1、 變電站綜合自動化技術(shù) （變電站監(jiān)控系統(tǒng)）劉慧海 內(nèi)容綱要1、綜合自動化的有關(guān)基本概念，基本結(jié)構(gòu)及功能介紹2、國內(nèi)典型500kV綜合自動化變電站特點分析3、變電站綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)通信4、變電站監(jiān)控系統(tǒng)裝置介紹5、變電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的試驗、維護及注意事項控制 測 量信 號保 護自動裝置遠 動常規(guī)站把 手光字牌指示儀表獨 立 遠切 裝置RTU綜自站計算機+測控單元具備通信能力安穩(wěn)裝置 測控單元+ 遠動主機定值,采樣值修改定值投退壓板l監(jiān)控系統(tǒng)按站級與間隔級兩個控制層構(gòu)成。 l站級控制層布置在變電所主控制樓內(nèi)計算機室及主控制室。 l在主控制室配置兩臺主計算機兼做操作員工作站及一臺微機五

2、防PC機，兩臺主機平行運行，互為熱備用，運行人員通過操作員工作站對變電所全部一次設(shè)備及二次設(shè)備進行監(jiān)視、測量、記錄并處理各種信息，并對變電所的主要電氣設(shè)備實現(xiàn)遠方控制。運行人員可通過微機五防PC機進行防誤模擬操作。 綜自系統(tǒng)基本配置、結(jié)構(gòu)l在計算機室配置1臺工程師工作站、2臺數(shù)據(jù)處理和通信裝置及公共系統(tǒng)接口機1臺。 l工程師工作站用于整個監(jiān)控系統(tǒng)的維護和管理等。 l 南陽站本期配置：兩臺64位系統(tǒng)服務(wù)器，兩臺64位操作員站，一臺遠動工作站，一臺64位五防工作站，一臺64位工程師站，一臺64位仿真培訓(xùn)工作站。l站級控制層的各設(shè)備之間通過以太網(wǎng)進行通訊，以太網(wǎng)采用冗余結(jié)構(gòu)。 l間隔級控制層由按電氣

3、單元組屏的測控部件組成，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主接線狀態(tài)及測量數(shù)字顯示等功能，并按照電氣單元配置分別布置在1000KV保護小室、所用變小室內(nèi)。 l南陽站本期測控裝置配置為：1000KV保護小室分1000KV斷路器測控裝置、1000KV線路測控裝置、1000KV線路電抗器測控裝置、1000KV公用測控裝置。所用變小室包含35KV和0.4KV測控裝置。 綜自系統(tǒng)基本功能l通過I/O數(shù)據(jù)采集單元實時采集來自生產(chǎn)過程的模擬量、數(shù)字量、脈沖量及溫度量等輸入量 l數(shù)據(jù)處理功能 l畫面顯示 l記錄和打印功能 l管理功能 l 時鐘同步 l與保護設(shè)備的數(shù)字接口 l監(jiān)控系統(tǒng)的

4、自診斷和自恢復(fù) l報警處理 l操作功能 l控制功能 l同期檢測及操作 l防誤操作 l計算機通信網(wǎng)接口 l維護功能 2、國內(nèi)典型500kV綜合自動化系統(tǒng)特點分析 三種方案的共同要求l測控單元出以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)不經(jīng)轉(zhuǎn)換直接送到遠動主機和當(dāng)?shù)乇O(jiān)控主機。l操作員站和服務(wù)器可以分開布置，也可以合并運行。分開布置時，服務(wù)器放置在計算機室內(nèi)。l間隔層和變電站層分別組成以太網(wǎng)，各間隔層以太網(wǎng)與變電站層以太網(wǎng)通過光纖連接服務(wù)器B操作員工作站A操作員工作站B服務(wù)器A五防工作站遠動工作站B遠動工作站A雙moden雙通道CI SC OSY STE MS保護信息子站路由器A網(wǎng)B網(wǎng)調(diào)度模擬通道調(diào)度數(shù)字通道錄波網(wǎng)主控室計算機室

