變電站綜合自動化培訓(xùn)

1、變電站綜合自動化技術(shù)培訓(xùn),變電站綜合自動化技術(shù)培訓(xùn)提綱,1、變電站綜合自動化系統(tǒng)概述 2、變電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和結(jié)構(gòu)形式 3、變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的功能和實(shí)例介紹4、變電站IED設(shè)備硬件介紹 5、變電站IED設(shè)備軟件和算法 6、變電站保護(hù)元件的常規(guī)配置 7、變電站綜合自動化系統(tǒng)其它IED設(shè)備8、變電站綜合自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信 9、提高綜合自動化系統(tǒng)可靠性的措施10、變電站綜合自動化系統(tǒng)的故障及排除方法 11、變電站綜自系統(tǒng)的運(yùn)行管理、維護(hù)和調(diào)試等知識,1、變電站綜合自動化系統(tǒng)概述,1.1、變電站綜合自動化系統(tǒng)的定義 1.2、變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本特征1.3、變電站自動化技術(shù)的發(fā)

2、展歷程 1.4、變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能描述 1.5、變電站綜合自動化系統(tǒng)當(dāng)前發(fā)展特點(diǎn) 1.6、變電站綜合自動化系統(tǒng)今后發(fā)展趨勢,1.1綜自系統(tǒng)概述定義,變電站綜合自動化系統(tǒng)，是利用多臺微處理器及嵌入式CPU和大規(guī)模集成電路組成的分層分布式的自動化系統(tǒng)，它以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對變電站傳統(tǒng)的繼電保護(hù)、測量手段、控制方式、通信結(jié)構(gòu)和管理模式的全面改造和升級。 該系統(tǒng)將變電站的二次設(shè)備，包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動裝置和遠(yuǎn)動裝置等，經(jīng)過功能的重新組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、信號處理技術(shù)和通信技術(shù)、實(shí)現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備和輸、配電線路的綜合性的自動化功能。這些

3、包括：自動監(jiān)視、遠(yuǎn)程測量、自動控制、微機(jī)保護(hù)，以及與調(diào)度通信等,1.1綜自系統(tǒng)概述定義,在國內(nèi)，變電站綜合自動化系統(tǒng)從通俗意義上講，指的是包含傳統(tǒng)的自動化監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動裝置等各種數(shù)字式設(shè)備，是集保護(hù)、測量、監(jiān)視、控制、遠(yuǎn)傳等功能為一體，通過數(shù)字通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)信息共享的一套微機(jī)化的二次設(shè)備及系統(tǒng)。 該系統(tǒng)之所以冠名綜合自動化系統(tǒng)，是為了區(qū)別于以往只實(shí)現(xiàn)了局部功能的變電站自動化系統(tǒng)，例如采用常規(guī)保護(hù)加RTU構(gòu)成的變電站自動化系統(tǒng)。國外也有文章稱綜合自動化系統(tǒng)為“一體化的變電站控制與保護(hù)系統(tǒng),1.1綜自系統(tǒng)概述定義,從國際上看， 在1997年的國際大電網(wǎng)會議（CIGRE）上，國際電工

4、委員會（IEC） WG 34.03工作組根據(jù)變電站自動化系統(tǒng)發(fā)展的情況，在“變電站內(nèi)數(shù)據(jù)流的通信要求”報(bào)告中，提出了“變電站自動化”（SA，Substation Automation）和“變電站自動化系統(tǒng)”（SAS，Substation Automation System）兩個(gè)名詞。 此名詞被國際電工委員會的TC 57技術(shù)委員會（即電力系統(tǒng)通信和控制技術(shù)委員會）在制定的IEC 61850變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)中采納。在IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)中，對變電站自動化系統(tǒng)（SAS）的定義為：變電站自動化系統(tǒng)就是在變電站內(nèi)提供包括通信基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)的自動化,1.2綜自系統(tǒng)概述基本特征,變電站綜合自動化系統(tǒng)

5、具有如下特征： 系統(tǒng)功能綜合化 綜合了除交直流電源外的全部二次系統(tǒng)，綜合不是簡單的拼湊，而是功能的重新劃分和性能指標(biāo)的最優(yōu)。（不是簡單的1+1） 系統(tǒng)構(gòu)成的模塊化和數(shù)字化 面向被控對象，形成模塊化設(shè)計(jì)，并以模塊化為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靈活組態(tài)（例如出線按間隔配置，規(guī)模可大可?。?。而模塊化內(nèi)部又實(shí)現(xiàn)了微機(jī)化。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布、分層、分散化 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從功能上采用分層設(shè)計(jì)（分三層），從物理位置上分散就近安裝（中壓安裝在高壓柜上，可靠性遠(yuǎn)高于集中式）。各子系統(tǒng)分布設(shè)計(jì)、并列運(yùn)行、協(xié)調(diào)工作,1.2綜自系統(tǒng)概述基本特征,操作監(jiān)視屏幕化 以往的模擬屏被顯示器上實(shí)時(shí)刷新的主接線圖取代，以往的把手控制操作被鍵盤鼠標(biāo)操

6、作取代，以往的光字牌告警被計(jì)算機(jī)上的數(shù)字光字牌、文字提示及語音告警取代，以往的指針顯示被顯示器的數(shù)字顯示替代 通信網(wǎng)絡(luò)化 以往用于傳輸設(shè)備信息的是傳輸模擬量或硬接點(diǎn)狀態(tài)量的電纜，且數(shù)量龐大，現(xiàn)在采用以傳輸串行數(shù)字信號用的少量通訊電纜或光纜。網(wǎng)絡(luò)化的通訊方式使得施工更為簡單、組態(tài)和擴(kuò)容更為靈活。 運(yùn)行管理智能化 運(yùn)行管理的自動化不僅表現(xiàn)在常規(guī)功能（抄表、VQC、接地試?yán)?、故障隔離和恢復(fù)）的自動化上，更體現(xiàn)在在線自動診斷、狀態(tài)檢修和智能告警上,1.3綜自系統(tǒng)概述發(fā)展歷程,80年代中期,90后-00年代,70年代,國內(nèi)變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展歷程,分立的保護(hù)和自動化設(shè)備,微機(jī)RTU設(shè)備和純微機(jī)保護(hù)

7、,分散的微機(jī)測控和分散的微機(jī)保護(hù),80后-90年中,真正實(shí)現(xiàn)綜合自動化,1.3綜自系統(tǒng)概述發(fā)展歷程,影響變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù) 計(jì)算機(jī)尤其是微處理器技術(shù)的發(fā)展，決定著變電站自動化系統(tǒng)模塊集成度的提高和功能的優(yōu)化。例如早期的8位機(jī)產(chǎn)生了功能簡單的微機(jī)保護(hù)和RTU設(shè)備，現(xiàn)在的32位機(jī)及DSP實(shí)現(xiàn)了功能強(qiáng)大的中壓保護(hù)測控一體化設(shè)備和高壓主后備一體化保護(hù)，也實(shí)現(xiàn)了保護(hù)和控制邏輯的PLC編程，同時(shí)也催生了IEC61850標(biāo)準(zhǔn)研究應(yīng)用。 串行通訊技術(shù) 通訊技術(shù)尤其是以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，決定著變電站自動化系統(tǒng)信息的融合和共享。例如早期的載波技術(shù)低速通訊產(chǎn)生了CDT規(guī)約實(shí)現(xiàn)有限信息的上

