第二章--变电站综合自动化的设计原则

第二章变电站综合自动化的设计原则及结构形式李薇薇变电站综合自动化系统应满足的要求变电站综合自动化系统应能全面代替常规的二次设备微机保护的软、硬件设置既要与监控系统相对独立又要相互协调。保护与测控单元的接口可采用串口、现场总线、以太网等多种形式功能和配置应满足无人值班的要求应具备可靠性高和抗干扰能力强的特点系统应具有良好的可扩展性和适应性系统应具有良好的标准化程度和开放性能系统应充分利用数字通信的优势，实现数据共享变电站综合自动化系统的研究和开发工作必须统一规划和进行。变电站综合自动化的结构形式集中式结构分层分布式系统集中组屏的结构形式分散与集中相结合和分布分散式结构形式集中式结构集中式结构综合自动化系统的功能及特点能及时采集变电站中各种模拟量、开关量，完成对变电站的数据采集、实时监控、制表、打印、事件顺序记录等功能能完成对变电站主要设备和进出线的保护任务系统具有自诊断和自恢复功能结构紧凑、体积小、可以大大节省占地面积造价低，实用性强，适合小型变电站的新建和改造。集中式结构存在的缺点每台计算机的功能较集中，如果一台计算机出现故障，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。所使用的软件复杂，修改工作量大，系统调试麻烦。组态不灵活，对不同主接线或不同规模的变电站，软硬件都必须另行设计，工作量大，不利于批量生产。集中式保护与传统保护相比不直观，调试和维护不方便，程序设计麻烦，只适合于保护算法比较简单的情况。分层分布式系统集中组屏的结构形式分布式结构：在结构上采用主、从CPU协同工作方式，各功能块之间采用网络技术或串行方式实现数据通信。整个变电站的一、二次设备可分为三层，即变电层、单元层（或间隔层）和设备层。变电站的一、二次设备分层结构示意图分层分布式系统集中组屏的综合自动化系统结构框图分层分布式集中组屏结构的主要特点由于分层分布式结构的配置在功能上采用可以下放尽量下放的原则，凡是可以就地完成的功能决不依赖通信网，任一部分设备出现故障只影响局部，大大提供了系统的整体可靠性，同时软件比较简单，可扩展性和灵活性强，节约投资，减少维护工作量。继电保护相对独立。具有与系统控制中心通信功能。工作环境良好，管理维护方便。主要缺点是，安装时需要的控制电缆较多。分布分散式变电站综合自动化系统结构框图分布式变电站综合自动化系统的特征和优点特征：综合的保护和控制综合IED（IntelligentElectronicDevices)装于开关设备上或离开关设备较近的地方IED与通讯网相连分散的数据采集(一般为交流采样)和输入输出功能RTU－主要承担规约转换(不承担数据采集和输入输出)大大减少二次电缆取消光字牌屏和中央信号屏，简化控制屏，减少屏柜，节省占地空间大大减少硬件重复设置(一处采集全网共享)减少设计、安装、调试和维护工作量(系统简洁、有层次、标准化)系统实时性、可靠性高，灵活性好性能/价格比高提高自动化水平和管理水平优点：分布分散式结构的主要特点变电站间隔层在站内按间隔分布式配置。由于安装在开关柜的保护与测控单元在开关柜出厂前已由厂家安装和调试完毕，加之敷设电缆的数量大大减少，因此简化了现场施工、安装和调试工作。由于分散分布结构，各单元分散安装，减少了电流互感器的负担，各模块与监控机之间通过局域网与现场总线连接，组态灵活，可靠性高，抗干扰能力强。分散与集中相结合和分布分散式结构形式将配电线路的保护和测控单元分散安装在开关柜内，而高压线路保护和主变保护装置等仍采用集中组屏的系统结构，称为分散与集中相结合的结构。继电保护和微机监控的发展趋势中低压保护走向功能综合,分散就地安装二次设备面向对象--电力系统间隔的设计对高压系统,保护强调完全独立测控系统按间隔设计，分散至间隔单元布置测控单元应直接连至变电站主网系统三种布置：就地.