1、35kv變電站綜合自動化監控系統設計本科畢業設計論文 黑龍江交通職業技術學院畢業設計(論文)題目 35kv變電站綜合自動化監控系統設計 專業班級 姓 名 學 號目錄一、緒論1(一) 開展變電所綜合自動化系統的意義1(二) 變電所綜合自動化系統的開展過程2(三) 課題來源及課題內容3二、變電站綜合自動化系統的現狀及其存在的問題4(一)技術標準問題4(二)組織模式選擇的問題5(三)電力管理體制與變電站綜合自動化系統關系問題6(四)運行維護人員水平不高的問題7三、變電所綜合自動化系統的概述8(一)變電所綜合自動化的根本原理8(二)變電所綜合自動化系統的結構形式9 1.集中式變電所綜合自動化系統9 2

2、. 分層分布結構集中組屏的變電所綜合自動系統10 3. 中、小型變電所的分層分布式集中組屏結構11 4. 大型變電所分層分布式集中組屏結構12 5. 新型的綜合自動化系統結構12 6. 變電所綜合自動化的系統要求及功能13 7. 變電所綜合自動化系統應具有先進性。14四、變電所監控系統的總體設計原那么15(一)主接線的選擇15 1. 主接線的設計原那么和要求15 2. 主接線的擬定15 3.主接線的比擬與選定17(二)系統主變壓器容量、臺數和備用方式確實立18 1.壓器臺數和備用方式確定原那么19 2.35KV 變電站電氣設備的選擇19 3.變電站監控系統的根本要求及設計原那么19(三)主接線

3、形式設計20 1.10kV出線接線方式設計20 2. 35kV進線方式設計20 3. 總主接線設計圖21致 謝23參考文獻24摘 要 針對常規變電站系統運行平安性低、電能質量可控性不高、運行維護工作量大等問題,設計了一種基于智能控制的變電站綜合自動化監控系統,用于對變電站實時運行情況進行監控 變電所計算機監控系統是采用面向對象的設計思想,并依托計算機技術、網絡通信技術、現代控制技術及圖形顯示技術等將變電所集控制、測量及現代綜合管理等功能集為一體的綜合自動化系統。 與常規的監控系統相比,運行人員通過主控室的人機接口裝置便可實現對整個變電所運行數據的監控與記錄,并將有關信息通過遠動設備向各級調度中

4、心傳送,運行可靠性大大提高,綜合效益顯著。 本論文針現場實際存在的問題和當前變電站監控系統的開展趨勢及變電所監控的特殊工藝,提出了35kv變電站綜合自動化監控系統設計的根本特點及一些使用要求。本論文針現場實際存在的問題和當前變電站監控系統的開展趨勢及變電所監控的特殊工藝,提出了35kv變電站綜合自動化監控系統設計的根本特點及一些使用要求。 電力行業是國家經濟的大動脈,在我國的現代化建設中起著舉足輕重的作用。國家投巨資完成了城網和農網兩級電網的改造,為進入二十一世紀,實現"九五"期間的宏偉藍圖打下了根底。為此應采用先進高效的生產管理實現電力系統的全行業的遙控、遙測、遙調、遙信

5、和遙視五遙管理,確保電網的長期高效平安運營。 同時,隨著無人值守變電站管理模式的全面推廣,在監控中心通過現有的電力通信網對所屬變電站實現遠程實時視頻監控、遠程故障和意外情況告警接收處理,可提高變電站運行和維護的平安性及可靠性,并可逐步實現電網的可視化監控和調度,使電網調控運行更為平安、可靠。 關鍵詞:變電站;監控系統;綜合自動化;微機保護一、緒論 隨著我國電力建設的開展和城市、農村電網的改造及現代化礦井建設的需要,變電所數量的不斷增加,變電所在供電系統中的地位也越來越重要,如何提高供電的質量和可靠性,以及供電系統運行的平安性和經濟性,是一個非常迫切的問題。而變電站綜合自動化是提高變電站平安穩定

6、運行水平、降低運行維護本錢、提高經濟效益、向用戶提供高質量電能的一項重要技術措施。(一) 開展變電所綜合自動化系統的意義 變電所是電力生產過程的重要環節,作用是變換電壓、交換功率和聚集、分配電能。變電所中的電氣局部通常被分為一次設備和二次設備。屬于一次設備的有不同電壓等級的電力設備,包括電力變壓器、母線、斷路器、隔離開關、電壓互感器、電流互感器、避雷器等。有些變電站中還由要滿足無功平衡、系統穩定和限制過電壓等要求,裝有同步調相機、并聯電抗器、靜止補償裝置、串聯補償裝置等。 為了保證變電所電氣設備平安、可靠、經濟運行,裝有一系列的輔助電氣設備,如監視測量儀表、控制及信號器具、繼電保護裝置、自動裝

