ch1-變電站綜合自動化概述.ppt

河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,1,1.1 變電站綜合自動化的基本概念,二次系統(tǒng)：對一次系統(tǒng)進行測量、監(jiān)視、控制和保護 為了掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)，需要對有關(guān)電氣量進行連續(xù)測量，供運行監(jiān)視、記錄 為了保障變壓器、輸電線路安全運行，需要實現(xiàn)過流、過壓等故障的安全保護 為了提供合格的電能，需要進行有關(guān)的控制調(diào)節(jié) 為了向電網(wǎng)調(diào)度提供系統(tǒng)運行狀態(tài)，需要將運行信息向上級調(diào)度傳送,四大部分：繼電保護、故障錄波 、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控、遠動 自動完成,1、變電站及其自動化,變電站：電力系統(tǒng)的重要組成部分，完成電能的傳輸、分配，電壓變換（一次系統(tǒng)）,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,2,存在的問題：,四大部分分屬不同專業(yè)和技術(shù)管理部門，硬件設(shè)備按各自功能單獨配置，獨立運行，且設(shè)備之間互不兼容，信息難以共享，缺乏整體協(xié)調(diào)和功能優(yōu)化。 二次系統(tǒng)硬件設(shè)備繁多，大量電纜及端子排的使用增加了投資，設(shè)計、配線、安裝、調(diào)試復(fù)雜。,1.1 變電站綜合自動化的基本概念,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,3,2、變電站綜合自動化的概念,將變電站二次設(shè)備（包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠動裝置）經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計，利用先進的計算機技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù)，實現(xiàn)對全變電站主要設(shè)備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、自動控制和微機保護，以及與調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。 自動化技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)等高科技在變電站領(lǐng)域的綜合應(yīng)用。,1.1 變電站綜合自動化的基本概念,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,4,1、監(jiān)視和控制功能 2、微機保護功能 3、自動控制裝置功能 4、遠動及數(shù)據(jù)通信功能,1.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能,四大類基本功能：,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,5,1. 監(jiān)視和控制功能：,數(shù)據(jù)采集：,1.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能,1、模擬量的采集： 交流模擬量：U、I、P、Q 直流模擬量：T、DC220V、DC5V 有直流采樣（有效值、均值）和交流采樣（瞬時值）兩種方式； 2、狀態(tài)量的采集：各種開關(guān)狀態(tài)、位置（開關(guān)、刀閘的位置信號） 國際電工委員會IEC標(biāo)準(zhǔn),以“0”表示斷開狀態(tài)，以“1”表示閉合狀態(tài)。 3、脈沖量的采集：主要是電能量的采集，目前也可用軟件計算。,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,6,事件順序記錄SOE ：包括斷路器跳合閘記錄、保護動作順序記錄,故障錄波與測距、故障記錄： (1) 故障錄波與故障測距（110kV以上線路） 輸電線路長，故障影響大，須盡快查找出故障點以縮短修復(fù)時間 兩種方法：微機保護裝置兼作故障記錄和測距；采用專用的微機故障錄波器 (2) 故障記錄（6-35kV） 記錄繼電保護動作前后與故障有關(guān)的電流量和母線電壓,操作控制功能： 操作人員都可通過人機接口（鍵、鼠、顯示器）對斷路器和隔離開關(guān)進行分、合操作； 對變壓器分接開關(guān)位置進行調(diào)節(jié)控制； 對電容器進行投、切控制； 為防止計算機系統(tǒng)故障，在設(shè)計上應(yīng)保留人工直接跳、合閘手段； 斷路器操作應(yīng)有閉鎖功能。,1.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能,1. 監(jiān)視和控制功能：,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,7,安全監(jiān)視功能： 越限監(jiān)視（電流、電壓、主變溫度、頻率等） 監(jiān)視保護裝置是否失電 自控裝置工作是否正常等,人機聯(lián)系功能：,1.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能,變電站有人值班時，人機聯(lián)系功能在當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的后臺機（監(jiān)控主機）上實現(xiàn)；無人值班時，在遠方調(diào)度中心或操作控制中心的主機或工作站上實現(xiàn)。 (1)人機聯(lián)系橋梁：CRT顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤。 (2)CRT顯示畫面的內(nèi)容 ： 1)顯示采集和計算的實時運行參數(shù) 2)顯示實時主接線圖 3)事件順序記錄(SOE) 4)越限報警 5)值班記錄 6)歷史趨勢 7)保護定值和自控裝置的設(shè)定值 (3)輸入數(shù)據(jù)：變比、定值、密碼等,1. 