0909113321-电气1106-吕春良-35kv变电站综合自动化监控系统设计

中南大学设计题目35KV变电站综合自动化监控系统设计学院信息科学与工程学院专业班级电气1106姓名吕春良学号0909113321摘要现在，电能已经成为关系国计民生的主要能源。随着我国电力建设的发展和城市、农村电网改造的需要，变电所数量不断增加，其在供电系统中的地位也越来越重要，如何提高供电的质量和可靠性，以及供电系统运行的安全性和经济性，是一个非常迫切的问题。普通常规变电站系统存在运行安全性低、电能质量可控性不高、运行维护工作量大等问题,因此，设计一种基于智能控制的变电站综合自动化监控系统，对变电站实时运行情况进行监控显得尤为必要。变电所计算机监控系统是采用面向对象的设计思想，并依托计算机技术、网络通信技术、现代控制技术及图形显示技术等将变电所集控制、测量及现代综合管理等功能集为一体的综合自动化系统。与常规的监控系统相比，运行人员通过主控室的人机接口装置便可实现对整个变电所运行数据的监控与记录，并将有关信息通过远动设备向各级调度中心传送，运行可靠性大大提高，综合效益显著。本设计针对现场实际存在的问题和当前变电站监控系统的发展趋势及变电所监控的特殊工艺，提出了35kv变电站综合自动化监控系统设计的基本特点及一些使用要求。同时，随着无人值守变电站管理模式的全面推广，在监控中心通过现有的电力通信网对所属变电站实现远程实时视频监控、远程故障和意外情况告警接收处理，可提高变电站运行和维护的安全性及可靠性，并可逐步实现电网的可视化监控和调度，使电网调控运行更为安全、可靠。关键词：变电站；监控系统；综合自动化；微机保护（一）发展变电所综合自动化系统的意义变电所是电力生产过程的重要环节，作用是变换电压、交换功率和汇集、分配电能。变电所中的电气部分通常被分为一次设备和二次设备。属于一次设备的有不同电压等级的电力设备，包括电力变压器、母线、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器等。有些变电站中还由要满足无功平衡、系统稳定和限制过电压等要求，装有同步调相机、并联电抗器、静止补偿装置、串联补偿装置等。常规变电所的二次系统主要由继电保护、就地监控、远动装置、录波装置等组成。在实际应用中，是按继电保护、远动、就地监控、测量、录波等功能组织的，相应的就有保护屏、控制屏、录波屏、中央信号屏等。每一个一次设备，都与这些屏有关，因而，每个设备的电流互感器的二次侧，都需要分别引到这些屏上；同样，断路器的跳、合闸操作回路，也需要连到保护、控制屏、远动屏及其他自动装置屏上。此外，对同一个一次设备，与之相应就的各二次设备（屏）之间，保护与远动设备之间都有许多连线。由于各设备安装在不同地点，因而变电所内电缆错综复杂。由于常规变电所的上述情况，决定了常规变电所存在着不少缺点：1.传统二次设备、继电保护、自动和远动装置等大多采取电磁型或小规模集成电路，缺乏自检和自诊断能力，其结构复杂、可靠性低。2.二次设备主要依赖大量电缆，通过触点、模拟信号来交换信息，信息量小、灵活性差、可靠性低。由于上述两个原因，传统变电所占地面积大、使用电缆多，电压互感器、电流互感器负担重，二次设备冗余配置多。远动功能不够完善，提供给调度z控制中心的信息量少、精度差，且变电所内自动控制和调节手段不全，缺乏协调和配合力量，难以满足电网实时监测和控制的要求。而变电所作为整个电网中的一个节点，担负着电能传输、分配的监测、控制和管理的任务。在电网统一指挥和协调下，电网各节点（如变电所、发电厂）具体实施和保障电网安全、稳定、可靠运行。变电所综合自动化是电网自动系统的一个重要组成部分。作为变电所自动系统，应该确保实现以下要求：(1).检测电网故障，尽快隔离故障部分。(2).采集变电所运行实时信息，对变电所运行进行监视、计量和控制。(3).采集一次设备状态数据，供维护一次设备参考。(4).实现当地后备控制和紧急控制。(5).确保通信要求。因此，要求变电所综合自动化系统运行高效、实时、可靠，对变电站内设备进行统一监测、管理、协调和控制。同时，又必须与电网系统进行实时、有效的信息交换、共享，优化电网操作，提高电网安全稳定运行水平，提高经济效益，并为电网自动化的进一步发展留下了空间。