变电站自动化

第四章变电站和开关站的综合自动化•一、变电站综合自动化的基本概念•变电站综合自动化是将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。•变电站综合自动化是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用第一节概述•变电站综合自动化系统，即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，代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。•变电站综合自动化系统具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。二、变电站综合自动化系统的基本功能基本功能数据采集微机保护与自动装置数据处理与记录控制与操作闭锁与远方操作控制中心通信人机联系自诊断数据库•（1）模拟量•变电所的进线电压、电流和功率值，各段母线的电压、电流，各馈线回路的电流及功率值。此外还有变压器的油温，电容器室的温度，直流电源电压等。•（2）状态量•变电所内各高压断路器和高压隔离开关的位置状态；变电所内一次设备运行状态及报警信号，变压器分接头位置信号，无功补偿电容器的投切开关位置状态等。•（3）脉冲量•脉冲量是指脉冲电度表输出的以脉冲信号表示的电度量。（一）数据采集•（1）变电所运行参数的统计、分析与计算。•（2）变电所内各种事件信息的顺序记忆并登录存档•（3）变电所内运行参数和设备的越限报警及记录。（二）数据处理与记录•（1）操作出口具有跳、合闭锁功能。•（2）操作出口具有并发性操作闭锁功能。•（3）根据实时信息，实现断路器、隔离开关操作闭锁功能。•（4）适应一次设备现场维修操作的“电脑五防操作及闭锁系统”。即：防止带负荷拉、合隔离开关；防止误入带电间隔；防止误分、合断路器；防止带电挂接地线；防止带地线合隔离开关。•（5）CRT屏幕操作闭锁功能只有在输入正确的操作口令和监护口令才有权进行操作控制。（三）控制与操作闭锁•微机保护主要包括线路保护、变压器保护、母线保护、电容器保护；自动装置主要是备用电源自动投入装置和自动重合闸装置等。作为综合自动化重要环节的微机保护及自动装置应具有以下功能：•（1）故障记录，且断电保持。•（2）存储多套整定值；并能显示及就地修改整定值。•（3）实时显示保护主要状态（功能投入情况及输入量值等）。•（4）与监控系统通信。（四）微机保护与自动装置•本功能即常规的远动功能或扩充的远动功能，在实现遥测、遥信、遥调、遥控的基础上增加了远方修改整定保护定值等。•当用户供电系统及变电所的运行参数需要向电力调度传送时，可通过相应的接口和通道，按规定的通信规约向电力调度部门传送数据信息。（五）与远方操作控制中心（或电力部门调度中心）通信•（1）屏幕显示•（2）通过键盘输入数据•（3）人工操作控制•（4）运行参数及信息的打印记录（六）人机联系功能•综合自动化系统的各单元模块应具有自诊断功能，自诊断信息也像数据采集一样周期性地送往后台机操作控制中心（七）自诊断功能•变电站综合自动化系统的数据库是用来存储整个供电系统所涉及到的数据信息和资料信息。对供电系统而言，其数据库中的类型一般可分为基本类数据、对象类数据、归档类数据。（八）变电站综合自动化系统的数据库三、变电站综合自动化系统的结构结构形式集中式分布分散式分布集中式分层分布式采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、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。把变电所内各回路的数据采集单元、控制单元和保护单元分别集中安装在变电所控制室内的相应屏（柜）中。将变电所内各回路的数据采集，微机保护及监控单元综合为一个装置，就地安装在数据源现场的开关柜上。