小间和控制室返回南昌站500KV保护小间返回南昌站220KV保护小间返回220千伏丹东新兴变电站220千伏开关场小室返回辽宁丹东变66KV户外保护柜返回变电站综合自动化要实现随时在线监视电网的运行参数、设备运行状态；自检、自诊断设备本身的异常运行，发现变电站设备异常变化或装置内部异常时，立即自动报警并闭锁相应的出口，以防止事态扩大。电网出现事故时，快速采样、判断、决策，迅速隔离和消除故障，将故障限制在最小范围。完成变电站运行参数在线计算、存储、统计、分析报表和远传，保证自动和遥控调整电能质量。变电站综合自动化在各电压等级变电站中的具体实现◆220/500KV变电站的典型配置◆110KV变电站的典型配置◆110KV变电站网络层主网的选择－－LonWorks◆相关图片变电站层网络层间隔层区调县调通道接口主站1通道接口主站2通道接口主站3通道接口主站4显示器PC机打印机主站5当地监控工程师站公用电话线PC机PC机主站6MODEM远方工程师站10kV线路保护CSL216B10kV电容器保护CSP200A主变保护CST213ACST31A断路器控制单元CSI301A备自投CSB21A综合测量单元CSD12A分段保护CSL216B接地变保护CST301A专用测量单元CSD12ALON双绞线网装于开关柜上主变保护柜备投柜公用柜电度表柜电度表1电度表n辅助接口其它装置或系统110kV变电站典型配置图返回工程师站以太网1以太网2220/500kV变电站典型配置图。。。保护1CSL101A收发讯机保护2CSL101A收发讯机测控单元CSI200B远方跳闸CSI125A间隔保护小室N。。。测控单元CSI200E远方跳闸CSI125A间隔LON1LON2保护1CSL101A收发讯机保护2CSL101A收发讯机测控单元CSI200B远方跳闸CSI125A间隔保护小室1。。。测控单元CSI200E远方跳闸CSI125A间隔LON1LON2远动主站1远动主站2其它功能工作站五防主站当地监控主站1当地监控主站2打印服务器至调度1至调度2DB1DB2至公共电话网返回CSI200E测控单元继电保护CSL101A继电保护间隔1CSI200E测控单元继电保护CSL101ALON1继电保护间隔N变电站一次开关场远动主站1远动主站2其它功能工作站五防主站当地监控主站1当地监控主站2打印服务器工程师站至调度1至调度2以太网1以太网2至公共电话网LON2LON1LON2DB1DB2返回工程师站以太网1以太网2继电保护1CSL101A收发讯机继电保护2CSL101A收发讯机分相操作箱电压切换箱测控单元CSI200E测控单元（CSI200E）：1.按间隔设计，分布式布置2.直接连接至监控主网3.承担间隔RTU功能4.功能配置:（1)遥测:本线路电压、电流、功率等（2）遥信：断路器、刀闸位置信号断路器本体机构有关信号（3）遥控：断路器、刀闸的带防误闭锁的遥控输出（4）其它：用通讯方式收集继电保护的动作信号,收集脉冲或数字电度表的输出LON1LON2远动主站1远动主站2其它功能工作站五防主站当地监控主站1当地监控主站2打印服务器至调度1至调度2DB1DB2至公共电话网返回什么是现场总线现场总线是用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的通信系统。可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快，系统安全符合环境保护要求，造价低廉，维护成本低是现场总线的特点。现场总线技术的主要特点*完全替代4－20mA模拟信号，实现传输信号数字化，从而易于现场布线，且降低了电缆安装和保养费用，增加了可靠性。*控制、报警、趋势分析等功能分散在现场仪表和装置中，简化了上层系统。*各厂家产品的交互操作和互换使用，给用户进行系统组织提供了方便。*实现自动化仪表技术从模拟数字技术向全数字技术的转化，自动化系统从封闭式系统向开放式系统的转变。