四方繼保應(yīng)屆新員培訓(xùn)-基礎(chǔ)理論部分

1、新員工培訓(xùn)基礎(chǔ)理論部分 畢振軍 編著趙建新 王承力 校核 版權(quán)所有：北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司 技術(shù)支持部本冊為四方公司內(nèi)部資料，未經(jīng)版權(quán)所有人書面授權(quán)請勿做任何形式的復(fù)制！聯(lián)系電話傳 錄第一章電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識21.1電能的生產(chǎn)21.1.1電荷21.1.2電場及電場強(qiáng)度31.1.3電勢和電勢差41.1.4電壓和電流51.1.5交流發(fā)電機(jī)（電源）61.2電能的輸送和使用91.3電力系統(tǒng)的電壓等級101.4變電站121.5小結(jié)14第二章二次設(shè)備對變電站的信息采集和設(shè)備控制152.1硬件平臺功能的實(shí)現(xiàn)162.2交流插件（遙測量采集）192.

2、3開入插件（遙信量的采集）202.4開出插件（設(shè)備遙控&跳閘出口）222.5直流插件（直流量采集）242.6電源插件242.7保護(hù)CPU插件242.8管理插件242.9從平臺到應(yīng)用252.10小結(jié)27第三章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)283.1 自動(dòng)化系統(tǒng)組成及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)283.2通訊規(guī)約323.3監(jiān)控系統(tǒng)333.3.1系統(tǒng)硬件343.3.2數(shù)據(jù)采集與處理353.3.3告警與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)363.3.4控制操作373.3.5光字牌393.3.6設(shè)備掛牌403.3.7報(bào)表和歷史數(shù)據(jù)：413.3.8曲線功能433.3.9事故追憶433.3.10集成保護(hù)管理、錄波管理、VQC、一體化五防功能443.3.11

3、公式計(jì)算473.4遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)473.4.1概述483.4.2裝置硬件493.4.3裝置軟件513.5SOE 的概念523.6全站對時(shí)533.6.1GPS 原理533.6.2GPS 與監(jiān)控系統(tǒng)的接口54第一章 電力系統(tǒng)基礎(chǔ)知識能源是社會生產(chǎn)力的重要基礎(chǔ)，隨著社會生產(chǎn)力的不斷變化，人類使用的能源不僅在數(shù)量上越來越大，在品種及構(gòu)成上也有了很大的變化。電能出現(xiàn)以后，由于它具有能量間轉(zhuǎn)換容易、輸送方便、控制靈活以及潔凈、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，從19世紀(jì)70年代開始已經(jīng)由電動(dòng)機(jī)械逐步取代了蒸汽機(jī)，使人類社會進(jìn)入了電氣化的新時(shí)期，促使生產(chǎn)力得到空前發(fā)展。1.1 電能的生產(chǎn)電能的應(yīng)用在我們的日常生活中隨處可見，各類用電設(shè)

4、備將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量，如電風(fēng)扇是將電能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，電飯鍋是將電能轉(zhuǎn)換為熱能。那么我們所使用的電能是如何生產(chǎn)然后輸送到用電設(shè)備上的呢？通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)使大家能夠了解這一過程的實(shí)現(xiàn)，考慮有非電力專業(yè)畢業(yè)學(xué)員，對電能的生產(chǎn)從最基本的理論知識和概念講起。1.1.1 電荷自然界的物質(zhì)是由分子、原子組成，而原子又是由原子核（帶正電）和核外電子（帶負(fù)電）組成，同種電荷相互排拆，異種電荷相互吸引。1897年，英國科學(xué)家湯姆孫（1856-1940）發(fā)現(xiàn)了比原子小得多的帶負(fù)電的粒子電子，揭開了原子具有結(jié)構(gòu)的秘密。在通常情況下，原子核所帶正電荷數(shù)與核外所有電子總共帶的負(fù)電荷數(shù)相等，整個(gè)原子呈中性，也就是原子

5、對外不顯帶電的性質(zhì)。電荷守恒定律：電荷既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)物體。物體失去電子帶正電，得到電子帶負(fù)電。得到或失去的電子個(gè)數(shù)只能是整數(shù)，因而物體帶電的電量是基本電量的整數(shù)倍。中性 帶負(fù)電圖1.1 原子結(jié)構(gòu)1.1.2 電場及電場強(qiáng)度 圖1.2 電場和電場強(qiáng)度在上圖中電荷A和電荷B周圍存在有電場，電荷A產(chǎn)生的電場對電荷B產(chǎn)生作用力，圖中電荷A和B都為正電荷，因此電荷B在電荷A產(chǎn)生的電場中受到排斥力，該力量使電荷B遠(yuǎn)離電荷A。同樣電荷B也產(chǎn)生電場，同樣對電荷A產(chǎn)生排斥力。電場是兩個(gè)電荷相互作用力，定義為：電荷周圍存在的，對放入其中的電荷有作用力的特殊物質(zhì)稱作電場，電荷

6、在電場中所受作用力叫電場力，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。電場強(qiáng)度是描述電場的強(qiáng)弱和方向的物理量，定義為：“檢驗(yàn)電荷”在電場中某一點(diǎn)受到的作用力與“檢驗(yàn)電荷”電量的比值，稱作電場中該點(diǎn)的電場強(qiáng)度，“檢驗(yàn)電荷”在該點(diǎn)受到作用力的方向?yàn)樵擖c(diǎn)電場的方向。如下圖所示，在點(diǎn)電荷Q 形成的電場中的A 點(diǎn)，分別放一“檢驗(yàn)電荷”+q , +2q , +3q ，分別計(jì)算檢驗(yàn)電荷所受的電場力大小和F / q 的比值。可以看出“檢驗(yàn)電荷”在Q形成的電場中所受到的電場力與Q的大小成正比，與距Q的距離成反比，在Q一定的情況下距離越近受到的電場力越大。1.1.3 電勢和電勢差在物理學(xué)中，如果力的方向與物體運(yùn)動(dòng)的方向

7、一致，我們把力的大小與位移的大小的乘積定義為“功（W）”。那么一定數(shù)量的同種類型的電荷聚集在一起形成的電場具有可以移動(dòng)置于其電場內(nèi)的電荷的力，電場力對電荷做功使電荷產(chǎn)生位移，也就是這個(gè)電場中存在可以使電荷移動(dòng)的能量，這種能量就是“電勢能”，具有電勢能的設(shè)備稱為“電源”。電勢（）的單位是“伏特（V）”，由于電場中不同點(diǎn)的電場力不同，在電場的不同點(diǎn)電勢也不同，不同點(diǎn)的電勢之間的差值叫“電勢差”。1.1.4 電壓和電流圖1.3 簡易電燈上圖是個(gè)典型的用電示意圖，電源（如干電池）通過金屬導(dǎo)體連接到燈泡上，使燈泡發(fā)光工作。電源在不工作狀態(tài)，其內(nèi)部正、負(fù)電荷是均勻分布的，對外呈現(xiàn)不帶電狀態(tài)，沒有電勢能，連

8、接燈泡的導(dǎo)線內(nèi)的電荷就不會產(chǎn)生位移，燈泡不會被點(diǎn)亮。通過某種非靜電力（如干電池通過化學(xué)反應(yīng)）將電源內(nèi)部正、負(fù)電荷分別匯集到電源兩端，電源內(nèi)部產(chǎn)生電勢能（推動(dòng)電荷位移的能量），連接燈泡的導(dǎo)線內(nèi)的電荷在電源電勢提供的電場力的作用下使電荷產(chǎn)生位移，這種若干電荷在導(dǎo)體內(nèi)的流動(dòng)我們稱之為“電流（I）”，單位是“安培（A）”，燈泡內(nèi)的電阻絲因有電流流過產(chǎn)生熱量而發(fā)光。從上圖可以看出，需要有一種能量將電源內(nèi)部正電荷搬運(yùn)到電源的正極性端，將負(fù)電荷搬運(yùn)到負(fù)極性端，這個(gè)過程就是一種形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，電源內(nèi)部正、負(fù)極間具有的勢能叫電勢能。在電源外部，因電源電勢的存在，如果電源的正、負(fù)極被聯(lián)通，則會有正電荷在電源