5、以一個小間為例500500KVKV變電站綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖一變電站綜合自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖一A網(wǎng)B網(wǎng)工程師工作站光纖盒光纖盒光纖盒光纖盒保護集中錄波器測控模塊間隔層1號打印機2號打印機3號打印機GPS時鐘同步分屏4號打印機GPS時鐘同步主屏光纖盒光纖盒同步衛(wèi)星時鐘保護保護管理機光纖盒光纖盒錄波網(wǎng)RS232/485/LON等交換機公用設(shè)備接口：電度、UPS,火災(zāi)報警、消防等。以太網(wǎng)通訊接口裝置220kV及以上高集成化典型結(jié)構(gòu)3、變電站綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)通信一、變電站內(nèi)的信息傳輸內(nèi)容 間隔層設(shè)備大多需要從現(xiàn)場一次設(shè)備的電壓和電流互感器采集正常情況和事故情況下的電壓值和電流值，采集設(shè)備的狀

6、態(tài)信息和故障診斷信息，這些信息主要是：斷路器、隔離開關(guān)位置、變壓器的分接頭位置，變壓器、互感器、避雷器的診斷信息以及斷路器操作信息。 1、現(xiàn)場一次設(shè)備與間隔層間的信息傳輸3、間隔層與變電站層的信息 （1）測量及狀態(tài)信息 （2）操作信息 （3）參數(shù)信息，微機保護和自動裝置的整定值等。 2、間隔層的信息交換 這類信息有如測量數(shù)據(jù)、斷路器狀態(tài)、器件的運行狀態(tài)、同步采樣信息等。 二、綜合自動化系統(tǒng)與控制中心的通信內(nèi)容 綜合自動化系統(tǒng)前置機或通信控制機具有執(zhí)行遠動功能，會把變電站內(nèi)所相關(guān)信息傳送控制中心，同時能接收上級調(diào)度數(shù)據(jù)和控制命令。變電站向控制中心傳送的信息通常稱為“上行信息”；而由控制中心向變電

7、站發(fā)送的信息，常稱為“下行信息”。 綜合自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò) 計算機局部網(wǎng)絡(luò)（Local Area Networks ，簡寫LAN），簡稱局域網(wǎng)，是計算機技術(shù)急劇發(fā)展的新領(lǐng)域。它是把多臺小型、微型計算機以及外圍設(shè)備用通信線路互連起來，并按照網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議實現(xiàn)通信的系統(tǒng)。 構(gòu)成局域網(wǎng)的四大因素是網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)和傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)、傳傳輸控制輸控制和通信方式通信方式 1、局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu) （A）星型星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，任何一個非中心節(jié)點故障對整個系統(tǒng)影響不大。但中心節(jié)點故障時會使全系統(tǒng)癱瘓。為了保證系統(tǒng)工作可靠，中心節(jié)點可設(shè)置備份。在電力系統(tǒng)中，采用循環(huán)式規(guī)約的遠動系統(tǒng)中，其調(diào)度端同各廠、站端的

8、通信拓撲結(jié)構(gòu)就是星型結(jié)構(gòu)。（B）總線型 采用總線方式時增加或減少用戶比較方便。某一節(jié)點故障時不會影響系統(tǒng)其他部分工作。但如總線故障，就會導(dǎo)致全系統(tǒng)失效。 （C）環(huán)型 由于環(huán)型網(wǎng)的各個節(jié)點在環(huán)中串接，因而任何一個節(jié)點故障，都會導(dǎo)致整個環(huán)的通信中斷。 局域網(wǎng)可采用雙絞線、同軸電纜或光纖等作為傳輸信道，也可采用無線信道。 2、局域網(wǎng)的傳輸信道3、常用的局域網(wǎng)以太網(wǎng) 以太網(wǎng)是采用總線型拓撲結(jié)構(gòu)。它是一種局部通信網(wǎng)，通常在線路半徑1-10km中等規(guī)模的范圍內(nèi)使用，為單一組織或單位的非公用網(wǎng)，網(wǎng)中的傳輸介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖等。它的特點是：信道帶寬較寬；傳輸速率可達 10-100mbit/s，誤

