1、【河南理工大學畢業設計】110kv變電站綜合自動化系統設計河南理工大學畢業設計（論文）說明書摘要本課題針對110kv變電站供電系統，結合國內外變電站綜合自動化技術的發展現狀，根據變電站的監控要求，對110kv變電站自動化系統進行了設計。在系統研究過程中，重點進行了以下工作：首先，講述了國內外變電站綜合自動化的發展情況，研究變電站自動化的目的和意義，提出本論文變電站自動化系統研究設計的內容。其次，根據變電站原始資料和監控要求，以及變電站自動化系統的設計原則，研究設計變電站自動化體系結構和功能。再次，根據所給出的原始數據，綜合變電站設計的原則和國家法律法規、制度，以及變電站的監控要求，設計變電站的

2、主回路接線；進行了變電站負荷的簡要計算然后選擇了基本設備。隨后，簡述plc的工作原理和設計plc自動控制系統的過程；闡述高壓斷路器控制的重要性和plc控制斷路器的優勢，設計利用plc控制高壓斷路器；綜合變壓器備用投切的重要性和操作過程，設計plc控制的變壓器備用自投系統。最后，總結了本論文的設計內容及設計過程，總結了設計存在的問題和缺陷，以及以后努力的方向。 關鍵詞：變電站；plc；高壓斷路器；備用自動投切 i河南理工大學畢業設計（論文）說明書 abstractthis topic is for 110kv substation power supply system, combined wi

3、th the development of substation automation technology at home and abroad. according to transformer substation monitoring requirements, 110kv substation automation system is for design. and the study is summarized as the follow stepsfirst of all, covers domestic and foreign development of substation

4、 automation, purpose and significance of the research on substation automation, brings out the design of substation automation system. secondly, according to the sourcebook of substation and monitoring requirements, and substation automation system design principles, research and design the automati

5、on systems structure and function. third, according to the original data, integrating principles of substation design and national laws and regulations, systems, and the substation monitoring requirements, design the main circuit wiring of substation; simple calculations to select the basic equipmen

6、t of substation load. fourth, outline the operation process of plc and design the plc control system; according to the importance of high-voltage circuit breaker control and plc control circuit breakers advantage, design using plc control to high voltage circuit breaker; based on the importance of i

7、ntegrated bus coupling spare switching and operational processes, design the plc control system of automatic bus transfer system. finally, draw a conclusion of the papers design and design process, sum up the problems and defects in design, and where to work toward. keywords: substation; plc; high-v

8、oltage circuit breaker; alternate deviceauto-switchingi河南理工大學畢業設計（論文）說明書目錄1 緒論 . 11.1 變電站綜合自動化概述 . 11.2 國內外變電站綜合自動化現狀及發展 . 11.2.1 國外變電站自動化技術的現狀及發展 . 11.2.2 國內變電站自動化技術的現狀及發展 . 21.3 變電站綜合自動化研究目的與意義 . 31.4 課題研究的主要內容 . 42 變電站自動化系統總體設計 . 52.1 變電站自動化系統原始資料及分析 . 52.2 變電站自動化系統總體設計 . 82.2.1 變電站自動化系統總體結構 . 82

9、.2.2 變電站自動化系統的功能 . 122.3 本章小結 . 143 變電站接線設計 . 153.1 變電站主回路接線 . 153.1.1 變電站主回路電氣主接線 . 153.1.2 變電站設計數據計算 . 193.2 變電站設備選擇 . 263.3 本章小結 . 324 變電站自動化系統設計 . 334.1 plc控制系統 . 334.2 plc控制高壓斷路器 . 354.2.1 控制基本要求 . 354.2.2 控制接線 . 364.2.3 控制過程分析 . 384.2.4 plc控制程序 . 394.2.5 小結 . 394.3 plc控制變壓器備用自投 . 39i河南理工大學畢業設計

10、（論文）說明書4.3.1 變壓器備用自投 . 404.3.2 控制接線 . 424.3.3 控制過程分析 . 434.3.4 plc控制程序 . 454.3.5 小結 . 464.4 本章小結 . 465 總結與展望 . 47致謝 . 48參考文獻 . 49附錄 . 51ii河南理工大學畢業設計（論文）說明書1 緒論1.1 變電站綜合自動化概述變電站綜合自動化是20世紀70年代國際上興起的，在計算機技術、自動控制技術和通信技術發展到一定程度的基礎上，使變電站二次設備更合理、有效地運行的一種變電站自動化模式。變電站綜合自動化系統是將變電站的二次設備（包括測量儀表、信號系統、繼電保護、自動裝置和遠

