数字化变电站研究设计QC-08327发布

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PPT,文档演模板,Office,PPT,05 十一月 2024,数字化变电站研究设计QC-08327发布,发布单位：河北省电力勘测设计研究院,小组名称：数字化变电站QC小组,发 布 人：张志鹏,发布日期：二零零八年三月,数字化变电站研究设计,成果报告,一、小组概况,企业名称,河北省电力勘测设计研究院,小组名称,数字化变电站QC小,组,注册,日期,2006.08,课题名称,数字化变电站,研究设计,组 长,张志鹏,课题类型,创新型,辅导员,韩月荣,活动时间,2006.08-2007.12,活动,次数,16,小组人数,8人,注册,编号,2006-004,出勤率,出勤率100%,QC教育人均,60小时以上,小组登记,序,号,姓名,性,别,年,龄,文化,程度,职称,小组分工,1,张志鹏,男,30,工程,硕士,工程师,组长，制定总体方案和工作,计划，组织协调，方案确定,，检查指导，设计实施、成,果总结。,2,朱萍,女,39,本科,高工,组织协调，方案确定，进度,控制，质量把关。,3,林榕,男,39,本科,高工,制定方案，审核，质量把关。,4,贾俊英,女,42,本科,高工,方案论证，审核，质量把关。,5,邵华,男,31,本科,工程师,制定方案，收集资料和校核。,6,王维,男,33,本科,高工,方案论证、对策实施。,7,梁猛,男,33,工程,硕士,工程师,方案论证、对策实施。,8,李凌睿,女,29,本科,工程师,方案论证、对策实施。,小组成员,当前的变电站均采用综合自动化系统。系统采用“两层一网”结构：站控层、间隔层，站控层网络。,二、选择课题,1 课题背景,站控层,站控层网络,间隔层,一次,设备,常规的综合自动化系统特点：,实现了信息处理的数字化；,实现了从站控层到间隔层信息输出、传输的数字化；,一次、二次设备之间仍采用电气回路连接。,变电站自动化的发展趋势数字化变电站！,随着电子式互感器、智能化开关、状态在线检测等技术的日趋成熟及高速网络在实时系统中的应用、标准的通信协议IEC61850的颁布，信息采集、传输、处理和输出过程全数字化的变电站将成为自动化技术发展的必然趋势。,设备智能化：包括智能一次设备，电子式互感器、数字化二次设备。,通信网络化：智能设备之间采用计算机高速网络通信。,模型和通信协议统一化,运行管理自动化,理想目标：“同一个世界，同一个标准”，智能一次、二次设备可在网络上实现“即插即用”。,数字化变电站特点,数字化变电站系统结构,三层两网：站控层、间隔层、过程层，站控层网络和过程层网络。,站控层,站控层网络,间隔层,过程层网络,过程层,一次,设备,数字化变电站工程实践,技术的发展，使数字化变电站的建设已经走向工程实践阶段,；,河北省电力公司已将河北南网的数字化变电站建设项目列入公司“十一五”科技发展规划中；,确定石家庄富村110kV变电站作为河北南网第一个数字化变电站的示范项目，由河北省电力勘测设计研究院承担研究和设计工作，计划2007年12月底投运；,富村110kV变电站一期工程建设2台50MVA三卷变压器，2回110kV出线、6回35kV出线及20回10kV出线。,上级要求,选择课题,常规综自系统不能满足数字化变电站要求,数字化变电站技术基础基本具备,2 选题理由,河北省电力公司 确定将富村站作为数字化变电站试点工程，并列为科技项目,没有过程层，数字化程度低；,对象建模的差异导致互操作性不够，信息难以共享；,难以适应难以技术的发展；,二次接线复杂，控制电缆用量大，不利于可持续性发展。,智能一次设备已被逐步采用；,电子式互感器的已进入实用阶段；,光纤通信及以太网技术已被普遍采用,无缝通信体系IEC61850基本完成。,国内已有数字化变电站的试点工程。,数字化变电站研究设计,三、设定目标,国内目,前已投运了两座数字化变电站：云南翠峰110kV变电站和内蒙古杜尔伯特220kV变电站，建设模式基本相同。