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最詳盡的變電站知識,一文足矣!

電靚昌平2020-04-04 12:08:51

國網公司在致力于建設堅強電網的同時,高度重視智能電網技術研究和工程實踐,取得了一批擁有自主知識產權的重要成果,在技術理論、裝備制造和工程實施方面為發展智能電網打下了堅實的基礎。主要表現在:特高壓輸電技術、廣域測量系統、柔性交流輸電、調度自動化等領域達到國際領先水平,積累了豐富的工程實踐經驗;分布式發電、光伏發電、新能源接入、電動汽車應用等取得重要進展,部分研究成果已轉化并廣泛應用于電網建設;智能電網調度技術支持系統、用電信息采集系統已經完成前期技術準備。

? ? ? ? 截至2014年底,國網公司經營范圍內共建成并投運智能變電站1556 座。


智能變電站概念

? ? ? ? ?采用先進、可靠、集成、低碳、環保的智能設備,以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求,自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能,并可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動等高級功能的變電站。

--摘自國家電網公司《智能變電站技術導則 》


智能變電站常見術語

合并單元 MU(merging unit)

? ? ? ? ?用以對來自二次轉換器的電流和/或電壓數據進行時間相關組合的物理單元。合并單元可是互感器的一個組成件,也可是一個分立單元。


智能電子設備 IED(intelligent electronic device)

? ? ? ? ?包含一個或多個處理器,可接收來自外部源的數據,或向外部發送數據,或進行控制的裝置。


智能終端(smart terminal)

? ? ? ? ?一種智能組件。與一次設備采用電纜連接,與保護、測控等二次設備采用光纖連接,實現對一次設備(如:斷路器、刀閘、主變壓器等)的測量、控制等功能。


IEC61850《變電站網絡與通信協議》標準

? ? ? ? ?IEC61850是新一代的變電站網絡通信體系,適應分層的IED和變電站自動化系統


GOOSE(通用面向對象變電站事件)服務

? ? ? ? ?面向通用對象的變電站事件(General Object Oriented Substation Event)。用于一次設備的操控及二次設備間的閉鎖與聯動,是一種通信服務機制。是狀態量、跳閘命令、間隔聯閉鎖信息的規范。


MMS(制造報文規范)服務

? ? ? ? ?MMS 規范了工業領域具有通信能力的智能傳感器、智能電子設備(IED)、智能控制設備的通信行為,使出自不同制造商的設備之間具有互操作性(Interoperation)。


SV服務(采樣值服務)

? ? ? ? ?互感器將電流、電壓采樣值傳送到合并單元,保護裝置通過直采的方式從合并單元獲取采樣值,測控裝置、故障錄波、網絡報文分析儀等通過SV網從合并單元獲取采樣值。

變電站的發展歷程



常規變電站



[網絡]

? ? ? ? ?監控系統由站控層、間隔層兩層網絡構成。未統一建模,采用多種規約,變電站存在監控、保護、PMU等多個網絡。


[設備]

? ? ? ? ?互感器、一次設備通過常規控制電纜硬接線方式,實現與間隔層設備互感器模擬量、開關量的信息交換。


[站控層]

? ? ? ? ?站控層設備由帶數據庫的計算機、操作員工作站、遠方通信接口等組成。


[間隔層]

? ? ? ? ?間隔層主要包括變電站的保護、測控、 計量等二次設備。


智能變電站概念及結構


? ? ? ? 自動化系統為站控層、間隔層和過程層三層結構。


站控層、間隔層

? ? ? ? 站控層、間隔層設備構成與常規監控系統基本一致。

? ? ? ? ?從外延看與現有非IEC61850技術變電站差別不大,都采用以太網,能夠實現“四遙”功能。但從內涵看,差異很大,主要體現在:

? ? ? ? ?1. 信息模型統一:IEC61850使得各智能裝置按照統一數據模型實現設備之間的互連互通。

? ? ? ? ?2. 互操作性:智能變電站不同廠家的智能裝置(IED)之間具有互操作性。


過程層(設備層)

? ? ? ? ?常規變電站中無過程層

? ? ? ? ?由電子互感器、智能單元、合并單元等遠方I/O、智能傳感器和執行器等構成。采用GOOSE網絡跳合閘機制。

? ? ? ? ?完成一次設備開關量、模擬量的采集以及控制命令的執行等。

? ? ? ? ?新增設備主要有:電子互感器、合并單元、智能終端、交換機等。


智能變電站的技術特點


智能變電站一次設備

變壓器

? ? ? ? ?變壓器是電力系統交流電力能源實現轉換的主要設備,能夠實現不同電壓等級的電力能源的相互轉換以便于電力系統的連接,優化電力能源的傳輸。


斷路器


? ? ? ? 斷路器概念:接通或斷開電力系統各設備連接的重要設備。

? ? ? ? ?斷路器特點:它配置有相對完善的熄滅電弧的裝置,具備斷開電力系統的負荷電流和故障電流能力。

? ? ? ? ?斷路器作用:系統正常運行時根據需要改變電力系統的連接關系,調節潮流;系統故障時斷開故障電流切斷故障設備與系統的電氣連接。


隔離開關


? ? ? ? 隔離開關概念:改變電力系統各設備連接方式(運行方式)的主要設備。

? ? ? ? ?隔離開關特點:它沒有熄滅電弧的裝置,不具備斷開電力系統的大負荷電流和故障電流能力;斷路器斷開回路后、等電位和設備空載的情況下操作。

? ? ? ? ?隔離開關作用:系統正常運行時根據需要改變電力系統的運行方式;斷開檢修設備與系統的電氣連接,形成明顯的斷開點,隔離檢修設備。

接地開關


無功補償裝置



互感器


氣體絕緣金屬封閉開關設備

? ? ? ? ?氣體絕緣金屬封閉開關設備(Gas Insulated metal-enclosed Switchgear,簡稱GIS)將斷路器、隔離開關、接地開關、母線、互感器、避雷器、套管、電纜終端、油氣套管等主要元件組合封閉在接地的金屬殼體內,并充以一定壓力的SF6氣體作為絕緣介質和滅弧介質。