返回现场总线的变革现场总线对当今的自动化带来以下7个方面的变革用一对通信线连接多台数字仪表代替一对信号线只能连接一台模拟仪表；用多变量、双向、数字通信方式代替单变量、单向、模拟传输方式；用多功能的现场数字仪表代替单功能的现场模拟仪表；用分散式的虚拟控制站代替集中式的控制站；用控制系统FCS代替集散控制DCS；变革传统的信号标准、通信标准和系统标准；变革传统的自动化系统的体系结构、设计方法和安装调试方法。返回LONWORKS技术简介美国Echelon公司推出的Lonworks网络该公司主要领导人:Dr.OshmanChairmanandCEO曾是IBM副总裁Mr.MarkkulaViceChairman是苹果计算机公司总裁网络芯片：Neuron芯片由Motorola和东芝两大公司生产，含三个CPU其中两个CPU有固件承担了ISO规定的开放式计算机网络互联系统的七层规约的六层，仅应用层可由用户编程，由第三个CPU执行。目前拥有用户2500个公司，覆盖各行各业，包括：AT&T、GM、IBM、Motorola、英国NationalGridCompany、Bell…ABB等。截止98年底，已有1700万个Lon网络节点在各种应用系统中运行。返回变电站综合自动化技术的发展方向从集中控制功能分散型向全分散网络型发展开发标准型的软、硬件平台从计算机控制向综合智能控制发展保护与控制装置向户外型演变从屏幕数据监视向多媒体监视发展实现纵向和横向综合Lonworks的技术特点Lonworks是由美国Echelon公司推出的实时测控网络，其主要技术特点有：1.采用LonTalk通信协议，该协议遵循国际标准化组织ISO定义的开放系统互连OSI全部七层模型，网络协议开发，可以实现互操作。2.可在任何通信介质下通信，包括双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、射频电缆和红外线，并且多种介质可以在同一网络中混合使用。3.网络操作系统结构可以使用主从式、对等式或客户/服务式结构。4.提供总线型、星型、环型、混合型等网络拓扑结构。5.改善了CSMA，采用一种新的称之为Predictivep-persistentCSMA，可以在负载较轻时使介质访问延迟最小化，而在负载较重时使冲突的可能最小化。6.网络通信采用面向对象的设计方法，LONWORKS技术将其称之为“网络变量”，不但节省了大量的设计工作量，同时增加了通信的可靠性。7.通信的每帧有效字节数可以从0到288个字节。8.通信速率为78Kps/2700m、1.25Mbps/130m。9.一个测控网络上的节点数，可达32000个。LONWORKS的技术核心是神经元芯片Neuron，这种使用CMOSCLSI技术的神经元芯片使实现低成本的控制网络成为可能。在Neuron芯片中有3个8位的CPU，第一个CPU为介质访问控制处理器，处理LonTalk协议的第一层和第二层，它包括驱动通讯子系统硬件和执行冲突避免算法；第二个CPU为网络处理器，处理LonTalk协议的第三层到第六层，它进行网络变量的处理、寻址、事务处理、证实、背景诊断、软件计时器、网络管理和函数路径选择等，它还控制网络通讯口，物理地发送和接受数据包；第三个CPU为应用处理器，它执行用户编写的代码及用户的代码所调用的操作系统服务。返回控制网与传统数据网比较1装置间经常可靠和安全的通信2报文格式一般较短3每个装置对等的功能性返回现场总线与RS232、RS485的本质区别RS232、RS485只能代表通信的物理介质层和链路层，如果要实现数据的双向访问，就必须自己编写通信应用程序，但这种程序多数都不符合ISO/OSI的规范，因此，通用性不强。在RS232、RS485设备联成的设备网中，如果设备数量超过2台，就必须使用RS485做通信介质,采用半双工方式。RS485网的设备间通信只能采用主从式网络或环形网络。采用主从式网络只允许有一台主设备。采用环形网络的设备通过令牌形式获得总线控制权。采用RS485接口通信抗干扰性能差，传输速率不高，如果不加中继,其可靠传输距离不超过200米。现场总线设备自动成网，无主从设备之分或允许多主存