8、傳，現(xiàn)在的光纖以太網(wǎng)通訊促成了IEC61850的標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，實(shí)現(xiàn)了變電站各設(shè)備間的無縫接入和信息的全面共享,1.4綜自系統(tǒng)概述功能描述,基本功能： 測量、監(jiān)視、控制功能 設(shè)備保護(hù)和安穩(wěn)保護(hù)功能 BZT、VQC、程序化操作等自動控制等功能 遠(yuǎn)動及數(shù)據(jù)通信功能 自診斷、自恢復(fù)和自動切換功能 高級功能： 特征量突變捕捉和斷點(diǎn)再續(xù) 視頻聯(lián)動和故障區(qū)域成像 在線監(jiān)視和設(shè)備故障早期預(yù)警 電能質(zhì)量監(jiān)視和諧波治理 電網(wǎng)故障輔助分析和設(shè)備缺陷的統(tǒng)計(jì),1.5綜自系統(tǒng)概述當(dāng)前發(fā)展特點(diǎn),從集中控制，功能分散型向全分散網(wǎng)絡(luò)型發(fā)展 核心思想在于通過I/O單元的就地化減少傳統(tǒng)電纜的敷設(shè) 集中的RTU設(shè)備面向電氣間隔分散

9、安裝的單元測控 集中的母差保護(hù)面向電氣間隔分散安裝的分布式母差 集中的故障錄波面向電氣間隔分散安裝的故障錄波系統(tǒng) IO單元的就地化也催生了一次設(shè)備的智能化 從專用設(shè)備的開發(fā)到標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件平臺開發(fā) 核心思想在于生產(chǎn)的簡單化和規(guī)?；?采用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱結(jié)構(gòu)（1/3、1/2、全寬），相同的核心模件，靈活配置的I/O模件（插件），實(shí)現(xiàn)硬件平臺開發(fā)和生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化，產(chǎn)品從定制化走向標(biāo)準(zhǔn)化，大大減少了備件的數(shù)量和安裝維護(hù)工作量。 在功能強(qiáng)勁硬件平臺上，采用由嵌入式操作系統(tǒng)和PLC技術(shù)構(gòu)建的軟件平臺，通過植入多種保護(hù)元件和邏輯塊，實(shí)現(xiàn)功能的靈活組態(tài)（不同的保護(hù)相同的軟件如、軟硬件升級各自完全獨(dú)立,1.5綜自系統(tǒng)概述

10、當(dāng)前發(fā)展特點(diǎn),從集中控制向綜合智能控制發(fā)展 采集和控制單元的就地化引發(fā)了跨專業(yè)綜合智能化發(fā)展。典型的如中壓間隔管理單元，實(shí)現(xiàn)了繼電保護(hù)、故障錄波、電氣測量、自動控制、電度計(jì)量、狀態(tài)監(jiān)視、設(shè)備維護(hù)、自我診斷等功能于一體，真正實(shí)現(xiàn)了綜合化和智能化 從屏幕數(shù)據(jù)監(jiān)視到多媒體多維度監(jiān)視發(fā)展 得益于視頻監(jiān)控和在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控從原先的畫面、文字和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的刷新轉(zhuǎn)為語音告警、視頻聯(lián)動、故障點(diǎn)成像、健康指數(shù)顯示等多媒體多維度可視化監(jiān)視，即“四遙”- “六遙”（增加遙視和遙診,1.5綜自系統(tǒng)概述當(dāng)前發(fā)展特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)縱向和橫向的綜合 通訊協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化促進(jìn)了智能設(shè)備間的互操作性和無縫融合，既

11、實(shí)現(xiàn)橫向設(shè)備及子系統(tǒng)間的信息共享和電氣互閉鎖，也實(shí)現(xiàn)了縱向?qū)用娴臄?shù)據(jù)的交互和數(shù)據(jù)源的一致性。（由縱向?yàn)橹?橫縱結(jié)合,1.6綜自系統(tǒng)概述今后發(fā)展趨勢,變電站的全面數(shù)字化和智能化是變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向。 數(shù)字化、智能化變電站的基本目標(biāo)是： 一次設(shè)備智能化 二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化 運(yùn)行管理自動化 數(shù)字化、智能化變電站的核心標(biāo)準(zhǔn)是： IEC61850 (DL/T860) 變電站網(wǎng)絡(luò)與通信協(xié)議 （Communication networks and systems in substations,1.6綜自系統(tǒng)概述今后發(fā)展趨勢,1.6.1 一次設(shè)備的智能化 前置的信號采集系統(tǒng) 后移的智能控制回路 一次設(shè)

12、備的狀態(tài)監(jiān)視（CT、PT、變壓器、開關(guān)） 典型特征： 一次設(shè)備采集和控制的核心采用了微處理器和光電通訊技術(shù)設(shè)計(jì)，與二次設(shè)備的連接的常規(guī)強(qiáng)電模擬信號和控制電纜被以光纖為媒介的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)所代替，也就是數(shù)字信號網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接,1.6綜自系統(tǒng)概述今后發(fā)展趨勢,一次設(shè)備的智能化的關(guān)鍵技術(shù)： 非常規(guī)互感器的應(yīng)用 OCT 、 OPT、LPCT、LPPT和MU的應(yīng)用 智能化開關(guān)柜的應(yīng)用 通過就地配置智能控制單元，實(shí)現(xiàn)控制操作和狀態(tài)傳輸?shù)臄?shù)字化，具備就地電氣閉鎖和自適應(yīng)分合閘操作等功能，通過對開關(guān)在線監(jiān)測和診斷，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修。 其它智能化一次設(shè)備 通過就地配置智能控制單元，實(shí)現(xiàn)控制操作和狀態(tài)傳輸?shù)臄?shù)字化，

13、完成對變壓器、電抗器油中氣體監(jiān)視、避雷器絕緣性能監(jiān)視和高壓設(shè)備的局放監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修,1.6綜自系統(tǒng)概述今后發(fā)展趨勢,1.6.2 二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化 二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化包括兩個(gè)方面： 傳輸媒介網(wǎng)絡(luò)化 信息交互網(wǎng)格化 典型特性： 變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備，如繼電保護(hù)裝置、防誤閉鎖裝置、 測量控制裝置、遠(yuǎn)動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及在線狀態(tài)檢測裝置等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)設(shè)計(jì)制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的I/O現(xiàn)場接口，通過網(wǎng)絡(luò)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊,1.6綜自系統(tǒng)概述今后發(fā)

14、展趨勢,1.6綜自系統(tǒng)概述今后發(fā)展趨勢,1.6.3 運(yùn)行管理的自動化 電力生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計(jì)無紙化； 數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動化； 故障診斷自動化，故障時(shí)能即時(shí)提供故障分析報(bào)告，指出故障原因，提出故障處理意見； 自動發(fā)出變電站設(shè)備檢修報(bào)告，即常規(guī)的變電站設(shè)備“定期檢修”改變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修,1.6綜自系統(tǒng)概述今后發(fā)展趨勢,1.6.4 IEC61850標(biāo)準(zhǔn): 變電站IED通向國際標(biāo)準(zhǔn)之路,一個(gè)世界一種技術(shù)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) IEC 61850,IEC 60870-5 IEC 60870-6 經(jīng)驗(yàn),只有 IEC 61850 能提供變電站IT的全面解決方案 所有主要的變電站技術(shù)的供貨商都是IEC 618

15、50成員 US 委員會 US TAG的 IEC TC57工作組 10, 11 和12 明確申明IEC 作為變電站自動化的唯一標(biāo)準(zhǔn),國際認(rèn)同標(biāo)準(zhǔn),I E C 6 1 8 5 0,US 通過 UCA 2,第2章 變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置,2.1 變電站自動化系統(tǒng)的分層和邏輯接口 2.2 變電站的智能電子設(shè)備定義 2.3變電站自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式 2.4 變電站自動化系統(tǒng)的配置原則 2.5 變電站自動化系統(tǒng)的典型配置,2.1 變電站自動化系統(tǒng)的分層和邏輯結(jié)構(gòu),IEC國際電工委員會TC 57技術(shù)委員會（電力系統(tǒng)控制和通信技術(shù)委員會）在制定IEC 61850系列標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，把變電站自動化系統(tǒng)的功能在