11、動裝置等）經過功能組合和優化設計，利用先進的計算機技術、現代電子技術和信號處理技術，實現對變電站的主要設備和輸、配電線路的自動監視、測量、自動控制和微機保護，以及與調度中心通信等綜合自動化功能。變電站綜合自動化系統除了實現對現場的監測、控制和保護之外，更重要的是能實現當地和遠方對現場的監控、調節和保護，概括起來即為：遙測、遙信、遙控、遙調的“四遙”功能和對保護定值的遠方整定?！八倪b”即：接受監控調度計算機發出的控制信號的遙控；監控調度計算機對變電站現場設備的電壓、電流、功率等的數據采集要求的遙測；接受識別被控主機所發出的一些報警信息的遙信；將監控調度計算機發出的修改參數信息應用于被控設備的遙調

12、。1.2 國內外變電站綜合自動化現狀及發展1.2.1 國外變電站自動化技術的現狀及發展國外變電站自動化技術始于20世紀70年代。英國、意大利、法國、西德、澳大利亞等國均于70年代末裝設了微機型遠動裝置，個別還使用了16位小型計算機。1981年5月在英國召開的第6屆國際供電會議上有文章指出，變電站監控系統的功能正以綜合自動化為目標迅速發展，除了具有遙測、遙信、遙控、遙調功能，還要具備尋找處理單相接地故障功能、負荷管理功能、成組數據記錄功能、自動重合閘等功能。90年代以后，研究變電站綜合自動化技術的國家和公司越來越多，相應的技術也越來越先進。例如德國西門子公司、abb公司、aeg公司，美國ge公司

13、、西屋公司，法國阿爾斯通公司等都有自己的綜合自動化系統的產品。德國西門子公司于1985年在德國漢諾威正式投運了第一套變電站自動化系統lsa-678，此后陸續在德國以及歐洲投運了300多套該種型號的變電站自動化系統。該1河南理工大學畢業設計（論文）說明書系統結構有兩類，一類是全分散式的系統，另一類是集中與分散相結合的系統。日本也在20世紀90年代，將計算機監控系統運用到其新建和擴建的高壓變電站的運行支援系統中。其主要特點是繼電保護裝置下放至開關現場，并設置微機控制終端，將采集到的測量值和開關接點信息，通過光纜傳送到主控制室的后臺計算機系統。主控制室的后臺計算機系統將采集到的測量值和開關接點信息處

14、理后，發出開關及隔離開關操作命令通過光纜下達至終端執行，主控制室計算機系統采用雙以太網。美國投運的變電站自動化技術大體有三類：一類是以遠動終端設備（rtu，remote terminal unit）為基礎進行實時數據采集，并和上級調度中心通信；另一類以通用計算機為數據采集設備，不但采集實時數據而且建立歷史數據庫，并通過計算機網（以太網）與遠程工作站聯絡；第三類采用modbus plus多主站網絡系統，保護、監控等部件均通過規約轉換器接入該網，并通過rtu與調度中心聯系。目前國外產品以abb公司的scsl00/200和西門子公司的lsa-678為主流，在間隔層終端集保護、錄波、計量、遠動功能于一

15、體，并使得信號采集完全分散分布和下放，簡化了二次回路。通信網主要以具有很高的通信速率和非常好的抗干擾能力的光纖為介質。也有一部分變電站自動化系統的通信網采用了現場總線技術，現場總線具有很高的抗干擾性能，網絡傳輸速度適中，成本低，施工方便。1.2.2 國內變電站自動化技術的現狀及發展國內變電站自動化技術起步較晚，在上世紀80年代后開始討論、研制與開發，真正投入使用，則是在國內微機保護能夠實現與監控系統交換數據之后。上世紀80年代及以前，是以rtu為基礎的遠動裝置及當地監控為代表，功能主要是與遠方調度進行通信以實現“四遙”(遙測、遙信、遙控、遙調)，與繼電保護及自動安全裝置的聯接通信，此類系統稱為