9、外部電場力的作用下被源源不斷的搬運(yùn)到電源負(fù)極性端，這個(gè)電場力所做的功與被搬運(yùn)電荷電量的比值叫做“電壓（）”，單位同樣為“伏特（V）”，單位時(shí)間搬運(yùn)的電荷量叫做“電流（I）”，單位是“安培（A）”。E=W/q W 表示電源內(nèi)部非靜電力做的功U=W/q W表示電源外部電場力做的功I=q/t，W=U*q=U*I*t電源對外部所做的功在數(shù)值上等于用電設(shè)備兩端的電壓與流經(jīng)設(shè)備的電流及電流的持續(xù)時(shí)間的乘積。1.1.5 交流發(fā)電機(jī)（電源）1.1.4小節(jié)中的電源設(shè)備，需要提供一種力量要不斷的把流到電源負(fù)極的正電荷搬運(yùn)到正極性端（同種電荷相斥），同時(shí)還要克服電源內(nèi)部正、負(fù)電荷相吸力，使電源能夠持續(xù)提供一定數(shù)值的

10、電勢以保證燈泡中有一定數(shù)值的持續(xù)電流流過，使燈泡持續(xù)發(fā)光，這種力量是其他形式的能量提供的，是非靜電力。我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娔軄碜杂诎l(fā)電廠的發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)的工作原理是將“動(dòng)能”轉(zhuǎn)換成“電能”。發(fā)電機(jī)的發(fā)電原理遵循電磁定律的“右手定則”，這個(gè)定則我們在物理課上都有學(xué)到，其主要內(nèi)容是“右手平展，使大拇指與其余四指垂直，并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)。把右手放入磁場中，若磁感線垂直進(jìn)入手心（當(dāng)磁感線為直線時(shí)，相當(dāng)于手心面向N極），大拇指指向?qū)Ь€運(yùn)動(dòng)方向（v的方向），則四指所指方向?yàn)閷?dǎo)線中感應(yīng)電流（感生電動(dòng)勢）的方向”。圖1.4 右手定則發(fā)電機(jī)能夠產(chǎn)生電勢能根據(jù)右手定則需要同時(shí)具備以下兩個(gè)必要條件：1) 存在磁場

11、；2) 導(dǎo)體置于磁場內(nèi)且要有切割磁力線運(yùn)動(dòng)；發(fā)電機(jī)內(nèi)導(dǎo)體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)需要外界輸入推動(dòng)力，使導(dǎo)體在磁場內(nèi)運(yùn)動(dòng)從而使導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電動(dòng)勢，發(fā)電機(jī)端有電壓存在，導(dǎo)體兩端被聯(lián)通則會有電流產(chǎn)生輸出電能。下圖為交流發(fā)電機(jī)簡易結(jié)構(gòu)圖，發(fā)電機(jī)內(nèi)部具備磁場環(huán)境和導(dǎo)線繞組，其他形式的能量（如煤、水）產(chǎn)生的動(dòng)能推動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子部件轉(zhuǎn)動(dòng)，使發(fā)電機(jī)內(nèi)的磁場與導(dǎo)線繞組產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)，依據(jù)“右手定則”會在導(dǎo)線繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢，形成電源。發(fā)電機(jī)端的電壓輸出，由于發(fā)電機(jī)內(nèi)磁場不是均勻分布的，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到不同的位置，切割導(dǎo)線繞組的磁場強(qiáng)度不一樣，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出的電壓呈正弦曲線變化，稱之為“交流電壓”，電力系統(tǒng)輸電也是以交流為主。圖1.5

12、交流發(fā)電機(jī)原理對于導(dǎo)線繞組而言交變的磁通和感應(yīng)電動(dòng)勢有90°角度關(guān)系，在上圖中“1”的位置是轉(zhuǎn)子磁通垂直穿入定子繞組時(shí)，此時(shí)定子內(nèi)磁通最大，電動(dòng)勢為“0”。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置決定了導(dǎo)線繞組感應(yīng)電壓的大小，轉(zhuǎn)動(dòng)速度決定了導(dǎo)線繞組感應(yīng)電動(dòng)勢一個(gè)完成正弦波形輸出的周期（T），一般用“頻率（F）”來表述這個(gè)周期，這個(gè)頻率就是電力網(wǎng)的供電頻率，我國電力網(wǎng)供電頻率是50HZ，也就是20ms產(chǎn)生一個(gè)全周期的電壓輸出。發(fā)電機(jī)電壓輸出端與用電設(shè)備連接，在電壓的作用下產(chǎn)生工作電流，發(fā)電機(jī)內(nèi)導(dǎo)線繞組有電流流過時(shí)，依據(jù)“左手定則”會對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動(dòng)力矩，降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，為了使轉(zhuǎn)子按額定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，保證發(fā)電機(jī)輸出電壓幅

13、值和頻率的穩(wěn)定，這種穩(wěn)定是用電設(shè)備能夠正常工作的基礎(chǔ)，就需要加大推動(dòng)轉(zhuǎn)子的能量輸入（如多燒煤），在不考慮損耗的理想情況下，用電設(shè)備需要多少消耗就需要輸入多少能量推動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，抵消用電設(shè)備工作電流產(chǎn)生的制動(dòng)力矩，這樣就實(shí)現(xiàn)了能量的轉(zhuǎn)換和能量的平衡。電壓和電流的乘積即為發(fā)電機(jī)輸出的電功率（P），功率是表示用電設(shè)備消耗能量快慢的物理量，單位為“瓦特（W）”。電源向外輸電時(shí)，其兩端的電壓即為輸送電壓，電源對外發(fā)出的功率即輸送功率，對于交流輸電系統(tǒng)，電壓（U）和電流（I）的幅值及其夾角決定了電能輸送的瞬時(shí)功率，即：圖1.7 二端RLC電路的瞬時(shí)功率瞬時(shí)功率隨電壓、電流曲線不斷變化，電力系統(tǒng)采用計(jì)算平均

14、功率的方法來計(jì)量某一電力用戶的能量消耗，即某一時(shí)間周期（T）內(nèi)瞬時(shí)功率的積分和再除以積分周期，公式如下：式中稱為二端電路的功率因數(shù)，功率因數(shù)的值取決于電壓與電流之間的相位差，也叫功率因數(shù)角。電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等都是反映電能輸送狀態(tài)的量值，叫做電氣量。1.2 電能的輸送和使用電能是能量的一種表現(xiàn)形式，它有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，它可以簡便的轉(zhuǎn)換成其它形式的能量，其次，它還可以經(jīng)過高壓輸電線路，方便、快速、經(jīng)濟(jì)的輸送很遠(yuǎn)的距離，供給遠(yuǎn)方用電。 電力行業(yè)的根本任務(wù)就是：把一次能源（水力、風(fēng)力、煤炭、石油、天然氣、核能等）轉(zhuǎn)換成二次能源（電能），并經(jīng)過電網(wǎng)將其輸送和分配給電力用戶，用戶通過各種用