16、邏輯上劃分為3個(gè)層次: 站控層(station level) 間隔層(bay level) 過程層(process level) 各層次間采用高速網(wǎng)絡(luò)通訊,站控層,間隔層,過程層,高壓一次設(shè)備,1）過程層設(shè)備 過程層實(shí)際上是指與變電站一次設(shè)備斷路器、隔離開關(guān)和電流互感器TA、電壓互感器TV接口設(shè)備。 （2）間隔層設(shè)備 變電站自動化系統(tǒng)在間隔層的設(shè)備主要有各種微機(jī)保護(hù)裝置、自動控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和RTU等等。 (3）站控層設(shè)備 變電站層的設(shè)備包括計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、天文鐘、通訊管理機(jī)或遠(yuǎn)動工作站等設(shè)備,2.1 變電站自動化系統(tǒng)的分層和邏輯結(jié)構(gòu),過程層的功能描述 過程層是一次設(shè)備與二次設(shè)備的結(jié)合面

17、，或者說過程層是指智能化電氣設(shè)備的智能化部分。過程層的功能劃分： (1) 實(shí)時(shí)的電氣量檢測 主要是電流、電壓、相位以及諧波分量的檢測 。 (2)運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)檢測 主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機(jī)械特性及工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。 (3)操作控制執(zhí)行與驅(qū)動 包括變壓器分接頭調(diào)節(jié)控制，電容、電抗器投切控制，斷路器、刀閘合分控制，直流電源充放電控制。 在當(dāng)前大量應(yīng)用的變電站綜合自動化系統(tǒng)中，由于一次設(shè)備的智能化尚未實(shí)現(xiàn)，過程的功能實(shí)際全部由間隔層的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。因此有時(shí)也將變電站綜合自動化系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)劃分為兩層,2.1 變電站自動化系統(tǒng)的分層和邏輯結(jié)構(gòu),間隔層的功能描述 間隔層的設(shè)備主要有各種微機(jī)保護(hù)裝

18、置、自動控制裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和RTU等設(shè)備，間隔層設(shè)備的主要功能是： (1)匯總本間隔過程層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息； (2)實(shí)施對一次設(shè)備保護(hù)控制功能； (3)實(shí)施本間隔操作閉鎖功能； (4)實(shí)施操作同期及其他控制功能； (5)對數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)運(yùn)算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級別的控制； (6)承上啟下的通信功能，即同時(shí)高速完成與過程層及站控層的網(wǎng)絡(luò)通信功能,2.1 變電站自動化系統(tǒng)的分層和邏輯結(jié)構(gòu),站控層的功能描述 (1)通過兩級高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)镜膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，不斷刷新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，按時(shí)登錄歷史數(shù)據(jù)庫； (2)按既定規(guī)約將有關(guān)數(shù)據(jù)信息送向調(diào)度或控制中心； (3)接收調(diào)度或控制中心有關(guān)控制命令并轉(zhuǎn)間隔層、過

19、程層執(zhí)行； (4)具有在線可編程的全站操作閉鎖控制功能； (5)具有(或備有)站內(nèi)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控的人機(jī)聯(lián)系功能，如顯示、操作、打印、報(bào)警，實(shí)現(xiàn)視頻、聲音等多媒體功能； (6)具有對間隔層、過程層諸設(shè)備的在線維護(hù)、在線組態(tài)，在線修改參數(shù)的功能； (7)具有(或備有)變電站故障自動分析和操作培訓(xùn)功能,2.1 變電站自動化系統(tǒng)的分層和邏輯結(jié)構(gòu),2.1 變電站自動化系統(tǒng)的分層和邏輯結(jié)構(gòu),變電站自動化系統(tǒng)各項(xiàng)功能的邏輯接口,變電站自動化系統(tǒng)各項(xiàng)功能的邏輯接口 間隔層和變電站層之間保護(hù)數(shù)據(jù)交換； 間隔層與遠(yuǎn)方保護(hù)（不在本標(biāo)準(zhǔn)范圍）之間保護(hù)數(shù)據(jù)交換； 間隔層內(nèi)數(shù)據(jù)交換； 過程層和間隔層之間采樣等瞬時(shí)數(shù)據(jù)交換； 過

20、程層和間隔層之間控制數(shù)據(jù)交換； 間隔和變電站層之間控制數(shù)據(jù)交換； 變電站層與遠(yuǎn)方工程師辦公地?cái)?shù)據(jù)交換； 間隔之間類似聯(lián)鎖等直接數(shù)據(jù)交換； 變電站層內(nèi)數(shù)據(jù)交換,2.1 變電站自動化系統(tǒng)的分層和邏輯結(jié)構(gòu),2.2變電站的智能電子設(shè)備定義,變電站自動化系統(tǒng)的設(shè)備統(tǒng)稱為智能電子設(shè)備IED（Intelligent Electronic Devices）。IEC 61850協(xié)議對智能電子設(shè)備IED的定義是： 由一個(gè)或多個(gè)處理器組成，具有從外部源接收和傳送數(shù)據(jù)或控制外部源的任何設(shè)備（例如：電子多功能儀表、數(shù)字繼電器、控制器）。這些IEDs在物理位置上，可安裝在3個(gè)不同的功能層（即變電站層、間隔層、過程層）上,

21、2.3變電站自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式,2.3.1 早期的集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式 這種系統(tǒng)集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量和脈沖量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算和處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、保護(hù)和一些自動控制功能。集中結(jié)構(gòu)并非指由單一的計(jì)算機(jī)完成保護(hù)和監(jiān)控的全部功能。作為變電站自動化系統(tǒng)，這種結(jié)構(gòu)模式已被淘汰，但是RTU作為集中式系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)產(chǎn)物，得到了獨(dú)立發(fā)展，目前仍然在國內(nèi)發(fā)電廠中大量使用。 集中式系統(tǒng)的缺點(diǎn)： 功能過于集中，設(shè)備故障影響面大 軟件復(fù)雜，修改和維護(hù)工作量大 組態(tài)不靈活，影響批量生產(chǎn) 保護(hù)未按對象配置，維護(hù)不便,集中式結(jié)構(gòu),2.3變電站自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式,2.3變電站自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

22、模式,2.3.2 分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式 特點(diǎn)： 采用分層式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（23層結(jié)構(gòu)） 采用分布式結(jié)構(gòu)（各設(shè)備相互協(xié)調(diào)、獨(dú)立工作） 采用面向間隔的結(jié)構(gòu)（每個(gè)電氣間隔配置一個(gè)或多個(gè)IED設(shè)備） 優(yōu)點(diǎn)： 各設(shè)備獨(dú)立完成部分功能，系統(tǒng)故障影響小，可靠性高 不同的電氣間隔，IED軟硬件相似，便于批產(chǎn)和組態(tài) 實(shí)現(xiàn)間隔層IED的就地布置，節(jié)省大量電纜，方便檢修 減少了現(xiàn)場施工和設(shè)備安裝的工程量，調(diào)試和維護(hù)方便 顯著地縮小了變電站主控室的面積。 變電站擴(kuò)建時(shí)，系統(tǒng)擴(kuò)展方便,2.3變電站自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式,分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式,2.3變電站自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式,2.3.3 當(dāng)前變電站綜合自動化系統(tǒng)的幾

23、種模式 站控監(jiān)控層僅設(shè)監(jiān)控主機(jī),通過監(jiān)控主機(jī)實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)方系統(tǒng)信息交互。 站控監(jiān)控層設(shè)監(jiān)控主機(jī)，通信管理單元作為前置機(jī)，監(jiān)控主機(jī)及遠(yuǎn)方系統(tǒng)僅與通信管理單元信息交互。當(dāng)間隔層設(shè)備與自動化系統(tǒng)只能采用單一非以太網(wǎng)通信接口進(jìn)行信息交互時(shí)，常采用該模式。 站控監(jiān)控層設(shè)監(jiān)控主機(jī)和通信管理單元,遠(yuǎn)方系統(tǒng)通過通信管理單元與間隔層設(shè)備信息交互。而監(jiān)控主機(jī)主機(jī)則獨(dú)立從間隔設(shè)備層獲取數(shù)據(jù)信息。IED設(shè)備采用以太網(wǎng)通訊后，該模式被大量使用。 站控監(jiān)控層設(shè)監(jiān)控主機(jī)帶雙通信管理單元,雙通信管理單元通過雙機(jī)互備和自動切換實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)方系統(tǒng)信息交互，監(jiān)控主機(jī)主機(jī)和通信管理機(jī)各自獨(dú)立從間隔設(shè)備層獲取數(shù)據(jù)信息，如前圖。該模式常用于對通