16、集中rtu模式。目前在一些老站改造中仍有少量使用，這一階段稱為自動化的初級階段。到了上世紀90年代初期，單元式微機保護按功能設計的分散式微機測控裝置得到廣泛應用，保護與測控裝置相對獨立，通過通信管理單元能夠將各自信息送到后臺或調度端計算機。從上世紀90年代中后期，隨著計算機技術、網絡及通信技術的飛速發展，采用分層分布式的系統結構，按間隔為對象設計保護測控單元，形成真正意義上的分層分布式自動化系統。目前國內主流廠家均采用了此類結構模式。進入21世紀后，數字保護技術的發展使得變電站綜合自動化技術產生了一個飛躍，變電站綜合自動化技術在我國進入了實質性發展階段。10kv變電站綜合自動化多采用分散分布式

17、交流采集系統，通過串行口或網絡與后臺監控主站相連，將測控部分合并在2河南理工大學畢業設計（論文）說明書10kv保護裝置內，根據模擬量對采樣精度的不同要求，采用專用的電流輸入口測量，監控單元多采用工業pc，但其性價比不及計算機工作站和計算機服務器。監控系統大都保留有rtu裝置，由rtu進行電量采集，向各級調度中心傳遞數據，并通過它與監控系統交換信息。現場通信多采用rs串行通信總線，也有少數采用can現場總線。但是不同廠家設備的通信規約種類繁多，不僅浪費了大量開發軟硬件的人力物力，也給用戶的設備選型、運行維護等帶來諸多不便，并且由于通信規約及調度中心功能不夠完備，綜合自動化系統用作無人值班分站時不

18、能實現本應具有的豐富的變電站運行監控功能，浪費了用戶的投資費用。這些都是亟需解決的問題。1.3 變電站綜合自動化研究目的與意義變電站是電力系統中不可缺少的重要組成部分，它擔負著電能轉換和電能重新分配的繁重任務，對電網的安全和經濟運行起著舉足輕重的作用。尤其是現在大容量發電機組的不斷投運、超高壓遠距離輸電和大電網的出現，使電力系統的安全控制更加復雜，如果仍依靠原來的人工抄表、記錄、人工操作為主，依靠原來變電站的舊設備操作控制，而不進行技術改造的話，必然沒法滿足安全、穩定運行的需要，更談不上適應現代電力系統管理模式的需求。變電站自動監控系統作為變電站綜合自動化的重要組成部分，對電力系統安全、穩定和

19、經濟、優化起著舉足輕重的作用。（1）提高供電質量，提高電壓合格率。變電站自動監控系統中的電壓、無功自動控制，能大大提高電壓合格率，保證電力系統主要設備和各種電器設備的安全，使無功潮流合理，降低網絡損耗，節約電能。（2）提高變電站的安全、可靠運行水平。變電站自動監控系統是由微機組成的，具有故障診斷功能。除了微機保護能迅速發現被保護對象的故障并切除故障外，有的自控裝置并兼有監視對象工作是否正常的功能，發現其工作不正常及時發出告警信息。更為重要的是，微機保護裝置和微機型自動裝置具有自診斷功能，這是當今的綜合自動化系統比其常規的自動裝置或“四遙”裝置突出的特點，這使得采用自動監控系統的變電站一、二次設

20、備的可靠性大大提高。（3）提高電力系統的運行、管理水平。變電站啟用自動監控系統后，監視、測量、記錄、抄表等工作都由計算機自動進行，既提高了測量精度，又避免了人為的主觀干預，運行人員只要通過觀看crt屏幕，就可對變電站主要設備和各輸、配線電路的運行工況和參數便一目了然。自動控制系統具有與上級調度通信功能，可將檢測的數據及時送往調度中心，使調度員能及時掌握各變電站的運行情況，也能對它進行必要的調節與控3河南理工大學畢業設計（論文）說明書制，且各種操作都是有事件順序記錄可供查閱，大大提高運行管理水平。（4）縮小變電站占地面積，降低造價，減少總投資。由于變電站自動監控系統采用微計算機和通信技術，可以實