15、電設(shè)備將電能再轉(zhuǎn)換成其它形式的能量加以使用。 圖1.8 輸電模型電力生產(chǎn)與使用過程可以分為：發(fā)電、輸/變電、配電、用電（供電）四個(gè)環(huán)節(jié)。 圖1.9 電力生產(chǎn)與使用過程圖1.10 電力系統(tǒng)組成Ø 電力網(wǎng)：電力系統(tǒng)中各種電壓的變電所及輸配電線路組成的統(tǒng)一體； Ø 電力系統(tǒng)：由發(fā)電廠中的電氣部分、各類變電所及輸電、配電線路及各種類型的用電設(shè)備組成的統(tǒng)一體，稱為電力系統(tǒng)，具體組成如下： l 發(fā)電廠：生產(chǎn)電能，通過發(fā)電機(jī)將其他形式能源轉(zhuǎn)換為電能；l 電力網(wǎng)：變換電壓、傳送電能，由變電所和電力線路組成；l 配電系統(tǒng)：將系統(tǒng)的電能傳輸給電力用戶；l 電力用戶及設(shè)備：消耗電能。Ø

16、 動(dòng)力系統(tǒng)：在電力系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，把發(fā)電廠的動(dòng)力部分（例如火力發(fā)電廠的鍋爐、汽輪機(jī)和水力發(fā)電廠的水庫、水輪機(jī)以及核動(dòng)力發(fā)電廠的反應(yīng)堆等）包含在內(nèi)的系統(tǒng)。通常，將發(fā)電廠電能送到負(fù)荷中心的線路叫輸電線路，負(fù)荷中心至各用戶的線路叫配電線路，負(fù)荷中心一般設(shè)變電站。1.3 電力系統(tǒng)的電壓等級圖1.11 輸電模型上圖的輸電模型中，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能需要通過輸電線路輸送到用戶端，在電壓的作用下輸電線路及用電設(shè)備中會有工作電流，電流在輸電線路上也會產(chǎn)生電能損耗，輸電線上功率損失的主要原因是由于輸電線有電阻，會有一部分電能轉(zhuǎn)化為熱能而損失掉。若輸電電流為I，輸電線的電阻為r，則功率損失為P=I²r。若輸送

17、的功率為P，輸電電壓為U，輸電線的總長度為L，橫截面積為S，電阻率為r ，則功率損失可表示為： 在輸電線路參數(shù)一定的情況下可通過減少功率輸送或提高輸電電壓來較少輸電過程中帶來的功率損失，由于發(fā)電廠的裝機(jī)容量一定，因此電廠向外輸送的電功率是一定的，即在實(shí)際中不能以用戶少用或不用電來減少輸電線上的功率損失，因此電力系統(tǒng)是通過提高輸電電壓來減少輸電功率損失。綜合考慮用戶對用電設(shè)備接入電壓的要求以及裝備制造、電力建設(shè)投資、技術(shù)約束等因素，電力系統(tǒng)有若干電壓等級，通過電力變壓器設(shè)備實(shí)現(xiàn)電壓等級的轉(zhuǎn)換和電能的傳遞。 下圖說明了各電壓等級的轉(zhuǎn)換和連接關(guān)系。圖1.12 電力網(wǎng)一般發(fā)電機(jī)根據(jù)裝機(jī)容量不同，發(fā)電機(jī)

18、出口電壓等級有6.3KV，10.5KV，13.8KV，18.5KV，為了減少輸電線路自身的能耗損失，提高輸電效率和輸電容量，在發(fā)電廠都建有升壓變電站，將發(fā)電機(jī)端的出口電壓通過電力變壓器轉(zhuǎn)換為高電壓等級，上圖電力網(wǎng)是將發(fā)電機(jī)端電壓升壓為500kV，發(fā)電機(jī)輸出的功率向用戶輸送和分配，考慮電力投資、裝備制造、技術(shù)約束，在電能分配過程中會有多種電壓等級的變換。負(fù)責(zé)變換的主設(shè)備是變電站內(nèi)的電力變壓器，其工作原理也是電磁間的相互轉(zhuǎn)換，如下圖所示，當(dāng)一次繞組接到交流電源時(shí)，繞組中便有交流電流流過，并在鐵心中產(chǎn)生與外加電壓頻率相同的磁通(主磁通)，這個(gè)交變磁通同時(shí)交鏈著一次繞組和二次繞組，并且在一、二次繞組中

19、分別產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，繞組匝數(shù)不同感應(yīng)的電動(dòng)勢不同，不考慮變壓器設(shè)備自身的能量消耗，從一次繞組傳遞到二次繞組的能量是相等的，即u1*i1=u2*i2，u1與u2 的比值為變壓器的變比。圖1.13 電力變壓器原理目前電力輸電網(wǎng)共用1000kV、500kV、330kV、220kV、110kV、66kV、35kV等電壓等級，配電網(wǎng)為10Kv/0.4kV，隨著電力用戶對供電容量、供電可靠性、供電質(zhì)量的要求日益提高，我國也在嘗試20Kv/0.4kV配電網(wǎng)建設(shè)研究和試點(diǎn)。1.4 變電站變電站是在相對集中的一塊區(qū)域把一些設(shè)備組裝起來，對系統(tǒng)電壓進(jìn)行改變，接收和分配電能，控制電能流向的電力設(shè)施。它通過電力變壓器

20、將各電壓等級的電網(wǎng)連接起來，是電力系統(tǒng)輸電和配電的集結(jié)點(diǎn)。圖1.14 變電站實(shí)景照片圖1.15 變電站一次接線圖上圖形象的描繪了變電站所包含的設(shè)備及設(shè)備間的連接關(guān)系，該變電站通過4條進(jìn)線接受電力網(wǎng)輸送過來的電能，將電能匯集在110kV電壓等級“母線”設(shè)備上，連接在母線上的“電力變壓器”設(shè)備將110kV母線上匯集的電能進(jìn)行“電壓”轉(zhuǎn)變，變?yōu)?0kV電壓等級并將電能匯集在10kV母線上，各電力用戶通過配電線路（出線）從10kV母線上獲取電能用于生產(chǎn)、生活用電力設(shè)備上。在電能輸送的線路上安裝有可控制線路接通和斷開的設(shè)備，主要包括“斷路器”和“隔離刀閘”兩類設(shè)備，通過這兩類設(shè)備的接通與斷開控制電能的接

21、受和輸送的流向。該接線圖被稱之為“變電站一次主接線圖”，工程設(shè)計(jì)、廠內(nèi)調(diào)試、現(xiàn)場服務(wù)等崗位人員在日常工作中會經(jīng)常用到這類接線圖紙。為了滿足電力系統(tǒng)對電氣主接線供電可靠性、運(yùn)行靈活性、檢修安全性、可擴(kuò)展性、投資運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等基本要求，主接線形式很多，主要有“單母分段接線、雙母接線、雙母分段接線、3/2接線”等多種接線形式。詳細(xì)了解可翻閱華北電力大學(xué)主編的電力系統(tǒng)基礎(chǔ)教材。變電站與輸電網(wǎng)絡(luò)連接，設(shè)備上有輸電網(wǎng)傳遞過來的電壓（U）和負(fù)荷電流（I），通過電壓和電流可以計(jì)算出功率（P），可以測量出頻率（F）。1.5 小結(jié)通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，要求學(xué)員掌握如下內(nèi)容：Ø 電勢能的產(chǎn)生原理；Ø

22、電壓、電流、功率、頻率等電氣量含義；Ø 發(fā)電機(jī)的工作原理及產(chǎn)生的電氣量；Ø 電力系統(tǒng)的組成及每個(gè)組成部分的作用；Ø 電力網(wǎng)包含的電壓等級；Ø 變電站的作用及設(shè)備種類；Ø 變電站內(nèi)的電氣量及相互之間的關(guān)系。第二章 二次設(shè)備對變電站的信息采集和控制變電站作為電能匯集和分配的負(fù)荷中心，由輸電線路、母線、變壓器、斷路器、隔離刀閘等一次設(shè)備組成，并有電壓、電流、功率等電能輸送電氣量。實(shí)時(shí)監(jiān)測一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、電氣量數(shù)值及其變化趨勢是保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段，本章節(jié)重點(diǎn)講解我公司研發(fā)的二次設(shè)備對變電站運(yùn)行信息采集和設(shè)備控制的實(shí)現(xiàn)原理。

