智能变电站实用技术丛书保护控制分册_主编宋璇坤副主编刘颖李军肖智宏李敬如_9787519825904

智能变电站是实现坚强智能电网建设发展的重要组成部分，它涉及多学科理论和多领域技术。为加快智能变电站实用技术的推广，有必要编写一套综合性强且便于不同专业理解的《智能变电站实用技术丛书》。该丛书对智能变电站一、二次设备的基本原理、关键技术、工程应用、试验调试、运维检修等内容进行了系统性阐述与经验总结，凝聚了编写单位及人员在智能变电站实用技术研究与实践方面的成果与心得，以期对智能变电站推广建设起到一定的促进作用。本书为《智能变电站实用技术丛书保护控制分册》，共分为5 章，包括概述、层次化保护控制系统、合并单元及智能终端装置、时间同步系统及展望。每章节都包含概念定义、结构特点、应用现状、关键技术、工程方案、检测调试、运维检修等内容，本书对推动智能变电站保护控制系统实用技术体系的建立具有重要价值。本书可供从事二次系统方面研究、设计等人员阅读，也可供高等院校相关专业的师生参考。

前言智能电网是传统电网与现代传感测量技术、通信技术、计算机技术、控制技术、新材料技术高度融合而形成的新一代电力系统。变电站是电网的基础节点，是重要的参量采集点和管控执行点，因此变电站智能化是建设智能电网的重要环节。近年来，我国智能变电站的建设稳步推进，相应技术不断发展，智能变电站采用可靠、经济、集成、环保的设计理念，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化、系统功能集成化、结构设计紧凑化、高压设备智能化和运行状态可视化等技术特征为基础，支持电网实时在线分析和控制决策，进而提高电网整体的运行可靠性与经济性。2009 年开始，国家电网有限公司先后启动了两批智能变电站的试点工程建设，覆盖66～750kV 电压等级，2011 年国家电网有限公司新建智能变电站由试点建设转入全面建设阶段，2013 年开始又先后启动了三批新一代智能变电站示范工程建设，标志着我国智能变电站发展进入高速阶段。截至2017 年底，共建成投运新建智能变电站4900 座，预计到2020 年，国家电网有限公司新建智能变电站将达到8000 余座。智能变电站的设计与建设提高了大电网运行稳定性及控制灵活性，增强了变电站与电网协同互动能力，进一步提升了我国变电站建设与装备研制水平。变电站的基本构成包括一次系统、二次系统、辅助系统。一次系统包括电气主接线、配电装置、主设备，其中主设备包括电力变压器、断路器、隔离开关、互感器、无功补偿设备、避雷器、气体绝缘金属封闭开关设备（Gas Insulated Switchgear，GIS）组合电器、开关柜等，主接线是主设备的功能组合，配电装置是主设备在场地的空间布置。二次系统包括继电保护系统、变电站计算机监控系统、故障记录分析系统、时钟同步系统、计量系统等。辅助系统包括站用交直流电源系统、视频监控系统、火灾报警及消防系统、防盗保卫系统、环境监测系统等。为总结、梳理、深化、推介智能变电站中各类智能设备/系统的选型、设计、运维、调试等实用化技术知识，本套丛书选择了智能变电站内具有代表性的集成式隔离断路器、智能气体绝缘金属封闭开关设备（智能GIS）、电子式互感器、层次化保护控制系统、过程层合并单元智能终端、变电站时钟同步对时系统、智能变压器、智能中压开关柜、预制舱式组合设备等典型智能设备/系统，分别阐述了各个设备/系统的原理结构、关键技术、工程应用、试验调试、运维检修，供读者有针对性的使用。本书为《智能变电站实用技术丛书保护控制分册》。随着信息技术、计算机技术的不断进步，变电站的保护控制水平不断提升，故障隔离的选择性、快速性、可靠性、灵敏性不断提高。层次化保护控制系统、合并单元与智能终端、时间同步系统是构成智能变电站保护控制的重要元素，其中层次化保护控制系统将继电保护与安全自动装置的有机结合，实现了多装置在时间、空间和功能上的协调统一，代表着站内保护控制技术的发展趋势；合并单元和智能终端将常规变电站复杂二次电缆接线替换为光纤以太网通信系统，实现了变电站信息采集数字化；时间同步系统通过接收授时系统所播发的标准时间信号与信息，实现设备内数据信息的时间同步及区域时间同步。本书以智能变电站研究、设计、建设、运维阶段的工作成果为基础，对层次化保护控制系统、合并单元及智能终端、时间同步系统的功能结构、关键技术、工程方案、检测调试、运行维护等内容进行较为详细的阐述和分析，并通过给出全面的设备信息及典型应用实例，为读者提供有益参考。全书共分5 章，第1 章介绍了智能变电站二次系统的架构组成、应用特征、发展需求、技术特点等，阐述了智能电网新形势下对二次系统的发展要求；第2 章详细介绍了层次化保护控制系统的概念定义、结构特点、应用现状、关键技术、工程方案、检测调试、运维检修等，通过与传统电网继电保护、安全自动装置的对比分析，说明了层次化保护控制系统的结构设计特点，阐述了其在保护控制方面的优势，以及在试验调试、运维检修等方面的特殊要求；第3 章介绍了合并单元及智能终端的概念定义、结构特点、应用现状、关键技术、工程方案、检测调试、运维检修等，突出其在信息采集、信息处理、信息共享方面的技术革新，并对合并单元、智能终端的调试、运维和检修方面的技术要求进行详细说明；第4 章介绍了时间同步系统的概念定义、结构特点、关键技术、应用需求、应用方案、检测调试、运维检修等，突出了站内不同设备对时间同步系统的需求，并对时间同步系统的调试、运维和检修方面的技术要求进行详细说明；第5 章展望了未来保护控制系统、合并单元及智能终端以及时间同步系统的技术发展路线，指出光子保护、保护就地化、芯片保护、合并单元及智能终端模块化、全网时间同步系统等未来技术发展。本书突出实用技术，编写过程中力求由浅入深、简明扼要地介绍智能变电站中保护控制的原理及现场应用的相关知识。本书主要为从事智能变电站研究、设计、调试、运行的人员提供实用技术知识，也可为广大高校和科研人员提供参考。本书由国网经济技术研究院有限公司组织编写，南瑞继保电气有限公司、北京四方继保自动化股份有限公司、南瑞科技股份有限公司、中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司、中国能建集团辽宁电力勘测设计院有限公司、成都引众数字设备有限公司、许昌开普检测研究院股份有限公司、国网冀北电力有限公司、国网重庆电力公司电力科学研究院等单位参与编写，并得到了国家电网有限公司科技部、国家电力调度控制中心的大力支撑，在此表示由衷的感谢。由于编者水平有限，书中难免存在不妥之处，敬请读者谅解并提出宝贵意见。编者 2018 年12 月

