1、35kv變電站綜合自動化監控系統設計本科畢業論文設計 中 國 礦 業 大 學本科生畢業設計 姓 名:學 號: 學 院:應用技術學院 專 業:電氣工程及其自動化專業05?1班 設計題目:35kv變電站綜合自動化監控系統設計 專 題: 指導教師:職 稱: 摘 要 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心傳送,運行可靠性大大提高,綜合效

2、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發展趨勢及變電所監控的特殊工藝,提出了分層監控的計算機解決方案。使用的是組態軟件Intouch,論文介紹了組態軟件的基本特點及一些使用要求。 講述了設計監控界面的詳細步驟及制作中的注意事項,對控制系統的硬件配置也進行了選擇和設計。關鍵詞:組態軟件Intouch; 監控系統; 變電所綜合自動化ABSTRACT Substation's computer supervision system is ecological design of object oriented and relies on computer techniqu

3、e, network communication technique, modern control technique, graphic display technique, which gathers control, measure and modern comprehensive manage into one comprehensive automation Compares with the conventional supervisory system, operator can make monitoring and noting of the whole substation

4、 by human-computer interface device of main monitoring house, and transmit relative information to all levels attempering center, running dependability improves greatly and comprehensive benefit is marked The present paper needle scene actual existence question and the current transformer substation

5、 supervisory system development tendency and the transformer substation monitoring special craft, proposed the lamination monitoring computer solution.In- troduced in the configuration software design monitoring contact surface manufacture detailed step and the manufacture matters needing attention,

6、 have also carried on the choice and the design to the control system hardware disposition.Key words: Configuration software Intouch; Supervisory system; Transformer- substation synthesis automation目 錄1 緒 論11.1 發展變電所綜合自動化系統的意義11.2 變電所綜合自動化系統的發展過程21.3課題來源及課題內容42 變電所綜合自動化系統的概述52.1 變電所綜合自動化的基本原理52.2 變電

7、所綜合自動化系統的結構形式72.2.1集中式變電所綜合自動化系統72.2.2 分層分布結構集中組屏的變電所綜合自動系統82.2.3 新型的綜合自動化系統結構102.3 變電所綜合自動化的系統要求及功能122.4 小結133 變電所監控系統的總體設計原則133.1變電所總體布置和監控要求133.1.1系統原一次側規模簡介13 3.1.2變電站監控系統的基本要求及設計原則143.1.2系統體系結構15 3.2 變電所監控系統組態軟件153.2.1 組態軟件概述153.2.2監控組態軟件的選擇173.2.3Intouch的開發環境193.3 小結214 組態軟件的功能實現224.1軟件的組態224.

8、1.1 創建窗口224.1.2 使用圖像和位圖234.1.3 使用文本對象254.1.4 創建動畫鏈接264.1.5 使用線條和輪廓274.2 使用向導284.3 標記名字典294.3.1 標記名類型304.3.2定義新的標記名324.4 實時趨勢和歷史趨勢334.4.1 實時趨勢344.5 報警/事件364.5.1 報警的特點364.5.2 報警系統的實現374.5.3 報警數據存儲404.5.4標記名報警配置424.6 腳本程序的實現434.6.1腳本的類型434.6.2腳本程序的實現444.7小結485變電所綜合自動化系統的設計實現485.1改造后的35KV變電所485.2站控層495.

9、2.1 監控界面的功能495.2.2監控系統功能的實現525.3 變電所綜合自動化系統的結構625.3.1站控層625.3.2 通信層645.3.3間隔層685.4 間隔層設計705.5 本章小結70總 結72參考文獻74翻譯部分75英文原文75中文譯文861 緒 論 隨著我國電力建設的發展和城市、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安全性和經濟性,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安全穩定運行水平、降低運行維護成本、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

10、。1.1 發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、交換功率和匯集、分配電能。變電所中的電氣部分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安全、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

11、、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: 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

12、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,提供給調度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)具體實施和保障電網安全、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

13、成部分。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,盡快隔離故障部分。 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,提高電網安全穩定運行水平,提高經濟效益,并為電網自動化的進一步發展留下了空間。1.2 變電所綜合自動化系統的發展過程 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