7、置等,上述這些設備被稱為二次設備。 常規變電所的二次系統主要由繼電保護、就地監控、遠動裝置、錄波裝置等組成。在實際應用中,是按繼電保護、遠動、就地監控、測量、錄波等功能組織的,相應的就有保護屏、控制屏、錄波屏、中央信號屏等。每一個一次設備,都與這些屏有關,因而,每個設備的電流互感器的二次側,都需要分別引到這些屏上;同樣,斷路器的跳、合閘操作回路,也需要連到保護、控制屏、遠動屏及其他自動裝置屏上。此外,對同一個一次設備,與之相應就的各二次設備(屏)之間,保護與遠動設備之間都有許多連線。由于各設備安裝在不同地點,因而變電所內電纜錯綜復雜。由于常規變電所的上述情況,決定了常規變電所存在著不少缺點:

8、1.傳統二次設備、繼電保護、自動和遠動裝置等大多采取電磁型或小規模集成電路,缺乏自檢和自診斷能力,其結構復雜、可靠性低。 2.二次設備主要依賴大量電纜,通過觸點、模擬信號來交換信息,信息量小、靈活性差、可靠性低。 由于上述兩個原因,傳統變電所占地面積大、使用電纜多,電壓互感器、電流互感器負擔重,二次設備冗余配置多。遠動功能不夠完善,提供應調度z控制中心的信息量少、精度差,且變電所內自動控制和調節手段不全,缺乏協調和配合力量,難以滿足電網實時監測和控制的要求。 而變電所作為整個電網中的一個節點,擔負著電能傳輸、分配的監測、控制和管理的任務。在電網統一指揮和協調下,電網各節點( 如變電所、發電廠)

9、具體實施和保障電網平安、穩定、可靠運行。變電所綜合自動化是電網自動系統的一個重要組成局部。作為變電所自動系統,應該確保實現以下要求: 1.檢測電網故障,盡快隔離故障局部。 2.采集變電所運行實時信息,對變電所運行進行監視、計量和控制。 3.采集一次設備狀態數據,供維護一次設備參考。 4.實現當地后備控制和緊急控制。 5.確保通信要求。 因此,要求變電所綜合自動化系統運行高效、實時、可靠,對變電站內設備進行統一監測、管理、協調和控制。同時,又必須與電網系統進行實時、有效的信息交換、共享,優化電網操作,提高電網平安穩定運行水平,提高經濟效益,并為電網自動化的進一步開展留下了空間。(二) 變電所綜合

10、自動化系統的開展過程 變電所綜合自動化系統是80年代才開始應用的一個新課題。常規變電所的二次局部主要由繼電保護、故障錄波、就地監控和遠動裝置所組成。 在微處理器應用之前,這些裝置不僅功能不同,實現的原理和技術也不同,80年代由于微處理器的普遍應用,因而長期以來形成了不同的專業和相應的技術管理部門。這些裝置都開始采用微機技術而成為微機型繼電保護裝置、微機監控和微機遠動裝置。這些微機型的裝置盡管功能不同,其硬件配置都大體相同,除微機系統本身外,無非是對各種模擬量的數據采集,以及輸入輸出接口電路,并且裝置所采集的量和要控制的對象還有許多是共同的,因而顯得設備重復,互連復雜。很自然的就提出了用綜合自動

11、化來優化設計全微機化的變電所二次局部。從控制、測量、信號及遙信角度考慮,要求微機控制管理的集中性越高越好,數據事件信息的集中度、實時性越高越好,但從保護動作特性和快速維護角度來考慮,要求微機管理的獨立性、物理空間單一性越明確越好,即微機出現故障時,影響面越小越好。 變電所綜合自動化系統的特點是:遠動、保護、監控、平安自動裝置和經濟自動裝置融為一體:控制集中、布置分散;控制方案靈活,由用戶自行設計;硬件標準化;簡化了變電站的運行操作。綜合自動化系統對一些功能分散的過程,實行集中監視和控制。即以分散的控制適應分散的過程對象,以集中的監視、操作和管理到達掌握全局的目的。隨著自動控制裝置的和被控設備可

12、靠性的提高,變電所的控制可由就地操作過渡到遠方操作和自動操作。 變電所綜合自動化方式的特征,就是將站內當地監控功能SCANDA信號采集、遠動功能以及數字保護信息結合為一個統一的整體,以全微機化的新型二次設備取代傳統的機電式的二次設備,用不同模塊化軟件實現機電式設備的各種功能,用計算機局部網絡通信來替代大量信號的連接,通過人機設備,實現變電所的綜合自動化管理、監視、測量、控制及打印記錄等功能。由此取消了傳統的集中控制屏。 目前,變電所綜合自動化技術開展迅速,已進入大面積推廣應用階段。各項新技術的開展為綜合自動化系統的實現奠定了技術根底。目前,在變電站綜合自動化系統中廣泛使用的新技術主要有下述幾個

13、方面。1.數字信號處理(DSP)技術的應用 20世紀80年代末90年代初,DSP技術的應用,使得隨一次設備布置的分散式測控單元很快開展起來,而且還提供了強有力的功能綜合優化手段,如電壓、功率和電能的測量,可以直接從輸電線路、變壓器等設備上直接交流采樣,通過DSP得出各相電流、電壓的數字波形,經過分析計算不僅可計算出各相電流、相電壓的基波和諧波有效值,以及各相有功、無功、電壓主、在功電量等測量的實時數據,還能進一步計算出功率因數入、頻率以及零序、負序參數等值,并和有關的輸入、輸出觸點一起集成在變電站綜合自動化系統中。 20世紀80年代以來,數字通信設備的開展應用,大大提高了通信系統的通信容量和可