24、訊可靠性要求較高的高電壓等級變電站中,2.3變電站自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式,2.3.3 當(dāng)前變電站綜合自動化系統(tǒng)的幾種模式 各種模式的區(qū)別： 上述模式的共同特點(diǎn)是采用了分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，間隔層的配置也基本相同。主要的不同在于站控層與遠(yuǎn)方調(diào)度系統(tǒng)的接口設(shè)備上。由于通信管理機(jī)作為網(wǎng)關(guān)，較常規(guī)計(jì)算機(jī)設(shè)備更為穩(wěn)定和可靠，因此模式3、4被大面積推廣,2.4變電站自動化系統(tǒng)的配置原則,影響系統(tǒng)配置的主要因素 變電站綜合自動化系統(tǒng)的配置，是根據(jù)變電站一次系統(tǒng)的電壓等級、主變臺數(shù)、進(jìn)出線多少、變電站的重要程度等多方面綜合考慮的。 綜合自動化系統(tǒng)配置的指導(dǎo)思想（一） 通訊網(wǎng)絡(luò)首選采用以太網(wǎng)通訊 監(jiān)控主機(jī)應(yīng)直接

25、與間隔層IED交互信息 采用獨(dú)立的嵌入式設(shè)計(jì)的通訊管理機(jī)與遠(yuǎn)方系統(tǒng)通訊 除骨干網(wǎng)外，應(yīng)采用星型拓?fù)浣档途W(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度,2.4變電站自動化系統(tǒng)的配置原則,綜合自動化系統(tǒng)配置的指導(dǎo)思想（二） IED采用面向電氣間隔配置，且應(yīng)提升IED集成度以簡化接線。 同一站采用同一系列的產(chǎn)品以降低系統(tǒng)的調(diào)試維護(hù)工作量。（減少多方協(xié)調(diào)） 暫不實(shí)施IEC61850標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，站內(nèi)設(shè)備推薦使用IEC103協(xié)議。 單主機(jī)系統(tǒng)采用Windows或Linux操作系統(tǒng)（簡單），多機(jī)系統(tǒng)采用UNIX操作系統(tǒng)（可靠），歷史數(shù)據(jù)庫應(yīng)采用商用數(shù)據(jù)庫（開放）。 監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控軟件除能實(shí)現(xiàn)常規(guī)SCADA功能外，還應(yīng)能實(shí)現(xiàn)站內(nèi)保護(hù)設(shè)備故障信息顯示

26、和分析。（功能集成，很強(qiáng)的實(shí)用性,變電站自動化系統(tǒng)間隔層設(shè)備配置原則 根據(jù)電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)導(dǎo)則，對使用3-35kV微機(jī)保護(hù)裝置宜采用保護(hù)、測量、控制、通訊為一體的四合一單元；高壓變電所的自動化系統(tǒng)，因保護(hù)配置復(fù)雜及安全性的要求，保護(hù)與監(jiān)控必須分離。據(jù)此，宜采取如下配置： 電壓等級為35kV/10kV/6kV的間隔層，宜選用保護(hù)測控綜合裝置，并安裝于開關(guān)柜上。 電壓等級為110kV線路、主變壓器保護(hù)監(jiān)控宜組屏安裝于中控室或保護(hù)室內(nèi)。 電壓等級220kV及以上的電力設(shè)備，保護(hù)監(jiān)控應(yīng)獨(dú)立配置；并組屏安裝于中控室或保護(hù)室內(nèi),2.4變電站自動化系統(tǒng)的配置原則,2.4變電站自動化系統(tǒng)的典型配置,2

27、.4變電站自動化系統(tǒng)的典型配置,典型變電站配置舉例： 某110KV降壓變電站，設(shè)置兩臺110/10KV變壓器，110KV側(cè)采用內(nèi)橋接線，10KV側(cè)采用單母線分段，每段母線配一組雙Y接線電容器和一組消弧變。 基本思想： 采用分層分布的綜合自動化系統(tǒng)，將110KV間隔相關(guān)二次設(shè)備、主變相關(guān)二次設(shè)備、公用二次設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及通信管理機(jī)集中組屏，布置在中控室內(nèi)，其余設(shè)備則就地安裝在高壓柜中,2.4變電站自動化系統(tǒng)的典型配置,一、主控室布置： 后臺計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 配置PC機(jī)或工控機(jī)、打印機(jī)、音響各一套，安裝監(jiān)控系統(tǒng)軟件，完成變電站當(dāng)?shù)乇O(jiān)控、自動控制、故障分析、設(shè)備維護(hù)等功能。 第一面屏：110KV線路屏 配

28、置兩臺測控裝置（含110KV線路操作箱）、一臺備自投裝置（含橋開關(guān)操作箱），兩測控裝置各完成一條進(jìn)線的測控，備自投裝置完成進(jìn)線互投、橋開關(guān)自投以及橋開關(guān)自身的保護(hù)測控,2.4變電站自動化系統(tǒng)的典型配置,一、主控室布置： 第二、三面屏：變壓器保護(hù)測控屏 每臺主變配置一套主變測控裝置，另外獨(dú)立配置變壓器主保護(hù)、后備保護(hù)和非電量保護(hù)。主變測控裝置同時(shí)完成檔位和溫度采集，以及檔位調(diào)節(jié)和接地刀的遙控） 第四面屏：公共信息屏 配置一臺通信管理機(jī)、一臺公共測控裝置、一臺GPS裝置、一臺逆變電源，一臺網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。通訊管理機(jī)完成于遠(yuǎn)方系統(tǒng)的信息交互，公共測控裝置完成直流屏、交流屏、火災(zāi)、保安等設(shè)備的信號采集。G

29、PS以IRIG-B碼完成全站IED設(shè)備的對時(shí)，以網(wǎng)絡(luò)或串行通信完成監(jiān)控主機(jī)的對時(shí)。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，完成站控層設(shè)備的通訊,2.4變電站自動化系統(tǒng)的典型配置,二、10KV高壓室布置 10KV出線間隔（16套） 16套饋線保護(hù)測控一體化裝置，就地安裝在開關(guān)柜上，完成相關(guān)的保護(hù)、測控、錄波、遠(yuǎn)傳等功能 10KV電容器間隔（2套） 2套電容器保護(hù)測控一體化裝置，就地安裝在開關(guān)柜上，除完成常規(guī)的保護(hù)、測控、錄波、遠(yuǎn)傳等功能外，每套還需實(shí)現(xiàn)完成兩路零序過壓保護(hù)。 10KV消弧接地間隔（2套） 2套接地變保護(hù)測控一體化裝置，就地安裝在接地柜上，除完成常規(guī)的保護(hù)、測控、錄波、遠(yuǎn)傳等功能外，還需提供消弧消諧功能,2.

