ch6供電系統(tǒng)變電所的綜合自動化

1、第六章 變電所的綜合自動化主要內(nèi)容概念、特征基本功能結(jié)構(gòu)、硬件配置微機保護常規(guī)變電電所的二二次系統(tǒng)統(tǒng)維護工作作量大6.1 概述缺點：安全性、可靠性性不高；電能質(zhì)量量可控性性不高；占地面積積大；實時計算算和控制制性不高高；配置類似工作重復(fù)變電站綜綜合自動動化由來機電式繼電保護就地監(jiān)控遠(yuǎn)動裝置錄波裝置微機型繼電保護微機監(jiān)控微機遠(yuǎn)動微機錄波微機型計算機技術(shù)優(yōu)化設(shè)計共享軟硬件資源變電站綜綜合自動動化系統(tǒng)統(tǒng)概概念通過監(jiān)控控系統(tǒng)的的局域網(wǎng)網(wǎng)通信，將微機機保護、微機自自動裝置置、微機機遠(yuǎn)動裝裝置采集集的模擬擬量、開開關(guān)量、狀態(tài)量量、脈沖沖量及一一些非電電量信號號，經(jīng)過過數(shù)據(jù)處處理及功功能的重重新組合合，按照

2、照預(yù)定的的程序和和要求，對變電電站實現(xiàn)現(xiàn)綜合性性的監(jiān)視視和調(diào)度度。通域信絡(luò)網(wǎng)局綜合自動動化結(jié)構(gòu)構(gòu)示意圖圖自動監(jiān)控控系統(tǒng)微機保護微機自動裝置微機遠(yuǎn)動功能變電站綜綜合自動動化系統(tǒng)統(tǒng)基本配配置時鐘系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)制解調(diào)調(diào)裝置調(diào)度綜合測控控裝置自動裝置置遠(yuǎn)動裝置置繼電保護護模擬/開開關(guān)量采采集裝置置保護單元元1保護單元元n工作站工作站主控機外設(shè)中心處理理機網(wǎng)絡(luò)1、功能能綜合化化綜合了變變電所內(nèi)內(nèi)除一次次設(shè)備和和交直流流電源以以外的所所有二次次設(shè)備。微機監(jiān)控控系統(tǒng)綜綜合了儀儀表屏、操作屏屏、模擬擬屏、變變送器屏屏、中央央信號系系統(tǒng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)動裝置置RTU，電壓壓及無功功自動調(diào)調(diào)節(jié)等功功能。微機保護護綜合了了故障錄錄

3、波、故故障測距距、小電電流接地地選線、自動按按頻率減減負(fù)荷、自動重重合閘等等功能。變電所綜綜合自動動化特特征2、結(jié)構(gòu)構(gòu)分布、分層化化分布式結(jié)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)上采采用主從從CPU協(xié)同工工作方式式，各功功能模塊塊（從CPU）間采用用網(wǎng)絡(luò)技技術(shù)或串串行方式式實現(xiàn)通通信。優(yōu)點：多CPU提高了了處理并并行多發(fā)發(fā)事件的的能力，方便系系統(tǒng)擴展展與維護護，局部部故障不不影響其其它模塊塊的正常常運行。分層式結(jié)結(jié)構(gòu)監(jiān)控主機機打印機顯示器綜合監(jiān)控單元前置機數(shù)據(jù)采集集TA/TVTA/TV綜合監(jiān)控單元線路保護單元主變保護單元電容器保護單元間隔層站控層管理層在變電站站綜合自自動化系系統(tǒng)中，通常把把繼電保保護、自自動重合合閘、故

4、故障錄波波、故障障測距等等功能綜綜合在一一起的裝裝置稱為為保護單元元，而把測測量和控控制功能能綜合在在一起的的裝置稱稱為控制或I/O單單元。兩者通稱稱為間隔級單單元(baylevelunit)。各種類類型的間間隔級單單元與變變電站的的中央單單元(central unit)相結(jié)合合，并利利用間隔隔級單元元搜集到到的狀態(tài)態(tài)量和測測量值，通過軟軟件來實實現(xiàn)各種種保護閉閉鎖，取取消或大大大簡化化傳統(tǒng)設(shè)設(shè)計中為為實現(xiàn)閉閉鎖功能能所需要要的二次次回路，以組成成變電站站綜合自自動化系系統(tǒng)。間隔層按按一次設(shè)設(shè)備組織織，一般般按斷路路器的間間隔劃分分，具有有測量、控制和和繼電保保護部分分。測量量、控制制部分負(fù)負(fù)