23、我公司研發(fā)的CSC及CSD系列保護(hù)、測控裝置通過各類型插件實(shí)現(xiàn)了對變電站內(nèi)電氣量、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)量的采集、控制及保護(hù)，信息采集和設(shè)備控制示意圖如“圖2.1”所示。圖2.1 CSC系列信息采集和設(shè)備控制示意“四遙”是對廠站設(shè)備的遠(yuǎn)方監(jiān)視和控制，是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)。四遙功能即遙信(YX)，遙測(YC)，遙控(YK)和遙調(diào)(YT)。 四遙功能的實(shí)現(xiàn)是通過二次設(shè)備不同種類的插件（插在裝置內(nèi)的板件）具體實(shí)現(xiàn)，從圖2.1可以很直觀的看出我公司的CSC系列二次設(shè)備通過“交流插件”采集電壓、電流等模擬量，通過“開入插件”采集斷路器等設(shè)備的位置信息，通過“直流插件”采集電力變壓器的運(yùn)行溫度信息，通過“開出插件”

24、控制斷路器等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，通過“CPU插件”利用其他插件采集到的信息實(shí)現(xiàn)某種功能應(yīng)用，通過“管理插件”實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備與站控層系統(tǒng)的信息交互。下面是對裝置各類插件功能實(shí)現(xiàn)以及整裝置功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行講解。122.1 硬件平臺功能的實(shí)現(xiàn)我公司可供貨的變電站二次裝置類設(shè)備主要是保護(hù)、測控類產(chǎn)品，功能應(yīng)用種類很多，但其基礎(chǔ)硬件平臺通用，整裝置功能實(shí)現(xiàn)如圖2.2所示。電源插件為裝置內(nèi)所有插件提供供電保障，并可屏蔽外部供電電源波動(dòng)對裝置供電的沖擊。CPU插件是裝置的核心，可比做人的大腦，交流、直流、開入插件負(fù)責(zé)采集信息，可比做人的眼睛、耳朵，采集到的信息通過內(nèi)部數(shù)據(jù)網(wǎng)（CAN網(wǎng)、以太網(wǎng)）共享給CPU插件，CP

25、U插件上運(yùn)行有實(shí)現(xiàn)某種特定功能的程序（如過流保護(hù)），程序?qū)Σ杉降男畔⑦M(jìn)行運(yùn)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生不同的控制行為，這些控制行為通過內(nèi)部數(shù)據(jù)網(wǎng)傳遞給開出類插件，由開出類插件完成控制輸出，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者的控制策略和目的。管理插件可以將采集信息、控制信息輸出到裝置的液晶面板上，同時(shí)也提供與其他裝置或軟件系統(tǒng)進(jìn)行信息交互的數(shù)據(jù)口（485、以太網(wǎng)）。管理插件也可通過液晶面板和數(shù)據(jù)接口接收外部的輸入指令，這些指令通過裝置內(nèi)部數(shù)據(jù)網(wǎng)共享給CPU插件，CPU插件上的程序根據(jù)指令完成功能運(yùn)算并輸出控制指令和控制信息。圖2.2 整裝置功能實(shí)現(xiàn)示意圖圖2.3 CSC101裝置背面圖2.4 CSC101裝置前面圖2.5 C

26、SC101裝置插件122.2 交流插件（遙測量采集）遙測功能實(shí)現(xiàn)的是對變電站內(nèi)模擬量數(shù)據(jù)的采集，模擬量是在時(shí)間和數(shù)量上都是連續(xù)的物理量，其表示的信號則為模擬信號。模擬量在連續(xù)的變化過程中任何一個(gè)取值都是一個(gè)具體有意義的物理量，變電站內(nèi)的遙測量主要是電壓，電流等。CSC/CSD系列保護(hù)、測控類設(shè)備通過裝置的交流插件采集電流、電壓等遙測量，并通過裝置的CPU插件根據(jù)采集上來的電壓、電流值計(jì)算出功率、頻率等其他電氣量數(shù)值，所有數(shù)值通過裝置管理插件輸出到裝置的液晶顯示屏進(jìn)行數(shù)值顯示，遙測往往又分為重要遙測、次要遙測、一般遙測和總加遙測等。圖2.6 遙測采集原理圖由于電力設(shè)備上的電壓和電流數(shù)值都很大，不

27、能直接引入交流插件進(jìn)行采集，所以需要將一次設(shè)備上的電壓、電流轉(zhuǎn)換成裝置可接受的量值等級，完成轉(zhuǎn)換的設(shè)備叫做互感器?；ジ衅魇且环N特殊的變壓器，指用以傳遞信息供給測量儀器、儀表和保護(hù)、控制裝置的變換器?；ジ衅饕欢私尤胱冸娬具\(yùn)行設(shè)備（母線、輸電線路），該端稱為一次側(cè)，另一端接入保護(hù)、測量等設(shè)備，該端稱為二次側(cè)，這也是為什么保護(hù)、測量設(shè)備叫做二次設(shè)備的原因。圖2.6 中的TV為電壓互感器，完成變電站內(nèi)電壓數(shù)值的變換，其二次額定輸出值為100V，TA為電流互感器，完成變電站內(nèi)電流數(shù)值的變換，其二次額定輸出值為1A或5A?！耙淮蝹?cè)額定值/二次側(cè)額定值”叫做互感器的變比，因?yàn)榛ジ衅鞫蝹?cè)額定值已經(jīng)固定，所以

28、通過選用不同變比的互感器來滿足不同數(shù)量級電壓、電流的變換，如1000/5的電流互感器適用于一次額定電流是1000A的輸電線路?；ジ衅鞯淖饔茫海?）用來使儀表、繼電器等二次設(shè)備與主電路絕緣。這即可避免主電路的高電壓直接引入儀表、繼電器等二次設(shè)備，又可防止繼電器、儀表等二次設(shè)備的故障影響主電路，提高一、二次設(shè)備的安全性和可靠性，并有利于人身安全。（2）用來擴(kuò)大儀表、繼電器等二次設(shè)備的應(yīng)用范圍。例如用5A的電流表或100V電壓表，通過不同變比的電流、電壓互感器可測量任意高的電流或電壓。而且可使二次儀表、繼電器的規(guī)格統(tǒng)一，有利于這些設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化。如圖2.6所示，經(jīng)過互感器變換后的電壓、電流信號，接入采

29、集裝置的交流插件，再次經(jīng)過交流插件上的互感器轉(zhuǎn)換成可用于電子芯片采集的信號完成模擬量的采集。2.3 開入插件（遙信量的采集）遙信功能實(shí)現(xiàn)的是對變電站內(nèi)開關(guān)量的采集，也可以叫做“開關(guān)量”采集，開關(guān)量一般指的是觸點(diǎn)的“開”與“關(guān)”的狀態(tài)，一般在計(jì)算機(jī)設(shè)備中也會用“0”或“1”來表示開關(guān)量的狀態(tài)。遙信信息用來傳送斷路器、隔離開關(guān)的位置狀態(tài)，傳送繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置的動(dòng)作狀態(tài)，以及系統(tǒng)、設(shè)備等運(yùn)行狀態(tài)信號。開關(guān)量輸入大多數(shù)是觸點(diǎn)狀態(tài)的輸入，可以分成兩類：（1）安裝在裝置面板上的觸點(diǎn)，例如各種工作方式開關(guān)，調(diào)試裝置或運(yùn)行中定期檢查裝置用的鍵盤觸點(diǎn)，復(fù)位按鈕及其他按鈕等。這類觸點(diǎn)，與外界電路無聯(lián)系，可直接接