按变电所内的回路设计的，每个单元模块对应于一条回路或按变电所内的一次设备对应分布配置。（一）集中式变电站综合自动化系统集中式变电站综合自动化系统框图监控主机主变压器TVTA键盘显示器打印机各保护装置通信控制器输出接口输入接口A/D模块输出接口开入接口输入接口线路TVTA模拟量输入保护出口断路器分合状态继电保护信息量输入断路器和隔离开关状态输入出口继电器调度中心•（1）能实时采集变电所中各种电气设备的模拟量、脉冲量、开关状态量，并建立实时数据库，通过处理产生各种所需要信息。•（2）完成对变电站主要设备和进、出线的保护任务。•（3）集中式结构紧凑、体积小，可大大减少占地面积。•（4）造价低，尤其是对35kV或规模较小的变电站更为有利。•（5）系统信息集中处理，需要敷设大量电缆、投资和工程量大。•（6）该系统内信号采集后以模拟量传输为主，系统精度低，易受外界干扰信号影响，可靠性较低。•（7）集中式装置系统调试麻烦、维护工作量大、扩容灵活性较差。集中式综合自动化系统的主要特点变电站的一、二次设备分层结构示意图远动主机故障录波控制测量监控主机保护单元1保护单元n2层变电层1层单元层0层设备层TVTATVTA高压设备高压设备TVTATVTA断路器断路器单元级设备级监控上位机鼠标显示器打印机调度集控中心保护管理机数采控制机分布式集中组屏结构的系统结构框图键盘调制解调器电能计量A/D采样单元开关量输入单元中断输入板开关量输出单元线路保护单元电容保护单元主变压器保护单元备用电源自投自动重合闸装置电压无功控制柜变电站级TVTATVTA断路器分接开关隔离开关及其他断路器状态断路器隔离开关TA、TV及断路器、隔离开关位置输入和断路器输出控制数采柜各种保护柜打印或其他接口调度所/控制中心分布分散式综合自动化系统结构示意图TV/TA状态信号操作回路保护回路TV/TA状态保护出口保护出口线路开关柜保护与监控单元馈线开关柜保护与监控单元变压器保护单元TV/TA状态信号TV/TA状态信号油温人机联系主控机（或双机）电容器保护单元•（1）变电站自动化系统的配置、功能以及设备的布置应满足电网安全、优质、经济运行和信息分层传输、资源共享的原则•（2）分散式系统的功能配置宜采用下放的原则•（3）设计时应考虑远方与就地控制操作并存的模式•（4）站内自动化及无人值班站的接入系统设计应从技术上保证站内自动化系统的硬件接口满足国际标准。•（5）要积极而慎重地推行保护、测量、控制一体化设计，确保保护功能的相对独立性和动作可靠性。•（6）应优先采用交流采样技术，减轻TA，TV的负载，提高测量精度。•（7）建议采用局域网(LAN)通信方式•（8）在选择通信介质时可优先采用光纤通信方式四、变电站自动化系统设计原则•（1）提高了电压合格率，保证了供电质量。•（2）提高了变电站的安全、可靠运行水平。•（3）提高电力系统的运行，管理水平。•（4）缩小变电站占地面积，降低造价，减少总投资。•（5）减少维护工作量，减少值班员劳动强度，实现减人增效。五、变电站实现综合自动化的优越性第二节微机远动装置简介RTU基本功能遥信自恢复和自检测RTU和SCADA系统通信事件顺序记录系统对时电能采集四遥功能遥测遥控遥调利用全球定位系统采用软件对时•（一）集中式微机远动装置•集中式微机远动装置是整个变电站只采用一个RTU，集中布置于一个机箱或机柜中，把全站所有的遥测、遥信、遥控、遥调量都集中到它身上。•（二）分布式微机远动装置•分布式微机远动装置模式是按照功能或者结构来构成分布式布置。二、微机远动装置的结构模式AI1Z80ACPUIEEE-795BUSAI2SGSORWDTSI1SI2SOCPASIO3ModemSIO2Modem调度所2SIO1KB调度所1CRT自检集中式微机远动装置的典型体系结构遥测模块遥信模块遥调模块开关组态模块监视定时器模块遥控模块电能脉冲量采集模块键盘与显示器模块（二）分布式微机远动装置分布式微机远动装置模式是按照功能或者结构来构成分布式布置。