9、碼率很低；具有高度的擴充靈活性和互聯(lián)性；建設(shè)成本低，見效快。 現(xiàn)場總線簡介 現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場，在微機化測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使它們各自都具有了數(shù)字計算和數(shù)字通信能力，采用可進行簡單連接的雙絞線等作為總線，把多個測量控制設(shè)備連接成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的多個微機化測量控制設(shè)備之間以及現(xiàn)場設(shè)備與遠程計算機之間，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實際需要的自動控制系統(tǒng)。 幾種有影響的現(xiàn)場總線有：基金會現(xiàn)場總線（FF，F(xiàn)oundation F

10、ieldbus），是現(xiàn)場總線基金會在1994年9月開發(fā)出的國際上統(tǒng)一的總線協(xié)議；Lonworks現(xiàn)場總線，是美國echelon公司推出并由它與摩托羅拉、東芝公司共同倡導(dǎo)、于1990年正式公布而形成的。CAN總線（control area network）是控制局域網(wǎng)絡(luò)的簡稱，最早由德國BOSCH公司推出的。 并行數(shù)據(jù)通信是指數(shù)據(jù)的各位同時傳送。可以以字節(jié)為單位（8位數(shù)據(jù)總線）并行傳送，也可以以字為單位（16位數(shù)據(jù)總線）通過專用或通用的并行接口電路傳送，各位數(shù)據(jù)同時傳送，同時接收。 1、并行數(shù)據(jù)通信 綜自系統(tǒng)串、并行通信簡介 常用在短距離傳輸中（通常小于10m），要求傳輸速度高的場合 。2、串行

11、數(shù)據(jù)通信 串行通信是數(shù)據(jù)一位一位順序地傳送，串行通信數(shù)據(jù)的各個不同位，可以分時使用同一傳輸線，故串行通信最大的優(yōu)點是可以節(jié)約傳輸線，特別是當(dāng)位數(shù)很多和遠距離傳送時，這個優(yōu)點更為突出，這不僅可以降低傳輸線的投資，而且簡化了接線。但串行通信的缺點是傳輸速度慢，且通信軟件相對復(fù)雜些。 在變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部，特別是微機保護、自動裝置與監(jiān)控系統(tǒng)相互通信電路中各種自動裝置間或繼電保護裝置與監(jiān)控系統(tǒng)間，為了減少連接電纜，簡化配線，降低成本，主要是使用串行通信。RS-232是美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA，Electronic Industries Association）制定的物理接口標(biāo)準(zhǔn)，也是目前數(shù)據(jù)通信

12、與網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最廣泛的一種標(biāo)準(zhǔn)。 一、物理接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232特點是：傳送每種信號只用一根信號線，而它們的地線是使用一根公用的信號地線。這種電路是傳送數(shù)據(jù)的最簡單方法，因此得到廣泛應(yīng)用。但是RS-232也存在一些不足，表現(xiàn)在以下幾方面： 1）數(shù)據(jù)傳輸速率局限于20KBPS。2）理論傳輸距離局限于15M（如果合理的選用電纜和驅(qū)動電路，這個距離可能增加）。3）每個信號只有一根信號線，接收和發(fā)送僅有一根公用地線，易受噪聲干擾。4）接口使用不平衡的發(fā)送器和接收器，可能在各信號成分間產(chǎn)生干擾。 二、物理接口標(biāo)準(zhǔn)RS-485 RS-485適用于多個點之間共用一對線路進行總線式聯(lián)網(wǎng)， RS-485的使用，可節(jié)

13、約昂貴的信號線，同時可高速遠距離傳送。它的傳輸速率達到93.75kbps，傳送距離可達1.2km。因此，在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，各個測量單元、自動裝置和保護單元中，常配有RS-485總線接口，以便聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)。 綜合自動化變電站系統(tǒng)的規(guī)約轉(zhuǎn)換在綜合自動化的通信系統(tǒng)中，為了確保通信雙方能有效、可靠地進行數(shù)據(jù)傳輸，在發(fā)送和接收之間要有一定的約定。這種通信約定就是通信協(xié)議，也就是通信規(guī)約。 什么是通信規(guī)約？ 規(guī)約轉(zhuǎn)換就是由各監(jiān)控廠家將需接入監(jiān)控系統(tǒng)的二次設(shè)備所用的不同類型規(guī)約轉(zhuǎn)換成各監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)約。南瑞科技規(guī)約監(jiān)控規(guī)約： IEC 60870-5-103 規(guī)約國電南自監(jiān)控規(guī)約： IEC 6087