30、至微機(jī)的并行接口，如圖2.7所示，也可以直接與 CPU 口線相連。在初始化時(shí)規(guī)定圖2.7中可編程并行口的 PA0 為輸入口，CPU 可以通過軟件查詢，隨時(shí)知道外部觸點(diǎn) S 的狀態(tài)。當(dāng) S 未被按下時(shí)，通過上拉電阻使 PA0 輸人電壓為 5V，S按下時(shí)，PA0 輸入電壓為 0V。因此 CPU 通過查詢 PA0 的輸入電壓，就可以判斷 S 是處于斷開還是閉合狀態(tài)。（2）從裝置外部經(jīng)過端子排引入裝置的觸點(diǎn)，例如需要由運(yùn)行人員不打開裝置外蓋而在運(yùn)行中切換的各種壓板，轉(zhuǎn)換開關(guān)以及其他保護(hù)裝置和操作繼電器的觸點(diǎn)等。這類觸點(diǎn)由于與外電路有聯(lián)系，需經(jīng)光耦器件進(jìn)行隔離，以防觸點(diǎn)輸入回路引入的干擾，其原理接線如圖

31、2.7 所示。圖中虛線框內(nèi)是光耦元件，集成在一個(gè)芯片內(nèi)。當(dāng)外部觸點(diǎn) S 接通時(shí)，有電流通過光耦器件的發(fā)光二極管，使光敏三極管受激發(fā)而導(dǎo)通，三極管集電極電位呈低電平。S 打開時(shí)，光敏三極管截止，集電極輸出高電平。因此三極管集電極的電位亦即 PA0 口線的電位變化，就代表了外部觸點(diǎn)的通斷情況。這種電路使可能帶有電磁干擾的外部接線回路和微機(jī)電路之間，只有光的耦合而無電的聯(lián)系，因此可大大削弱干擾。圖2.7遙信采集原理圖在工程應(yīng)用中，變電站內(nèi)需要對運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視的設(shè)備（如斷路器位置）都提供有反應(yīng)設(shè)備本身運(yùn)行狀態(tài)的“外部觸點(diǎn)”，觸點(diǎn)有接通（合）和斷開（分）兩種狀態(tài)，觸點(diǎn)的一端接入一組直流電壓，這組電壓在

32、工程中叫“遙信電源”，另一端引到裝置“開入插件”的輸入端，通過插件內(nèi)部回路接到輸出端，輸出端接遙信電源地，裝置內(nèi)部多個(gè)遙信采集回路共用一個(gè)輸出端，稱之為“公共端”。圖2.8 多個(gè)遙信采集2.4 開出插件（設(shè)備遙控&跳閘出口）變電站是通過改變斷路器設(shè)備的接通與斷開來控制電能的輸送方向，斷路器類設(shè)備本身有控制其“合/分”狀態(tài)的操作機(jī)構(gòu)，對于一個(gè)大型的停送電任務(wù)，如果僅依靠設(shè)備就地操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作，操作效率會很低，設(shè)備爆炸等事故對操作人員的人身安全危害幾率大?？衫枚卧O(shè)備的控制功能在距離一次設(shè)備很遠(yuǎn)的地方對設(shè)備進(jìn)行操作，大大提高設(shè)備操作效率，杜絕操作過程中設(shè)備事故對操作人員人身安全的危害。

33、在遠(yuǎn)方實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的控制操作，可以用一個(gè)最簡單的手電筒回路理解遙控的含義。圖2.9 遙控基本原理手電筒主要由電池、開關(guān)、燈炮組成，通過控制開關(guān)K1的“合/ 分”狀態(tài)來控制，K1的操作就是對手電筒進(jìn)行就地操作，假設(shè)在操作過程中燈泡爆炸會對操作人帶來危險(xiǎn)。我們可以用非常長的電纜引出K2開關(guān)，通過對K2 的操作同樣可以達(dá)到對K1操作的目的，因K2 距離被操作設(shè)備較遠(yuǎn)，即使操作過程中出現(xiàn)燈泡爆炸等事故，不會對操作人造成人身傷害。類似K2這類控制節(jié)點(diǎn)可以由二次設(shè)備開出插件上的開出繼電器節(jié)點(diǎn)提供，與開入插件對比，開入插件是采集一個(gè)開關(guān)信號的狀態(tài)（開關(guān)量輸入-開入），而開出插件是提供一個(gè)開關(guān)觸點(diǎn)（開關(guān)量輸出-

34、開出），通過長電纜將開出插件提供的開關(guān)觸點(diǎn)串入需要控制設(shè)備的供電回路中，通過接通和切斷設(shè)備操作回路的電源實(shí)現(xiàn)對設(shè)備控制，一般二次設(shè)備的擺放位置距離被控制設(shè)備較遠(yuǎn)，所以稱之為遙控。在以后章節(jié)講到可以利用網(wǎng)絡(luò)在更遠(yuǎn)的距離控制二次裝置開出行為，那也就意味著在更遠(yuǎn)的地方實(shí)現(xiàn)控制變電站內(nèi)的設(shè)備狀態(tài)，這是遙控的真實(shí)體現(xiàn)。開關(guān)量輸出主要包括保護(hù)的跳閘出口、合閘出口以及本地和中央信號等。一般都采用并行接口的輸出口來控制有觸點(diǎn)繼電器(干簧或密封小中間繼電器)的方法。為提高抗干擾能力，也要經(jīng)過光電隔離，如圖2.10 所示。只要由軟件使并行口的 PB0 輸出“0”，PB1 輸出“l(fā)”，便可使與非門 Y2 輸出低電平

35、，發(fā)光二極管導(dǎo)通，光敏三極管激發(fā)導(dǎo)通，使繼電器 K 動(dòng)作，其觸點(diǎn)閉合，啟動(dòng)后級電路。在初始化和需要繼電器返回時(shí)，應(yīng)使 PB0 輸出“1”，PB1 輸出“0”。圖2.10 裝置開出實(shí)現(xiàn)原理裝置的開出要結(jié)合外部回路實(shí)現(xiàn)一定的控制邏輯實(shí)現(xiàn)，以測控裝置遙控?cái)嗦菲髟O(shè)備為例，其工程應(yīng)用設(shè)計(jì)回路如下。圖2.11 斷路器遙控回路設(shè)計(jì)圖2.5 直流插件（直流量采集）直流量也是一種模擬量，變電站內(nèi)一次設(shè)備的運(yùn)行溫度等通過溫度變送器轉(zhuǎn)變成為直流信號（電壓或電流），這些直流信號被接入直流插件，直流插件根據(jù)輸入的直流量值并依據(jù)換算法則轉(zhuǎn)換成為溫度等數(shù)值。圖2.12直流量采集原理圖對于直流采集插件，無論是什么量，只要能夠

36、通過變送器轉(zhuǎn)換成直流量都可以用直流插件采集，對于變電站設(shè)備而言主要采集的是一次設(shè)備（主變、斷路器）的運(yùn)行溫度值。2.6 電源插件該插件主要是給裝置供電，同時(shí)輸出裝置所用電源。（1）24V兩組：開入、開出板電源；（2）±12V：模擬量用電源；（3）+ 5V：各CPU邏輯用電源。 2.7 保護(hù)CPU插件它是裝置的核心插件，運(yùn)行裝置功能主程序，主要完成采樣、A/D變換計(jì)算、上送模擬量及開入量信息、保護(hù)動(dòng)作原理判斷、事故錄波功能、軟硬件自檢等。相應(yīng)采集信息的獲得及控制命令的發(fā)出都經(jīng)過裝置內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。2.8 管理插件也叫做通信板（Master），該插件是裝置的管理和通信插件，是承接二次裝置與