14、靠。同時,通信技術中光纖通信技術正在迅速取代金屬電纜和同軸電纜,并用于遠距離通信和短距離大容量信息的傳輸。光纖通信除具有頻帶寬、信道多和衰減小的特點外,還具有抗強電磁干擾的最大優點。由于光纖通信實際上幾乎不受電磁干擾、浪涌、暫態分量和各端間地位差的影響,非常適用于變電站強電磁干擾的環境,是保護和監控裝置最正確的通信信道。. 20世紀80年代以來計算機網絡技術和現場總線技術得到了很大的開展,特別是局域網(LAN)技術的迅速開展和應用成為一種潮流。由于它們能很好地滿足電力系統一些特殊要求,因此該項技術在變電站綜合自動化中得到廣泛的應用。 隨著計算機技術、控制技術、通信技術和顯示技術的不斷提高和有機

15、結合,變電所綜合自動化系統正朝著功能綜合化,結構微機化,操作監視屏幕化,運行智能化的方向開展,這必將使綜合自動化系統進入新的起點。從變電所綜合自動化系統的開展方向來看,它的最終目標是最大限度的提高變電所的自動化水平,利用計算機來代替人的手工操作,最終實現變電所無人值班。(三) 課題來源及課題內容 本課題來源于綿山35KV變電所增容改造工程,研究對象為變電所綜合自動化系統微機監控系統。隨著經濟的開展,我國用電量逐步的增大,負荷需求逐漸的加強,而以前的35kv 變電站仍用熔斷器和多油斷路器做保護,這些結構簡單,操作維護不方便,開斷容量小等缺陷,滿足不了負荷的需求。 隨著技術的改善,設備不斷改善,我

16、國的變電站由老設備向新設備轉變,有人值班向無人值班變電站轉變,現在通過改善變電站的結構,提高變電站的可靠性,靈活性,經濟性,來減少在網路的損耗,而且形成了變電站綜合自動化系統取代以前的變電站二次系統的開展趨勢。我國變電站自動化技術越來越成熟,以簡單,經濟的,可擴展性強等特點為用戶所接受,并在一些大的變電站設計中得到充分的肯定。 變電所綜合自動化系統包括微機監控系統與微機繼電保護系統兩大局部,監控系統主要完成變電站內設備運行狀態的信息采集、處理,從而實現監視控制與管理。微機保護系統主要根據采集到的系統運行參數,通過故障分析,從電網中迅速切除設備和線路。 變電所綜合自動化系統的建立,涉及到方方面面

17、的內容。本文主要針對35KV變電所在增容改造的過程中,變電所的供電系統情況及有關要求。研究討論分層分布式35KV變電所綜合自動化系統,并著重研究35KV變電所綜合自動化系統的電器主接線、變壓器臺數選擇以及布置規那么等要點。在監控系統中主要進行的研究工作和實現的目標如下:1.分析當前變電所綜合自動化系統研究現狀,提出變電所綜合自動化系統的體系結構及其能實現的功能。2.分析牽引變電所的地理位置,所內設備的裝配及控制手段。.3.分析對實時監控系統的要求和其應具有的功能 。4.通過觀察主顯示屏的參數及各高壓開關電氣的相關參數,完成主監控界面的繪制,實現變電所綜合自動化系統實時監控。二、變電站綜合自動化

18、系統的現狀及其存在的問題(一)技術標準問題 目前變電站綜合自動化系統的設計還沒有統一標準,因此標準問題(其中包括技術標準、自動化系統模式、管理標準等問題)是當前迫切需要解決的問題。 目前在變電站綜合自動化系統選型當中存在著如所選系統功能不夠全面,產品質量不過關,系統性能指標達不到要求等情況,主要有以下問題: 由于變電站綜合自動化設備的生產廠家過分重視經濟利益,用戶又過分追求技術含量,而不重視產品的性能及實用性,因而一批技術含量雖較高,但產品并不過關,甚至結構、可靠性很差的所謂高技術產品不斷被使用。廠家只要有人買就生產,改良的積極性不高,甚至有些產品生產過程中缺乏起碼的質量保證措施,有些外購部件

19、更是缺乏管理,因而導致局部投產的變電站問題較多; 有些廠家就某產品只搞技術鑒定,沒搞產品鑒定; 另外,生產廠家對變電站綜合自動化系統的功能、作用、結構及各項技術性能指標宣傳和介紹不夠,導致電力企業內部專業人員對系統認識不透徹,造成設計漏洞較多。 接口是綜合自動化系統中非常重要而又長期以來未得到妥善解決的問題之一,包括RTU、保護、小電流接地裝置、故障錄波、無功裝置等與通信控制器、通信控制器與主站、通信控制器與模擬盤等設備之間的通信。這些不同廠家的產品要在數據接口方面溝通,需花費軟件人員很大精力去協調數據格式、通信規約等問題。當不同廠家的產品、種類很多時,問題會很嚴重。 如果所有廠家的自動化產品