GIS設備的優勢:

? ? ? ? ?結構緊湊,占用空間小,節省占地。

? ? ? ? ?模塊化設計,運輸方式靈活,現場安裝、調試周期短。

? ? ? ? ?內部元件設備密封于高壓SF6氣體中,不受外部環境的影響,運行穩定可靠,維護工作量極小。

? ? ? ? ?元件設備集中安裝便于進行在線監測。

? ? ? ? ?全部設備均采用電動操作機構,便于實現遠程自動控制。

? ? ? ? ?各設備間除設置機械連鎖外還設置操作電氣回路連鎖回路,操作安全性好。


智能組件

? ? ? ? ?智能組件是若干智能電子裝置(IED)的集合,安裝于宿主設備旁,承擔與宿主設備相關的測量、控制和監測等功能;在滿足相關標準要求時,還可集成相關計量、保護等功能。


????????Intelligent Electronic Device帶有處理器、具有以上全部或部分功能的一種電子裝置。


? ? ? ? 智能組件為外置(易維護、升級、擴展)。

? ? ? ? 傳感器可以內置或外置。

? ? ? ? 智能組件采集來自傳感器的信息。

? ? ? ? 通過光纖與外系統相連。

? ? ? ? 由智能組件對設備狀態就地做出判斷。

? ? ? ? 通過光纖以太網使電網設備狀態可觀測。

? ? ? ? 最后發展到完全的智能設備,已經不再區分一次、二次的概念!



主變導入式局放傳感器


主變內置式局放傳感器


主變縫隙式局放傳感器


主變光纖繞組測溫光纖引出接口


主變鐵心接地電流傳感器


主變套管末屏接口及電流傳感器


主變中性點避雷器


主變油中氣體及微水監測


智能斷路器技術分斷路器監視和斷路器智能操作

斷路器主要監測參量



? ? ? ? 斷路器加裝機械、氣體、局放狀態監測單元和智能終端,實現測量數字化、控制網絡化、狀態可視化





? ? ? ??斷路器智能操作:按IEC定義“動觸頭從一個位置到另一個位置的自適應控制的轉換”斷路器的智能操作可根據電網發出的不同開斷信息,自動調整操動機構和選擇滅弧室的工作條件,從而改變了斷路器的單一空載分閘特性。如:無載時以較低的分閘速度斷開,故障時以較高速度斷開等,以獲得實際開斷時電氣和機械性能上的最佳開斷效果。




基于羅氏線圈原理的有源電子式電流互感器


基于羅氏線圈原理的無源電子式電流互感器


? ? ? ? mV級模擬量小信號傳輸,精度保證和抗干擾問題;

? ? ? ? 羅氏線圈絕緣實現問題。


基于低功率線圈原理的電子式電流互感器


基于磁光晶體原理的電子式電流互感器


基于磁光晶體原理的閉環塊狀玻璃光學電子式電流互感器



基于磁光晶體原理的開環塊狀玻璃光學電子式電流互感器


全光纖光學電流互感器


現有各種原理電子互感器的性能比較


非光學電子式電壓互感器工作原理

分壓型電壓互感器(有源)


光學電子式電壓互感器工作原理

基于Pockels效應分壓傳感原理的光學電壓傳感原理


? ? ? ? 光學電壓互感器在物理機理上主要基于Pockels效應,它是指某些晶體材料在外加電場作用下折射率發生變化的一種現象,也稱為線性電光效應。

? ? ? ? ?當一束線偏振光沿某一方向進入電光晶體時,在外界電場作用下,光波將發生雙折射,從晶體出射的兩束雙折射光之間產生了相位延遲,該延遲量與外加電場的強度成正比。

? ? ? ? ?通過檢測該相位延遲即可得到被測電壓/電場的大小。

光學電子式電壓互感器工作原理

基于逆壓電效應的光學電壓傳感原理


? ? ? ? ?晶體在電場作用下產生應變的現象稱為逆壓電效應。

? ? ? ? ?晶體形變—﹥光信號調制—﹥檢測光信號

? ? ? ? ?電壓引起的相位差:

光學電子式電壓互感器優勢:

? ? ? ? 1、絕緣性能好,用來做傳感材料的磁光玻璃(或光纖)、傳輸信號的光纖都是良好的絕緣材料;

? ? ? ? 2、測量頻帶寬,可以達到1kHz以上;

? ? ? ? 3、不存在鐵磁諧振等問題;

? ? ? ? 4、體積小,重量輕,節能環保,無需充油;

? ? ? ? 5、適應了電力保護和計量的數字化、自動化及光通信的發展趨勢。

光學電子式電壓互感器存在問題:

? ? ? ? 1、研制難度大,對材料穩定性要求高;

? ? ? ? 2、間接利用了電場分壓,環節多,設計難度較大;

? ? ? ?3、長期穩定性有待驗證。


信息來源:電力筆記

責任編輯:于萌

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