37、外界通信及交換信息的管理插件,如與面板、PC調(diào)試軟件、監(jiān)控后臺、工程師站、遠(yuǎn)動(dòng)、打印機(jī)等的聯(lián)系，根據(jù)保護(hù)的配置組織上送遙測、遙信、SOE、事件報(bào)文和錄波信息等。1）配置有LON網(wǎng)口、雙以太網(wǎng)口和RS485口，滿足不同監(jiān)控和遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的要求，可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置。2）設(shè)置有GPS對時(shí)功能，可滿足網(wǎng)絡(luò)對時(shí)和脈沖對時(shí)方式的要求。3）設(shè)置有串行打印機(jī)接口。2.9 從平臺到應(yīng)用在變電站中，利用通用硬件平臺實(shí)現(xiàn)的一個(gè)典型應(yīng)用就是本章節(jié)重點(diǎn)介紹的對變電站內(nèi)運(yùn)行信息進(jìn)行采集、對一次設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行控制的設(shè)備，此類設(shè)備稱之為“測控裝置”，我公司的測控裝置型號是“CSI200E”系列。除了測控應(yīng)用意外，平臺的另一個(gè)典型應(yīng)

38、用是對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的保護(hù)。當(dāng)電力系統(tǒng)中的電力元件(如發(fā)電機(jī)、線路等)或電力系統(tǒng)本身發(fā)生了故障危及電力系統(tǒng)安全運(yùn)行時(shí)，能夠向運(yùn)行值班人員及時(shí)發(fā)出警告信號，或者直接向所控制的斷路器發(fā)出跳閘命令以終止這些事件發(fā)展的一種自動(dòng)化措施和設(shè)備，一般通稱為繼電保護(hù)裝置。圖2.13 繼電保護(hù)裝置功能示意電力系統(tǒng)中的輸電電壓是相對于“大地”的電壓差值，“大地”的電壓為“0”，在正常的輸電、配電、用電過程中，各輸電和用電設(shè)備都工作在其額定電壓范圍內(nèi)，電力系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行是安全可靠的。在運(yùn)行過程中會出現(xiàn)設(shè)備因絕緣被擊穿或通過其他介質(zhì)與大地直接連接的情況，叫做“接地”，設(shè)備接地后接地點(diǎn)電壓變?yōu)椤?”，會有非常大的電

39、流從接地點(diǎn)流入大地，大的接地電流會導(dǎo)致輸電設(shè)備發(fā)熱從而發(fā)生故障，故障設(shè)備越來越多，故障范圍越來越大，系統(tǒng)穩(wěn)定性被破壞導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，大面積停電，因此需要非?？焖俚呐袛喑龉收系陌l(fā)生并快速的將故障設(shè)備從電力系統(tǒng)中隔離出去，實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能需求的設(shè)備就是基于通用硬件平臺實(shí)現(xiàn)的“繼電保護(hù)裝置”。在圖2.13中，輸電線路正常運(yùn)行時(shí)，輸電線路兩端的電壓降一般在10%，例如DL1和DL2斷路器之間的輸電線路，如果線路某一位置接地，則該位置電壓變?yōu)椤?”，母線到接地點(diǎn)間的電壓降達(dá)到100%，如DL3和DL5斷路器之間的線路在d1處接地，線路接地后有如下危害：a) 電流增加，危害故障設(shè)備和非故障設(shè)備；b) 電壓降低，

40、影響用戶正常工作；c) 破壞系統(tǒng)穩(wěn)定性，使事故進(jìn)一步擴(kuò)大（系統(tǒng)振蕩，互解）為了消除故障設(shè)備對整個(gè)電力系統(tǒng)的影響，需要將故障設(shè)備從電力輸電網(wǎng)中隔離出去，如DL3和DL5之間的線路的d1接地故障，我們可以通過斷開DL3和DL5斷路器把故障線路從電力輸電網(wǎng)中隔離出來，消除d1接地點(diǎn)對整個(gè)系統(tǒng)的影響，對故障設(shè)備進(jìn)行修復(fù)后再通過合上DL3和DL5斷路器將這段線路投入運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)判斷一次設(shè)備（線路、母線、斷路器、主變）是否發(fā)生故障并將故障設(shè)備從電力輸電網(wǎng)中隔離出去的設(shè)備二次設(shè)備叫“繼電保護(hù)裝置”。繼電保護(hù)裝置基于我公司通用硬件平臺實(shí)現(xiàn)，利用交流插件、開入插件采集運(yùn)行信息并通過裝置內(nèi)部數(shù)據(jù)網(wǎng)共享給CPU插件，

41、CPU插件依據(jù)繼電保護(hù)原理對采集的信息進(jìn)行邏輯計(jì)算和判斷，當(dāng)判定設(shè)備發(fā)生故障時(shí)通過開出插件控制相應(yīng)的斷路器設(shè)備斷開，將故障設(shè)備從電力輸電網(wǎng)中隔離出來。在圖2.13中，對不同的一次設(shè)備進(jìn)行故障判斷和故障切除（保護(hù)）所采集的信息量位置、種類及邏輯判斷原理是不同的，所以繼電保護(hù)設(shè)備按照被保護(hù)的一次設(shè)備類型分為若干種類，主要有線路保護(hù)、母線保護(hù)、主變保護(hù)、電抗器保護(hù)、電容器保護(hù)等等。a) d1點(diǎn)接地，線路繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，通過斷開DL3和DL5斷路器將故障線路從系統(tǒng)中切除；b) d2點(diǎn)接地，母線繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，通過斷開DL2、DL3、DL4斷路器將故障母線從系統(tǒng)中切除；c) d3點(diǎn)接地，主變繼電保護(hù)

42、裝置動(dòng)作，通過斷開DL4、DL6斷路器將故障電力變壓器從系統(tǒng)中切除；除了變電站測控裝置、繼電保護(hù)裝置外，還可以根據(jù)功能需要基于通用硬件平臺開發(fā)不同的應(yīng)用裝置。2.10 小結(jié)通過本章的學(xué)習(xí)，要求學(xué)員掌握如下知識點(diǎn)：Ø 電力系統(tǒng)運(yùn)行信息量采集的意義；Ø 不同種類信息量的特征及采集手段；Ø 二次設(shè)備通用硬件平臺的組成及工作原理；Ø 測控裝置的作用是什么？；Ø 繼電保護(hù)裝置的作用是什么？Ø 繼電保護(hù)裝置種類及其保護(hù)的對象都有哪些？第三章 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)3.1 自動(dòng)化系統(tǒng)組成及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖3.1為一個(gè)220kV電壓等級變電站的3D仿真效果圖

43、，從圖中可以看出變電站主要包含若干種類的一次設(shè)備（斷路器、隔離刀閘、變壓器、避雷針等）、二次設(shè)備艙或小室、主控室，這三種類型的設(shè)備和建筑實(shí)現(xiàn)的功能是什么呢？通過第一章節(jié)的學(xué)習(xí)，我們掌握了變電站的作用是用于電能匯集和分配，完成電能匯集和分配的設(shè)備我們稱之為“一次設(shè)備”。通過第二章節(jié)的學(xué)習(xí)，我們掌握了用于采集電能在一次設(shè)備中傳輸狀態(tài)（電壓、電流）、采集和控制一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)（如斷路器位置）的設(shè)備為測控裝置，從電網(wǎng)中切除故障一次設(shè)備的裝置為繼電保護(hù)設(shè)備，這兩類設(shè)備我們稱之為二次設(shè)備，在變電站內(nèi)二次設(shè)備會按電壓等級統(tǒng)一安裝在一個(gè)設(shè)備艙或小室內(nèi)。小室內(nèi)的二次設(shè)備安裝在屏柜中（圖3.2），通過屏柜的接線端