20、的數據接口遵循統一的、開放的數據接口標準,那么上述問題可得到圓滿解決,用戶可以根據各種產品的特點進行選擇,以滿足自身的使用要求。 關于變電站綜合自動化系統的抗干擾問題,亦即所謂的電磁兼容問題,是一個非常重要然而卻常常被無視的方面。傳統上的變電站綜合自動化設備出廠時抗干擾試驗手段相當原始,僅僅做一些開關、電焊機、風扇、手提 等定性實驗,到現場后往往也只加上開合斷路器的試驗,一直沒有一個定量的指標,這是一個極大的隱患。 變電站綜合自動化系統的抗干擾措施是保證綜合自動化系統可靠和穩定運行的根底,選擇時應注意, 合格的自動化產品,除滿足一般檢驗工程外,主要還應通過上下溫試驗、耐濕熱試驗、雷電沖擊電壓試

21、驗、動模試驗,而且還要重點通過四項電磁兼容試驗,分別是:1MHz脈沖干擾試驗、靜電放電干擾試驗、輻射電磁場干擾試驗、快速瞬變干擾試驗。 變電站和調度中心之間的傳輸規約。目前國內各個地方情況不統一,變電站和調度中心之間的信息傳輸采用各種形式的規約,如部頒CDT、SC-1801、DNP3.0等。 1995年IEC為了在兼容的設備之間到達互換的目的,公布了IEC 60870-5-101傳輸規約,為了使我國盡快采用遠動傳輸的國際標準,1997年原電力部公布了國際101規約的國內版本DL/T 634-1997,并在1998年的桂林會議上進行了發布。該規約為調度端和站端之間的信息傳輸制定了標準,今后站端變

22、電站綜合自動化設備與遠方調度傳輸協議應采用101規約。 站內局域網的通信規約。目前許多生產廠家各自為政,造成不同廠家設備通信連接的困難和以后維護的隱患。 1997年IEC公布了IEC 60870-5-103規約,國家經貿委在1999年公布了國際103規約的國內版本DL/T 667-1999,并在2000年的南昌會議上進行了發布,103規約為繼電保護和間隔層(IED)設備與變電站層設備間 的數據通信傳輸規定了標準,今后變電站綜合自動化系統站內協議要求采用103規約。 電力系統的電能計量傳輸規約。對于電能計量采集傳輸系統,IEC在1996年公布的IEC 60870-5-102標準,即我國電力行業標

23、準DL/T 719-2000,是我們在實施變電站電能計量系統時需要遵守的。 上述的三個標準即常說的101、102、103協議,運用于三層參考模型(EPA)即物理層,是我們在實施變電站電能計量系統時需要遵守的。 上述的三個標準即常說的101、102、103協議,運用于三層參考模型(EPA)即物理層、鏈路層、應用層結構之上,是相當一段時間里指導變電站綜合自動化技術開展的三個重要標準。這些國際標準是按照非平衡式和平衡式傳輸遠動信息的需要制定的,完全能滿足電力系統中各種網絡拓撲結構,將得到廣泛應用。 IECTC57即將制定無縫遠動通信體系結構,具有應用開放和網絡開放統一的傳輸協議 IEC 61850.

24、該協議將是變電站(RTU或者變電站綜合自動化系統)到控制中心的唯一通信協議,也是變電站綜合自動化系統,甚至控制中心的唯一的通信協議。目前各個公司使用的標準尚不統一,系統互聯和互操作性差,因此,在變電站綜合自動化系統建設和設備選型上應考慮傳輸規約問題,即在變電站和控制中心之間應使用101規約,在變電站內部應使用103規約,電能量計量計費系統應使用102規約。新的國際標準IEC 61850公布之后,變電站綜合自動化系統從過程層到控制中心將使用統一的通信協議。 變電站綜合自動化系統應能實現不同廠家生產的設備的互操作性(互換性);系統應能包容變電站自動化技術新的開展要求;還必須考慮和支持變電站運行功能

25、的要求。而現有的變電站綜合自動化系統卻不能滿足這樣的要求,各廠家的設備之間接口困難,甚至不能連接,從而造成各廠家各自為政,重復開發,浪費了大量的財力物力。 另外,各種屏體及設備的組織方式不盡相同,給維護和管理帶來許多問題。 在我們現有的綜合自動化設備中,廠家數量較多,各廠不同系列的產品造成產品型號復雜,備品備件難以實現,設備運行率低的問題。(二)組織模式選擇的問題 變電站綜合自動化系統實現的方案隨著變電站的規模、復雜性、變電站在電力系統的重要地位、所要求的可靠性以及變電層和過程層總線的數據流率的不同而變化。如果一個變電站綜合自動化系統模式選擇適宜的話,不僅可以節省投資、節約材料,而且由于系統功