30、4變電站自動化系統(tǒng)的典型配置,二、10KV高壓室布置 10KV PT間隔（2套） 2套PT測控裝置，就地安裝在PT柜上，除完成常規(guī)測控和電壓諧波、母線絕緣監(jiān)視、PT自動并列等功能。 10KV分段間隔（1套） 1套備用電源自投及分段保護(hù)測控一體化裝置，就地安裝在母聯(lián)柜上，實(shí)現(xiàn)分段自投、分段開關(guān)的保護(hù)測控等功能。 間隔層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) 16口兩套，布置在引線柜，完成10KV兩段母線各間隔的通訊集成,第3章監(jiān)控系統(tǒng)的操作和使用,3.1監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)和要求 3.2監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能 3.3監(jiān)控系統(tǒng)軟件的體系結(jié)構(gòu)和運(yùn)行環(huán)境 3.4監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例介紹,3.1 監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)和要求,監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)： 完成一次設(shè)備

31、的監(jiān)視、控制、數(shù)據(jù)采集、事件順序記錄及顯示、使值班人員把握安全控制、事故處理的主動性，減少和避免誤操作，縮短事故停電時(shí)間，提高運(yùn)行管理水平，減少變、配電損失。 監(jiān)控系統(tǒng)的基本要求： 實(shí)時(shí)性強(qiáng)（及時(shí)獲得關(guān)注的數(shù)據(jù)，并顯示出來） 可靠性高（滿足全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)視和控制） 維護(hù)性好（方便參數(shù)修改，增刪間隔，系統(tǒng)組態(tài) ） 人機(jī)交流方便（友好的界面，人性化的設(shè)計(jì)） 通訊可靠（通訊可靠是系統(tǒng)正常運(yùn)行的保障） 信息接入容量龐大（不限變電站規(guī)模，擴(kuò)建方便） 可編程資源豐富（提供一系列工具實(shí)現(xiàn)特殊要求,3.2 監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和處理 模擬量、數(shù)字量或狀態(tài)量、電能量的采集、折算回一次值、顯示并保存到

32、歷史庫 人機(jī)界面功能 主接線、數(shù)據(jù)、報(bào)文、報(bào)表、曲線、記錄顯示 運(yùn)行監(jiān)視和報(bào)警 越限報(bào)警、事故報(bào)警、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視和記錄、工況監(jiān)視 操作控制功能 開關(guān)分合、電容投退、檔位調(diào)節(jié)、保護(hù)投退。具備多級權(quán)限管理和電氣閉鎖、防誤操作等功能 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì) 需量記錄、電壓合格率、主變負(fù)載率、開關(guān)動作次數(shù)、事故狀況統(tǒng)計(jì)、操作記錄等,3.2 監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能,事故記錄和追憶 保護(hù)報(bào)文、SOE記錄、開關(guān)變位記錄、事故前后的電壓電流采樣值 故障分析 故障錄波波形顯示、運(yùn)算、分析、故障電壓、電流顯示、故障測距 制表打印 對報(bào)表、報(bào)文、定值、曲線、日志等進(jìn)行手動或自動打印 數(shù)據(jù)查詢 對歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、歷史報(bào)文、操

33、作記錄等檢索 系統(tǒng)維護(hù) 參數(shù)定義、設(shè)備增刪、限值設(shè)置、報(bào)表制作,3.3 監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和運(yùn)行環(huán)境,硬件體系結(jié)構(gòu),3.3 監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和運(yùn)行環(huán)境,3.3 監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和運(yùn)行環(huán)境,操作系統(tǒng) Unix（Solaris, AIX, HP UX, Tru64） Linux（多種發(fā)行版本） Windows（XP/2003/Vista/2007） 數(shù)據(jù)庫 Oracle（9i/10g/11g） Microsoft SQL Server（2000/2005/2008） Mysql WEB Apache PHP,3.3 監(jiān)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和運(yùn)行環(huán)境,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例介紹,Super-2000

34、SCADA/EMS自動化系統(tǒng) 規(guī)?？刹眉簦?最高用于省調(diào)系統(tǒng)，最低用于變電站單機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，靈活的硬件配置要求。 系統(tǒng)跨平臺： 適用于各種主流硬件、各種主流操作系統(tǒng)、主流數(shù)據(jù)庫 平滑升級： 軟件設(shè)計(jì)向上兼容，用戶可自行完成平滑升級，最大限度保護(hù)用戶投資 功能強(qiáng)大： 集成了SCADA、EMS、PAS、RMS、DTS、AVC等功能，實(shí)現(xiàn)“六遙”功能,AVC控制顯示界面,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-AVC界面,遙控和視頻聯(lián)動,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-視頻聯(lián)動界面,保護(hù)定值管理,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-保護(hù)定值調(diào)用,保護(hù)錄波回放,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-故障錄波顯示,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-可視化界面,生命線示例，紅

35、色代表重載線路,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-生命線在SCADA中的應(yīng)用,操作票界面,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-集成兩票管理,SCADA視圖,CIM視圖,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-對象編輯界面,對象字典定義,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-對象字典定義,從畫面上調(diào)對象操作面板,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-無處不在的對象操作面板,從告警中調(diào)對象操作面板,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-無處不在的對象操作面板,從公式編輯中調(diào)用對象操作面板,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-無處不在的對象操作面板,遙信對象操作面板,斷路器對象操作面板,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-無處不在的對象操作面板,從對象操作面板查詢事件,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-無處不在的對象操作面板,保

36、護(hù)對象操作面板,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-無處不在的對象操作面板,變壓器圖元的參數(shù),3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-參數(shù)化圖元,開關(guān)掛牌,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-參數(shù)化圖元,變壓器圖元綁定到設(shè)備，圖元參數(shù)自動設(shè)定,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-超級綁定,建模時(shí)自動關(guān)聯(lián)設(shè)備和測點(diǎn),3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-關(guān)聯(lián)和拷貝和自動粘連,拓?fù)渲捎没焐?3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-拓?fù)渲?事故推縮略圖畫面，按告警優(yōu)先級排序,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-事故推畫面,棒圖、餅圖和光字牌,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-即插即用的圖元組件,系統(tǒng)控制臺組件,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-可擴(kuò)展系統(tǒng)控制臺,在線報(bào)文翻譯,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-在線報(bào)文自動翻譯,公式編輯

37、,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-強(qiáng)大的數(shù)據(jù)加工能力,主變經(jīng)濟(jì)運(yùn)行曲線,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析,負(fù)荷管理，限電跟蹤控制,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-負(fù)荷管理,基于WEB的綜合統(tǒng)計(jì)查詢,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-WEB服務(wù),3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-省調(diào)應(yīng)用,3.4 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例-電解鋁廠應(yīng)用,第4章變電站IED的硬件介紹,4.1 變電站IED的硬件的組成 4.2 模擬量采集回路 4.3 開關(guān)量采集回路 4.4 繼電器輸出回路 4.5 CPU核心系統(tǒng)回路 4.6 IED的電源系統(tǒng) 4.7 保護(hù)裝置操作回路 4.8 IED機(jī)箱設(shè)計(jì),4.1 變電站IED的硬件的組成,變電站IED的硬件的基本組成 模擬量采

38、集回路 開關(guān)量采集回路 繼電器輸出回路 CPU核心系統(tǒng)回路 液晶顯示和鍵盤 通訊接口 開關(guān)電源,4.1 變電站IED的硬件的組成,一個(gè)IED的硬件原理框圖,4.2 模擬量采集回路,兩種不同的模擬量采集和比較 1. 直流量采樣 直流采樣是指將現(xiàn)場不斷連續(xù)變化的模擬量先轉(zhuǎn)換成直流電壓信號，再送至AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換；即AD轉(zhuǎn)換器采樣的模擬量為直流信號。直流量采樣適用于低速、緩慢變化的信號。 直流量采樣實(shí)現(xiàn)電氣隔離困難、易受高頻干擾、零漂檢測和消除困難。對快速變化的信號，實(shí)現(xiàn)高精度采樣難度高。 2. 交流采樣 交流采樣是相對直流采樣而言，即指對交流電流和交流電壓采集時(shí)，輸入至AD轉(zhuǎn)換器的是與電力系統(tǒng)的

