置及SCADA系统为代表的无人值守变电站迅速普及，成为当今现代化电力系统中变电站的标准配置。虽然无人值守变电站与过去的传统变电站相比，在信息传输、设备操作、准确快速切除故障等方面有了长足的进步，但仍存在电磁式互感器抗饱和性能差、二次电缆敷设量大、通信协议标准繁杂等诸多问题，这些因素对电网的安全稳定运行来说无疑不是一种隐患。

近几年来，随着光电式互感器、智能设备、光纤通信技术、计算机信息处理技术的飞速发展，为变电站全数字化的信息采集处理、设备状态在线监测提供了坚实的理论基础和技术支持。更为重要的是IEC61850的提出大大提高了变电站的自动化水平，实现了完全的互操作性，同时为智能变电站的发展指明了方向。

近年来，在欧美等许多发达国家，智能电网的发展建设已经逐步上升到国家战略层面，成为支撑国家经济发展和能源政策的重要组成部分。尤其是在应对当前全球金融危机的大环境下，建设智能电网己成为欧美国家新的经济增长点和推动经济发展防止经济衰退的重要手段之一。进入世纪以来，在国家产业政策的支持推动与电力企业的共同努力下，我国电网建设的发展速度十分迅猛。以风电、光伏等为代表的新能源发电装机容量逐年扩大，随着自动化、计算机信息技术不断更新换代，电网设备的技术水平不断提高，使电网的运行管理水平大幅提升。但随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高，能源短缺问题日益严峻，结构性供需矛盾日益突出，各行业对供电可靠性的要求不断提高，使电网的安全稳定运行面临巨大挑战。为解决以上问题与挑战，需要大力发展清洁高效的能源及多元化的能源结构，确保电网的安全、稳定运行，满足经济社会发展对高标准高质量电能的需求。为了能灵活应对大规模清洁环保能源接入电网，保证电网高效运行和可持续发展，发展具有中国特色的坚强智能电网，是应对未来电网发展所面临的新形势。同时也符合构建安全、稳定、经济、清洁的现代电力能源供应体系的客观需求。大力发展智能电网是适应中国国情的，同时也满足了国家在未来各方面发展战略需求的选择性，对于保障我国经济社会和谐稳定发展具有重要的现实意义。智能电网作为未来电网发展的风向标，已渗透到发电、输电、变电、配电、调控、运维等电力系统的各个环节，其中智能变电站的建设和发展无疑是最为核心的一环。

 

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

国际上几大著名的电力设备公司，如ABB、西门子等，己开发了全套的数字化变电站一次设备及二次设备，并得到成功的应用。在IEC61850标准的制定过程中，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。

1998至2000年，ABB、ALSTOM和西门子合作在德国进行了OCIS计划，完成了间隔层设备和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IEC61850-8-1来连接、和ALSTOM西门子的设备。2001年和西门子在加拿大进行了间隔层设备的互操作试验，由西门子的保护向ABB的断路器模拟器发送跳闹开入信号，ABB的断路器模拟器ABB收到信号后将断路器打开，同时将开关打开的G00SE信息发送给其他设备，配置重合闹功能的ABB保护向断路器发送重合命令。2002年1月，ABB和西门子在美国进行了釆样值传输互操作试验，同年9月，这两家公司又进行了跳闹和采样值互操作性试验，试验结果都很成功。2002至2004年ABB，ALSTOM、和西门子在德国进行了间隔层设备的互操作性试验，这次试验的成功证明了互操作性和简化工作难度的可行性。

1.2.国内研究现状

国网电科院与国内各大电力设备制造厂家自2001年就开始关注IEC61850标准体系，并且着手开始对该标准体系进行引进、翻译工作。从2005年5月至2006年12月，由国网公司电力调度中心组织，国网电科院作为检测机构，历经两年多的时间，先后通过六次互操作性试验的检验，促进了国内相关电力设备生产企业在系列产品的幵发和兼容方面水平的提升。国内几家较大的电力系统自动化设备供应商诸如北京四方、国电南瑞、国电南自、南瑞科技、南京新宁、许继等积极响应并参与到了此次互操作性的试验工作，完成了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的要求。

国内一些二次设备生产厂家也开发了用于一次设备的智能单元。在一次设备端子箱内安装智能终端，通过光纤与二次设备交换信息来采集设备的状态并控制设备。像北京四方公司生产的JFZ—600R智能操作箱、国电南瑞生产的PCS9820A智能控制装置均可对智能断路器实现操作。