,1 提出目标,1.1 数字化变电站架构研究设计目标,调查分析,调查分析,站控层,站控层网络,间隔层,过程层网络,过程层,一次,设备,调查分析,云南翠峰110kV变电站具有较高的数字化水平，基本实现了信号的传输、处理的数字化及电流电压采集的数字化，但明显存在以下不足：,(1)控制命令的输出、开关量的采集和输出没有数字化，仍采用常规电气回路；,(2)计算机监控系统没有基于IEC61850通信协议构建，间隔层设备的互操作性较差；IEC61850的重要特色-GOOSE服务没有得到应用。,根据以上调查分析，小组制定了第一个目标：,完成数字化变电站架构研究，设计出基于IEC61850通信协议构建的，信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化的变电站，实现数字化变电站的技术创新。,制定目标,河北省电力公司110kV变电站典型设计中控制电缆用量统计如下：,1.2 降低变电站控制电缆用量目标,调查分析,控制电缆类型,110kV变电站典型设计电缆用量,（A1方案，与富村站同规模）,ZR-kVVP22-4*1.5,3000米,ZR-kVVP22-4*2.5,3000米,ZR-kVVP22-8*1.5,2000米,ZR-kVVP22-14*1.5,1000米,ZR-kVVP22-4*4,3000米,合计,12000米,220kV变电站典型设计中控制电缆约需50千米（2台主变）。,数字化变电站中大量采用光纤和网线作为信息交换的介质，控制电缆用量将明显降低，小组制定了第二个目标：,制定目标,12000,8000,富村站控制电缆用量较典型设计降低33.3%，即控制电缆用量降低至8000米以内。,根据河北省电力公司的投运计划，小组制定了第三个目标：,2007年10月中旬前完成富村站的施工图设计工作，做好工代服务，保障工程顺利投运。,1.3 设计进度目标,2 目标可行性分析,序号,有利条件,不利条件,1,数字化变电站的技术基础已经具备；,国内已有个别地区进行了数字化变电站建设的初步尝试，可吸收部分经验；,数字化变电站技术发展日新月异，为创新带来了机会。,当前数字化变电站的建设没有成熟的模式，全数字化的变电站国内没有实践经验；,理想的数字化变电站模式目前无法实现。,2,院、部领导层高度重视和支持，多次组织小组成员参加国内数字化变电站技术交流会议。,数字化变电站是全新概念，涉及到最先进的自动化及网络技术，掌握难度大,3,小组成员积极跟踪、学习、研究数字化变电站的技术，具备了一定的理论基础,对数字化变电站认知度及理解较浅。,4,小组成员对变电站二次系统设计的核心有较深的认识，有助于利用新技术建设数字化变电站,新技术的使用将带来风险，需认真论证,结论：目标虽极具挑战，但凭借主客观有利因素，我们坚信有能力设计出全新的数字化变电站方案，按期按成任务。,四、提出方案并确定最佳方案,1 数字化变电站术语解释,IEC61850,国际电工委员会TC57制定的变电站通信网络和系统系列标准，是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准。,IEC61850-9-1,IEC61850通信协议的一部分，适用于单向多路点对点通信传输电流电压采样值。,IEC61850-9-2,IEC61850通信协议的一部分，适用于通过以太网络以多播的方式传输电流电压采样值。,GOOSE（通用面向对象的变电站事件）,是IEC61850的服务之一，也是IEC61850的精华所在，提供了网络通讯条件下快速信息传输和交换的手段。GOOSE服务允许高速传送跳合闸等开关量信号。