（二）变电所综合自动化系统微机监控系统随着经济的发展，我国用电量逐步的增大，负荷需求逐渐的加强，而以前的35kv变电站仍用熔断器和多油断路器做保护，这些结构简单，操作维护不方便，开断容量小等缺陷，满足不了负荷的需求。随着技术的改善，设备不断改善，我国的变电站由老设备向新设备转变，有人值班向无人值班变电站转变，现在通过改善变电站的结构，提高变电站的可靠性，灵活性，经济性，来减少在网路的损耗，而且形成了变电站综合自动化系统取代以前的变电站二次系统的发展趋势。我国变电站自动化技术越来越成熟，以简单，经济的，可扩展性强等特点为用户所接受，并在一些大的变电站设计中得到充分的肯定。变电所综合自动化系统包括微机监控系统与微机继电保护系统两大部分，监控系统主要完成变电站内设备运行状态的信息采集、处理，从而实现监视控制与管理。微机保护系统主要根据采集到的系统运行参数，通过故障分析，从电网中迅速切除设备和线路。变电所综合自动化系统的建立，涉及到方方面面的内容。本文主要针对35KV变电所在增容改造的过程中，变电所的供电系统情况及有关要求。研究讨论分层分布式35KV变电所综合自动化系统，并着重研究35KV变电所综合自动化系统的电器主接线、变压器台数选择以及布置规则等要点。在监控系统中主要进行的研究工作和实现的目标如下：(1).分析当前变电所综合自动化系统研究现状，提出变电所综合自动化系统的体系结构及其能实现的功能。(2).分析牵引变电所的地理位置，所内设备的装配及控制手段。.(3).分析对实时监控系统的要求和其应具有的功能。(4).通过观察主显示屏的参数及各高压开关电气的相关参数，完成主监控界面的绘制，实现变电所综合自动化系统实时监控。变电所综合自动化系统的概述变电站综合自动化系统是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备(包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等)的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。通过变电站综合自动化系统内各设备间相互交换信息，数据共享，完成变电站运行监视和控制任务。变电站综合自动化替代了变电站常规二次设备，简化了变电站二次接线。变电站综合自动化是提高变电站安全稳定运行水平、降低运行维护成本、提高经济效益、向用户提供高质量电能的一项重要技术措施。（一）变电所综合自动化的基本原理变电所综合自动化是将变电所的二次设备（包括测量仪表、控制系统、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置）经过功能组合和优化设计，利用先进的计算机技术、电子技术、通信技术和信号处理技术实现对全变电站电气设备输配电线路的自动控制、自动监视、测量和保护，以及实现与运行和调度通信相关的综合性自动化功能。变电综合自动化系统是利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，替代了常规的控制设备、远动设备、信号设备和测量监视仪表。变电所综合自动化系统具有功能综合化、系统结构微机化、测量显示数字化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特点。简言之，变电所综合自动化是集保护、测量、控制、远运等为一体通过数字通信及网络技术来实现信息共享的一套微机化的二次设备及系统。其应该具有以下特点：1.功能综合化2.结构分布、分层化3.操作监视屏幕化4.通信系统网络化、光缆化5.运行管理智能化6.测量显示数字化正是由于变电所综合自动化系统具有的上述明显特征，使其发展具有强劲的生命力。因此，变电所综合自动化将成为今后新建变电主导技术，同时也是变电所改造的首选产品。（二）变电所综合自动化系统的结构形式从变电所综合自动化系统的发展过程来看，其结构形式有集中式、分层分布式、分散集中式、完全分散分布式；从安装物理位置上来划分有集中组屏、分层组屏和分散在一次设备间隔上安装等形式。1．