21、現資源共享和信息共享，同時由于硬件電路多數采用大規模集成電路，結構緊湊、體積小、功能強，與常規的二次設備相比，可以大大縮小變電站的占地面積，而且隨著微處理器和大規模集成電路的不斷降價，微計算機性價比逐步上升，發展的趨勢是自動控制系統的造價逐漸降低，而性能和功能會逐步提高，因而可以減少變電站的總投資。（5）減少維護工作量，減少值班員勞動，實現減人增效。由于自動監控系統中有故障自診斷功能，系統內部有故障時能自檢出故障部位，縮短了維修時間。微機保護和自動裝置的定值又可以在線讀出檢查，可節約定期核對定值的時間，而監控系統的抄表、記錄自動化，值班員可不定時抄表、記錄，可實現少人值班，如果配置了與上級調度

22、的通信功能，能實現遙測、遙信、遙控、遙調，則完全可實現無人值守，達到減人增效的目的。1.4 課題研究的主要內容本課題主要針對110kv變電站的供配電系統情況及有關要求，研究變電站綜合自動化系統的建立。重點研究基于plc的自動化體系結構和功能，由于能力有限，時間有限、主要設計利用plc實現高壓斷路器控制、變壓器備用自投系統。 4河南理工大學畢業設計（論文）說明書2 變電站自動化系統總體設計2.1 變電站自動化系統原始資料及分析1、擬建110kv變電站原始資料：（1）變電站類型：110kv降壓綜合自動化變電站； （2）主變臺數：兩臺；（3）電壓等級：110kv、35kv、10kv； （4）出線、回

23、路及傳輸容量：表2-1 110kv電壓側出線 x地變 y地變 系統 z地變 備用回路傳輸容量（kw）10000 10000 30000 5000 2距離（km）6 42 72 36回路數 1 1 2 1線路材質 lgj-150 lgj-150 lgj-150 lgj-150 表2-2 35kv電壓側出線 a廠 b廠 c廠 d廠 e廠 備用回路傳輸容量（kw）8000 10000 5000 10000 5000 2距離（km）6 8 15 12 10回路數 2 2 1 2 1線路材質 lgj-120lgj-120 lgj-90 lgj-120 lgj-90 表2-3 10kv電壓側出線 a區 b

24、區 c區 d區 e區 f區 備用回路傳輸容量（kw）2500 1500 1500 2000 2500 2500 3距離（km）2 3 5 4 6 4回路數 1 1 2 1 1 1線路材質 lgj-90 lgj-90 lgj-90 lgj-90 lgj-90 lgj-90 5河南理工大學畢業設計（論文）說明書表2-4 所用電負荷序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16名稱通信#1、#2主變壓器通風（備用）110kv操動機構 35kv操動機構 10kv操動機構 充電整流器 監控電源 保護電源 動力電源 預留暖通電源 二次設備室通風 35kv配電裝置室照明

25、10kv配電裝置室照明 屋外配電裝置室照明 二次設備室照明其他額定容量kw8 20 5 3 3 10 3 3 30 5 10 5 5 10 2 10負荷類型 經常、連續 經常、連續 斷續、連續 斷續、連續 斷續、連續 經常、連續 經常、連續 經常、連續 不經常、連續 經常、連續 經常、連續 短時、連續 短時、連續 短時、連續 短時、連續 經常、連續（5）需用系數、同時系數和功率因數：35kv電壓側各負荷需用系數kd35=0.8，同時系數ks35=0.85，功率因數cosj35=0.9；10kv電壓側各負荷需用系數kd10=0.7，同時系數ks10=0.8，功率因數cosj35=0.85；35k

26、v負荷和10kv負荷同時系數ks=0.85；所用電功率因數cosj=0.6。（6）環境條件：當地年最高溫度為40，年最低溫度為-11，年平均溫度28； 當地海拔高度為800米； 當地雷暴日數為25日/年；本變電站處于“薄土層石灰巖”地區，土壤電阻率1000歐姆米。 （7）系統做無限大電源考慮。 2、擬建110kv變電站原始資料分析 （1）擬建變電站基本情況分析由原始資料可以看出，擬建變電站要求設計為綜合自動化變電站，并且海拔較高，年氣溫偏高，平均雷暴日也相當高，根據35110kv變電所設計規范規定，變電站站址應設計在高于本地50年一遇大水水位；在氣溫較高的地區，變壓器的保護應高于正常狀況；在平