26、能全、質量高、其可靠性高、可信度大,更便于運行操作。因此,把好變電站綜合自動化系統的選擇關,意義十分重大。 目前應用較廣泛的變電站綜合自動化系統的結構形式主要有集中式、分散與集中相結合和全分散式三種類型?，F將三種結構形式的特點簡述如下。 1.集中式:集中式結構的變電站綜合自動化系統是指采用不同檔次的計算機,擴展其外圍接口電路,集中采集變電站的模擬量、開關量和數字量等信息,集中進行計算與處理,分別完成微機控制、微機保護和一些自動控制等功能。這種系統結構緊湊、體積小、可減少占地面積、造價低,適用于對35 kV或規模較小的變電站,但運行可靠性較差,組態不靈活。 2.分散與集中相結合:分散與集中相結合

27、的變電站綜合自動化系統是將配電線路的保護和測控單元分散安裝在開關柜內,而高壓線路和主變壓器保護裝置等采用集中組屏的系統結構。此結構形式較常用,它有如下特點: 1035 kV 饋線保護采用分散式結構,就地安裝,可節約控制電纜,通過現場總線與保護管理機交換信息。 高壓線路保護和變壓器保護采用集中組屏結構,保護屏安裝在控制室或保護室中,同樣通過現場總線與保護管理機通信,使這些重要的保護裝置處于比擬好的工作環境,對可靠性較為有利。 其他自動裝置中,如備用電源自投控制裝置和電壓、無功綜合控制裝置采用集中組屏結構,安裝于控制室或保護室中。 全分散式:全分散式的變電站綜合自動化系統是以一次主設備如開關、變壓

28、器、母線等為安裝單位,將控制、I/O、閉鎖、保護等單元分散,就地安裝在一次主設備屏(柜)上。站控單元通過串行口與各一次設備相連,并與管理機和遠方調度中心通信。它有如下特點: 簡化了變電站二次局部的配置,大大縮小了控制室的面積。 減少了施工和設備安裝工程量。由于安裝在開關柜的保護和測控單元在開關柜出廠前已由廠家安裝和調試完畢,再加上鋪設電纜的數量大大減少,因此現場施工、安裝和調試的工期隨之縮短。 簡化了變電站二次設備之間的互連線,節省了大量連接電纜。 3.全分散式結構可靠性高,組態靈活,檢修方便,且抗干擾能力強,可靠性高。 上述三種變電站綜合自動化系統的推出,雖有時間先后,但并不存在前后替代的情

29、況,變電站結構形式的選擇應根據各種系統特點和變電站的實際情況,予以選配。如以RTU為根底的變電站綜合自動化系統可用于已建變電站的自動化改造,而分散式變電站綜合自動化系統,更適用于新建變電站。 由于微處理器和通信技術的迅猛開展,變電站綜合自動化系統的技術水平有了很大的提高,結構體系不斷完善,全分散式自動化系統的出現為變電站綜合自動化系統的選型提供了一個更廣闊的選擇余地。伴隨著變電站綜合自動化系統應用的增多,無論是新建、擴建或技改工程,其綜合自動化系統的選型都應該嚴格執行有關選型規定,力求做到選型標準化。經選用的變電站自動化系統不僅要技術先進、功能齊全、性能價格比高,系統的可擴展性和適用性好,而且

30、要求生產廠家具有相當技術實力,有一定運行業績和完整的質量保證體系、完善的售后效勞體系。(三)電力管理體制與變電站綜合自動化系統關系問題 變電站綜合自動化系統的建設,使得繼電保護、遠動、計量、變電運行等各專業相互滲透,傳統的技術分工、專業管理已經不能適應變電站綜合自動化技術的開展,變電站遠動與保護專業雖然有明確的專業設備劃分,但其內部聯系已經成為不可分割的整體,一旦有設備缺陷均需要兩個專業同時到達現場檢查分析,有時會發生推諉責任的情況,造成極大的人力資源浪費,而且兩專業銜接局部的許多缺陷問題成為“兩不管地帶,不利于開展工作。 在專業管理上,變電站綜合自動化設備的運行、檢修、檢測,尤其是遠動系統的

31、實時性、遙測精度、遙信變位響應速度、信號復歸和事故總信號等問題仍需要標準和加強;對傳動實驗及通道聯測的實現、軟件資料備份等問題提出了新的課題內容。(四)運行維護人員水平不高的問題 解決好現行的變電站綜合自動化系統管理體制和技術標準等問題的同時,還要培養出一批高素質的專業隊伍。 目前,變電站綜合自動化系統絕大局部設備的維護依靠廠家,在專業管理上幾乎沒有專業隊伍,出了設備缺陷即通知相應的廠家來處理,從而造成缺陷處理不及時等一系列問題。 要想維護、管理好變電站綜合自動化系統,首先要成立一只專業化的隊伍,培養出一批能跨學科的復合型人才,加寬相關專業之間的了解和學習。 其次,變電站綜合自動化專業的劃分應

32、盡快明確,杜絕各基層單位“誰都管但誰都不管的現象。變電站綜合自動化專業的明確,對于加強電網管理水平,防止電網事故具有重大意義。 三、變電所綜合自動化系統的概述(一)變電所綜合自動化的根本原理 變電所綜合自動化是將變電所的二次設備(包括測量儀表、控制系統、信號系統、繼電保護、自動裝置和遠動裝置)經過功能組合和優化設計,利用先進的計算機技術、電子技術、通信技術和信號處理技術實現對全變電站電氣設備輸配電線路的自動控制、自動監視、測量和保護,以及實現與運行和調度通信相關的綜合性自動化功能。變電綜合自動化系統是利用多臺微型計算機和大規模集成電路組成的自動化系統,替代了常規的控制設備、遠動設備、信號設備和