14、0-5-103規(guī)約四方公司監(jiān)控規(guī)約： 四方內(nèi)部規(guī)約正是因為傳輸規(guī)約沒有標(biāo)準(zhǔn)化，才需規(guī)約轉(zhuǎn)換！正是因為傳輸規(guī)約沒有標(biāo)準(zhǔn)化，才需規(guī)約轉(zhuǎn)換！后臺主機管理主模塊MASTER人機對話MMI鍵盤顯示PC機AIn交流測量插件DTn直流測溫插件DIn開入插件DOn開出插件POWER電源插件AI1交流測量插件DT1直流測溫插件DI1開入插件DO1開出插件裝置內(nèi)部串口光/電以太網(wǎng)內(nèi)部總線CAN插件配置插件配置5、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的試驗、維護、注意事項監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的維護及注意事項監(jiān)控系統(tǒng)性能指標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的試驗技術(shù)指標(biāo)是衡量一套監(jiān)控系統(tǒng)性能高低的重要依據(jù)，也是滿足變電站實際運行的一些基本要求.（1）模擬量測量誤差 0

15、.2% （2）電網(wǎng)頻率測量誤差 0.01Hz（3）事件順序記錄分辨率（SOE） 1ms（4）模擬量越死區(qū)傳送時間 （至站控層顯示器） 2s（5）開關(guān)量變位傳送時間（至站控層顯示器） 1s（6）遙測信息響應(yīng)時間（從I/O輸入端至遠動工作站出口） 2s（7）遙信變化響應(yīng)時間（從I/O輸入端至遠動工作站出口） 1s（8）控制命令從生成到輸出的時間 1s（9）動態(tài)畫面響應(yīng)時間 2s監(jiān)控系統(tǒng)性能指標(biāo) 電磁兼容試驗變電站內(nèi)高壓電器設(shè)備的操作、低壓交、直流回路內(nèi)電氣設(shè)備的操作、雷電引起的浪涌電壓、電氣設(shè)備周圍靜電場、電磁波輻射和輸電線路或設(shè)備短路故障所產(chǎn)生的瞬變過程等都會產(chǎn)生電磁干擾。這些電磁干擾進入變電所

16、內(nèi)的綜合自動化系統(tǒng)或其他電子設(shè)備，就可能引起自動化系統(tǒng)工作不正常，甚至損壞某些部件或元器件。電磁兼容的意義是：電氣或電子設(shè)備或系統(tǒng)能夠在規(guī)定的電磁環(huán)境下不因電磁干擾而降低工作性能，它們本身所發(fā)射的電磁能量不影響其他設(shè)備或系統(tǒng)的正常工作，從而達到互不干擾，在共同的電磁環(huán)境下一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)。電磁兼容的內(nèi)容包括抗干擾(設(shè)備和系統(tǒng)抵抗電磁干擾的能力)和電磁發(fā)射控制(設(shè)備和系統(tǒng)發(fā)射的電磁能量的控制)兩個方面。電磁干擾的三要素是：干擾源、傳播途徑和電磁敏感設(shè)備。針對措施：抑制干擾源產(chǎn)生的電磁干擾(濾波、屏蔽和接地)；切斷干擾的傳播途徑；提高敏感設(shè)備抗電磁干擾的能力即降低對干擾的敏感度。(一)電

