合并单元智能终端运维 国电南自课件.pptx
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1、合并单元、智能终端运行与维护2015-5-20,,七、运维中的常见缺陷及处理措施,六、户外智能控制柜技术,五、合并单元、智能终端信号释义,三、智能终端工作原理及关键技术,二、合并单元工作原理及关键技术,一、合并单元、智能终端概况,四、合并单元与智能终端的功能及应用,合并单元、智能终端概况,1、合并单元、智能终端概况合并单元(Merging Unit,简称MU)是对一次互感器传输过来的电气量进行合并和同步处理,并将处理后的数字信号按照特定格式转发给间隔层设备使用的装置。智能终端(Smart Terminal)与一次设备采用电缆连接,与保护、测控等二次设备采用光钎连接,实现对一次设备(如:断路器、
2、刀闸、主变压器等)的测量、控制等功能的装置。智能变电站与传统变电站的一个重要区别就是在过程层增加了合并单元及智能终端等设备,实现了一次设备智能化,其网络结构如图1所示。合并单元做为CT/PT电流电压量的采集设备,是全站保护、测量等功能实现的基础,智能终端既是开关、刀闸、变压器等一次设备的信号采集设备,同时也是保护动作、控制的执行设备。,智能变电站网络结构示意图,开关智能化,互感器智能化,合并单元、智能终端概况,1、合并单元、智能终端概况,常规变电站二次回路示意图,合并单元、智能终端概况,1、合并单元、智能终端概况,智能变电站二次回路示意图,合并单元,智能终端,合并单元、智能终端概况,2、合并单
3、元、智能终端的演变过程,智能终端,传统微机保护,交流输入组件,A/D 转换组件,保护逻辑(CPU),开入开出组件,人机对话模件,IED数字化保护,SV光纤,GOOSE光纤,一次设备的智能化改变了传统变电站继电保护设备的结构:1、互感器智能化,将传统保护的AD采集与转换集成至合并单元。2、开关智能化,将开入开出集成至智能终端,保护装置发布命令,由智能终端来执行操作。,电缆,电缆,合并单元,合并单元、智能终端概况,2、合并单元、智能终端类型2.1 合并单元的分类根据应用场合的不同,合并单元大致可分为两大类:1.电压合并单元:用于采集母线PT、线路PT电压量;2.间隔合并单元:用于采集CT电流量,同
4、时级联电压合并单元采集电压信号;2.2 智能终端的分类根据应用场合的不同,智能终端大致可分为如下四类:1.分相智能终端:用于分相开关间隔;2.三相智能终端:用于三相开关间隔;3.PT智能终端:用于PT的信号采集及控制;4.变压器智能终端:用于变压器间隔;注:实际应用中,三相智能终端亦常作为PT智能终端使用。,合并单元工作原理及关键技术,1、合并单元的基本工作原理 合并单元的交流模件从互感器采集模拟量信号,对一次互感器传输的电气量进行合并和同步处理。母线合并单元称为一级合并单元,间隔合并单元称为二级合并单元。二级合并单元接收一级合并单元级联的数字量采样,再通过插值法对模拟量信号和数字量信号进行同
5、步处理。同步处理的作用是消除模拟量采样与数字量采样之间的延时误差,从而消除相位误差。 对于需要做电压并列和切换的合并单元,需采集开关量信号(断路器、隔刀位置)。装置完成并列、切换功能后,将采样数据以IEC61850-9-2或IEC60044-7/8格式输出。在组网模式下,为了使不同合并单元的采样数据能够同步,还需接入同步信号。,合并单元原理图,合并单元工作原理及关键技术,2、数据同步-插值同步 装置在接收到上一级合并单元的数字量采样后,首先读取其额定延时,根据额定延时回推数据,再根据自身的采样时间序列进行插值。 装置的采样时间序列往往与接收到的数字量采样不在一个节拍上,装置按照固定的采样时间序
6、列采样,但接收到的离散数据并不与该序列重合。此时就需要用插值算法对数据进行重采样,使其每个采样点都落在装置的采样序列上。,采样插值示意图,线性插值算法示意图,采样延时回推示意图,虚线为装置自身采样频率,实点为接收采样值频率,A、B为已知点,C为线性插值点D为该时刻实际点,合并单元工作原理及关键技术,3、插值的不足 插值算法是对原始采样数据的重采样,必然会造成对原始采样的失真。经对线性插值算法的研究,影响插值精度的最主要因素为采样频率和插值位置。,各次谐波(80点)线性插值后的幅值增益,各次谐波(256点)线性插值后的幅值增益,各次谐波(80点)线性插值后的相角偏移,各次谐波(256点)线性插值