39、一次電流和一次電壓同頻率，大小成比例的交流電壓信號。在交流采樣方式中，對于有功功率和無功功率，是通過采樣所得到的u，i ,計(jì)算出P，Q。 交流量采樣尤其適用于電力系統(tǒng)工頻變化信號?？刹捎没ジ衅鲗?shí)現(xiàn)隔離，容易消除檢測到直流零漂并實(shí)現(xiàn)軟件，需要采取措施實(shí)現(xiàn)雙極性采樣，對工頻信號易實(shí)現(xiàn)高精度采樣,4.2 模擬量采集回路,模擬量采集回路的組成 1. 傳感器 2. 信號處理環(huán)節(jié) 3. 多路模擬開關(guān) 4. 采樣保持器 5. 模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器 現(xiàn)代實(shí)際IED設(shè)計(jì)時(shí)，往往采用模擬開關(guān)、采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換為一體的A/D器件，以提升硬件的可靠性。例如AD7865、MAX125、AD7656、ADS8364

40、等,4.2 模擬量采集回路,兩種直流模擬量采集方式回路,交流電壓電流輸入通道結(jié)構(gòu)框圖,4.2 模擬量采集回路,采樣定理 一個(gè)隨時(shí)間連續(xù)變化的物理量f(t)，下圖a，經(jīng)過采樣后，得到一系列的脈沖序列f*(t)，它是離散的信號，被稱為采樣信號，如圖c 。 根據(jù)香農(nóng)（Shannon）定理：如果隨時(shí)間變化的模擬信號（包括噪聲干擾在內(nèi)）的最高頻率為fmax，只要按照采樣頻率f2 fmax進(jìn)行采樣，那么所給出的樣品系列,，就足以代表（或恢復(fù)）f(t)了，實(shí)際應(yīng)用中常采用f(510)fmax,4.2 模擬量采集回路,采樣保持器的作用和原理 （1）保證轉(zhuǎn)換時(shí)的誤差在A/D轉(zhuǎn)換器的量化誤差內(nèi) （2）實(shí)現(xiàn)多個(gè)模擬

41、量的同步采樣（功率計(jì)算、差動保護(hù),4.2 模擬量采集回路,A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)性能 （1）分辨率：分辨率反映A/D轉(zhuǎn)換器對輸入模擬信號微小變化響應(yīng)的能力，通常以數(shù)字量輸出的最低位（LSB）所對應(yīng)的模擬輸入電平值表示。N位A/D轉(zhuǎn)換能反映1/2n滿量程的模擬量輸入電壓。 一般用A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)來表示分辨率,4.2 模擬量采集回路,A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)性能 （2）準(zhǔn)確度： 絕對誤差：對應(yīng)一個(gè)數(shù)字量的實(shí)際模擬量的值和模擬量的理論值之差，為絕對誤差。用數(shù)字量的最小有效位表示。例如： 1/2LSB, 1LSB 相對誤差：(相對誤差/滿量程的模擬量） 100% （3）轉(zhuǎn)換時(shí)間：完成一次A/

42、D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。對變電站IED而言，即便每周波200點(diǎn)密集采樣，全部通道轉(zhuǎn)換周期也只要小于100 s即可。 例如：AD7865的每通道轉(zhuǎn)換時(shí)間為2.4 s （4）量程：A/D轉(zhuǎn)換器所能轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓的范圍 單極性： 0 5 V， 0 10 V， 0 20 V， 雙極性：2.5 2.5 V, 5 5 V, 10 10 V 影響性能的關(guān)鍵因素在于AD分辨率和信號的信噪比。由于變電站IED內(nèi)部噪音約為15mV。提升信噪比即提升量程，故在最大10 V量程下，14位AD精度已接近信噪比極限，采用更高AD位數(shù)效果并不明顯,4.2 模擬量采集回路,4.3 開關(guān)量采集回路,開關(guān)量的采集的幾個(gè)注意事項(xiàng)1、

43、信號輸入推薦采用DC110/220V高電壓輸入以提升抗干擾能力2、輸入端提供低通濾波和反向旁路抑制高頻干擾3、應(yīng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)外信號電氣隔離4、應(yīng)設(shè)定合適的開關(guān)量動作檢出閾值，例如DC220V輸入的開關(guān)量，閾值設(shè)定在110V。5、從時(shí)間或閥值上具備一定的遲滯特性來過濾抖動,采用光電隔離的開關(guān)量輸入方式,4.3 開關(guān)量采集回路,采用繼電器隔離的開關(guān)量輸入方式,兩種輸入方式的優(yōu)缺點(diǎn)對比 1、采用光耦隔離的開關(guān)量輸入方式 節(jié)省空間、功耗低(一般設(shè)定2mA)、速度快(幾十us)、成本低廉、抗擾動性能不如繼電器，但電氣隔離能力優(yōu)于繼電器 2、采用繼電器隔離的開關(guān)量輸入方式 具有天然的遲滯特性，抗擾動能力強(qiáng)。但所

44、占空間大、功耗大（一般至少為510mA）、速度慢（幾ms）,成本高,4.3 開關(guān)量采集回路,4.3 開關(guān)量采集回路,開關(guān)量、數(shù)字量輸入的后續(xù)輸入回路,一種開關(guān)量光耦輸入前置抗擾動處理回路,4.3 開關(guān)量采集回路,CPU對開關(guān)量、數(shù)字量采集的處理方式 1、狀態(tài)變化申請中斷方式采樣 實(shí)時(shí)性極高（us級響應(yīng)），采樣電路復(fù)雜，丟失中斷時(shí)將監(jiān)測不到變化的信號，故僅用于高速信號捕捉時(shí)才使用。 2、采用定時(shí)掃描方式采樣 采樣電路簡單，采集方式性能可靠，可與交流采樣中斷中順帶實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)性也能滿足一般遙信量的需要。例如在每周波24點(diǎn)下，時(shí)間分辨率為0.833ms。但高于掃描周期高速變化信號則無法捕捉。常用于遙信

45、量采集,4.3 開關(guān)量采集回路,軟件的防抖處理 軟件處理時(shí)應(yīng)捕捉第一次狀態(tài)變化時(shí)間，但應(yīng)延時(shí)判別后才能確認(rèn)狀態(tài)是否變化,4.3 開關(guān)量采集回路,4.4 開關(guān)量輸出回路,開關(guān)量輸出回路的幾個(gè)注意事項(xiàng)1、繼電器線圈去激勵(lì)時(shí)的瞬變干擾抑制2、多重閉鎖措施防止誤出口3、根據(jù)控制對象的特點(diǎn)設(shè)計(jì)印制板走線4、應(yīng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)外信號電氣隔離5、推薦兩級隔離抑制源于輸出回路的傳導(dǎo)干擾,常用數(shù)字量輸出接口電路 輸出接口電路可直接由CPU IO引腳內(nèi)部寄存器鎖存輸出，也可由外部控制總線鎖存輸出。 兩則的區(qū)別僅僅在于鎖存器在CPU片內(nèi)還是片外。顯然片內(nèi)鎖存可靠性更高些，但CPU IO資源往往有限，無法滿足大規(guī)模開關(guān)量輸出需

46、要,4.4 開關(guān)量輸出回路,繼電器輸出電路設(shè)計(jì) 繼電器線圈并列續(xù)流二級管抑制瞬變干擾 動作于開關(guān)的出口繼電器，其工作電源必須經(jīng)裝置自診斷輸出和裝置啟動輸出控制 推薦采用光耦將CPU邏輯電源與繼電器工作電源進(jìn)行隔離 動作于開關(guān)的出口繼電器，其印制板走線應(yīng)滿足額定10A的載流能力，相應(yīng)的繼電器接點(diǎn)容量也應(yīng)滿足大容量負(fù)載要求 所有出口和信號輸出印制板走線長度應(yīng)盡量短，減少外部干擾信號進(jìn)入IED內(nèi)部的輻射空間,4.4 開關(guān)量輸出回路,繼電器輸出回路設(shè)計(jì),4.4 開關(guān)量輸出回路,CPU核心系統(tǒng)基本組成 CPU芯片（832位，DSP、ARM、COLDFIRE、PPC、51/96） RAM及容量（SRAM或