1号主变压器保护监控单元1号主变压器后备保护单元2号主变压器后备保护单元10kV联络线保护监控单元10kV丙线路保护监控单元10kV乙线路保护监控单元Modem集中转发单元或当地功能补偿电容器保护监控单元10kV甲线路保护监控单元2号主变压器保护监控单元开关位置，保护信号、、、QPIU分闸遥控开关合闸变电站综合自动化置构成的结构分布式微机远动装kV35LONWORKS现场总线•60年代后期：提出利用计算机构成继电保护的设想。•70年代初：有关继电保护算法方面的研究工作开始进行，并发表了大量论文。•70年代中期：大规模集成电路和数字技术的飞速发展，引起广大继电保护工作者的兴趣和关注。•80年代初：国内第一套WXB-01型微机保护问世。•目前，国内已经研制出多种类型的微机保护装置，大量的投入现场运行，并已取得成功的现场运行经验。第三节微机保护装置简介一、微机型继电保护装置的应用和发展概况•1．维护调试方便•2．可靠性高•3．灵活性高•4．多功能二、微机型继电保护装置特点•微机保护硬件示意框图三、微机保护硬件系统组成及作用•数据采集系统的作用:完成输入信号的预处理。即对取自被保护元件的连续模拟信号进行必要的处理并将其变成离散信号，最后转换成数字信号，输入给微处理机。•CPU主系统的作用:由微处理器执行存放在EPROM中的程序，对由数据采集系统输入至RAM区的原始数据进行分析处理，以完成各种继电保护的功能。•开关量输人／输出系统的作用:完成各种保护的出口跳闸、信号警报、外部开关量的输入及人机对话等功能。各组成部分作用2020/10/2沈阳工程学院28•一、正弦电压、电流和阻抗的计算•1．采样值积算法（曲线拟合法）•2．半周积分法（面积法）•3．导数法•(二)傅氏算法•（三）解微分方程法•二、保护功能算法•（一）相电流突变量元件；（二）相电流差突变量元件•（三）电流元件；(四)方向元件；(五)移相算法•（六）负序分量算法；(七)阻抗元件第四节数字式继电保护算法•根据输入电气量两个点的采样值，通过一定的数学式或方程式计算出输入电气量的数值。一、两采样值积算法2020/10/2沈阳工程学院30•设被采样的正弦电压和电流：电流、电压采样值2020/10/2沈阳工程学院31）（）（时刻采样值：）（）（时刻采样值：TtIiTtUuttIitUutkmkkmkkkmkkmkksinsinsinsin111iiuukk2122m21k2k2mIU用两采样值计算电流和电压幅值的公式2020/10/2沈阳工程学院32Nkkiii二、相电流突变量元件算法——反映电流增量•工作原理：2020/10/2沈阳工程学院33第五节变电站综合自动化系统举例一、厦门湖里工业区10kV开关站综合自动化系统工控机采集接口（8路）遥测、遥信直流电压通信单元PD2000S工控机保护1保护n保护2直流电流交流220V信号源读表接口MMM•（1）系统采用分布式结构，结构简洁，易于改造。•（2）由于装置均安装在高压柜中，省去了集中组屏和屏柜之间的二次电缆，并且保护随同升级，有较高的经济效益。•（3）利用微机保护的快速采样和越限保持功能，记录故障穿越部位，为系统重构、自动事故处理等应用提供依据。•（4）遥测量可以在电能表或者保护装置上获得，综合误差在没有电能表的地方小于4%。•（5）采用在保护装置内进行软件校验，以达到遥控反较的目的，遥控可靠性也得到了保证。•（6）保护测量精度综合误差比监控要求低，因此该模式只能适用于测量精度要求不高的配电网开关站所。•（7）微机保护兼容监控功能，增加了保护单元CPU的负担，对微机保护独立性有一定影响。•厦门湖里工业区10kV开关站综合自动化系统特点•(一)系统概述•系统采用全分散安装的灵活系统结构•系统采用先进的CAN通讯网络，保证了系统可靠、快速的运行。•系统维护方便，可靠性高，系统既可用于老变电站改造，全面替代常规系统。并可同调