7、后的相角偏移,合并单元工作原理及关键技术,4、数据同步-序号同步 由于组网方式下存在较大的网络延时抖动,采样值报文到达时间不具有确定性,因此插值同步方式不再适用组网方式下的采样值同步。 组网方式下的采样值同步必须满足一个前提条件,即所有间隔合并单元必须保证采样时刻一致,且对应整秒时刻为0采样序号。因此所有间隔合并单元需要外接同一个外同步信号源,包括IRIG-B、IEEE1588、GPS等。在此前提条件下组网方式采样值同步可采用采样序号同步实现,FIFO(First Input First Output):先进先出数据缓存器,组网序号同步示意图,智能终端工作原理及关键技术,1、智能终端工作原理智
8、能终端通过开关量采集模块采集开关、刀闸、变压器等设备的信号量,通过模拟量小信号采集模块采集环境温湿度等直流模拟量信号,这些信号经处理后,以GOOSE报文形式输出。智能终端还接收间隔层发来的GOOSE命令,这些命令包括保护跳合闸、闭锁重合闸、遥控开关/刀闸、遥控复归等。装置在接收到命令后执行相应操作。同时,智能终端还具备操作箱功能,支持就地手动的开关操作。,智能终端原理图,1.合并单元功能1.1 模拟量信号输入功能 合并单元通过自身的交流模件采集一次互感器的电流、电压量。根据接入互感器的不同类型,合并单元的模拟量输入通道可分为保护电流、测量电流、电压(对于合并单元而言,一般不必区分保护电压和测量
9、电压)、零序电压等四种。1.2 数字量输入功能 在作为二级合并单元时,装置需要接收上一级合并单元发送的数字量采样。通常该采样以IEC61850-9-2或IEC60044-7/8(FT3)的报文格式发送。装置对输入的数字量采样需要做插值同步。1.3 开关量输入功能 为了完成电压并列和电压切换功能,装置需要接收母联/分段开关及其刀闸的位置信号、PT道闸位置信号、母线侧隔刀位置信号。,合并单元、智能终端的功能及应用,合并单元、智能终端的功能及应用,1.4 母线合并单元的电压并列功能智能站不在独立配置电压并列装置。以双母线主接线为例,母线电压合并单元集成电压并列逻辑,需采集母联断路器、母隔刀、母隔刀位
10、置。同时配置并列把手。并列把手采用硬电缆接入母线合并单元;断路器、刀闸位置通过电缆接入PT智能终端转发GOOSE报文,母线合并单元通过GOOSE报文接入。此接入方式下母联断路器位置及母、 母刀闸位置GOOSE报文采用双点信息(00:中间态、01:分位、10:合位、11:无效态)。并列逻辑:并列把手位置&母联断路器位置,母联断路器位置=断路器位置&母隔刀位置&母隔刀位置。逻辑真值表如右图所示。,合并单元、智能终端的功能及应用,1.5 间隔合并单元的电压切换功能智能变电站保护装置不再集成电压切换,由间隔合并单元集成切换逻辑。如右图所示:母线合并单元通过光纤级联,将两段母线电压传递给间隔合并单元,间
11、隔合并单元接收电压数字信号,同时采集母隔刀、母隔刀位置,完成切换功能。数字信号级联采用(IEC 9-2报文格式或IEC 60044-7/8格式)。母隔刀、母隔刀位置通过电缆接入间隔智能终端,转发GOOSE报文,间隔合并单元通过GOOSE报文接入,此接入方式下母、 母隔刀位置GOOSE报文采用双点信息(00:中间态、01:分位、10:合位、11:无效态)。逻辑真值表如右图所示。,1.6 数字量输出功能 在完成对采样数据的处理后,装置将采样数据以IEC61850-9-2或IEC60044-7/8形式输出。 为满足采样数字信号离散性要求,发送的采样报文间的间隔时间应是基本固定的,以4kHz采样频率为
12、例,采样报文帧与帧间的时间间隔应为250s,误差不超过10s。 合并单元采样响应时间不大于1ms,两级级联母线合并单元的间隔合并单元采样响应时间不大于2ms。1.7 同步信号输入及守时功能 装置能接收外部同步信号完成同步功能,目前最常用的同步信号为IRIG-B码,其它常见的同步信号有IEEE1588及PPS。 同时,装置在满足守时条件后(通常是对时时间达到一定要求后)应能进行守时,守时的指标要求为时钟信号丢失后10min内时钟误差不超过4s。,合并单元、智能终端的功能及应用,注:采样频率为每周波80点。推算两点间时间间隔20mS/80点=250S,2 智能终端功能2.1 开关量输入功能 智能终