序
前言
第1 章概述 1
1.1 智能变电站简述 1
1.1.1 智能变电站技术特征 2
1.1.2 智能变电站发展需求 3
1.2 智能变电站二次系统 4
1.2.1 智能变电站二次系统架构及组成 4
1.2.2 智能变电站二次系统应用特征 6
1.2.3 智能变电站二次系统发展需求 6
1.3 智能变电站保护控制设备 7
1.3.1 保护控制相关二次设备特征 7
1.3.2 保护控制相关二次设备通用技术 9
第2 章层次化保护控制系统 16
2.1 层次化保护控制系统简述 16
2.1.1 层次化保护控制系统定义 16
2.1.2 层次化保护控制系统特点 17
2.1.3 国内外应用现状 19
2.2 层次化保护控制系统原理与关键技术 20
2.2.1 基本原理 20
2.2.2 数据处理与通信技术 37
2.2.3 装置设计实现技术 46
2.3 层次化保护控制系统工程应用方案 62
2.3.1 系统设计原则 62
2.3.2 装置选型及技术参数 64
2.3.3 典型工程应用方案 66
2.4 层次化保护控制系统检测与调试 79
2.4.1 层次化保护控制系统检测 79
2.4.2 层次化保护控制系统调试 85
2.5 层次化保护控制系统运行与维护 96
2.5.1 运行维护基本要求 96
2.5.2 线路保护运行与维护 98
2.5.3 变压器保护运行与维护 100
2.5.4 母线（失灵）保护运行与维护 102
第3 章合并单元及智能终端装置 103
3.1 合并单元与智能终端简述 103
3.1.1 合并单元及智能终端的定义 104
3.1.2 功能及特点 105
3.1.3 国内外应用情况 105
3.2 装置的功能实现关键技术 106
3.2.1 合并单元关键技术 106
3.2.2 智能终端关键技术 141
3.2.3 合并单元智能终端集成装置技术 147
3.3 装置的设计与工程应用方案 159
3.3.1 一般技术要求 159
3.3.2 功能要求 160
3.3.3 设备选型与主要技术参数 163
3.3.4 外部接口要求 168
3.3.5 配置原则及应用方案 171
3.4 装置的检测与调试 178
3.4.1 通用试验项目 179
3.4.2 合并单元特有试验项目 180
3.4.3 智能终端特有试验项目 186
3.4.4 合并单元智能终端集成装置特有试验项目 189
3.5 装置的调试方法及要求 190
3.5.1 调试流程 190
3.5.2 工厂调试 191
3.5.3 现场调试 194
3.6 装置的运行与维护要求 198
3.6.1 运行维护基本要求 198
3.6.2 合并单元运行维护要求 202
3.6.3 智能终端运行维护要求 204
第4 章时间同步系统 206
4.1 时间同步系统概述 206
4.1.1 时间的定义及其分类 206
4.1.2 时间对电气量测量的影响 209
4.1.3 电力系统时间同步的特点及意义 212
4.2 时间同步基本原理与关键技术 213
4.2.1 时间同步基本原理 213
4.2.2 时间同步授时技术 214
4.2.3 时间同步守时技术 230
4.2.4 时间同步传递补偿技术 232
4.2.5 时间同步系统架构及基本运行方式 233
4.2.6 时间同步装置关键技术 239
4.2.7 精确网络时间同步系统 245
4.3 电力系统时间同步应用 249
4.3.1 电力系统常用设备时间同步需求 249
4.3.2 电力系统时间同步应用现状 250
4.3.3 电力调度控制中心时间同步 252
4.3.4 变电站时间同步 254
4.3.5 PMU 时间同步 257
4.3.6 广域保护时间同步 258
4.3.7 时间同步监测 259
4.4 变电站时间同步系统工程应用方案 267
4.4.1 全站时间同步系统通用设计原则 267
4.4.2 变电站时间同步系统典型设计方案 267
4.4.3 传输介质的应用与技术指标 268
4.5 时间同步系统的调试与检测 269
4.5.1 时间同步系统的调试 269
4.5.2 时间同步系统的检测 269
4.6 时间同步系统的运行与维护 277
4.6.1 缺陷、故障及应对措施 277
4.6.2 运维管理手段 278
第5 章展望 280
5.1 层次化保护控制系统展望 280
5.2 合并单元与智能终端展望 281
5.3 电力系统时间同步系统展望 282
附录引用技术标准表 284
参考文献 286
索引 288

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