27、均雷暴日較高、土壤電阻率較高的地區應設置較高等級的防雷措施。（2）擬建變電站負荷計算電力系統負荷的確定，對于選擇變電站主變壓器容量，電源布點以及電力網的接線6河南理工大學畢業設計（論文）說明書方案設計等，都是非常重要的。電力負荷應在調查和計算的基礎上進行，對于近期負荷，應力求準確、具體、切實可行；對于遠景負荷，應在電力系統及工農業生產發展遠景規劃的基礎之上，進行負荷預測，認真分析影響負荷發展水平的各種因素，反復測算與綜合平衡，力求切合實際。本章主要討論確定變電站綜合自動化系統的總體設計方案，這里只對原始數據進行粗略計算，詳盡負荷計算參照3.1.2節負荷計算。并且為了確定變電站綜合自動化系統的總

28、體設計方案，需對擬建變電站進行負荷預測。在配電干線上或車間變電所低壓母線上，常有多個用電設備組同時工作，而各個用電設備組的最大負荷也不是同時出現，因此在求配電干線或車間變電所低壓母線的計算負荷時，應該計入一個同時系數kdi。具體公式為： pca=ksi(kdipni) i=1m（21） （22） （23） （24） qca=ksi(kdipnitanji) i=1msca=22pca+qca ica=scaun式子中pca、qca、sca分別為配電干線或變電所低壓母線的有功、無功、視在計算負荷；kdi、tanji、pni分別對應于某用電設備組的需用系數、功率因數角正切值、所有設備總容量；ksi

29、組間同時系數；m該配電干線或變電所低壓母線上所接電設備組總數；ica該配電干線或變電所低壓母線上的計算電流，a；un該配電干線或變電所低壓母線上的額定電壓，v。因此，根據原始資料和以上各個公式可以計算得出：pca=52720kwqca=31628.69kvarsca=22pca+qca=527202+31628.692=61479.85(kva)考慮增長，按8年計算，由工程概率和數理統計得知，負荷在一定階段內的自然增7河南理工大學畢業設計（論文）說明書長率是按指數規律變化的，即： 式中 s"初期負荷 ； s=s"lmxx年數，一般按510年規劃考慮 ；m年負荷增長率，由概率

30、統計確定。 （25）所以，考慮負荷增長及線損，年負荷增長率取10%，按8年計算，本變電站負荷為： s=scalmx=61479.8510%8=136825.92(kva)=136.826(mva)綜上負荷計算所述，該擬建變電站負荷為61479.85kva，即為61.48mva，屬于中小型變電站規模，在未來8年負荷增長了一倍，在設計時應該注意考慮裕量。2.2 變電站自動化系統總體設計2.2.1 變電站自動化系統總體結構隨著集成電路技術、微計算機技術、通信技術和網絡技術的不斷發展，變電站自動化系統的體系結構也不斷發生變化，其性能和功能以及可靠性也不斷提高。從國內外變電站自動監控系統的發展過程來看，

31、其結構形式有集中式、分布式、分層分布式結構等。1、變電站自動化系統結構形式選擇（1）集中式結構集中式一般采用智能控制器分別擔負模擬量、開關量的采集和對斷路器、備用電源自投、防誤閉鎖、無功補償電容的操作控制，功能較強的計算機集中收集變電站的模擬量和數字量，集中進行計算和處理。如圖2-1所示。集中式系統的主要特點有：實時采集變電站各種模擬量、開關量，完成對變電站的數據采集和實時監控功能； 結構緊湊、體積小，可大大減少占地面積；造價低，實用性好，尤其是對35kv或規模較小的變電站更為有利。集中式的缺點有：每臺處理器的功能較集中，若一臺處理器出故障，影響面大;軟件復雜，修改工作量大，系統調試煩瑣；組態