5、責(zé)該單單元的測測量、監(jiān)監(jiān)視、斷斷路器的的操作控控制和閉閉鎖及事事件順序序記錄等等；保護護部分負(fù)負(fù)責(zé)該單單元線路路或變壓壓器或電電容器的的保護、各種錄錄波等。間隔層本本身是由由各種不不同的單單元裝置置組成，這些獨獨立的單單元裝置置直接通通過總線線接到站站控層。綜合自動動化系統(tǒng)統(tǒng)使變電電站的值值班人員員完全是是面對大大屏幕顯顯示器進進行變電電站的全全方位監(jiān)監(jiān)視與操操作。3、操作作監(jiān)視屏屏幕化指針式儀儀表模擬屏跳、合閘閘操作數(shù)據(jù)顯示示實時主接接線畫面面畫面文字字語言報報警光字牌報報警鼠標(biāo)鍵盤盤操作 原來的二二次設(shè)備備只能監(jiān)監(jiān)視一次次設(shè)備；綜合自動動化系統(tǒng)統(tǒng)：監(jiān)測一次次設(shè)備；常規(guī)自動動化功能能；在線自

6、診診斷；與控制中中心通信信。4、運行行管理智智能化無人值守守變電站站無人值班班變電站站：調(diào)度值值班員借借助微機機遠(yuǎn)動技技術(shù)替代代變電所所現(xiàn)場值值班員來來控制和和管理的的變電所所。是變電所所的一種種先進管管理模式式。調(diào)度員在在主站端端設(shè)備的的鍵盤上上進行必必要的遙遙控、遙遙調(diào)操作作。并非任何何操作都都無須人人員現(xiàn)場場進行。不必再配配置單獨獨RTU，模擬量和和開關(guān)狀狀態(tài)信息息，通過過通信管管理單元元直接送送往調(diào)度度。各微機保保護單元元將動作作信息送送給調(diào)度度，并通通過通信信管理單單元轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)或執(zhí)行行調(diào)度下下達的命命令。6.2變變電電所綜合合自動化化系統(tǒng)的的基本功功能1、數(shù)據(jù)據(jù)采集是在線采采集供電電系

7、統(tǒng)的的運行參參數(shù)，主主要包括括：模擬量，狀態(tài)量和脈沖量。模擬量采集進線線的電壓壓、電流流和功率率值，饋饋線回路路的電流流及功率率值，還還包括變變壓器的的溫度，電容器器的溫度度，直流流電源電電壓等。狀態(tài)量采集變電電所里的的開關(guān)、斷路器器的位置置狀態(tài)等等。脈沖量脈沖電度度表輸出出的脈沖沖信號等等。電力部門門和用戶戶內(nèi)部生生產(chǎn)調(diào)度度需要的的數(shù)據(jù)。變電所運運行參數(shù)數(shù)的統(tǒng)計計、分析析與計算算。變電所內(nèi)內(nèi)各種事事故信息息的順序序記錄并并登錄存存檔。變電所運運行參數(shù)數(shù)和設(shè)備備越限報報警及記記錄。2、數(shù)據(jù)據(jù)處理與與記錄變電所內(nèi)內(nèi)的各高高壓斷路路器，隔隔離開關(guān)關(guān)可以通通過過變電電所綜合合自動化化系統(tǒng)CRT屏屏幕

8、進行行操作，也可以以對變壓壓器的分分接頭進進行調(diào)節(jié)節(jié)控制，可對電電容器組組進行投投切。為了防止止計算機機系統(tǒng)故故障時無無法操作作被控設(shè)設(shè)備。應(yīng)應(yīng)保留人人工直接接跳合閘閘手段。3、控制制與操作作閉鎖a、操作出口口具有跳跳、合閉閉鎖功能能。b、操作出口口具有并并發(fā)性操操作閉鎖鎖功能，c、根據(jù)實時時信息，實現(xiàn)斷斷路器、隔離開開關(guān)操作作閉鎖功功能。d、適應(yīng)一次次設(shè)備現(xiàn)現(xiàn)場維修修操作的的“電腦腦五防操操作及閉閉鎖系統(tǒng)統(tǒng)”。即即：防止止帶負(fù)荷荷拉、合合隔離開開關(guān)；防防止誤入入帶電間間隔；防防止誤分分、合斷斷路器；防止帶帶電掛接接地線；防止帶帶地線合合隔離開開關(guān)。e、CRT屏屏幕操作作閉鎖功功能，只只有輸入