14、電所的二次部分主要由繼電保護、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化來優化設計全微機化的變電所二次部分。從控制、測量、信號及遙信角度考慮,要求微機控

15、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、安全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、操作和管理達到掌握全局的目的。隨著自動控制裝置的和被控設備可靠性的提高,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

16、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發展迅速,已進入大面積推廣應用階段。各項新技術的發展為綜合自動化系統的實現奠定了技術基礎。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

17、術的應用,使得隨一次設備布置的分散式測控單元很快發展起來,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,數字通信設備的發展應用,大大提高了通信系統的通信容量和可靠。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

18、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佳的通信信道。. 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發展,特別是局域網(LAN)技術的迅速發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

19、方向發展,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發展方向來看,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。 本課題來源于比德礦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。 比德礦35KV變電所采用的CBZ-8000變電所綜合自動化系統,是許繼電氣股分在廣泛征求電力系統用戶和專家意見的基礎上,充分吸收當前國內外廠家的成功經驗,并結合自己多年來在電力系統自動化產品設計的豐富經驗,開發的新一代變電所自動化系統。 CBZ-8000變電所自動化系統基于Windows2000操作系統,采用面向對象的

20、分層分布式設計思想,間隔層的設備直接通過以太網與上層進行通訊,系統設計遵循國際標準IEC 60870-5-103,IEC 60870-5-104傳輸規約,安全可靠性和開放性都得到了極大地提高。 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部分,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。研究討論了分層分布式35KV變電所綜合自動化系統,

21、并著重研究在CBZ-8000綜合自動化系統的基礎,如何利用Intouch組態軟件建立與實現微機監控系統。本文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.分析分層分布體系結構系統各層的功能及實現方式 。3.分析對實時監控系統的要求和其應具有的功能 。3.學習工業組態軟件?Intouch,了解其作用及其能實現的功能,實現上位機監控軟件的開發。4.利用Intoch組態軟件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。2 變電所綜合自動化系統的概述2.1 變電所綜合自動化的基本原理 變電所綜合自動化是將

22、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、信號設備和測量監視儀表。用微機保護裝置替代了由分列元件組成的繼電保護屏,取消了常規的控制屏、遠動屏和中央信號系統,變電站的綜合自動化是自動化技術、計算機技術和通信技術等高科技在變電所的綜合應用,變電所的綜合自動化系統可以采

23、集到比較齊全的數據和信息,利用計算機的高速計算能力和邏輯判斷功能,方便地監視和控制變電站內各種設備的運行和操作。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、數據通信技術的基礎之上發展起來的。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

24、、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。這樣的綜全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,

25、綜合自動化系統的總體結構又按分層原則來組織。典型的分層原則是將變電站自動化系統分為兩層,即變電層和間隔層,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,不論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

26、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

27、;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,充分體現了其智能性。綜合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則,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則完全由打印、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,使其發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,

28、同時也是變電所改造的首選產品。2.2 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的發展過程來看,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,只是每臺微機承擔的任務多一些。

29、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.臺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

30、構才能提高可靠性。 2.中式結構,軟件復雜,修改工作量大,調試難度大。 3.態不靈活,對不同主接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。2.2.2 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發展,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

31、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

32、、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 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、控制和繼電保護部分。測量、控制部分負責單元的測量、監視、斷路器的操作控制和連鎖及事件順序記錄等;保護部分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。2.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

33、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,每個功能單元基本上由一個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

34、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;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則將數采單元 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

35、之,這第二層管理機的作用是可明顯減輕監控機的負擔,協助監控承擔對間隔層的管理。 變電所的監控主機或稱上位機,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。 用于大型變電所的綜合自動化系統則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。2.2.3 新型的綜合自動

36、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,目前國內外最為流行、結構最為合理的、比較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

37、合自動化系統結構是另一種正在發展的新技術,硬件結構為完全分散式的綜合自動化系統,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發展,全分散式的結構一定是今后發展的方向,主要是因為: 1.分層分散式

38、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-光傳感器和光纖通信技術的發展,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,并利用是益發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。2.3 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

39、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。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

