第2講 常規(guī)變電站的現(xiàn)狀

第2講

常規(guī)變電站的現(xiàn)狀東北電力大學(xué)電氣工程學(xué)院2該部分介紹的主要內(nèi)容變電站自動化的基本概念及功能常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀及不足

新技術(shù)對變電站自動化系統(tǒng)的影響

目錄3變電站自動化的基本概念及功能IEC61850標(biāo)準(zhǔn)對IED的定義：“變電站自動化系統(tǒng)”的一般概念是由基于微電子技術(shù)的智能電子裝置IED（IntelligentElectronicDevice）和后臺控制系統(tǒng)所組成的變電站運(yùn)行控制系統(tǒng)，包括監(jiān)控、保護(hù)、電能質(zhì)量自動控制等多個子系統(tǒng)。由一個或多個處理器組成，具有從外部源接收和傳送數(shù)據(jù)或控制外部源的任何設(shè)備，即電子多功能儀表、微機(jī)保護(hù)、控制器，在特定環(huán)境下在接口所限定范圍內(nèi)能夠執(zhí)行一個或多個邏輯接點任務(wù)的實體。4變電站自動化的基本概念及功能相關(guān)英文縮寫（1）：IEC對“變電站自動化系統(tǒng)”的定義變電站自動化系統(tǒng)就是在變電站內(nèi)提供包括通信基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)的自動化，變電站自動化系統(tǒng)的功能是指變電站必須完成的任務(wù)。IEC（InternationalElectrotechnicalCommission

）——國際電工委員會IED（IntelligentElectronicDevice）——智能電子裝置5變電站自動化的基本概念及功能IEC對“變電站自動化系統(tǒng)”的定義在國內(nèi)，我們所說的變電站自動化系統(tǒng)，包含：傳統(tǒng)的自動化監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動裝置等設(shè)備，是集保護(hù)、測量、控制、遠(yuǎn)傳等功能為一體，通過數(shù)字通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實現(xiàn)信息共享的一套微機(jī)化的二次設(shè)備及系統(tǒng)。它取消了傳統(tǒng)的控制屏、表計等常規(guī)設(shè)備，因而節(jié)省了控制電纜，縮小了控制室面積。6變電站自動化的基本概念及功能IEC對“變電站自動化系統(tǒng)”的定義傳統(tǒng)的變電站二次回路部分的組成及存在問題：組成以往它們各自采用獨立的裝置來完成自身的功能且均自成系統(tǒng)，由此不可避免地產(chǎn)生了各類裝置之間功能相互覆蓋，部件重復(fù)配置，耗用大量的連接線和電纜。是由繼電保護(hù)、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控、遠(yuǎn)動裝置、故障錄波和測距、直流系統(tǒng)與絕緣監(jiān)視及通信等各類裝置組成的。存在問題7國際大電網(wǎng)會議對變電站自動化系統(tǒng)功能的描述功能包括：控制、監(jiān)視和保護(hù)變電站的設(shè)備及其饋線。同時還包括變電站自動化系統(tǒng)的維護(hù)功能，即系統(tǒng)組態(tài)、通信管理和軟件管理等63種功能，這些功能共分為7個功能組：變電站自動化的基本概念及功能8即傳統(tǒng)的“四遙”，遙信、控、調(diào)、測上述七個功能組分別為如VQC，備用電源自動投入，故障隔離/網(wǎng)絡(luò)重組等如接地選線、低頻減載、故障錄波和故障測距等如微機(jī)防誤、GPS、站內(nèi)空調(diào)和火警等其他系統(tǒng)的接口如當(dāng)?shù)乇O(jiān)控、調(diào)度端通信等功能1）遠(yuǎn)動功能2）自動控制功能3）計量功能5）保護(hù)相關(guān)功能6）接口功能7）系統(tǒng)功能4）繼電保護(hù)功能國際大電網(wǎng)會議對變電站自動化系統(tǒng)功能的描述變電站自動化的基本概念及功能9常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀及不足其信息采集來源于常規(guī)的電磁型電流/電壓互感器（TA/TV）。TA的額定輸出信號為1A或5A；TV的額定輸出信號為100V或V。常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的狀況10常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀及不足常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的狀況11保護(hù)單元和測控單元在電網(wǎng)運(yùn)行中所履行的職能是不同的。注：保護(hù)裝置的職能——測控系統(tǒng)的職能——在電網(wǎng)中承擔(dān)事故時快速切除和隔離故障，恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行的功能。主要反應(yīng)的是正常運(yùn)行工況下電流信號，一般均在額定電流之下或在輕負(fù)荷情況下。要求保護(hù)裝置對故障信號要有正確響應(yīng)。故障電流較額定電流高十幾倍甚至幾十倍。這兩種應(yīng)用對于TA的工作范圍及角度要求是不一樣的。常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的狀況常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀及不足12傳統(tǒng)TA受工作范圍及要求角度的限制，難以同時滿足保護(hù)和測控單元的精度要求。常用TA分為：保護(hù)級、計量級等不同等級。測控單元計量系統(tǒng)保護(hù)裝置分別取自不同特性的TA常規(guī)TA存在二次負(fù)載問題常規(guī)TA存在的問題常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀及不足【見下頁】13何謂“二次負(fù)載問題”？對于二次回路往往存在著線路長，所接設(shè)備多、負(fù)載重的情況，這一情況就是“二次負(fù)載問題”。如果超過了TA的二次額定負(fù)載能力，需要考慮換用帶負(fù)載能力強(qiáng)的TA或用多組TA串接以提高帶負(fù)載能力。所以在現(xiàn)場應(yīng)用中經(jīng)?？梢钥吹椒磻?yīng)同一個電流的位置上安裝了一串不同型號不同類型的TA，設(shè)備的投資大，占地多，與二次設(shè)備的配合比較復(fù)雜。