文献从智能变电站的优越性方面介绍了电子式互感器、智能设备、IEC61850标准，并对智能变电站的发展方向与有待解决的问题提出了自己的看法与建议。由于该文献写于智能变电站的发展起步阶段，许多新技术还不够成熟甚至还未出现，使得该文献中有些内容略显陈旧。文献较详细的介绍了数字变电站的体系结构及关键技术，具体实施建设时面临的主要问题及对未来的展望。由于智能变电站的绝大部分技术和运行经验都是从数字化变电站中得来的，因此怎样从数字化变电站当中吸取营养就变得尤为重要。数字化变电站面临需要解决的问题当中有很多也是智能变电站将要面对的问题。文献从数字化变电站二次设备检修的角度阐述了智能设备、电子式互感器、保护及自动化装置的校验项目及测试方法，对智能变电站的设备检修具有参考价值。

 

第2章IEC61850标准体系综述

 

2.1IEC61850标准简介

2.1.1产生背景

通信系统作为智能变电站自动化系统的基础，其运行的可靠性与传输信息的快速性决定了通信系统的适用性。为了使智能变电站自动化系统的通信网络具备开放性和兼容性，最好的办法和途径就是采用标准统一的通信协议，以实现各类装置间的无缝信息连接，并最终实现变电站的数字一体化。要使变电站的二次设备之间实现完全的数字化通信，就必须大量增加变电站内的智能装置数量。因此，全站的智能装置必须采用统一的数据格式及通信平台才能实现智能变电站的互操作性。互操作性是实现智能变电站无缝通信理念的重要保障机制。设备的互操作性可以最大限度地保留用户原来的设备投资，实现不同厂家设备的集成。在全球经济一体化进程的过程中，特别是通信信息技术和计算机网络技术的飞速发展，以ABB、ALSTOM、西门子等为代表的电气产业巨头一致认为，之前各个电气制造企业采用各自为政的方式自己所制定的通信协议已不能满足当前电力通信的发展要求，同时各大电气设备生产厂商在连接不同厂家的设备时所花费的财力和物力也变得越来越巨大。为了规范当前杂乱无序的通信协议例如LON，CAN，PROFIBUS，IEC60870-5)，国际电工委员会（IEC)TC57工作组制定了具有里程碑意义的通信标准，这就是IEC61850。

IEC61850系列标准的全称是变电站通信网络和系统。IEC61850规范了智能变电站内的智能电子设备（之间的通信行为和相关的系统要求，笔耕文化传播，并提供了智能变电站自动化系统在数据建模、功能建模、通信协议、通信系统的项目管理和一致性检测等方面建立了一系列标准。IEC61850釆用面向对象的技术和抽象通信服务接口，对站内各层级设备的数据对象进行统一建模。IEC61850是针对解决智能变电站自动化系统所面临的互操作性问题来制定的关于变电站通信网络和系统的一系列标准，是基于网络信息平台建立的智能变电站自动化系统的唯一国际标准。应用此协议可以实现变电站内的无缝通信，大大提高了变电站自动化水平，实现了设备间完全的互操作性，同时的提出为智能变电站的发展指明了方向。

IEC61850标准体系是国际电工委员会旨在解决智能变电站内间互操作性问题而推出的最权威的国际标准。IEC61850标准体系从逻辑上将智能变电站的自动化系统分为三學，即站控层、间隔层和过程层。通常情况下智能变电站的过程层主要包括电子式互感器、智能断路器和变压器等变电站一次设备及其附属的智能终端。该层的主要功能是实现数字信号的采集和对设备的操作控制。间隔层主要包括智能保护装置、在线监测、计量、通信等二次设备，负责间隔内信息的传输处理与控制，以及与过程层、站控层设备间的通信工作。站控层则与传统变电站的综合自动化系统有类似之处，主要负责全站的信息管控和远方调度等信息的通信。各个层间数据与信号的传输均通过光纤由以太网实现，站内的信息描述和通信规约均按照IEC61850标准统一实施。智能变电站各个层次之间的通信联系都建立在数字化的基础之上。过程层与间隔层之间基于以太网的交换式数字通信方式在IEC61850标准中称之为过程总线通信。间隔层与站控层之间釆取的串行通信方式称为站级总线通信。

 

2.2IEC61850标准的特点

(1)实现设备的互操作性

不同厂家的智能设备之间能够实现信息交换并能够利用交换的信息完成各自的功能。同时能够满足智能变电站对数据通信和信息交换在实时性和可靠性的要求。

(2)建立系统功能的自由分布

IEC61850标准允许智能变电站自动化系统的功能能够针对不同的设备实现自由分配。IEC61850的实现基础是互操作性。它面向系统功能，对物理上的实现方式提供了极大的灵活性，为提高系统集成度、简化产品配置、节省占地提供了理论依据。