32、不靈活，對不同主接線或規模不同的變電站，軟、硬件的設計都不同，可移植性較差；8河南理工大學畢業設計（論文）說明書集中式保護與長期以來采用一對一的常規保護相比，不直觀，不符合運行和維護人員的習慣，調試和維護不方便，程序設計麻煩，只適合于保護邏輯比較簡單的情況。圖2-1 集中式結構（2）分布式結構分布式結構，是以變壓器、斷路器、母線等一次主設備為安裝單位，將保護、控制、輸入/輸出、閉鎖等單元就地分散安裝在一次主設備上，安裝在主控制室內的主控單元通過現場總線與這些分散的單元進行通信，主控單元通過網絡與監控主機聯系。一般分布式結構按功能設計，按保護類型和監控等功能劃分單元，分布實施。其結構采用主從cp

33、u協同工作方式，各功能模塊如智能電子設備之間采用網絡技術或串行方式實現數據通信。較適合于中低壓變電站。系統結構如圖2-2所示。分布式結構的綜合自動化系統的主要特點是：系統部件完全依照主設備分散安裝，它們之間一般互不影響，各自獨立；功能清晰明了；節約控制室面積；利用了現場總線的技術優勢，省去了大量二次接線，控制設備之間僅通過雙絞線或光纖連接，設計規范，設備布置整齊，調整擴建也很簡單，成本低，運行維護方便；系統裝置及網絡性強，不依賴于通信網和主機，主機設備損壞并不影響其它設備的正常工作，運行可靠性有保證。分布式缺點：功能模塊分散，不利于綜合控制，降低了設備的利用率，加重主設備負擔。9河南理工大學畢

34、業設計（論文）說明書tv/ta溫度直流狀態量采集線路變壓器隔離開關斷路器tv/ta出口圖2-2 分布式結構（3）分層分布式結構在變電站自動監控系統中，通常把測量和控制功能綜合在一起的裝置稱為間隔級單元。各間隔級單元與變電站的中央單元相結合，并利用間隔級單元收集到的狀態量和測量值，通過軟件來實現各種保護閉鎖和遠動功能，大大簡化傳統設計中為實現閉鎖和遠動功能所需要的二次回路，以組成變電站自動化系統。所謂分層式結構，是將變電站信息的采集和控制分為管理層、站控層和間隔層三級分層布置。所謂分布式結構，是在結構上采用主從控制芯片協同工作方式，各個從控制芯片之間采用網絡技術或串行方式實現數據通信，多控制芯片

35、系統提高了處理并行多發事件的能力，解決了集中式結構中獨立控制芯片計算處理的瓶頸問題，方便系統擴展和維護，局部故障不影響其他模塊（部件）的正常運行。如圖2-3所示。分層分布式結構具有集中式結構所沒有的獨特優點：間隔層按一次設備組織，一般按斷路器的間隔劃分，具有測量和控制部分，負責該單元的測量、監視、斷路器的操作控制和連鎖，有載調壓分接頭的控制、無功補償電容的投切等。因此，間隔層本身是由各種不同的單元裝置組成，這些獨立的單元裝置直接通過總線接到站控層。站控層的主要功能就是數據集中處理和控制管理，擔負著上傳下達的重要任務：對下，它可以管理各種間隔單元裝置，包括監視、控制裝置等，收集各種數據并發出控制

36、命令，起到數據集中作用，還可以通過現場總線完成對保護單元的自適應調整；對上則10河南理工大學畢業設計（論文）說明書通過設立開放式結構的站級網絡接口，與管理層建立聯系。將數據傳送給管理后臺機算計或調度端，起到數據傳送處理作用。管理層由一臺或多臺計算機組成，界面友好，操作簡單方便，使運行值班人員極易掌握，具有數據集中處理、變電站運行狀態顯示、遙控操作等功能。圖2-3 分層分布式結構2、變電站自動化系統結構總體設計變電站自動化系統包含了變電運行、繼電保護、測量監控、遠動和通信等多個方面。為了達到系統的總體目標，在設計變電站自動化系統時，必須考慮的原則有：（1）系統運行的安全性。變電站微機保護的軟件、

37、硬件設置，既要與監控系統相對獨立又要相互協調，保證自動化系統中任何其他環節故障只影響局部功能的實現，不影響保護子系統的正常工作。但保護與監控要保持緊密通信聯系。（2）信息共享。只有實現數據共享，才能簡化自動監控系統的結構，減少設備的11河南理工大學畢業設計（論文）說明書重復，降低造價。（3）充分體現綜合性。變電站綜合自動化系統將變電站的繼電保護、測量、監視、運行和通信應用于一體，形成了一個由監視控制、微機保護系統、測量系統、各種功能的控制系統、通信系統等組成的分層分布式的系統。（4）技術先進性。變電站綜合自動化系統的功能和配置，應滿足無人值班的總體要求。變電站綜合自動化系統的功能設計，軟硬件的