監(jiān)視和控制功能：,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,8,數(shù)據(jù)處理與記錄功能 ：,諧波分析與監(jiān)視： 諧波源的監(jiān)視、諧波的治理。,1.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能,歷史數(shù)據(jù)的形成和存儲是數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容，包括上級調(diào)度中心、變電管理和繼電保護要求的數(shù)據(jù)。 主變和輸電線路有功和無功功率每天的最大值和最小值以及相應(yīng)的時間； 母線電壓每天定時記錄的最高值和最低值以及相應(yīng)的時間； 計算受配電電能平衡率；統(tǒng)計斷路器動作次數(shù)； 斷路器切除故障電流和跳閘次數(shù)的累計數(shù)； 控制操作和修改定值記錄。,打印功能 ：,定時打印報表和運行日志；開關(guān)操作記錄打印； 事件順序記錄打印；越限打??；召喚打印；抄屏打??； 事故追憶打印。,1. 監(jiān)視和控制功能：,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,9,包括全變電站主要設(shè)備和輸電線路的全套保護： 1、高壓輸電線路的主保護和后備保護； 2、主變壓器的主保護和后備保護； 3、無功補償電容器組的保護； 4、母線保護； 5、配電線路的保護； 6、不完全接地系統(tǒng)的單相接地選線。,1.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能,2. 微機保護功能：,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,10,電壓、無功綜合控制：造成系統(tǒng)電壓下降的主要原因是系統(tǒng)的無功功率不足或無功功率分布不合理。對發(fā)電廠來說，主要的調(diào)壓手段是調(diào)整發(fā)電機的勵磁；變電站主要的調(diào)壓手段是調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭位置和控制無功補償電容器；,1.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能,低頻減負(fù)荷控制 ：電力系統(tǒng)的頻率是反映系統(tǒng)有功功率是否平衡的指標(biāo)。系統(tǒng)有功功率有盈余時，頻率上升 。負(fù)荷變化幅度小，變化周期短所引起的頻率偏移，由發(fā)電機的調(diào)速器進行調(diào)整（一次調(diào)整）；負(fù)荷變化幅度大，變化周期長所引起的頻率偏移，須由調(diào)頻器參加調(diào)整（二次調(diào)整）；事故情況下（大型發(fā)電機組突然切除），必須采取緊急的低頻減負(fù)荷控制措施。,備用電源自投控制：明備用、暗備用,3. 自動控制裝置功能：,11,通信功能： 1、現(xiàn)場級通信； 2、與上級調(diào)度通信； 3、符合部頒的通信規(guī)約 。支持最常用的Polling和CDT規(guī)約,1.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能,時鐘功能： 與調(diào)度中心對時，統(tǒng)一時鐘,4. 遠動及數(shù)據(jù)通信功能：,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,12,變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式通?？煞譃?種：,1.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,集中式 分層分布式,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,13,集中式結(jié)構(gòu)：,1.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量、數(shù)字量等信息，集中進行計算與處理，分別完成微機監(jiān)控、微機保護和自動控制等功能。 所有二次設(shè)備以遙測、遙信、電能計量、遙控、保護等功能劃分成不同的子系統(tǒng)，每個或多個子系統(tǒng)功能由一臺或兩臺計算機集中實現(xiàn)。,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,14,1.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,每臺計算機的功能較集中，如果一臺計算機出故障，影響面大，因此必須采用雙機并聯(lián)運行的結(jié)構(gòu)才能提高可靠性； 軟件復(fù)雜，修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試復(fù)雜； 組態(tài)不靈活，對不同主接線或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件都必須另行設(shè)計，工作量大；,缺點：,早期的變電站綜合自動化系統(tǒng)。,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,15,分層分布式結(jié)構(gòu)：,1.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,分層結(jié)構(gòu)：按照IEC推薦的標(biāo)準(zhǔn)，將整個變電站的一次、二次設(shè)備分為3層，即過程層（設(shè)備層）、間隔層（或單元層）和變電站層。,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,16,1.