,2 提出方案,数字化变电站,架构设计,网络结构设计,智能设备选择,通信规约选择,2.1智能设备选择,智能设备,网络化的,二次设备,智能开关,电子式互感器,选择1：理想的智能开关,选择2：传统开关+智能终端,选择1：无源电子式互感器,选择2：有源电子式互感器,无需选择,2.1.1智能开关选择分析,智能开关,理想的智能开关,传统开关+智能终端,设备特点,具有智能控制、在线监测及自诊断功能；,机构的电子化操动；,具有数字接口；,常规的控制及操动方式，无在线监测及自诊断功能；,具有数字接口；,应用业绩,目前国内没有,较多,可靠性,未知,一般,设备费用,很高,一般,可实施性,差,好,结论：选择传统开关+智能终端作为智能开关的实现方案,2.1.2 电子式互感器选择分析,电子式互感器,无源电子式互感器,有源电子式互感器,构成原理,基于Faraday磁光效应电流互感器及Pockels电光效应电压互感器,基于Rogowski线圈或低功率线圈的电子式电流互感器；电阻、电容、电感分压的电压互感器。,设备特点,基于有关光学传感技术，一次侧光学电流、电压传感器无需工作电源，是独立安装的互感器的理想解决方案，正在进行实用化研究。,互感器传感头部分具有需用电源的电子电路，采用激光供能的办法，可较好的解决电源问题，已获得较多应用,应用业绩,少,较多,可靠性,差,高,设备费用,高,一般,可实施性,差,好,结论：选择有源式电子互感器,2.2 通信规约选择,网络通信规约,站控层网络规约,过程层网络规约,选择1：,IEC61850,选择1：,IEC61850,选择2：,网络化的103,选择2：,IEC60044-8,2.2.1 站控层网络规约的选择分析,站控层网络通信规约,网络化的103,IEC61850,特点,IEC60870-5-103规约的网络版，采用传统的面向功能的设计方式,基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，面向对象设计,应用业绩,较少,较少,接口类型,以太网,以太网,互操作性,差,好,适用范围,对实时性要求不高的以太网通信,各种实时和非实时以太网通信,软件费用,较低,较高,可实施性,好,较好,结论：选择IEC61850规约,2.2.2 过程层网络规约的选择分析,过程层网络通信规约,IEC60044-8,IEC61850,特点,电子式互感器传输采样值的国际标准，采用FT3帧格式，实时性极好，传输延时固定,基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，面向对象设计。,接口类型,串行口,以太网,互操作性,差,好,适用范围,对实时性要求高的串口通信，如三相电流电压数据之间的同步，差动保护数据之间的同步等。可采用插值法实现自同步。,各种实时和非实时以太网通信。传输延时不固定，用于采样数据同步时需依赖于外部同步器，不能自同步。,软件费用,较低,较高,应用业绩,较多,较少,可实施性,好,好,结论：采用IEC61850与IEC60044-8相结合的方式，各取所长。对于单间隔不需要数据同步的二次设备，采用IEC61850规约传输，对于跨间隔需进行数据同步的二次设备，采用IEC60044-8规约传输。,2.3网络结构设计,网络结构设计,站控层网络方案,过程层网络方案,单星以太网,选择1：完全基于点对点技术,选择2：点对点技术+GOOSE服务,选择3：过程总线方式,选择1：完,全基于点对点技术,站控层,站控层网络,间隔层,过程层网络,过程层,一次,设备,多路点对点光纤跳闸输出,选择2：,点对点技术+GOOSE服务,站控层,站控层网络,间隔层,过程层网络,过程层,一次,设备,多路点对点光纤跳闸输出,取消！,选择3：,过程总线方式,站控层,站控层网络,间隔层,过程层网络,过程层,一次,设备,三种网络方案的对比分析,过程层网络方案,选择1,选择2,选择3,优点,可靠性很高，协议简单，技术相对成熟，实施难度较小,可靠性高，应用了先进的GOOSE服务实现过负荷联切等装置的跳闸，简化了网络接线,网络结构简单，装置硬件接口最少，代表了数字化变电站发展的方向,缺点,对于跨间隔设备,光纤联系较为复杂,GOOSE 跳闸首次用于工程实践，存在风险,协议复杂，可靠性较差,是否达到目标,是,是,是,先进性,较高，国内首次采用,高，国内首次采用,很高，国内首次采用,可实施性,较好,好,较差,结论：采用选择2，即点对点技术+GOOSE服务方式,3 确定最佳方案,数字化变电站架构设计,站控层网络方