38、配置必須具備rtu（遠動單元）的全部功能，必須具備與上級調度通信的能力，以便滿足工作需要和促進變電站無人值班的實施。（5）通信的可靠性。在變電站綜合自動化系統工程內，各個功能模塊、部件之間宜采用信息交換快速的總線網絡方式，便于接口功能的擴充。系統應支持標準的通信協議，便于簡化系統硬件系統。（6）具有很強的抗干擾能力。變電站安全運行是變電站綜合自動化系統設計的基本要求。各子系統應具有獨立的故障自診斷和自恢復功能，任一部分發生故障時，應及時通知監控主機并發出警告指示，迅速將自診斷信息送往控制中心。（7）標準化和開放性。設計的變電站綜合自動化系統應盡量符合國家和部頒標準，使系統開放性能好，便于維護和

39、升級。綜合以上所介紹總體結構優缺點介紹，設計原則和變電站的系統功能要求，變電站綜合自動化系統總體設計如附錄1變電站自動化系統結構圖所示。2.2.2 變電站自動化系統的功能如附錄1變電站自動化系統結構圖所示，以中央數據處理器為基礎，實現了對傳統變電站的繼電保護、控制方式、測量手段、通信和管理模式的改造，完成了在主控端和被控端之間的“四遙”控制，對變電站電氣設備的檢測、控制及遠動信息的傳送等功能?？梢哉J為，變電站自動化系統中的微型計算機是整個控制系統的基石，微計算機性能的優良直接影響該系統的控制程度。1、間隔層變電站內的變壓器和斷路器、隔離開關及其輔助觸點，電流、電壓互感器等一次設備在間隔層緊密相

40、連，完成實時運行電氣量的檢測、運行設備狀態的監測、操作控制命令的執行。該變電站系統間隔層設備智能測控終端按站內一次設備的分布式配置，就地加裝在主變、斷路器和互感器處，采集運行信息數字化后，采用點對點的高速光纖通信與數據服務器通信，單臺數據服務器滿足下行45個智能測控終端的數據處理要求，集成全站數據信息后通過工業以太網，實現就地運行信息到站控層保護裝置到中央數據處12河南理工大學畢業設計（論文）說明書理器的通訊傳輸。為了提高過程層通信的可靠性，間隔層設備智能測控終端通過光纖a、b雙網和數據服務器a、b進行數據交換，數據服務器a、b則由完全獨立的工業以太網絡和站控層設備通信，光纖網絡a和b發送的間

41、隔信息完全相同，接收的控制命令則來源于站控層不同的保護裝置。變電站系統的間隔層是承擔全站數字化采集、接收和執行控制指令，將一次設備接入間隔層總線的底層部件設備。2、站控層站控層主要作用是是測量、控制元件負責該間隔的測量、監視、斷路器的操作控制和電氣聯鎖，以及時間順序記錄等，保護元件負責該間隔線路、變壓器等設備的保護、故障記錄等。常規變電站自動化系統中測控單元、保護裝置、故障錄波器的信息采集和處理一般是在同一裝置的cpu控制下進行，信息的采樣同步、a/d轉換、運算、輸出控制命令的完成在裝置內部實現；而數字化變電站系統中信息的采集、處理、傳輸主要依托網絡實現。因此，信息流量控制、信息同步性十分關鍵

42、。該變電站系統配置一個全局同步裝置時間服務器，時間服務器按照12800次/s要求等間隔地產生同步信號，并傳遞給一個或多個數據服務器，數據服務器根據鏈路長度產生新的同步信號啟動智能測控終端的數據采集。正常運行時，數據服務器a和b分別接收來自時間服務器的同步信號，保證與gps信號的同步；當gps同步信號故障時，數據服務器之間通過同步光纖控制，保證數據服務器a和數據服務器b的同步。因此，連接在光纖雙網的所有智能測控終端采集到的運行數據采樣時刻完全一致。間隔層設備與站控層設備之間、站控層設備之間取消常規變電站硬接點信號交互的方式，變為基于iec61850標準的對等通信模式，也就是，站控層保護裝置通過各