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,過程層是一次和二次設(shè)備的結(jié)合面或者是智能化電氣設(shè)備的智能化部分 主要功能：電力運行實時的電氣量檢測、運行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)檢測、操作控制的執(zhí)行與驅(qū)動（分接頭調(diào)節(jié)控制，電容器、電抗器投切控制，斷路器分、合控制等）。,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,17,1.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,間隔層：利用IED對過程層進行監(jiān)視、控制和保護；并與站控層進行信息的交換，完成對過程層設(shè)備的遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等“四遙”功能。,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,18,1.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,站控層：借助通信網(wǎng)絡(luò)完成與間隔層之間的信息交換，實現(xiàn)對全站一次設(shè)備的當(dāng)?shù)乇O(jiān)控、管理和控制功能（當(dāng)?shù)乇O(jiān)控主站、工程師主站）；通過通信設(shè)備（遠動主站）完成與調(diào)度中心的信息交換，實現(xiàn)遠方監(jiān)控。,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,19,分層分布式結(jié)構(gòu)：,1.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,電氣間隔：發(fā)電廠或變電站一次接線中一個完整的電氣連接。如母線間隔、母聯(lián)間隔、出線間隔、發(fā)電機間隔、互感器間隔等； 對主變壓器：一般以變壓器本體為一個電氣間隔、各側(cè)斷路器各為一個電氣間隔； 開關(guān)柜等以柜盤形式存在，一般以一個柜盤為一個電氣間隔。,分布結(jié)構(gòu)：由以前在集中式自動化系統(tǒng)中的面向廠、站轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蛞淮卧O(shè)備的一個間隔布置針對該間隔的測量、控制、保護等智能電子裝置(IED)，將同一類功能分散給多臺計算機來完成。,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,20,分層分布式結(jié)構(gòu)優(yōu)點：,可靠性高 :每臺計算機只完成分配給它的部分功能，一臺計算機故障，只影響局部； 便于擴展：間隔層各IED硬件結(jié)構(gòu)和軟件都相似，對不同主接線和規(guī)模不同的變電站，只需增、減部分IED，修改站控層部分設(shè)置即可； 便于實現(xiàn)間隔層設(shè)備的就地布置，節(jié)省大量二次電纜； 調(diào)試及維護方便。,1.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,21,分層分布式自動化系統(tǒng)的組屏及安裝方式： 是指：間隔層各IED及站控層各計算機以及通信設(shè)備如何組屏和安裝。,站控層主要設(shè)備布置在主控室內(nèi)； 間隔層中的電能計量單元、備用電源自動投入裝置、故障錄波裝置等公共單元均分別組合為獨立的一面屏柜，也安裝在主控室內(nèi)； 間隔層中的各個IED則根據(jù)變電站的實際情況安裝在不同地方；,1.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,集中式的組屏及安裝方式 分散與集中相結(jié)合的組屏及安裝方式 全分散式的組屏及安裝方式,按照間隔層IED安裝位置不同：,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,22,1.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,集中式的組屏及安裝方式,將間隔層中各個保護、測控裝置機箱根據(jù)其功能分別組裝為變壓器保護測控屏、各電壓等級線路保護測控屏（包括10kV出線）等多個屏柜，并將其全部集中安裝在變電站的主控室內(nèi)。 不足：需要的控制電纜較多,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,23,1.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,分散與集中相結(jié)合的組屏及安裝方式,將配電線路的保護測控裝置機箱分散安裝在所對應(yīng)的開關(guān)柜上； 將高壓線路的保護測控裝置機箱、變壓器的保護測控裝置機箱均采用集中組屏安裝在主控室內(nèi)。 比較常用,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,24,1.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,全分散式的組屏及安裝方式,將間隔層中所有間隔的保護測控裝置，包括低壓配電線路、高壓線路和變壓器等間隔的保護測控裝置均分散地安裝在開關(guān)柜上或距離一次設(shè)備較近的保護小間內(nèi)； 各裝置只通過通信裝置（光纜或雙絞線）與主控室內(nèi)的變電站層設(shè)備之間交換信息。,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,25,國外發(fā)展概況：始于20世紀(jì)70年代后期，80年代實際應(yīng)用。（西門子、ABB）,我國發(fā)展過程：始于20世紀(jì)80年代中期；80年代后期，不少高等院校、研究單位和生產(chǎn)廠家投入到變電站綜合自動化的研究中；90年代，變電站綜合自動化成為熱點，成為新建變電站的主導(dǎo)技術(shù)。,1.4 變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展簡介,河南理工大學(xué)電氣學(xué)院,26,變