(3)保持系统的长期稳定

IEC61850标准具有面向满足未来电力技术发展的特性，能够满足通信技术与变电站自动化系统的不断发展对技术标准的需求。其中8-1，9-2等SCSM技术，均可随着通信技术的发展而发展。

 

第3章智能变电站的特点和关键技术.......13

3.1智能变电站的技术特点.....13

3.1.1智能变电站与智能电网的关系.....13

3.1.2智能变电站的定义......14

3.1.3常规变电站的不足......15

3.1.4智能变电站的主要技术特点......16

第4章110kV智能变电站二次设备调试........25

4.1NSS300信息一体化平台调试......25

4.1.1功能简述........25

4.1.2数据采集功能调试....26

4.1.3控制功能调试......27

4.1.4保护管理调试....28

第5章110kV智能变电站运行情况分析......60

5.1项目简介..60

5.2一次设备介绍......60

5.3二次设备介绍....61

 

第5章110kV智能变电站运行情况分析

 

5.1项目简介

本项目来源于山东某110kV智能变电站。该110kV智能变电站为全户内设计，远景建设3台50MVA有载调压变压器，本期2台；110kV远景常用扩大内桥接线，本期内桥接线，出线2回，GIS户内布置；采用单母线分段接线，远景建设36回出线，本期24回出线；远景建设电容器3组，每组容量(3+3)Mvar，本期2组，柜式布置；远景建设3组接地变及消弧线圈成套装置，本期2组，柜式布置。二次屏柜均布置于继电器室内。

 

5.2—次设备介绍

该站主变采用50MVA有载调压变压器，就地安装变压器本体智能组件，具备本体非电量保护功能，具备油色谱、微水监测等状态在线监测功能。智能组件通信釆用光纤以太网接口，应用DLT/860 GOOSE服务传输非电量保护跳闹信号，基于MMS的DLT/860服务实现在线监测信号传输及设置、本体非电量信号传输和远方控制。

断路器、隔离开关110kV采用SF6气体绝缘、全封闭组合电器(GIS)成套设备。GIS内断路器的操作机构采用弹簧操作机构；GIS内隔离开关的操作机构釆用直流弹簧操作机构；储能机构采用220V交流电机。就地安装断路器间隔智能组件，具备间隔内信号数字化测量功能，具备SF6气体压力、SF6气体密度、SF6气体温度等状态在线监测功能。智能组件通信采用光纤以太网接口，应用DLT/860 GOOSE服务接收保护和控制单元的分合间信号，传输断路器、隔离开关位置等实时信号，基于MMS的DLT/860服务实现在线监测信号传输及设置。

110kV电流互感器采用内置式全光纤电流互感器，传感光纤环嵌在GIS接地外壳中，将一次电流以光信号形式传送至智能汇控柜的合并单元，不用铁心作磁親合，消除了传统互感器磁饱和现象。具有结构简单、轻巧、测量精度高、动态范围大、抗干扰能力强等优点。

 

第6章总结与展望

本文结合现阶段国内外智能电网与智能变电站建设的现状和发展趋势，从目前智能变电站的应用实际需求出发，以山东某110kV智能变电站为依托，研究了110kV智能变电站主要二次设备的运行原理和调试方法。论文取得的研究成果主要包括：

1、系统研究了智能变电站二次设备调试课题背景和意义，明确了课题研究的主要工作。详细介绍智能变电站的主要技术特点和概况，分析了面向智能电网的智能变电站的建设要求与发展趋势。

2、介绍了智能变电站的主要技术特点和关键技术及其设备。在标准体系的基础上，通过智能化的一次设备和网络化的二次设备，构建了一套完整的智能变电站运行体系。

3、以山东某110kV智能变电站的建设、调试为依托，详细介绍了信息一体化平台、主变保护、线路保护等主要二次设备的工作原理及调试方法。

由于时间和技术条件的限制，智能变电站二次设备调试还有很多方面需要研究，归纳起来主要可在以下两个方面开展进一步的研究：

1、开发可视化调试软件。服务于调试阶段模拟故障及运行阶段，对故障告警信息的分类和过滤，对变电站的运行状态进行在线实时分析和推理，自动报告变电站异常并提出故障处理指导意见。对包括事件顺序记录信号及保护装置、相量测量、故障录波等数据进行综合分析。调试及运行检修人员应用可视化调试软件可以一目了然地分析问题、解决问题。

2、进一步优化智能变电站二次设备检修流程。目前智能变电站二次设备的检修还是借鉴了很多传统变电站二次设备的检修流程。例如针对保护装置还是采用周期行的预防性试验来进行检测，还没有针对全数字化的智能变电站的特点，尤其是结合状态检测系统能够有针对性的对设备进行检测，对当前的检修试验流程进行优化改造。

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本文编号：11105