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ABB GIS 与状态检测9


GIS & Communication Protocol
by Jiantao Xiao 2012-08-29

Outline

? 1.Gas

Insulated Switchgear

? 2.IEC61850

Protocol

? 3.Summary

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 2

1.GIS 组成

1. 与母线相连的隔 离开关/接地开关 2. 断路器 3. 电流互感器 4. 电压互感器 5. 馈线隔离开关/接 地开关 6. 防漏电接地开关 7. 线缆终端单元 8. 本地控制柜

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 3

1.1 Circuit Breaker
?

操作机构

?

灭弧装置

组成:

?

双动、双室结构

充压模块、工作模块、贮能模块、控制模 ? 自能灭弧完全不同于压气灭弧,开断大电流 块、监测模块。 靠电流能量本身建立的高压力,熄灭电弧, 而开断小电流时,靠压气助吹.

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 4

1.2 隔离/接地开关
?

在GIS中隔离开关和接地开关一般组合装在一起。在母线侧 常采用三个法兰盘,而在馈线端包含4个法兰盘。隔离和接 地开关分别采用不同的控制单元。

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 5

GIS 中的隔离/接地开关

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 6

1.3 互感器

?

电流互感器

?

电压互感器

? ? ? ? ? ? ? ? ?

高低压完全隔离,绝缘简单。 不存在磁饱和、铁磁谐振等问题。 频率响应宽,动态范围大,精度高。 体积小,重量轻。 不存在CT二次输出开路和PT二次输出短路的危害。 数字信号(光纤传送)分享更容易,带负载能力强。 电压等级越高电子式互感器优势越明显。 方便实现电压电流组合。 适合电力系统数字化、智能化和网络化需要。

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 7

结构原理
1.电流互感器
1)铁心线圈低功率电流互感器

2)罗可夫斯基空心线圈电流互感器

3)块状玻璃光学电流互感器

4)全光纤光学电流互感器

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几种不同电流互感器的比较
电子式 项 目 电磁式 互感器 光学式 磁光玻璃式 全光纤 式

光电
混合式

测量原理 敏感元件

电磁感应 电磁线圈

电磁感应 空心线圈

法拉第效应 光学玻璃

法拉第 效应
光纤

能否测直流 否 是否有源
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否 有1

可测 无2

可测且 精度高 无



安装灵活性 差



较好



结构原理
电压互感器

1)电原理的电子式电压互感器

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2)光原理电子式电压互感器

1.基于Pockels效应

2.基于逆压效应

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组合型电子式电流电压互感器
一次 电源 二次 电源

P1 P2

一次 电压传感器
电流

一次 转换器

传输 系统

二次 转换器

S 供合并单元用

MR:维修申请 IV:输出无效 MR IV

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1.4 电缆终端单元(Cable End Unit)
1.插拔式电流触头 2. 硅橡胶应力锥 3. 环氧树脂座 4. 弹簧组装件 5. 支撑杆 6. 屏蔽线连接 7. 电缆夹 8. XLPE电缆

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1.5 套管(bushing)

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 14

1.6 母线筒

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 15

1.7 快速接地开关
? ? ? ? 可靠的主回路接地 绝缘状态能承载大短路电流 有分合感应电流的能力 强大的短路电流关合能力

?

绝缘的操作机构

? 可手动操作 …

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 16

1.8 汇控柜

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 17

1.9 GIS的在线监测

?

GIS是全封闭组合电力设备,故障修复极为复杂,GIS的运行 监测显得十分重要。 GIS在线监测要在工程上得以实现,就必须选择好系统的监 测内容。 传感技术、光电技术、信号处理技术和计算机技术的应用, 使传统的设备运行检修制度逐渐向状态检修制度发展。

?

?

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 18

监测内容

? ? ? ? ? ?

局部放电

气室温度、压力、气体密度
分合闸线圈电压、电流 分合闸线圈回路断线检测 断路器操作次数统计 断路器开断电流(用开断电流加权累计值估算断路器的剩余 电寿命) 主回路三相电压

? ? ? ? ?
? ABB Group September 3, 2012 | Slide 19

液压油温度、压力
接地、隔离、断路器开合闸状态 断路器分合闸特性 油泵启动次数,油压、油温 …

?

绝缘特性(局部放电)
? ? ?

局放的原因 浇铸绝缘内部存在空洞或杂质; 金属或绝缘表面有尖端或突起;

?
? ?

安装不慎或开关分合产生颗粒状或丝状的金属微粒;
金属屏蔽罩固定处接触不良; 触头严重接触不良。

?

局放监测方法

1)化学法 2)超声波法 3)电气法 4) 脉冲电流法 5) 特高频( UHF) 法
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特高频( UHF) 法

通过天线传感器接收局部放电过程辐射的UHF电磁波,实现局 部放电的检测。 优点:
? ? ? ?

检测频段高 检测频带宽 可以识别故障类型和进行定位 UHF 传感器局部放电有效检测范围大

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 21

气体局放传感器的检测

耦合器、放大滤波单元、信号采集单元、通讯单元和诊断分析单元等部分
? ABB Group September 3, 2012 | Slide 22

当前UHF运用存在的问题

1.国内大部分生产厂家通常采用将特高频传感器外置于盆式绝 缘子上的方式进行局部放电监测(检测结果易受到外界电磁干 扰的影响,且不易进行长期固定式的监测)。

2.现场测量中需要判断缺陷的类型。
3.特高频法目前还无法确定设备内部故障的视在放电量。

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 23

SF6 气体特性的监测
监测内容
? ? ?