13、端支持接入从开关、变压器等引来的强电信号,并能在自身日志中对这些开入信号的动作时间等信息进行记录。开入功能主要的几个性能指标如下:(1) 开入消抖:为防止因干扰等因素造成的信号抖动、误报,装置需对开入进行消抖处理,未达到消抖时间的开入信号认为是无效信号,不记录、不上送。通常消抖时间默认设置为5ms。(2) 开入动作时间:为了保证信号能快速上送,须保证开入信号从硬接点动作到GOOSE报文输出总时间不超过10ms。(3) 开入分辨率:装置应能区别不同时间到来的开入信号,严格区分其动作先后顺序;为此,要求装置能区分间隔时间1ms以上的开入信号。,合并单元、智能终端的功能及应用,2.2 模拟量小信号输
14、入功能 智能终端一般安装在智能户外柜中,对于户外设备需要监视其环境温度和环境湿度,这些信号通过传感器接入到装置终端中,再由智能终端上送给测控等装置。对于变压器,同时还需监视其油温等数据,这些数据亦通过传感器接入到智能终端。以上这些信号通常采用4-24mA和0-5V的弱电信号传输,对于模拟量小信号,其主要考核采样精度,合格指标为误差不超过满量程的千分之五。2.3 GOOSE输入功能 智能终端需接收保护、测控等装置发送的GOOSE信号,并根据GOOSE命令执行相应的操作,同时装置应能记录接收的GOOSE命令。(1) 开出动作时间:为了保证信号能快速上送,须保证开入信号从硬接点动作到GOOSE报文输
15、出总时间不超过10ms。(2) 开入分辨率:装置应能区别不同时间到来的开入信号,严格区分其动作先后顺序;为此,要求装置能区分间隔时间1ms以上的开入信号。2.4 GOOSE输出功能 智能终端采集到的开入信号、模拟量小信号以及自身告警信号等都需要上送给间隔层装置,以供保护、测控等装置使用监控。,合并单元、智能终端的功能及应用,2.5 操作箱功能 智能终端集成传统变电站中的操作箱的功能。对于断路器智能终端,应具备分合闸回路、分合刀闸回路、合后监视、事故总信号、闭锁重合闸、操作电源监视、控制回路断线监视、三相不一致和直跳信号监视等断路器操作箱功能。对于本体智能终端应具备合(分)刀闸,升档(降档、急停
16、),闭锁调压,启动风冷等功能。2.6 本体保护功能 变压器智能终端通常还可集成本体保护功能。装置在收到本体重瓦斯、冷控失电等非电量跳闸信号后,非电量保护应能立即或延时出口动作。 为防止非电量保护误动作,非电量保护的启动继电器动作功率应不低于5W;动作电压应在5570%直流额定电压范围内。2.7 对时功能 智能终端需要具备对时功能。开入时间记录等功能的实现依赖于对时功能。目前实际使用中最常见的对时信号为IRIG-B码,另外有少量变电站使用IEEE1588对时。,合并单元、智能终端的功能及应用,合并单元、智能终端的功能及应用,2.8、三相不一致告警三相不一致保护功能以及各种压力闭锁功能宜在断路器本
17、体操作机构中实现。智能终端具备告警功能。逻辑如下图所示。分为软件合成方式和硬开入方式。硬开入方式:智能终端具备三相不一致开入。机构及操作回路完成继电器搭接。软合成方式:由智能终端辅助接点按照三相不一致逻辑合成。,2.9、事故总智能终端事故总逻辑:KKJ&TWJ。TWJ采用硬开入方式和软合成方式。硬开入方式:智能终端具备事故总开入。KKJ与TWJ辅助接点串接后直接接入该开入点。软合成方式:KKJ采硬开入,TWJ采用开关机构辅助接点,内部按照事故总逻辑合成。,事故总逻辑示意图(分相),事故总逻辑示意图(三相),三相不一致告警逻辑示意图,合并单元、智能终端的功能及应用,2.10 控制回路断线,闭锁另
18、一套智能终端重合闸逻辑示意图,闭锁本套保护重合闸逻辑示意图,2.11 闭锁重合闸,控制回路断线逻辑示意图(三相),控制回路断线逻辑示意图(分相),合并单元、智能终端信号释义,合并单元公用信号:,间隔合并单元信号:,合并单元、智能终端信号释义,母线PT合并单元信号:,合并单元、智能终端信号释义,智能终端信号:,合并单元、智能终端信号释义,智能终端信号:,户外智能控制柜,一、目的和意义 合并单元、智能终端需就地安装在户外智能控制柜内。户外温度、湿度、日照、雨水等大气环境及一次设备电磁干扰因素均会对智能设备稳定运行带来不利影响。户外智能控制柜技术要求柜体本身能承担和消除这些不利影响,为设备提供接近室
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