40、事故處理,提高運行的安全性和可靠性。 4.變電所綜合自動化系統應能靈活地改變控制策略。由于一次設備或二次設備的變更,運行方式發生變化,需要改變操作規則和保護配置方案等。 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。 6.變電所綜合自動化系統應具有先進性。基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達到先進水平,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

41、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

42、裝置,可在當地或者遠方設置一組或多組保護定值,并可在當地或者遠方顯示、切換整定值。 5.控制和操作可對斷路器和隔離開關的分、合進行操作,對變壓器分接頭進行調節控制,對電容器組進行切換。 6.與遠方調度中心通信實現遠動裝置的常規遙測、遙信、遙控功能,即將采集的模擬量、狀態量以及脈沖量實時的傳送到調度中心,并接受上級調度中心的控制和調節操作命令。若有事故發生,如發生開關變位事故或數字量越限時則插入優先發送,及時向調度中心報警。此外還將故障錄波和其它繼電保護信息送往調度中心,同時接受調度中心發來的修改繼電保護整定值的修改命令等。2.4 小結 本結介紹了變電所綜合化系統的基本概念、特征、結構體系、以及

43、對變電所綜合自動化的系統要求和功能。3 變電所監控系統的總體設計原則3.1.1系統原一次側規模簡介 比德礦35KV變電所高壓側電壓為35KV,低壓側為6KV一個電壓等級。35KV側采用3回35KV電源進線,單母線接線方式,每段母線設PT裝置1組,母線聯絡開關1臺,變電所有3臺變壓器, 1#變壓器容量12500KVA,2#、3#變壓器容量為6300KVA。 系統低壓6KV側采用單母線分段接線方式。3回6KV出線分別連接到3個6KV母線段,其中1段為正常運行段,2、3段為備用段。每段設PT裝置1臺、6KV母線聯絡開關2臺、饋線32回、無功補償電容器2組、所用變1臺、消弧線圈2路、電抗器2路。 變電

44、站系統主接線見圖3-1: 圖3-1變電所系統主接線示意圖 比德礦35KV變電所綜合自動化系統負責對上述一次系統進行保護和監控。 變電所自動化系統應充分考慮系統用于進行變電所監控的環境,所采用的技術應滿足安全性、可靠性、先進性、實用性的原則。而監控系統應可以使值班人員把握安全控制、事故處理的主動性,減少和避免誤操作、誤判,應用微機系統完成一次設備監視、控制、數據采集、事件順序記錄和屏顯、打印功能,提高電網的運行管理水平,減少變配電損失。 變電所監控系統的基本要求有:實時性系統對事件及時作出響應的能力、系統在所要求的時間內完成規定任務的能力、連續運行的可靠性、維護方便快捷、信息采集和輸出技術先進、

45、人機交流方便、通信可靠、信息處理和控制算法先進等。 比德礦35KV變電所監控系統的站控層設備包括主控單元和當地后臺監控系統,主控單元采用集中組屏方式安裝,布置在變電所主控室內。間隔層的測控設備由電氣單元組屏的I/O測控部件組成,具有交流采樣、測量、防誤閉鎖、同期檢測、就地斷路器緊急操作和單接線圖狀態及測量數字顯示等功能,對全所運行設備的信息進行采集、轉換、處理和傳送。間隔層設備包括35kV線路及母線、主變壓器、6KV饋線的保護和測控設備,間隔層設備完全按一次設備中的回路間隔配置間隔層保護測控單元設備。35kV和主變壓器的保護設備和測控設備為各自獨立配置,采用單獨組屏方式,同主控單元以及當地后臺

46、系統一起安裝在主控室。間隔層的低壓側6KV設備采用保護測控一體化單元,直接分散安裝在開關柜上,并通過數據通信的方式直接接入到自動化系統中。 站控層通信系統的設備可以是雙以太網、單以太網,通信介質可以是光纖或網絡電纜線,以完成相互之間的通信。本次設計的CBZ-8000系統間隔層設備與主控單元之間采用RS485通信接口連接,進行信息、數據交換,實現計算機監控以及繼電保護等功能,通信媒介為非屏蔽雙絞線UTP,通信規約為IEC 60870-5-103,IEC 60870-5-104傳輸規約,主控單元通過以太網接口與當地后臺監控系統、集控中心、遠方調度控制中心通信,進行信息、數據交換,采用TCP/IP通