44、子實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備和一次設(shè)備的連接。圖3.1 某220kV智能變電站3D仿真效果圖圖3.2 安裝在二次設(shè)備小室內(nèi)的屏柜在第二章節(jié)中我們已經(jīng)了解到二次設(shè)備都具備人機(jī)對話功能，裝置的采集信息、控制信息及裝置自身工作狀態(tài)信息在裝置的液晶面板上通過面板操作按鍵都可以進(jìn)行實(shí)時(shí)信息查看和歷史信息查詢。實(shí)時(shí)掌握變電站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行情況、掌握電能傳輸情況、第一時(shí)間掌握設(shè)備運(yùn)行異常、記錄歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)等都是保障變電站安全運(yùn)行的必要條件，變電站內(nèi)大量的二次設(shè)備僅通過運(yùn)行人員通過裝置的人機(jī)對話面板及時(shí)、全面的掌握變電站運(yùn)行狀態(tài)是不可能的。從電力系統(tǒng)角度而言，在電力系統(tǒng)中，被控制的發(fā)、輸、變、配電設(shè)備數(shù)量很多，通過不同電壓等級

45、的電力線路連接成網(wǎng)狀系統(tǒng)。電力系統(tǒng)運(yùn)行控制的目標(biāo)，就是始終保持整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，安全經(jīng)濟(jì)地向用戶提供合格質(zhì)量的電能；在電力系統(tǒng)發(fā)生事故的時(shí)候，迅速切除故障，防止事故擴(kuò)大，盡快恢復(fù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。20世紀(jì)90年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，變電站內(nèi)基于微機(jī)的裝置不斷增多，變電站的綜合自動(dòng)化已逐漸開始實(shí)現(xiàn)。保護(hù)、測控裝置提供數(shù)據(jù)接口，可以對外輸出裝置采集信息、自身工作狀態(tài)信息，同時(shí)通過數(shù)據(jù)口也可接受控制命令，裝置按指令完成相應(yīng)的工作內(nèi)容。電力系統(tǒng)自動(dòng)化是指應(yīng)用各種具有自動(dòng)檢測、決策和控制功能的裝置系統(tǒng)，通過信號系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)對電力系統(tǒng)各元件、局部系統(tǒng)或全系統(tǒng)的運(yùn)行工況進(jìn)行就地或遠(yuǎn)方的

46、自動(dòng)監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制，保證電力系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和向電力用戶提供合格的電能。電力系統(tǒng)自動(dòng)化是二次系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。通常是指對電力設(shè)備及系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)視、控制和調(diào)度。電力系統(tǒng)自動(dòng)化是一個(gè)總稱，它由多個(gè)子系統(tǒng)組成，每個(gè)子系統(tǒng)完成一項(xiàng)或幾項(xiàng)功能。從電力系統(tǒng)運(yùn)行管理區(qū)分，可以將電力系統(tǒng)自動(dòng)化的內(nèi)容劃分為幾個(gè)部分：電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化、發(fā)電廠綜合自動(dòng)化、變電站綜合自動(dòng)化和配電網(wǎng)綜合自動(dòng)化。而發(fā)電廠綜合自動(dòng)化又可分為火電廠綜合自動(dòng)化和水電廠綜合自動(dòng)化。變電站自動(dòng)化(俗稱綜自系統(tǒng))就是將變電站遠(yuǎn)動(dòng)四遙、繼電保護(hù)、測量儀表等二次系統(tǒng)功能綜合于一體，實(shí)現(xiàn)對變電站一次設(shè)備的監(jiān)示、控制、操作、故障隔離、故障記錄及其

47、它，是保證變電站安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一種新型技術(shù)手段。圖3.1所示例的變電站為綜合自動(dòng)化變電站，可以用下圖描述自動(dòng)化功能的實(shí)現(xiàn)。圖3.3 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)系統(tǒng)從整體上劃分為三層：站控層、網(wǎng)絡(luò)層、間隔層。間隔層：變電站內(nèi)的二次設(shè)備集合，主要包括測控、保護(hù)、保護(hù)管理機(jī)、小電流接地選線等功能設(shè)備，間隔層設(shè)備與一次設(shè)備通過電纜連接，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備運(yùn)行信息的采集和設(shè)備狀態(tài)的控制。網(wǎng)絡(luò)層：間隔層的二次設(shè)備都具有通訊接口能力，如RS485、LON總線、光電以太網(wǎng)等，目前主流是光電以太網(wǎng)接口，單臺二次設(shè)備可通過通訊接口向外發(fā)送自身采集的信息、接受外部下達(dá)的控制命令并執(zhí)行控制操作，全站的二

48、次設(shè)備需將通訊接口組成一個(gè)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息的全站共享。將全站間隔層的設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)的設(shè)備（網(wǎng)卡、交換機(jī)）稱為網(wǎng)絡(luò)層。站控層：間隔層的設(shè)備將采集的信息通過網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備共享在站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)上，通過變電占監(jiān)控系統(tǒng)軟件采集網(wǎng)絡(luò)層共享的全站運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，通過圖形化的方式實(shí)現(xiàn)對變電站運(yùn)行狀態(tài)的集中監(jiān)視、管理，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)方操作控制。該軟件系統(tǒng)安裝于配有以太網(wǎng)卡的監(jiān)控計(jì)算機(jī)上，將監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)接入二次設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)，可以接受到二次設(shè)備輸出的各種信息，將采集到的信息輸出到計(jì)算機(jī)顯示設(shè)備上，這樣變電站的工作人員就可以通過監(jiān)控計(jì)算機(jī)屏幕查看到各個(gè)裝置上送的信息。如果變電站的工作人員想對某個(gè)設(shè)備進(jìn)行操作，則可在監(jiān)控計(jì)算

49、機(jī)畫面上對設(shè)備發(fā)出控制指令，通過網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備發(fā)送到指定的二次設(shè)備上，二次設(shè)備根據(jù)收到的命令改變自身運(yùn)行狀態(tài)或通過開出插件執(zhí)行對一次設(shè)備的操作，可遙控操作的前提是裝置本身的開出插件某一開出接點(diǎn)已經(jīng)接入到該一次設(shè)備的操作回路中，裝置內(nèi)部也已經(jīng)設(shè)定好接收監(jiān)控系統(tǒng)控制命令的解析及與對應(yīng)開出接點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系。對應(yīng)到“圖3.1 某220kV智能變電站3D仿真效果圖”上，二次設(shè)備屏柜放置在距離一次設(shè)備場很近的小室內(nèi)，通過信號電纜和控制電纜進(jìn)行連接，小室內(nèi)的二次設(shè)備通訊接口進(jìn)行全站組網(wǎng)，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與主控室內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)等站控層系統(tǒng)連接，間隔層設(shè)備完成信息采集和向站控層系統(tǒng)的傳遞，站控層系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的展示，操作人員

50、通過站控層系統(tǒng)下發(fā)控制命令，通過網(wǎng)絡(luò)下發(fā)至二次設(shè)備，二次設(shè)備執(zhí)行控制命令。圖3.3所示的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的間隔層設(shè)備在第二章節(jié)已經(jīng)介紹，本章節(jié)重點(diǎn)介紹網(wǎng)絡(luò)層和站控層的功能實(shí)現(xiàn)。3.2通訊規(guī)約在圖3.3的變電站綜自系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，二次設(shè)備上送的信息如何能夠被監(jiān)控系統(tǒng)識別并正確的轉(zhuǎn)化成可被變點(diǎn)站值班人員查看的信息呢？這就需要二次設(shè)備與站控層系統(tǒng)預(yù)定互相傳遞信息的數(shù)據(jù)格式，這種被約定的數(shù)據(jù)格式就是規(guī)約。我公司以前的變電站系統(tǒng)采用的是CSC2000規(guī)約，該規(guī)約是我公司開發(fā)的變電站內(nèi)設(shè)備間進(jìn)行信息交互的數(shù)據(jù)格式。如果變電站內(nèi)存在非四方設(shè)備，這些設(shè)備不會直接支持CSC2000規(guī)約，那么我們的系統(tǒng)

