综合自动化技术现状与发展(国电南自)

国电南京自动化股份有限公司电气化铁路牵引变电所综合自动化技术现状与发展技术讲座讲座提纲一、变电所综合自动化的基本概念二、变电所综合自动化的发展过程三、变电所综合自动化的现状四、变电所综合自动化的发展方向变电所综合自动化的基本概念什么是变电所综合自动化系统？利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术、信息处理技术等实现对变电所二次设备（包括：继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置、远动装置等）的功能进行重新组合、优化设计，对变电所全部设备的运行情况执行监视、测量、控制、协调的一种综合性的自动化系统。变电所综合自动化系统的优点：变电所综合自动化系统替代了常规二次设备，简化了二次接线，是提高变电所安全稳定运行水平、降低运行维护成本、提高经济效益、提供高质量电能的一项重要技术措施。变电所综合自动化的基本概念变电所综合自动化的基本概念宝成复线牵引变电所保护盘变电所综合自动化的基本概念太原北牵引变电所综合自动化系统变电所综合自动化的发展过程国外研究始于70年代1980年日本研制了第一套综合自动化系统1984年瑞士BBC公司首次推出综合自动化系统1985年德国西门子公司推出第一套综合自动化系统目前综合自动化系统在美国、德国、法国、意大利等国家得到了普遍采用变电所综合自动化的发展过程国内电力系统对综合自动化系统的研究始于80年代中期1987年清华大学研制了第一套35kV变电所综合自动化系统90年代国内各大公司纷纷推出了各自的综合自动化系统目前为止，110kV以下电压等级变电所已普遍采用综合自动化系统，220kV~500kV电压等级变电所正在逐步推广变电所综合自动化的发展过程国内牵引供电系统研究始于90年代中期1997年东北某公司首先在南昆线电气化铁路的牵引变电所中推出了综合自动化系统2001年国电南自在川黔线、贵昆线正式投运了采用网络通信传输方式的高可靠性的综合自动化系统2001年国内其他兄弟厂家也相继开始了类似产品的试运行变电所综合自动化的发展过程众所周知，目前国内牵引变电所在大修改造、新线建设过程中已全面采用综合自动化系统，铁道部发布的《京沪高速铁路设计暂行规定》、《新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定》中明确指出：牵引变电所、开闭所、分区所、AT所宜采用综合自动化系统。变电所综合自动化的现状目前牵引变电所综合自动化系统的结构模式分层分布式概念：分布(分散)是指系统是按照变电所的元件、断路器间隔设计、也可理解为一对一保护控制模式分层是指变电所综合自动化系统按逻辑上划分为三层，即站级管理层、通信层、间隔层变电所综合自动化的现状变电所以太网接线方式结构图变电所综合自动化的现状变电所现场总线+以太网接线方式结构图变电所综合自动化的现状设备组成站级管理层：监控计算机、打印机、人机接口设备通信层：通信处理装置、远程通信设备、所内通信网络、通信切换装置间隔层：变压器保护测控装置、馈线保护测控装置、电容器保护测控装置、综合测控装置、进线及主变自投装置等变电所综合自动化的现状变电所综合自动化系统的站级管理层变电所综合自动化的现状变电所综合自动化系统的通信现场级通信a.各间隔单元与变电所计算机系统通信b.各间隔单元之间的互通信c.其他智能化电子设备与后台监控计算机通信与上级调度的通信主要实现四遥功能：遥信、遥测、遥控、遥调变电所综合自动化的现状通信接口a.并行、串行b.局域网、区域网、广域网、互联网c.现场总线变电所综合自动化的现状以太网通信结构是一种总线型拓扑结构，增减用户方便，某一节点故障不影响其他部分工作。可以采用双绞线或光纤作为介质，传输距离可达到1～10km，速率可达10Mbit/s。变电所综合自动化的现状现场总线通信结构主要使用的有Lonworks现场总线、CAN总线控制局域网络Lonworks通信速度可达1.25Mbit/s，此时有效距离为130m；直接通信距离长达2700m/78kbpsCAN的速率可到1Mbit/s，此时有效距离为40m；直接通讯距离最远可达10km/5kbps可以采用双绞线或光纤作为介质变电所综合自动化的现状变电所内通信规约类型IEC60870-5-103远动通信规约类型IEC60870-5-101/103/104DL451－1991(国标CDT)N4F-POLLINGSC1801DNP3.0变电所综合自动化的现状传输介质主要以双绞线（5类线）、电力载波、音频电缆、无线（RF）、红外（IR）、同轴电缆和光纤通信，其中尤以光纤通信抗电磁干扰能力强，通信容量大。变电所综合自动化的现状变电所综合自动化系统的间隔单元变电所综合自动化的现状牵引变电所综合自动化系统的功能介绍国际大电网会议WG34.03工作组将变电所自动化功能分类为：控制与监视功能、自动控制功能、测量表计功能、继电保护功能、与继电保护有关功能、接口功能、系统功能等7种。变电所综合自动化功能由电网安全稳定运行和变电站建设、运行维护的综合经济效益要求所决定。