33、測量監視儀表。變電所綜合自動化系統具有功能綜合化、系統結構微機化、測量顯示數字化、操作監視屏幕化、運行管理智能化等特點。簡言之,變電所綜合自動化是集保護、測量、控制、遠運等為一體通過數字通信及網絡技術來實現信息共享的一套微機化的二次設備及系統。 變電所綜合自動化系統是各技術密集,多種專業技術相互交叉、相互配合的系統。它是建立在計算機硬件和軟件技術、數據通信技術的根底之上開展起來的。它綜合了變電所內除一次設備和交、直流電源以外的全部二次設備。微機監控子系統綜合了原來的儀表屏、操作屏、模擬屏和變送器柜、遠動裝置、中央信號系統等功能;微機保護子系統代替子電磁式或晶體管式的保護裝置;微機保護子系統和監

34、控系統相結合,綜合了故障錄波、故障測距、無功電壓調節和中性點非直接接地系統等子系統的功能。2.結構分布、分層化 綜合自動化系統是一個分布式系統,其中微機保護、數據采集和控制以及其他智能設備等子系統都是按分布式結構設計的,每個子系統可能有多個 CPU同時并列運行,以實現變電站自動化的所有功能,這樣一個由龐大的CPU群構成了一個完整的、高度協調的有機綜合(集成)系統。這樣的綜合系統往往有幾十個甚至更多的CPU同時并列運行,以實現變電站自動化的所有功能。另外,按照變電站物理位置和各子系統功能分工的不同,綜合自動化系統的總體結構又按分層原那么來組織。典型的分層原那么是將變電站自動化系統分為兩層,即變電

35、層和間隔層,也可分為三層,即變電站層、通信層、和間隔層。由此可構成分散(分布)式綜合自動化系統。 變電所實現綜合自動化后,不管是有人值班還是無人值班,操作人員不是在變電所內就是在主控室或調度室,面對彩色顯示器,對變電站的設備和輸電線路進行全方位的監視與操作。常規龐大的模擬屏被顯示器屏幕上的實時主接線畫面取代;常規的在斷路器安裝處或控制屏進行的跳、合閘操作,被顯示器屏幕上的鼠標操作或鍵盤操作所取代;常規的光字牌報警信號,被顯示器屏幕畫面閃爍和文字提示或語言報警所取代,即通過計算機的顯示器屏幕顯示,可以監視全變電站的實時運行情況和對各開關設備進行操作控制。4.通信系統網絡化、光纜化 計算機局域網絡

36、技術、現場總線技術及光纖通信技術在綜合自動化系統中得到普遍應用。因此,系統具有較高的抗電磁干擾的能力,能夠實現高速數據傳送、滿足實時性要求,容易擴展,可靠性大提高,而且大大簡化了常規變電站繁雜的各種電纜連接,方便施工。 智能化不僅表現在常規的自動化功能上,如自動報警、自動報表、電壓無功自動調節、小電流接地選 線、事故判別與處理方面,還表現在能夠在線自診斷,并不斷將診斷的結果送往遠方的主控端。這是區別與常規二系統的重要特征。簡而言之,常規二次系統只能監測一次設備,而本身的故障必須靠維護人員去檢查、去發現;而綜合自動化系統不僅能監測一次設備,還能每時每刻檢測自己是否有故障,充分表達了其智能性。綜合

37、自動化系統打破了傳統二次系統各專業界限和設備劃分原那么,改變了常規保護裝置不能與調度中心通信的缺陷。 長期以來,變電所采用指針式儀表作為測量儀器,其準確度低、讀數不方便。采用微機監控系統后,徹底改變了原來的測量手段,常規指針式儀表全被顯示器上的數字顯示所代替,直觀、明了。而原來的人工抄表記錄那么完全由打印、報表所代替。這不僅減輕了值班人員的勞動,而且提高了測量精確度和管理的科學性。 正是由于變電所綜合自動化系統具有的上述明顯特征,使其開展具有強勁的生命力。因此,變電所綜合自動化將成為今后新建變電主導技術,同時也是變電所改造的首選產品。(二)變電所綜合自動化系統的結構形式 從變電所綜合自動化系統

38、的開展過程來看,其結構形式有集中式、分層分布式、分散集中式、完全分散分布式;從安裝物理位置上來劃分有集中組屏、分層組屏和分散在一次設備間隔上安裝等形式。 集中式結構的變電所綜合自動化系統,指采用不同檔次的計算機,擴展其外圍接口電路,集中采集變電所的模擬量、開關量和數字量等信息,集中進行計算與處理,分別完成微機監控、微機保護和一些自動控制等功能,集中結構也并非指由一臺計算機完成保護、監控等全部功能。多數集中式結構的微機保護、微機監控和與調度等通信的功能也是由不同的微機完成的,只是每臺微機承當的任務多一些。例如監控機要負擔數據采集、數據處理、開關操作、人機聯系等多項任務;擔任微機保護的計算機,可能