9、入正確的的操作口口令和監(jiān)監(jiān)護口令令才有權(quán)權(quán)進行操操作控制制。操作閉鎖鎖的內(nèi)容容4、微機機保護微機保護護主要包包括線路路保護、變壓器器保護、母線保保護、電電容器保保護、備備用電源源的自動動投入裝裝置和自自動重合合閘裝置置等。a 、故障記錄錄，且斷斷電保持持。b 、存儲多套套整定值值；并能能顯示及及當(dāng)?shù)匦扌薷恼ㄖ?。c 、實時顯示示保護主主要狀態(tài)態(tài)。d 、與監(jiān)控系系統(tǒng)通信信。“四遙”遠(yuǎn)方修改改定值向電力調(diào)調(diào)度部門門傳送數(shù)數(shù)據(jù)信息息5、與遠(yuǎn)遠(yuǎn)方操作作控制中中心通信信（1）屏幕顯示示（2）通過鍵盤盤輸入數(shù)數(shù)據(jù)（3）人工操作作控制（4）運行參數(shù)數(shù)及信息息的打印印記錄6、人機機聯(lián)系功功能 綜合自動動化系統(tǒng)

10、統(tǒng)的各單單元模塊塊應(yīng)具有有自診斷斷功能，自診斷斷信息也也像數(shù)據(jù)據(jù)采集一一樣周期期性地送送往后臺臺機操作作控制中中心。7、自診診斷功能能1、供電電系統(tǒng)對對變電所所綜合自自動化系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)的原則則要求可靠性實用性先進性6.3變變電電所綜合合自動化化系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)構(gòu)和硬件件配置2、變電站站綜合自自動化系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)系統(tǒng)為多多微機、多層次次結(jié)構(gòu)形形式。最上層設(shè)設(shè)在電力力系統(tǒng)控控制中心心；13層均設(shè)在在變電站站內(nèi)。結(jié)構(gòu)形式式：集中式、分布集中中組屏和分布分散散式。集中式采用計算算機，擴擴展其外外圍接口口電路，集中采采集變電電站的模模擬量、開關(guān)量量和數(shù)字字量等信信息，集集中進行行計算與與處理，分別完完成微機機

11、監(jiān)控、微機保保護和一一些自動動化功能能。微機保護護、微機機監(jiān)控和和與調(diào)度度等通信信的功能能由不同同的微機機完成。模入接口開入接口輸出接口A/D模塊輸入接口輸出接口主變TV與 TA線路TV與TA斷路器狀態(tài)保護出口模擬量輸入斷路器和隔離開關(guān)狀態(tài)繼電保護信息輸入出口繼電器各保護裝置監(jiān)控主機MODEM顯示器打印機鍵盤調(diào)度中心集中式結(jié)結(jié)構(gòu)框圖圖缺點：可靠性差差。軟件復(fù)雜雜，調(diào)試試麻煩，修改工工作量大大。組臺不靈靈活。不直觀。分布分散散式每個回路路均實現(xiàn)現(xiàn)保護測控控一體化化各回路通通過網(wǎng)絡(luò)絡(luò)電纜連連接，獨獨立與監(jiān)監(jiān)控主機機通信。減少了所所內(nèi)的二二次設(shè)備備及信號號電纜系統(tǒng)中任任一部分分故障時時，只影影響局部

12、部，提高高了整個個系統(tǒng)的的可靠性性可擴展性性和運行行的靈活活性。分布式綜綜合自動動化系統(tǒng)統(tǒng)框圖主變壓器保護110kV進出線保護35kV出線保護低頻減載110kV RTU35kV RTU 低頻減載10kV饋出線保護電容器保護10kV RTU 前置機前置機當(dāng)?shù)乇O(jiān)控計算機CRT打印機調(diào)度端(主控站)分布集中中組屏的的結(jié)構(gòu)模模式，是是將變電電所內(nèi)各各回路的的數(shù)據(jù)采采集單元元、控制制單元和和保護單單元分別別集中安安裝在變變電所控控制室內(nèi)內(nèi)的數(shù)據(jù)據(jù)采集柜柜、控制制柜和保保護柜中中，相互互間通過過網(wǎng)絡(luò)與與控制主主機相連連。分布集中中組屏的的結(jié)構(gòu)便便于擴充充和維護護，其中中一個環(huán)環(huán)節(jié)故障障，不會會影響其其它部