47、SDRAM、帶電池SRAM，116M字節(jié)) 可編程ROM及容量（FLASH ，116M字節(jié)） 地址譯碼電路（CPLD、FPGA等） RTC(實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘) 硬件WATCHDOG及電源監(jiān)視回路,4.5 CPU核心系統(tǒng)介紹,CPU核心系統(tǒng)可選模塊 大容量存儲單元（SD卡、CF卡、U盤） 以太網(wǎng)絡(luò)（32位自帶以太網(wǎng)接口、外掛網(wǎng)絡(luò)接口） 串行接口（RS485/232,關(guān)于三種總線選擇方式的技術(shù)評價(jià) 總線不出CPU 特點(diǎn)：所需器件最少，受干擾面積最小，可靠性最高 缺點(diǎn)：資源有限，軟硬件升級困難，僅用于代碼量小的IED設(shè)備 總線不出模塊 特點(diǎn)：易共享軟硬件平臺，升級方便，易規(guī)模化生產(chǎn) 缺點(diǎn)：集成度高，布線

48、密集 總線不出CPU板 特點(diǎn)：布線容易 缺點(diǎn)：針對特別的IED開發(fā)，易造成板件種類增多，受干擾面積最大，可靠性最低,4.5 CPU核心系統(tǒng)介紹,4.5 CPU核心系統(tǒng)實(shí)例,電源系統(tǒng)-IED的“心臟” 完成高電壓小電流輸入到低壓大電流輸出的轉(zhuǎn)換 完成外部電源系統(tǒng)與IED內(nèi)部系統(tǒng)的隔離 抑制外部高頻干擾信號對IED內(nèi)部系統(tǒng)的擾動 抑制內(nèi)部高頻信號對外部電源系統(tǒng)的干擾 實(shí)現(xiàn)過流、過壓、過熱保護(hù) 在電源輸入較大波動下，仍然維持輸出穩(wěn)定,4.6 IED電源系統(tǒng)介紹,電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 元器件等降額使用（整流器件、電容、MOSFET） 電源輸出功率降額使用 電解電容原理發(fā)熱器件 優(yōu)化散熱條件 考慮EMI和E

49、MS 壽命計(jì)算和等壽命法則運(yùn)用,4.6 IED電源系統(tǒng)介紹,電源系統(tǒng)工作原理,4.6 IED電源系統(tǒng)介紹,4.6 IED電源系統(tǒng)介紹,操作回路的基本功能 電氣防跳 動作保持以保證出口接點(diǎn)不拉弧 斷路器異常閉鎖操作（壓力、儲能） 斷路器操作回路斷線監(jiān)視 斷路器位置監(jiān)視 實(shí)現(xiàn)人工遠(yuǎn)方或就地分閘閉鎖重合閘,4.7 保護(hù)操作回路介紹,4.7 保護(hù)操作回路介紹,機(jī)箱的基本要求 美觀、實(shí)用 提供人機(jī)操作界面 實(shí)現(xiàn)對外部干擾的屏蔽,4.8 變電站保護(hù)、測控及自動化裝置機(jī)箱,兩種插件布置結(jié)構(gòu) 前插件結(jié)構(gòu) 維護(hù)方便、強(qiáng)弱電分離困難、抗干擾差 后插件結(jié)構(gòu) 每塊插件就地實(shí)現(xiàn)內(nèi)外隔離和屏蔽、弱電走線遠(yuǎn)離強(qiáng)電區(qū)域、抗干

50、擾強(qiáng)、組屏方式不易維護(hù),4.8 變電站保護(hù)、測控及自動化裝置機(jī)箱,采用后插件結(jié)構(gòu)的機(jī)箱實(shí)例,第5章變電站IED設(shè)備軟件和算法,5.1 有效值的計(jì)算方法 5.2 功率和電度量計(jì)算方法 5.3 定時(shí)限過量保護(hù)元件的實(shí)現(xiàn) 5.4 定時(shí)限欠量保護(hù)元件的實(shí)現(xiàn) 5.5 定時(shí)限矢量保護(hù)元件的實(shí)現(xiàn) 5.6 反時(shí)限保護(hù)的實(shí)現(xiàn) 5.7 復(fù)雜保護(hù)的實(shí)現(xiàn),5.1 有效值計(jì)算方法,有效值計(jì)算方法主要有三種 正弦函數(shù)的半周積分法 周期函數(shù)的傅立葉濾波算法 周期函數(shù)的真有效值計(jì)算法,5.1 有效值計(jì)算方法,正弦函數(shù)的半周積分法 一個(gè)正弦函數(shù)的半周期面積為S， 而S可由離散采樣點(diǎn)通過梯形法近似求得,半波絕對值算法常用用于過流

51、保護(hù)等場合,5.1 有效值計(jì)算方法,周期函數(shù)的傅立葉濾波算法,一個(gè)周期函數(shù)可用傅立葉級數(shù)展開為,該函數(shù)的基波表達(dá)式為,其中a1、b1分別為基波相量的實(shí)部和虛部， 可由傅立葉逆變換求得,5.1 有效值計(jì)算方法,周期函數(shù)的傅立葉濾波算法,a1、b1用離散采樣點(diǎn)梯形法求和近似可得,該函數(shù)對應(yīng)相量表達(dá)式為： I1=a1+jb1 該相量表達(dá)式在基波功率計(jì)算、方向保護(hù)、阻抗保護(hù)、序分量計(jì)算中極為有用,5.1 有效值計(jì)算方法,周期函數(shù)的真有效值(RMS)計(jì)算方法,真有效值計(jì)算方法也稱均方根算法， 常用于監(jiān)控設(shè)備中,5.2 功率和電度計(jì)算方法,采用離散采樣值近似計(jì)算，也可得P、Q等計(jì)算表達(dá)式 三表計(jì)法功率計(jì)算

52、方法如下,功率因數(shù)的計(jì)算方法如下,兩表計(jì)法功率計(jì)算方法如下,5.3 定時(shí)限過量保護(hù)的實(shí)現(xiàn),定時(shí)限過量保護(hù)種類： 過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、過壓保護(hù)、零序接地保護(hù)、差動保護(hù)、過功率保護(hù)等 定時(shí)限過量保護(hù)的基本判據(jù),動作時(shí)間判別的實(shí)現(xiàn)方法 tTzd = NTzd/Ts =Nzd 其中Ts為保護(hù)流程計(jì)算周期 在每一次保護(hù)流程計(jì)算中，有效值滿足條件則+1，不滿足條件則將整個(gè)計(jì)數(shù)器清零。累加值達(dá)到整定值則動作 返回系數(shù)的處理： 返回系數(shù)理論可為1，但一般設(shè)定0.950.98，目的在于： 被測量在動作邊界時(shí)有一個(gè)明確的輸出結(jié)果 保證輸出接點(diǎn)不抖動以延長接點(diǎn)壽命,5.4 定時(shí)限欠量保護(hù)的實(shí)現(xiàn),定時(shí)限欠量保護(hù)種類

53、： 低電壓保護(hù)、電機(jī)失載保護(hù)、全阻抗距離保護(hù)、低頻減載等 定時(shí)限欠量保護(hù)的基本判據(jù),動作時(shí)間和返回系數(shù)的處理與過量保護(hù)類似，所不同的是，對欠量保護(hù)而言，返回系數(shù)常設(shè)為1.021.05,5.5 矢量保護(hù)的實(shí)現(xiàn),矢量保護(hù)以判別角度是否滿足動作范圍為主，矢量保護(hù)的 種類包括： 方向繼電器、姆歐繼電器等 姆歐繼電器動作方程,正方向繼電器動作方程,顯然，上述兩個(gè)判別式可以簡化其特征矢量的實(shí)部的極性判別,5.6 反時(shí)限保護(hù)的實(shí)現(xiàn),以IEC規(guī)定的幾種反時(shí)限過流保護(hù)為例,一般反時(shí)限標(biāo)準(zhǔn)方程為,非常反時(shí)限標(biāo)準(zhǔn)方程為,極端反時(shí)限標(biāo)準(zhǔn)方程為,上述表達(dá)式中，Tp、Ip為整定值，Ts為保護(hù)流程間隔時(shí)間,5.7 復(fù)雜保護(hù)