39、一臺微機要負責幾回低壓線路的保護等。這種結構形式主要出現在變電所系統問世的初期,如圖2-1所示。 這種結構形式是按變電所的規模配置相應容量、功能的微機保護裝置和監控主機及數據采集系統,它們安裝在變電所主控室內。主變壓器、各種進出線路及所內所有電氣設備的運行狀態經電纜傳關到主控制室的保護裝置或監控計算機上,并與調度中心的主計算機進行數據通信。當地監控計算機完成當地顯示、控制和制表打印等功能。集中式綜合自動化系統的缺點是 1計算機的功能較集中,如果一臺計算機出故障,影響面大,因此必須采用雙機并聯運行的結構才能提高可靠性。 2集中式結構,軟件復雜,修改工作量大,調試難度大。 3動態不靈活,對不同主接

40、線或規模不同的變電所,軟、硬件都必須另行設計,工作量大,因此影響了批量生產,不利于推廣。 4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。 因此,集中式綜合自動化系統,適合于小型變電所的新建或改造。2. 分層分布結構集中組屏的變電所綜合自動系統 隨著微機技術和通信技術的開展,特別是在20世紀80年代后期,單片機的性能價格比越來越高,給變電站綜合自動化系統的研究和開發工作注入了新的活力,使研制者有條件將微機保護單元和數據采集單元按一次回路進行設計。 所謂分布式結構,是在結構上采用主從CPU協同工作方式,各功能模塊之間采用網絡技術

41、或串行方式實現數據通信,多CPU系統提高了處理并行多發事件的能力、解決了集中式結構獨立CPU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正常運行。 按照IE61850變電所通信網絡和系統協議,變電所能通信體系分為三層:變電站層、間隔層、設備層:這就是所謂的分層式結構。在變電所綜合自動系統中,通常把繼電保護、自動重合閘、故障錄波、故障測距等功能綜合在一起的裝置稱為保護單元,而把測量和控制功能綜合在一起的裝置稱為保護單元,兩者通稱為間隔單元。 設備層主要是指變電所內的變壓器和斷路器、隔離開關及輔助觸點,電流互感器、電壓互感器等一次設備,圖2-2是變電所綜合自動化系統的分層構示意圖

42、 間隔層按一次設備組織,一般按斷路器的間隔劃分,包括測量、控制和繼電保護局部。測量、控制局部負責單元的測量、監視、斷路器的操作控制和連鎖及事件順序記錄等;保護局部負責該單元線路或變壓器或電容器的保護、各種錄波等。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變電站層。 變電所層由一臺或多臺微機組成,這種微機操作簡單方便、界面漢化。 3. 中、小型變電所的分層分布式集中組屏結構 分層分布式系統集中組屏結構是把整套綜合自動化系統 按其功能組裝成多個屏(或稱柜),例如主變壓器保護屏(柜)、線路保護屏、數據采集屏、出中屏等。一般來說,這些屏都集中安裝在主控室中,我們把這

43、種結構稱為“分布集中式結構,其系統結構如圖2-3所示: 圖2-3所示的系統采用按功能劃分的分布式多CPU系統,每個功能單元根本上由一個CPU組成,也有一個功能單元由多個CPU完成的,例如主變壓器保護,在主保護和多種后保護,因此由2個或2個以上CPU完成不同的保護功能,這種按功能設計的分散模塊化結構具有軟件相對簡單、調試維護方便、組態靈活、系統整體可靠性高等特點。 由圖2-3可知,在綜合自動化系統的管理上,采取分層(級)管理的模式,即各保護功能單元由保護管理機直接管理。一臺保護管理機可以管理多個單元模塊。它們之間可以采用總連接,如RS-485總線、CAN總線等;而交流采樣,由數采控制機負責管理;

44、開關屏和控制屏分別處理開入/開出的信息。保護管理機和數采控制機以及控制處理機等是處于單元層的第二層結構。正常運行時,保護管理機監視各保護單元的工作情況,一旦發現某一保護單元本身工作不正常,立即報告監控機,并報告調度中心。如果某一保護單元有保護動作信息,也通過保護管理機,將保護動作信息送往監控機,再送往調度中心。調度中心或監控機也可通過保護管理機下達修改保護定值等命令。數采控制機和開關量采集處理機那么將數采單元 和開關單元采集的數據和開關狀態送給監控機和送往調度中心,并接受由調度或監控機下達的命令。總之,這第二層管理機的作用是可明顯減輕監控機的負擔,協助監控承當對間隔層的管理。 變電所的監控主機

45、或稱上位機,通過局域網絡與保護管理機和數采控制機以及控制處理機通信。監控機在無人值班變電站,主要負責與調度中心的通信,使變電站綜合自動化系統具有RTU的功能,完成四遙的任務;在有人值班的變電站,除了仍然負責與調度中心通信外,還負責人機聯系,使綜合自動化系統通過監控機完成當地顯示、制表打印、開關操作等功能。4. 大型變電所分層分布式集中組屏結構 用于大型變電所的綜合自動化系統那么在變電站管理層可能沒有通信控制機,專門負責與調度中心通信,并設有工程師機,負責軟件開發與管理功能,另外在功能間隔層可能還有各種錄波裝置等。5. 新型的綜合自動化系統結構 分散分布式與集中相結合的綜合自動化系統結構,目前國