通过压力表/密度继电器监视SF6气体的压力和密度
气体泄漏监测用检漏仪监测SF6气体是否泄漏 气体含水量监测
? ? ? ? ? ?

电解法 质量法 露点法 电容法 吸附热量法 气相色谱分析法、压电石英振荡法等

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 24

断路器的监测

?

断路器电寿命的监测

开断电流加权值监测(通过电流互感器测量断路器开断电流的 波形。)
静态电阻、动态电阻监测 SF6断路器有主触头和弧触头,灭 弧主要靠弧触头。
?

断路器的机械特性的监测

在线监测断路器合、分闸线圈电流波形。 断路器的机械特性(行程、合/分时间、平均速度等)。

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 25

GIS的在线监测系统
组成:
信号变送、信号预处理、数据 采集、数据传输、数据处理和 诊断。 方案: 1) 许继:CBS-2000 2) 南自:NS600 断路器在线 监测系统

3)南瑞:高压断路器实时状 态监测系统

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 26

2.IEC61850 Protocol
Communication Networks and Systems In Substations 变电站通信网络和系统

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2.1主要思想和技术
1.分层结构
变电站层

远方控制中心

技术服务

1 0

7

功能A

功能B

2.面向对象的信息和通信服务 建模
? ?

9 1 6 8 1 6

信息模型 服务模型
继电保护 3

3 间隔层 控制 控制 继电保护

3.变电站配置语言
4 5 4 5

4.抽象通信服务接口和特定通 信服务映射

过程层 过程层接口 传感器 操作机构

高压设备

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 28

2.1主要思想和技术
1.分层结构
2.面向对象的信息和通信服务 建模
? ?

信息模型 服务模型

3.变电站配置语言 4.抽象通信服务接口和特定通 信服务映射

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 29

对等网络通信方式 客户/服务器通信模式 ?对等网络通信方式的应用 ?断路器跳闸: ?传送采样值

物理设备
抽象通信服务 接口客户端

物理设备
服务器 报 告 数据 数据 数据

请求/响应
应用 请求 /响应 GOOSE Message Sampled Values 多波 应用

物理设备 服务器
数据
数据 数据

应用

物理设备

2.1主要思想和技术
1.分层结构
2.面向对象的信息和通信服务 建模
? ?

SCL文件类型
? ? ? ?

SSD:系统规范定义文件 SCD:变电站配置文件 ICD:IED能力描述文件 CID:配置IED描述文件
IED能 力 ( LN, DO) IED数 据 库

开发SCL可视化配置工具

信息模型 服务模型

系统 配置器

3.变电站配置语言 4.抽象通信服务接口和特定通 信服务映射 文件传输
(当地)

系统描述
工程师站

关联 定义的交换信息 一次设备拓扑

IED 配置器

文件传输(远方)

变电站 网关

IEC61850 服务

IED
? ABB Group September 3, 2012 | Slide 31

IED

IED

IED

服务器

控制块 有缓冲报告控制块

2.1主要思想和技术
逻辑设备

无缓冲报告控制块 记录控制块 记录

1.分层结构
2.面向对象的信息和通信服务 建模
? ?

逻辑节点

定值组控制块 GOOSE控 制 块 LLN O GSSE控 制 块 多点传送采样值控制块 单点传送采样值控制块

信息模型 服务模型
数据

数据集

3.变电站配置语言
数据属性

替代 控制

对时 文件

4.抽象通信服务接口和特定通 IEC61850定义了10大类60种ACSI 信服务映射 ? 日志服务 ? 关联服务 ? 快速报文服务 ? 信息模型服务 ? 采样值服务 ? 定值组服务 ? 主动上送的报告服务 ? 对时文件服务 ? 取代服务
? ABB Group September 3, 2012 | Slide 32

2.1主要思想和技术
1.分层结构
2.面向对象的信息和通信服务 建模
? ?

信息模型 服务模型

3.变电站配置语言 4.抽象通信服务接口和特定通 信服务映射

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 33

2.2 IEC61850的不足与发展

1.DL/T860中的模型不能满足国内继电保护和自动化系统的某

些功能要求,部分内容与国内的习惯和实际运用要求不符合,
一些保护模型需要扩充,今后一次设备的发展,状态监测模型 也需要规范。

2.过程层发展缓慢,就技术而言,电子式互感器的运用(通信)
时间尚短,在实际运用方面需要完善和成熟,并加强与其他系 统配合和磨合使用,并提高其稳定性、可靠性。

3.网络安全性,可靠性的研究还不够深入,对通信网络还缺乏
实用的监测、控制和评估的方法手段。

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 34

2.2 IEC61850的不足与发展

?

IEC继续修订和补充,不断考虑新的需求

? 基本模型扩展

水电和风电常用公共元素(IEC61850-7-4中扩展)
? 领域扩展: ? ?

电能质量; 变电站之间通信的影响:

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 35

? ABB Group September 3, 2012 | Slide 36

3.Summary
1.已完成工作
?

GIS部分

? GIS各部分的功能。
? 电子互感器的原理、构造、运用。 ? GIS的在线监测 ? ?

IEC61850
对整个变电站通信协议进一步的理解(特别是针对对ASCI, SCSM)。 国内在利用IEC61850的现状以及不足,并给予建议。

?

2.仍需做的工作
? ?

GIS国内厂家的同类产品信息。 IEC61850的运用实例(特别在通信实现方面)。

?
? ABB Group September 3, 2012 | Slide 37

IEC61850与DL\T860在运用中的不同。


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