MMS
2）新标准
IEC 61850标准、IEEE 1588
SV 合并 单元 GOOSE 智能 终端
3）新体系结构
继电保护系统、通信网络结构
4）新功能与新应用
1 智能变电站的优势 智能变电站的本质特征
电子式互感器/合并单元
• 过程设备的数字化
智能终端 IEC 61850标准
• 信息传输的网络化
网络通信技术
•
• •
模拟量输入回路和开关量输入输出回路都被通
信网络所取代，二次设备硬件系统大为简化 统一的信息模型，避免了规约转换，信息可以 充分共享 可观测性和可控性增强，产生新型应用：如状 态监测、站域保护控制
1 智能变电站的优势
电缆
交 流 输 入 模 件 Ａ ／ Ｄ 变 换 微 计 算 机 开 入 开 出 模 件
2 电子式互感器/合并单元
合并单元
3Io Ia，Ib，Ic（保护）
ECT EVT 其他MU
SV报文
Ia，Ib，Ic（测量）
Ua，Ub，Uc，3Uo
合并单元 MU
IEC 60044-8 IEC 61850-9-2
母线电压
点对点或 交换式以太网 电流电压信号同步 报文处理和发送
保护 测控 计量 录波
主要功能： 多路电流电压信号的采集与处理
电缆
人机对话模件 端子箱
继电保护
1 智能变电站的优势
高速以太网通信
微 计 算 机 交 流 输 入 模 件 Ａ ／ Ｄ 变 换
人机对话模件 合并单元
智 能 终 端
继电保护
一次设备的数字化改变了继电保护设备的结构
1 智能变电站的优势
1）新装置、新设备
电子式互感器、合并单元 智能终端、交换机等
监控主机
• VS 与被测电流 I 成正比
V s R sh
Np Ns
I
2 电子式互感器/合并单元
I sr
传统电磁式电流互感器
Np Ns
I pr
I/I变换
具备低功率输 入接口的设备
Vsr Rsh
Np Ns
I pr I/V变换
铁心线圈低功率电流互感器
对电磁式电流互感器的改进
2 电子式互感器/合并单元
2 电子式互感器/合并单元
• 电子式电压互感器 分压型电压互感器（有源）
R1
R2
Usr
电阻分压
电容分压
阻容分压
与常规电容式电压互感器原理相同，输出电压不超过±5V
2 电子式互感器/合并单元
光学电压互感器（无源） Pockels效应（1893年）
线偏振光通过有电场作用的Pockels晶体时，折射成两束 线偏振光，两者相位差正比与被测电压
磁光材料
出射光

检偏器
磁场 B
入射光
V Hd l V N I L l
旋转角与电流I成正比关系
法拉第磁旋光效应 （1846年）
2 电子式互感器/合并单元
I
空心线圈 （或铁心线圈）
磁光玻璃
I
高压侧
高压侧 低电压信号需 要就地数字化
A/D、积分器 等需要供电！
光纤
光纤
低压侧
低压侧
有源型电流互感器
2 电子式互感器/合并单元
一次导线 空芯线圈 采集模块 绝缘子
有源电子式电流互感器
光纤 C相 B相 激光供电 数据处理 A相 保护 测控 计量
一次场
主控室或保护小室
2 电子式互感器/合并单元
智能变电站相关技术介绍
2019年5月 武汉
主要内容
1 2 智能变电站的优势 电子式互感器/合并单元 智能终端 IEC 61850标准 时钟同步
3
4 5
1 智能变电站的优势
智能变电站是智能电网的重要内容
发电 输电
变电领域的发展重点 是智能变电站
变电
调度
智能 电网
用电 配电
智能变电站对智能电 网的建设将起到先驱 作用
1 智能变电站的优势
变电站层
计算机监控系统 计算机监控系统
103规约
网络
网络
IEC 61850-8
间隔层
微机保护/微机测控
微机保护/微机测控
电缆
网络
IEC 61850-9
过程层
电磁式互感器
一次设备
新型电子式互感器 数字化一次设备
变电站综合自动化
智能变电站
1 智能变电站的优势
• 光纤代替电缆，设计安装调试都变得简单
无源型电流互感器
2 电子式互感器/合并单元
有源电子式互感器的供电方式
功电方式 CT供电 电容分压供电 激光供电 组合供电 供电原理 利用特殊CT从母线上感应电压，经 整流、滤波、稳压后供电 利用电容分压，经整流、滤波、稳 压后供电 主要缺点 散热（大电流） 死区（小电流） 电气隔离
低压侧通过光纤传输光能，由光电 能量有限/ 池将光能专为电能（最大功率1W） 成本/寿命 CT供能（或电容分压供电） +激光供电 供能系统复杂 切换问题
2 电子式互感器/合并单元
光学电流互感器存在的问题
温度对精度的影响
LED发光二极管老化
V Hd l V N I L l
VV = （ T ， ）
该比例系数（维尔德常数）是温度和光源工作波长的函数 光源工作波长是温度和驱动电流的函数 对策： 信号处理技术（自适应补偿） 保证驱动电流恒定
罗可夫斯基空心线圈电流互感器
B
线圈感应电压
空心线圈
被测电流
d d I et () k ( ) d t d t
电流 I
e (t)
• 空心线圈的感应电压与被测电流的导 数成正比（ Rogowski，1912年）
2 电子式互感器/合并单元
光学电流互感器
普通光 起偏器 偏振光 Faraday旋光角 电流
主要内容
1 2 智能变电站的优势 电子式互感器/合并单元 智能终端 IEC 61850标准 时钟同步
3
4 5
2.1 电子式互感器/合并单元
传统电磁式互感器的缺点
• 绝缘问题：绝缘困难，含油有爆炸危险，造价高 • 测量准确问题：含铁芯，具有非线性特性，存在饱和问题， 不能反映系统故障时非周期性分量；频带响应特性较差， 频带窄
• 信号输出问题：模拟电信号（1A/5A，100V/57.7V）
• 运行安全问题：电压互感器不能短路，电流互感器不能开 路，电压互感器存在铁磁谐振问题
2 电子式互感器/合并单元
• 电子式电流互感器（各种名称）
铁心线圈低功率电流互感器（有源） 罗可夫斯基空心线圈电流互感器（有源） 光学电流互感器（无源）
名称 铁心线圈低功率 电流互感器 电磁感应原理 （互感） 强电/弱电 罗可夫斯基空心 线圈电流互感器 电磁感应原理 （自感） 强电/弱电 光学电流互感器
传感原理
信号变换
磁旋光效应原理
强电/光信号
2 电子式互感器/合并单元
铁心线圈低功率电流互感器
B 电流-电压转换器 高阻 R VS Rb
铁芯线圈
电流I