目前解決措施：14變電站二次系統(tǒng)采用單元間隔的布置方式，裝置之間相對獨立，裝置間缺乏整體的協(xié)調(diào)和功能優(yōu)化，輸入信息不能共享、接線比較復(fù)雜、系統(tǒng)擴(kuò)展復(fù)雜。具體講，主要有以下幾個方面的問題：常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀及不足常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的不足15信息難以共享設(shè)備之間不具備互操作性系統(tǒng)的可擴(kuò)展性差系統(tǒng)可靠性受二次電纜影響具體講，主要有以下幾個方面的問題：常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的不足常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀及不足16變電站自動化系統(tǒng)接入的信息大致分為：1）電力系統(tǒng)運(yùn)行信息，如電流、電壓、頻率等；2）變電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，如一次設(shè)備、二次設(shè)備是否投運(yùn)等；3）變電站設(shè)備異常信息，如測控裝置異常、保護(hù)裝置直流失卻等；4）電網(wǎng)事故信息，如斷路器、保護(hù)動作跳閘等。信息難以共享常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的不足常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀及不足圖：信息難以共享形成“信息孤島”現(xiàn)象！來自不同信息采集單元的設(shè)備信息無法共享還有其他信息獨立組成各自的應(yīng)用系統(tǒng)由相應(yīng)的技術(shù)管理部門負(fù)責(zé)運(yùn)行和管理。18解決方案：對變電站各種信息的對象進(jìn)行統(tǒng)一建模，最終實現(xiàn)變電站自動化系統(tǒng)中信息充分共享?！W(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展使得這一方案已成為可能！常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀及不足信息難以共享常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的不足19設(shè)備之間不具備互操作性變電站二次設(shè)備可分為三類：1）以TA、TV為主的一次、二次設(shè)備的接口設(shè)備；2）保護(hù)、控制、儀表等二次控制、測量設(shè)備；3）實現(xiàn)與電網(wǎng)調(diào)度或遠(yuǎn)程控制中心通信的系統(tǒng)，或稱為站控層設(shè)備，傳統(tǒng)RTU與遠(yuǎn)程控制中心的通信功能是站控層設(shè)備最基本的一個功能，但站控層設(shè)備的功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)RTU的功能。根據(jù)國際IEC組織57技術(shù)委員會第10工作組的劃分常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀及不足常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的不足20通信標(biāo)準(zhǔn)對二次設(shè)備互操作性影響表現(xiàn)在三個方面：（一）規(guī)定制定、執(zhí)行具有一定的滯后性IEC60870-5系列規(guī)約的發(fā)展經(jīng)過了10年的時間：1990年開始——2003/2004年國內(nèi)于1999年才等同采用IEC60870-5系列規(guī)約，通信標(biāo)準(zhǔn)及其實施滯后于國內(nèi)分層分布式變電站自動化系統(tǒng)的應(yīng)用。常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀及不足常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的不足設(shè)備之間不具備互操作性21通信標(biāo)準(zhǔn)對二次設(shè)備互操作性影響表現(xiàn)在三個方面：（二）規(guī)約與網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制不一致（三）規(guī)約結(jié)構(gòu)上的不完整性2000年及以后各廠家推出的第二代分層分布式變電站自動化系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)通信的，不能完全采用IEC60870-5-103標(biāo)準(zhǔn)。常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀及不足設(shè)備之間不具備互操作性常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的不足22系統(tǒng)的可擴(kuò)展性差現(xiàn)今，與變電站自動化系統(tǒng)相關(guān)的通信、嵌入式應(yīng)用等技術(shù)的更新速度比變電站自動化系統(tǒng)的更新速度快得多。由于互操作性和信息模型等原因，現(xiàn)有的變電站自動化系統(tǒng)在系統(tǒng)擴(kuò)展或設(shè)備部分更新時需要付出很大的附加成本。常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀及不足常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的不足23系統(tǒng)可靠性受二次電纜影響現(xiàn)有的變電站自動化系統(tǒng)實現(xiàn)了設(shè)備的自動化，但設(shè)備間仍采用電纜進(jìn)行連接。二次系統(tǒng)的安全性取決于變電站IED應(yīng)具有一定的耐受電磁干擾的能力，同時，必須確保引入到IED的電磁干擾必須低于裝置本身可以耐受的水平。——可見，二次電纜實際上構(gòu)成了變電站安全運(yùn)行的主要隱患。常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀及不足常規(guī)變電站自動化系統(tǒng)的不足24非常規(guī)互感器新技術(shù)對變電站自動化系統(tǒng)發(fā)展的影響IEC61850標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)智能斷路器技術(shù)以上這些內(nèi)容具體將在后續(xù)課程中陸續(xù)介紹，此處不詳細(xì)展開。25本章思考題國際大電網(wǎng)會議對變電站自動化系統(tǒng)的功能是如何描述的？試述常規(guī)的TA存在哪