46、內外最為流行、結構最為合理的、比擬先進的一種綜合自動化系統。它是采用“面向對象即面向電氣一次回路中各數據或電氣間隔(如一條出線、一臺變壓器、一組電容器等)的方法進行設計的,間隔層中各數據采集、監控單元和保護單元做在一起,設計在同一機箱中,并將這種機箱就地分散安裝在開關柜上或其他一次設備附近。這樣各間隔單元的設備相互獨立,僅通過光纖或電纜網絡由站控機對它們進行管理和交換信息,這是將功能分布和物理分散兩者有機結合的結果。通常,能在間隔層內完成的功能一般不依賴通信網絡,如保護功能本身不依賴于通信網絡,這就是分散式結構。 而完全分散式的綜合自動化系統結構是另一種正在開展的新技術,硬件結構為完全分散式的

47、綜合自動化系統,是指變壓器、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主設備的開關柜上,安裝在主控制室的主控單元通過現場總線與分散的單元進行通信,主控單元通過網絡與監控主機聯系,其結構示意圖如圖2-4所示。 這種完全分散式結構的綜合自動化系統在實現模式上強分為兩種:一種是保護相對獨立、測量和控制合二為一;另一種是保護、測量是、控制完全合一,實現變電所自動化的高度綜合。 目前變電所綜合自動化系統的功能和結構都在不斷地向前開展,全分散式的結構一定是今后開展的方向,主要是因為: 1.分層分散式的自動化系統有突出的優點。 2.隨著新設備、新技術的進展如電-光

48、傳感器和光纖通信技術的開展,使得 原來只能集中組屏的高壓線路保護裝置和主變壓器保護也可以考慮安裝于高壓設備附近,并利用是益開展的光纖技術和局域網技術,將這些分散在開關柜的保護和集成功能模塊聯系起來,構成一個全分散化的綜合自動化系統,這變電所實現高水平、高可靠性和低造價的無人值班創造更有利的技術條件。6. 變電所綜合自動化的系統要求及功能 根據變電所綜合自動化系統的特點,變電所綜合自動化系統應滿足以下要求: 1變電所綜合自動化系統與其它自動化系統間應有接口。變電所內反映系統運行狀況的實時信息應能通過變電所綜合自動化系統采集并傳送到調度自動化系統,調度中心要向變電所發遙控和遙調命令以及修改各種定值

49、。都要求變電所綜合自動化系統與其它自動化系統建立通信. 2變電所綜合自動化系統應能采集多種類型的信息。包括:正常運行和操作時供操作人員了解的一些穩態信息,它反映的是工頻量的有效值,采樣周期相對較長;繼電保護,用于事故分析和故障檢測需要的暫態信息,它反映的是工頻量的波形變化和瞬時值,其中含有負序、零序和高次諧波分量,采樣頻率和精度高;另外,還有一些溫度、瓦斯、壓力、流量等信號。 3變電所綜合自動化系統應能簡化運行操作。通過變電站綜合自動化系統簡化控制命令,識別必要條件從而實現閉鎖、連續和順序等協調操作,減少誤操作,加速和簡化事故處理,提高運行的平安性和可靠性。 4變電所綜合自動化系統應能靈活地改

50、變控制策略。由于一次設備或二次設備的變更,運行方式發生變化,需要改變操作規那么和保護配置方案等。 5變電所綜合自動化系統的某些環節故障對變電站進行有效控制的影響程度要小。設計控制方案應顧及某個環節失效而自動采取相應對策,允許人工干預。7. 變電所綜合自動化系統應具有先進性。 根本功能應能滿足現場提出的檢測、控制及通信的要求,在確定功能時要結合需要與可能兩個方面,在技術容許的條件下力求到達先進水平,充分發揮微機的作用和潛力。變電所綜合自動化系統應具有以下功能: 1.微機保護功能包括饋線保護、母線保護、變壓器保護、備用電源自投等等。這是變電站綜合自動化首要實現的功能,對于保證變電站正常運行起著重要的作用。 2.數據采集包括狀態量、模擬量和脈沖量的采集。狀態量包括斷路器的狀態、隔離開關的狀態和接地刀閘的狀態。模擬量包括各段母線的各相電壓,各進線出線回路的電流值、功率值、頻率與相位等電量參數以及變壓器的瓦斯值、溫度、壓力等非電量參數。脈沖量指的是電度量的采集。 3.事故記錄和故障錄波事故記錄包括保護動作的序列記錄SOE(Sequence of event)開關跳合記錄,時間分辨率一般都是毫秒級。當出現電網故障時(如接地短路故障),能記錄故障前后的一段時間的電流、電壓波形,供事故分析。 4.遠方整定保護定值對各種微機保護裝置,可在當地或者遠方設置一組或多組保護定