43、自的以太網絡從間隔層獲取模擬量和開關量信息，經邏輯判斷和相關電氣聯鎖判斷后，發出各自的控制命令。正常運行時，保護裝置a采集光纖a網的實時數據，保護裝置b則采集光纖b網的實時數據，多臺保護裝置之間經既定的邏輯控制出口；任一臺保護裝置故障時，及時告警，退出運行，不影響整個系統。站控層同時可選配電能計量功能，利用過程層傳輸的實時數據，采用插值法（1024 點）進行時域積分，實現全站各間隔的電能計量，其精度達到0.5級。3、管理層管理層采用工業以太網通信，完成站內間隔層設備、一次設備、站控層設備的控制13河南理工大學畢業設計（論文）說明書及與遠方控制中心、工程師站及人機界面通信的功能，也可經過協議轉換

44、設備與第三方裝置進行數據交換。2.3 本章小結在這一章節中，首先列出擬建變電站的一些原始數據，進行簡要分析后，根據變電站自動化系統結構類型：集中式、分布式和分層分布式結構的優缺點，依照其設計的原則，對變電站的總體結構進行了選擇，即采用分層分布式結構；然后針對變電站的監控要求，對該系統的功能作了概括。由于能力有限，時間有限，在下面的章節中，會對變電站的主接線設計、斷路器控制和變壓器備用自動投切功能設計進行闡述。 14河南理工大學畢業設計（論文）說明書3 變電站接線設計3.1 變電站主回路接線3.1.1 變電站主回路電氣主接線以設計任務書為基本原則，國家經濟建設的方針、政策、技術規定、標準為準繩，

45、在保證供電可靠、調度靈活、滿足各項技術要求的前提下，結合工程實際情況，兼顧運行、維護方便，盡可能地節省投資，就近取材，力爭設備元件和設計的先進性與可靠性，堅持可靠、先進、適用、經濟、美觀的原則，設計如下：（1）接線方式：根據35110kv變電所設計規范規定，35110kv線路為兩回及以下時，宜采用橋形、線路變壓器組或線路分支接線。超過兩回時，宜采用擴大橋形、單母線或分段單母線的接線。3563kv線路為8回及以上時，亦可采用雙母線接線。110kv線路為6回其以上時，宜采用雙母線接線。在采用單母線、分段單母線或雙母線的35110kv主接線中，當不允許停電檢修斷路器時，可設置旁路設施。本變電站110

46、kv線路有7回，可選擇雙母線帶旁路接線或單母線分段帶旁路接線，如圖3-1方案一和方案二所示。方案一供電可靠、運行方式靈活；缺點：倒閘操作復雜，容易誤操作，占地面積大，設備多，投資大。方案二優點：簡單清晰，操作方便；缺點：供電可靠性、運行方式靈活性不強。設置旁路的目的是為了減少在斷路器檢修時對用戶供電的影響，保證了供電的可靠性。wpwpw2w2w1w1方案一雙母線帶旁路 方案二單母分段帶旁路圖3-1 110kv電壓側接線方案本變電站為地區性變電站，由原始資料可以看出，電網特點是110kv電壓側出線容量較大，變電站自動控制復雜。為提高系統經濟效益及系統穩定性，采用方案一能夠滿15河南理工大學畢業設計（論文）說明書足本變電站110kv側對供電可靠性的要求，故選用投資小、節省占地面積、滿足供電可靠性要求的方案一。本變電站35kv線路有10回，可選擇雙母線接線或單母線分段接線兩種方案，如圖3-2方案一和方案二。方案一優點：供電可靠、調度靈活；缺點：倒閘操作復雜，容易誤操作，占地面積大，設備多，配電裝置復雜，投資大。方案二優點：簡單清晰，倒閘操作簡單，配電裝置簡單；缺點：供電可靠性不如方案一。旁路斷路器可以代替出線斷路器，進行不停電檢修出線斷路器，保證重要回路特別是電源回路不停電。wl1wl2wl3wl4wl1wl2wl3w2w