47、信協議,光纖組網。后臺監控系統亦布置在主控室內,配置兩臺操作員工作站并列運行,互為熱備用。所有的信息數據均存放在工作站的數據庫中,通過權限設置任一臺工作站都可將采集來的實時數據進行分析運算、分類和處理,并可進行功能組態、軟件設置及網絡管理。同時對變電所全部一次設備及二次設備進行監視、測量、記錄并處理各種信息,對變電所的主要電氣設備實現遠方控制。 CBZ-8000變電站自動化系統基于Windows2000操作系統,采用面向對象的分層分布式設計思想,縱向分為站控層和間隔層(從整體上分為三層,即變電站層、通信層和間隔層),主要由保護測控單元、通信控制單元及監控系統組成。 比德礦35KV變電所CBZ-

48、8000變電所監控系統采用分散方式分層布置,為集中與分散相結合的系統結構,系統分為三層:現場間隔層、前置主控單元層、監控管理層計算機后臺系統,其中前置主控單元層和管理層均屬于站控層。系統三層之間相互獨立。3.2 變電所監控系統組態軟件3.2.1 組態軟件概述 “組態”是伴隨著計算機軟件技術在控制領域的廣泛應用而發展起來的。把軟件模塊化,對象化,便于工程人員調用,從而獲得目標工程項目的監控和控制軟件系統。這種開發環境就是“組態軟件。” 然而變電站綜合自動化系統的站控層監控組態軟件的開發屬于工控組態的范疇。所謂工控組態是由圖形、報表、元件及數據庫組成,并能夠與外部設備相連進行通信,交換數據的統一系

49、統。其由驅動軟件和硬件設備兩部分構成。結合計算機技術,驅動軟件一般包含直觀豐富的操作界面。一方面,用戶根據需要進行一定的操作,施發指令,通訊設備收集和整理外部所要控制對象的信息,在組態軟件進行數據的處理之后,以報表、統計圖等直觀的形式傳達給用戶,這樣用戶達到了了解控制對象情況的目的。另一方面,用戶依據所了解到的情況,再通過組態軟件控制外部設備的運行。 “組態”的概念是伴隨著集散型控制系統Distributed ControlSystem, DCS的出現開始被廣大生產過程自動化技術人員熟知的。由于每套DCS都是比較通用的控制系統,可以應用到很多領域,為了使用戶在不需要編代碼的情況下,便可生成適合

50、自己需求的應用系統,每個DCS廠商在DCS中都預裝了系統軟件和應用軟件,而其中的應用軟件,實際上就是組態軟件,但一直沒人給出明確的定義,只是將使用這種應用軟件生成日標應用系統的過程稱為“組態”。 組態的概念最早來自英文Configuration,含義是使用軟件工具對計算機及軟件的各種資進行配置,達到使算機或軟件按照預選設置,自動執行特定任務,滿足使用者要求的組態軟件是面向監控與數據采集 supervisory control and data acquisition, SCADA的軟件平臺工具,具有豐富的設置項目,使用靈活,功能強大。組態軟件最早出現時,HMI HumanMachine Int

51、erface或MMI Man Machine Interface是其主要內涵,具主要是解決人機圖形界面問題。隨著它的快速發展,實時數據庫、實時控制、SCADA、通信及聯網、開放數據接口設備的廣泛支持已成為它的主要內容。 組態軟件主要的組成包括:圖形界而系統、實時數據庫系統、第三方程序接口組件、控制功能組件。組態軟件的主要特點: 1.時多任務。組態軟件最突出的特點就是實時多任務。例如,數據采集與輸出、數據處理與算法實現、圖形顯示及人機對話、實時數據的存儲、檢索管理、實時通信等多個任務在同一臺計算機上同時運行。 2.高可靠性。高可靠性是工業自動化軟件的一項重要性能指標。組態軟件利用冗余技術構成雙機乃至多機備用系統,從而獲得很高的可靠性技術指標。 3.延續性和可擴充性,用通用組態軟件開發的應用程序,當現場包括硬件設備或系統結構或用戶需求發