17、磁干擾源分析變電站設(shè)備的交流電源及直流電源受低頻振動擾 動傳導(dǎo)瞬變和高頻干擾磁場的干擾。對變電站綜合自動化系統(tǒng)來說，外部干擾源主要有：交、直流回路開關(guān)操作、擾動性負荷(非線性負荷、波動性負荷)、短路故障、大氣過電壓(雷電)、靜電、無線電干擾和核電磁脈沖(二)電磁干擾的耦合途徑電磁干擾侵入電子設(shè)備的途徑，可分為輻射和傳導(dǎo)兩大類：第一類為輻射干擾，干擾信號通過電磁波輻射傳播；第二類為傳導(dǎo)干擾，干擾信號通過干擾源與被干擾設(shè)備之間的阻抗進行傳播。兩者會相互轉(zhuǎn)換，輻射干擾經(jīng)過導(dǎo)線可轉(zhuǎn)換成傳導(dǎo)干擾；傳導(dǎo)干擾又可通過導(dǎo)線形成輻射干擾。(三)電磁干擾可能造成的后果(1)電源回路干擾的后果。計算機電源受干擾，往

18、往造成計算機工作不穩(wěn)定，甚至死機。(2)模擬量輸入通道干擾的后果。電磁干擾的可能后果是從TA或TV的二次引線引入浪涌電壓，造成采樣數(shù)據(jù)錯誤，輕則影響采樣精度和計量的準(zhǔn)確性，重則可能引起微機保護誤動，甚至還可能損壞元器件。(3)開關(guān)量輸入、輸出通道干擾的后果。開關(guān)、刀閘位置指示錯，嚴重情況會誤分開關(guān)、刀閘(4)CPU和數(shù)字電路受干擾的后果。EPROM受干擾而程序或定值遭破壞，將導(dǎo)致相應(yīng)的自動裝置無法工作。變電站抗電磁干擾的措施1、抑制干擾源的影響(一)屏蔽措施(2)二次設(shè)備內(nèi)，綜合自動化系統(tǒng)中的測量和微機保護或自控裝置所采用的各類中間互感器的一、二次繞組之間加設(shè)屏蔽層，這樣可起電場屏蔽作用，防止

19、高頻干擾信號通過分布電容進入自動化系統(tǒng)的相應(yīng)部件。(1)一次設(shè)備與自動化系統(tǒng)輸入、輸出的連接采用帶有金屬外皮(屏蔽層)的控制電纜，電纜的屏蔽層接地，對電場耦合和磁耦合都有顯著的削弱作用。(4)變電站綜合自動化系統(tǒng)的機柜和機箱采用鐵質(zhì)材料，本身也是一種屏蔽。(二)減少強電回路的感應(yīng)耦合(1)控制電纜盡可能離開高壓母線和暫態(tài)電流的入地點，并盡可能減少平行長度。(2)電流互感器回路的A、B、C相線和中性線應(yīng)在同一根電纜內(nèi)，避免出現(xiàn)環(huán)路。(3)電流和電壓互感器的二次交流回路電纜，從高壓設(shè)備引出至監(jiān)控和保護安裝處時，應(yīng)盡量靠近接地體，減少進入這些回路的高頻瞬變漏磁通。(3)機箱或機柜的輸入端子上對地接一

20、耐高壓的小電容，可抑制外部高頻干擾。由于干擾都是通過端子串人的，當(dāng)高頻干擾到達端子時，通過電容對地短路，避免了高頻干擾進入自動化系統(tǒng)內(nèi)部。2. 接地接地是變電站一、二次設(shè)備電磁兼容的重要措施之一，也是變電站綜合自動化系統(tǒng)抑制干擾的主要方法。在變電站設(shè)計和施工過程中，如果能把接地和屏蔽很好地結(jié)合起來，可以解決大部分干擾問題。3.隔離措施(一)模擬量的隔離監(jiān)控系統(tǒng)、微機保護裝置以及其他自動裝置所采集的模擬量，都來自一次系統(tǒng)的電壓互感器和電流互感器，均處于強電回路中，不能直接輸入至自動化系統(tǒng)，必須經(jīng)過設(shè)置在自動化系統(tǒng)各種交流輸入回路中的隔離變壓器(常稱小電壓互感器TV和小電流互感器TA)隔離，這些隔離變壓器一、二次之間必須有屏蔽層，而且屏蔽層必須接安全地，才能起到比較好的屏蔽效果。(二)開關(guān)量輸入、輸出的隔離變電站綜合自動化系統(tǒng)開關(guān)量的