变电所综合自动化的现状继电保护功能牵引主变压器保护馈线保护及自动重合闸并联电容器保护动力变压器保护保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性、速动性四项基本要求变电所综合自动化的现状监视控制功能实时数据采集与处理运行监视功能故障录波与测距功能事故顺序记录与事故追忆功能控制及安全操作闭锁功能数据处理与记录功能变电所综合自动化的现状监视控制功能人机联系功能打印功能运行的技术管理功能谐波分析和监视功能自诊断、自恢复和自动切换功能变电所综合自动化的现状自动控制装置的功能备用电源自投控制远动及数据通信功能综合自动化系统的现场级通信综合自动化系统与上级调度的通信变电所综合自动化的现状影响综合自动化系统可靠运行的问题变电所设计方面问题(技术标准)运行管理方面问题(设备维护)产品质量问题(功能完善、电磁兼容水平)供应商服务问题变电所综合自动化的现状电力系统电磁兼容问题●电力系统内电气和电子设备集中，电磁环境复杂，在正常和异常运行状态下都会产生或出现各种电磁干扰，例如开关操作、短路故障等的暂态过程；高电压、大电流导线或设备附近的电场和磁场；射频电磁辐射；雷电；静电放电；供电网的电压波动、电压突降和中断；谐波；电子设备的工作信号和噪声等。变电所综合自动化的现状●在电力系统中运行的自动化设备是电磁干扰的敏感者。以微电子技术和计算机技术为基础的二次弱电设备，如继电保护、自动控制、远动和通信装置等在电力系统中广泛使用，它们的灵敏度高，且与强电设备靠近，很容易受到干扰。在我国电力系统中，由于开关操作、雷电、辐射电磁场、工频磁场等原因引起的干扰事件屡有发生，其结果是造成保护误动，自动化设备不能正常工作，甚至造成元件或设备损坏。变电所综合自动化的现状●电磁干扰导致设备系统性能下降、无法工作甚至损坏通信故障、中断设备无法工作、损坏电网保护装置误动或拒动，导致电网事故系统“死机”静电引起火灾、设备损坏●对人类健康产生影响变电所综合自动化的现状EMC电磁兼容(Electro-MagneticCompatibility)EMC=EMI+EMSEMI(Electronic-MagneticInterferenc)电磁干扰：装置、设备对外界产生的电磁发射EMS(Electronic-MagneticSusceptibility)电磁抗扰度（敏感度）：装置、设备或系统对外界电磁干扰的抵抗能力变电所综合自动化的现状脉冲群瞬态干扰雷击浪涌辐射静电放电变电所综合自动化的现状电磁干扰传播方式传导（电源线、互连线、共阻抗）辐射（近场感应、远场辐射）变电所综合自动化的现状干扰源●自然干扰源：雷电、宇宙噪声等●人为干扰源：发射机、各类电子电气设备、架空输电线、高压设备、电动工具、照明器具、家用电器等●静电变电所综合自动化的现状主要干扰源●高压回路中操作断路器、隔离开关引起的电磁暂态干扰●高压装置产生的工频电场和磁场●接地系统中的短路电流引起的电位升●雷电引起的暂态干扰●低压设备开合操作引起的电快速瞬变●静电放电变电所综合自动化的现状主要干扰源●由于设施内部或外部的无线电发射装置产生的高频场●由于设施内其他电气或电子设备产生的高频传导和辐射干扰●由供电线路传来的低频传导骚扰●核电磁脉冲●地磁干扰变电所综合自动化的现状对二次设备最具影响的干扰波形●阻尼振荡波：源于高压断路器、隔离开关操作●电快速瞬变脉冲群：断开低压直流电路中(如机电式继电器、接触器等)的小电感负载而引起的暂态电压●辐射电磁场：源于电磁发射，如对讲机等●浪涌：源于雷击时产生的强大电磁能量●工频磁场：源于载流导体和运行中的电力设备变电所综合自动化的现状解决电磁兼容问题根本途径●去除干扰源●切断干扰传播路径●提高感受器的抗干扰能力变电所综合自动化的现状解决电磁干扰的方法(变电所)电力系统设计时应考虑：●接地网●电缆铺设●屏蔽提高二次设备的抗干扰性能：●开发设计●制造工艺●试验检测变电所综合自动化的现状紧凑的机箱结构、可靠的接地变电所综合自动化的现状印制板背插式机箱结构变电所综合自动化的现状印制板多层布线、元器件SMT表面贴装技术变电所综合自动化的现状电路隔离技术变电所综合自动化的现状国家二次设备电磁兼容试验标准GB/T14598.9-1995量度继电器和保护装置的辐射电磁场干扰试验GB/T14598.10-1996量度继电器和保护装置的快速瞬变干扰试验GB/T14598.13-1998量度继电器和保护装置1MHz脉冲群干扰试验GB/T14598.14-1998量度继电器和保护装置的静电放电试验GB/T17626.5-1999电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验GB/T17626.8-1998电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验变电所综合自动化的发展方向变电所综合自动化技术是提高变电所安全稳定运行水平、降低运行维护成本、提高经济效益、提供高质量电能的一项重要技术措施。无论从管理角度还是从技术经济角度，牵引变电所实现无人值班、分区所实现箱式化将是综合自动化发展的一个新目标。该目标是调度远动化技术、变电所综合自动化技术、安全视频监控技术、一次设备在线检测技术、数字化通道技术的有机结合，目前国产技术已能满足其功能要求。我们设备供应商将一如既往地为铁路提供高质量的产品，为铁路跨越式发展作更大的贡献。