51、是不能直接與這些設(shè)備進(jìn)行信息交互的，所以需要通過“通訊管理機(jī)”設(shè)備將非四方設(shè)備數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成CSC2000規(guī)約，“通訊管理機(jī)”工作職責(zé)類似“翻譯官”。為了規(guī)范各廠家設(shè)備所提供信息的數(shù)據(jù)格式，實(shí)現(xiàn)各廠家設(shè)備可以直連直通，目前變電站內(nèi)各廠家設(shè)備都共同遵循IEC61850通訊標(biāo)準(zhǔn)，“通訊管理機(jī)”已經(jīng)下崗。3.3監(jiān)控系統(tǒng)我公司目前有CSC2000（V2）和CSGC3000/SA兩套監(jiān)控系統(tǒng)并存使用，本教材以CSC2000（V2）監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行講解。CSC2000是我公司推出的中國第一個(gè)分布式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，是國內(nèi)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中首先提出面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想和采用間隔設(shè)計(jì)的方法。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)

52、用方面始終處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。CSC2000變電站自動(dòng)化系統(tǒng)（V2）（以下簡稱V2系統(tǒng)）是我公司總結(jié)多年變電站自動(dòng)化系統(tǒng)(SAS)研發(fā)和工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，參照國際標(biāo)準(zhǔn)，采用最新技術(shù)設(shè)計(jì)的新一代變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)包括監(jiān)控、遠(yuǎn)動(dòng)和間隔層的保護(hù)、測控裝置。V2系統(tǒng)于2005年11月12日通過了中國電機(jī)工程學(xué)會組織的技術(shù)鑒定,并獲得很高的評價(jià)。鑒定委員會一致認(rèn)為：V2系統(tǒng)的監(jiān)控、遠(yuǎn)動(dòng)和間隔層的保護(hù)、測控裝置的通信規(guī)約滿足IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，能夠應(yīng)用于1000kV及以下各種電壓等級的變電站。V2系統(tǒng)在支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，兼容現(xiàn)有IEC 60870-5-103標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，較好解決了從現(xiàn)有

53、標(biāo)準(zhǔn)到IEC61850的過渡問題，系統(tǒng)具有良好的開放性，方便現(xiàn)有變電站自動(dòng)化設(shè)備接入和系統(tǒng)升級改造CSC2000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)榮獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和“國家重點(diǎn)新產(chǎn)品”稱號。CSC2000是完全的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，完全的分布式設(shè)計(jì)，保護(hù)與控制設(shè)備完全下放至開關(guān)場，代表著我國變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向。3.4 安裝在變電站主控樓內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)一般情況下，監(jiān)控后臺系統(tǒng)是按照兩臺服務(wù)器+工作站的方式構(gòu)成的。其中服務(wù)器提供數(shù)據(jù)庫服務(wù)并且負(fù)責(zé)監(jiān)控后臺軟件運(yùn)行所需要的通訊、開入開出、公式運(yùn)算等進(jìn)程的啟用、停止、切換的工作，是系統(tǒng)的核心。監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)庫可以自動(dòng)在主備服務(wù)器間保持實(shí)時(shí)同步，保證了主備服

54、務(wù)器中任意一臺故障或由故障恢復(fù)到正常時(shí)實(shí)時(shí)庫的可靠性、準(zhǔn)確性。歷史庫數(shù)據(jù)按照設(shè)置的時(shí)間定期在主備服務(wù)器間同步，保證歷史庫在兩臺服務(wù)器間的統(tǒng)一，并達(dá)到歷史數(shù)據(jù)的雙機(jī)備份。 另外一些運(yùn)行在服務(wù)器上的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)程也可以自動(dòng)在主備服務(wù)器間切換，并可以配置其切換方式和切換順序。例如通訊進(jìn)程可以在主備雙機(jī)上同時(shí)啟用并設(shè)置為熱備用；公式運(yùn)算可以設(shè)置先只在主服務(wù)器上運(yùn)行，主服務(wù)器異常時(shí)再切換到備服務(wù)器運(yùn)行。工作站是系統(tǒng)面向用戶的操作平臺，各工作站通過數(shù)據(jù)庫客戶端服務(wù)從服務(wù)器實(shí)時(shí)庫獲取數(shù)據(jù)；監(jiān)控系統(tǒng)操作員站、工程師站、VQC主站的各種功能可按照用戶要求靈活配置在不同的工作站實(shí)現(xiàn)也可以合并運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。另外服務(wù)器本身

55、也可以作為功能工作站使用。33.13.23.33.3.1 系統(tǒng)硬件監(jiān)控主機(jī)的硬件組成如下圖所示，是由計(jì)算機(jī)、網(wǎng)卡、亞當(dāng)模塊、音箱組成。監(jiān)控用計(jì)算機(jī)可以選用Sun Blade系列工作站、Sun Ultra系列工作站、X86商用PC機(jī)。也可以采用Sun工作站與X86商用PC機(jī)的異構(gòu)組合方式，即服務(wù)器選用Sun工作站，操作員站選用X86商用PC機(jī)。圖3.5 監(jiān)控機(jī)組成計(jì)算機(jī)：安裝監(jiān)控系統(tǒng)軟件；網(wǎng)卡：通過網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備與間隔層的裝置通訊；亞當(dāng)模塊：閉鎖量及VQC功能壓板的開入采集，開出電鈴電笛驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)；音箱：播放報(bào)警語音文件，多個(gè)文件可同時(shí)播放；打印機(jī)：實(shí)時(shí)報(bào)警打印和報(bào)表的打印輸出，支持網(wǎng)絡(luò)打??；3.3.

56、2 數(shù)據(jù)采集與處理監(jiān)控系統(tǒng)通訊模塊可以用CSC2000四方規(guī)約、IEC61850標(biāo)準(zhǔn)、IEC 60870-5-103規(guī)約與間隔層設(shè)備通訊，完成上行數(shù)據(jù)的采集可下行控制指令的下發(fā)，并實(shí)現(xiàn)圖形化展示。遙測：變電站運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如：母線電壓、線路電流、主變的溫度、功率、頻率等；遙信：斷路器位置、刀閘位置、分接頭位置、各種保護(hù)的事件和告警信息、設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和告警信息等；遙脈：有功電度和無功電度的采集；遙控：經(jīng)五防閉鎖的斷路器、刀閘的分合控制，變壓器分接頭調(diào)節(jié)，間隔層裝置的功能軟壓板的投退；圖3.6 變電站監(jiān)控主畫面3.3.3 告警與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)遙測：遙測量可設(shè)置多個(gè)限值，多個(gè)越限告警方式，告警字體顏色和背景顏色、告警確認(rèn)方式、告警動(dòng)作集（顯示、語音、電鈴、電笛、打印、事故追憶、短信通知、存盤）可靈活自定義；遙信：遙信變位告警、變位計(jì)次告警、變位計(jì)時(shí)告警，告警字體顏色和背景顏色、告警確認(rèn)方式、告警動(dòng)作集（顯示、語音、電鈴、電笛、打印、事故追憶、短信通知、存盤）可靈活自定義；數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：最大值、最小值、平均值、最大值時(shí)刻、最小值時(shí)刻、電壓合格率等運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算；運(yùn)行記錄：遙測越限記錄、遙信變位記錄、保護(hù)事件及告警記錄、SOE事件記錄、遙控操作