54、的實(shí)現(xiàn),對邏輯相對復(fù)雜的保護(hù)，往往是對多個(gè)過量判別元件、欠量判別元件和矢量判別元件的”與或非”邏輯和優(yōu)先級邏輯組合。以復(fù)合電壓閉鎖方向過流保護(hù)為例，其動作判據(jù)如下,只有上述幾個(gè)判據(jù)同時(shí)滿足時(shí)，保護(hù)才出口。 復(fù)合電壓判據(jù)又是一個(gè)欠量元件和一個(gè)過量元件的或邏輯： Umin U2zd 采用序分量判別方向元件時(shí)，方向元件又是一個(gè)復(fù)合判據(jù)： 負(fù)序判據(jù)：+90I2q） 零序判據(jù)：+90I0q） 正序判據(jù)：- 90 Arg U1/I1 +90,第6章變電站保護(hù)元件的常規(guī)配置,6.1 繼電保護(hù)的基本要求 6.2 高壓輸電線路保護(hù)配置 6.3 主變的保護(hù)配置 6.4 母線保護(hù) 6.5 中壓聯(lián)絡(luò)線的保護(hù)配置 6.

55、6 電容器的保護(hù)配置 6.7 中壓饋出線的保護(hù)配置 6.8 備自投裝置的功能配置 6.9 廠用電快切的功能配置 6.10其它安全穩(wěn)定裝置,6.1繼電保護(hù)的基本要求,繼電保護(hù)和安全自動裝置的作用 電力系統(tǒng)的電力元件或系統(tǒng)本身發(fā)生故障或危及安全運(yùn)行的事件時(shí)，及時(shí)告警或直接跳閘，以終止事件發(fā)展的自動化設(shè)備。 繼電保護(hù)裝置-保證電力元件安全運(yùn)行 安全自動裝置-保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行 繼電保護(hù)的任務(wù) 設(shè)備故障，迅速準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)最近點(diǎn)斷路器跳閘，減少對設(shè)備的損壞，降低對系統(tǒng)安全供電的影響，滿足穩(wěn)定性要求 反應(yīng)電氣設(shè)備的不正常工作情況，及時(shí)發(fā)信或自動調(diào)整，或自動切除那些繼續(xù)運(yùn)行將引發(fā)事故的電氣設(shè)備,6.1繼電保護(hù)

56、的基本要求,電力系統(tǒng)對繼電保護(hù)的基本要求 可靠性-最基本的性能要求 可信賴-不拒動，通過雙重化提升。 安全性-不誤動，通過改善工藝和質(zhì)量提升 選擇性 選擇對系統(tǒng)影響最小的點(diǎn)，終止事故發(fā)展 措施：時(shí)限和定值滿足上下級級差配合 提供后備保護(hù)-中壓遠(yuǎn)后備，高壓近后備 高壓配置雙重化及斷路器保護(hù) 快速性 最快速度切除故障，結(jié)合重合閘，提升暫態(tài)穩(wěn)定性。 靈敏性 對設(shè)計(jì)規(guī)定要求動作的故障和狀態(tài)，能夠可靠的動作 需協(xié)調(diào)好與選擇性之間的矛盾,6.2輸電線路保護(hù)配置,高壓、超高壓輸電線路保護(hù)基本配置 相間和接地距離保護(hù)（21P/21N） 零序過流和零序方向保護(hù)（51N/67N） 重合閘（三相、單相、綜合）（79

57、） 光纖差動保護(hù)（87L，終端線不配） 振蕩檢測和失步保護(hù)（78，終端線不配） 斷路器失靈保護(hù)（50BF，110KV不配） 非全相運(yùn)行保護(hù)（52PD， 110KV不配） 過流保護(hù)和過流方向保護(hù)（ 50P/51P/67P ） 低頻保護(hù)（81U） 低壓保護(hù)（27,6.2主變保護(hù)基本配置,主變保護(hù)基本配置 主變差動保護(hù)（87T） 復(fù)壓過流和方向過流（ 50P/51P/67P ） 零序過流和方向零序（51N/67N） 零序過壓保護(hù)（59N） 過負(fù)荷控制（51P） 非電量保護(hù)（瓦斯、壓力、溫度、冷卻器故障） 距離保護(hù)和振蕩閉鎖（21，110KV不配） 過激磁保護(hù)（24， 110KV不配） 斷路器失靈保護(hù)

58、（50BF，110KV不配,6.3母線保護(hù)配置,母線保護(hù)基本配置 母線差動保護(hù)（87B） 斷路器失靈保護(hù)（50BF） 復(fù)合電壓啟動（27/59） 母聯(lián)充電保護(hù)（51） 母聯(lián)過流保護(hù)（51） 母聯(lián)失靈保護(hù)（50BF） 母聯(lián)非全相運(yùn)行保護(hù)（ 52PD,6.4中壓聯(lián)絡(luò)線保護(hù)配置,中壓聯(lián)絡(luò)線保護(hù)基本配置 復(fù)壓過流和方向過流保護(hù)（ 50P/51P/67P ） 限制性接地保護(hù)（51N/67N） 低頻保護(hù)（81U） 低壓保護(hù)（27） 三相重合閘（79） 相間距離保護(hù)（21P，視情況配） 光纖差動保護(hù)（87L，視情況配） 振蕩檢測和失步保護(hù)（78，視情況配,6.5中壓電容器保護(hù)配置,中壓電容器保護(hù)基本配置 過

59、流保護(hù)（ 50P/51P/67P ） 限制性接地保護(hù)（51N/67N） 低壓保護(hù)（27） 過壓保護(hù)（59） 中性線不平衡電流保護(hù)（51N） 零序電壓或不平衡電壓保護(hù)（59N,6.6中壓饋線保護(hù)配置,中壓饋線保護(hù)基本配置 復(fù)壓過流保護(hù)（ 50P/51P ） 限制性接地保護(hù)（51N） 低頻保護(hù)（81U） 低壓保護(hù)（27） 三相重合閘（79） 光纖差動保護(hù)（87L，級差不滿足時(shí),6.7備用電源自動投入裝置配置,備自投基本配置 進(jìn)線互備用 母聯(lián)或橋開關(guān)備用 母聯(lián)或橋開關(guān)過流保護(hù)（ 50P/51P ） 母聯(lián)或橋開關(guān)充電保護(hù)（ 50P/51P,6.8中壓馬達(dá)保護(hù)配置,中壓馬達(dá)保護(hù)基本配置 過流保護(hù)（ 50P/51P ） 限制性接地保護(hù)（51N） 低頻保護(hù)（81U） 低壓保護(hù)（27） 啟動控制（68） 堵轉(zhuǎn)保護(hù)（80） 負(fù)序過流（51） 過熱保護(hù)（49） 工藝聯(lián)鎖控制 差動保護(hù)（87M，容量2MW以上,6.9廠用電快切裝置配置,快切裝置基本配置 正常手動切換、事故切換、非正常切換 快速切換 首次同期切換 檢耐受電壓切換 殘壓切換,6.10其它安全穩(wěn)定裝置,低周低壓減載： 按頻率多輪減載 提供頻率特殊輪防止頻率懸浮 按電壓多輪減載 提供電壓特殊輪防止電壓懸浮 過負(fù)荷自動減載 按過負(fù)荷嚴(yán)重程度，提供多輪減載 自動解列裝置 振蕩解列 高周切機(jī) 低周解列 低壓解列 快速勵(lì)磁、PSS、SVC,第7章變