集中式变电所综合自动化系统集中式结构的变电所综合自动化系统，指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电所的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能，集中结构也并非指由一台计算机完成保护、监控等全部功能。多数集中式结构的微机保护、微机监控和与调度等通信的功能也是由不同的微机完成的，只是每台微机承担的任务多一些。例如监控机要负担数据采集、数据处理、开关操作、人机联系等多项任务；担任微机保护的计算机，可能一台微机要负责几回低压线路的保护等。这种结构形式主要出现在变电所系统问世的初期，如图2-1所示。这种结构形式是按变电所的规模配置相应容量、功能的微机保护装置和监控主机及数据采集系统，它们安装在变电所主控室内。主变压器、各种进出线路及所内所有电气设备的运行状态经电缆传关到主控制室的保护装置或监控计算机上，并与调度中心的主计算机进行数据通信。当地监控计算机完成当地显示、控制和制表打印等功能。集中式综合自动化系统的缺点是：(1)计算机的功能较集中，如果一台计算机出故障，影响面大，因此必须采用双机并联运行的结构才能提高可靠性。(2)集中式结构，软件复杂，修改工作量大，调试难度大。(3)动态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电所，软、硬件都必须另行设计，工作量大，因此影响了批量生产，不利于推广。(4)集中式保护与长期以来采用一对一的常规保护相比，不直观、不符合运行和维护人员的习惯，调试和维护不方便，程序设计麻烦。因此，集中式综合自动化系统，适合于小型变电所的新建或改造。2.分层分布结构集中组屏的变电所综合自动系统随着微机技术和通信技术的发展，特别是在20世纪80年代后期，单片机的性能价格比越来越高，给变电站综合自动化系统的研究和开发工作注入了新的活力，使研制者有图2-1变电所综合自动化系统集中式结构示意图至调度中心监控动作信号输出脉冲量输入开关量输入模拟量输入保护动作信号输出电容器输电线路主变压器输入/接输出口当地监控计算机打印机微机保护装置键盘、鼠标打印机显示器条件将微机保护单元和数据采集单元按一次回路进行设计。所谓分布式结构，是在结构上采用主从CPU协同工作方式，各功能模块之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力、解决了集中式结构独立CPU计算处理的瓶颈问题，方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。按照IE61850变电所通信网络和系统协议，变电所能通信体系分为三层：变电站层、间隔层、设备层：这就是所谓的分层式结构。在变电所综合自动系统中，通常把继电保护、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能综合在一起的装置称为保护单元，而把测量和控制功能综合在一起的装置称为保护单元，两者通称为间隔单元。设备层主要是指变电所内的变压器和断路器、隔离开关及辅助触点，电流互感器、电压互感器等一次设备，图2－2是变电所综合自动化系统的分层构示意图。间隔层按一次设备组织，一般按断路器的间隔划分，包括测量、控制和继电保护部分。测量、控制部分负责单元的测量、监视、断路器的操作控制和连锁及事件顺序记录等；保护部分负责该单元线路或变压器或电容器的保护、各种录波等。因此，间隔层本身是由各种不同的单元装置组成，这些独立的单元装置直接通过总线接到变电站层。变电所层由一台或多台微机组成，这种微机操作简单方便、界面汉化。3.中、小型变电所的分层分布式集中组屏结构分层分布式系统集中组屏结构是把整套综合自动化系统按其功能组装成多个屏（或称柜），例如主变压器保护屏（柜）、线路保护屏、数据采集屏、出中屏等。一般来说，这些屏都集中安装在主控室中，我们把这种结构称为“分布集中式结构”，其系统结构如图2-3所示：图2－2　变电所综合自动化系统分层分布式结构示意图元电容　器保护单主变保护单元线路保护单元综合监控单元1综合监控单元数据采集单元间隔层至调度中心前置机变电站层打印机当地监控机显示器图2-3　中小型变电所集中组屏结构示意图控制屏