13、分分的正常常運行。適用于主主變電所所的回路路數(shù)相對對較少，一次設(shè)設(shè)備比較較集中，從一次次設(shè)備到到數(shù)據(jù)采采集柜和和控制柜柜等所用用的信號號電纜不不長，易易于設(shè)計計、安裝裝和維護護管理的的(10一35)kV供電系系統(tǒng)變電電所。分布集中中組屏35kV變電站站自動化化系統(tǒng)配配置方案案110/35kV變電電站自動動化系統(tǒng)統(tǒng)配置方方案小結(jié)結(jié)變電所綜綜合自動動化概念變電所綜綜合自動動化特點功能綜合合化、結(jié)結(jié)構(gòu)微機機化、操操作與監(jiān)監(jiān)視屏幕幕化、運運行管理理智能化化變電所綜綜合自動動化基本功功能數(shù)據(jù)采集集、數(shù)據(jù)據(jù)處理與與記錄、控制與與操作閉閉鎖、微微機保護護、與遠(yuǎn)遠(yuǎn)方操作作控制中中心通信信、人機機聯(lián)系、自診斷斷

14、、數(shù)據(jù)據(jù)庫變電所綜綜合自動動化系統(tǒng)統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)集中式、分布分分散式、分布集集中組屏屏變電所綜綜合自動動化系統(tǒng)統(tǒng)的硬件件配置一一般由中央處理理機（包括打打印仉、監(jiān)視器器、通信信接口等等外圍設(shè)設(shè)備）、數(shù)據(jù)采集集與處理理、微機保護護、操作與控控制、故障濾波波等各種功功能模塊塊及所內(nèi)通信信網(wǎng)絡(luò)組成。6.3.2變變電所所綜合自自動化系系統(tǒng)的硬硬件配配置（一）、中央處處理機中央處理理機系統(tǒng)統(tǒng)可采用用單機系統(tǒng)統(tǒng)和多機系統(tǒng)統(tǒng)兩種基本本配置。單機系統(tǒng)統(tǒng)：指變電電所綜合合自動化化的全部部功能由由一臺中中央處理理機來控控制和完完成。優(yōu)點是系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單，造價低低。缺點是容容量受限限制，如如檢測量量較多，則響應(yīng)應(yīng)速度

15、會會受到影影響，且且工作可可靠性較較差。單饑系統(tǒng)統(tǒng)大多用用于中、小型變變電所。多機系統(tǒng)統(tǒng)一般分分兩種配配置方式式。兩臺主機機一臺工工作，另另一臺處處于熱備備用狀態(tài)態(tài)。一臺（或或兩臺）主機和和若干臺臺前置機機，由前前置機負(fù)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)據(jù)的采集集和通信信聯(lián)絡(luò)工工作，收收集到的的信息經(jīng)經(jīng)初步處處理后向向主機傳傳送。這這種系統(tǒng)統(tǒng)稱為分布式多多機系統(tǒng)統(tǒng)。分布式多多機系統(tǒng)統(tǒng)的優(yōu)點點是功能能強、容容量大、靈活、可靠，便于維維護和擴擴充。它它可以根根據(jù)現(xiàn)場場實際情情況靈活活地增減減前置機機的數(shù)量量，以滿滿足不同同供電系系統(tǒng)的需需要。而而且中央央處理機機可以采采用高級級語言編編程，因因此比較較容易實實現(xiàn)更復(fù)復(fù)雜的功

16、功能和運運算。多機系統(tǒng)統(tǒng)在變電所所系統(tǒng)中中數(shù)據(jù)據(jù)信息的的采集和和處理是是變電所所綜合自自動化系系統(tǒng)的主主要功能能之一。供電系統(tǒng)統(tǒng)中數(shù)據(jù)據(jù)信息的的采集主主要有模擬量和開關(guān)量。1、模似似量的檢檢測與處處理在變電所所綜合自自動化系系統(tǒng)中，模擬量量的檢測測一般有有兩種方方式，即即直流采樣樣檢測和交流采樣樣檢測。前者結(jié)構(gòu)構(gòu)較復(fù)雜雜，但程程序設(shè)計計簡單，精度容容易滿足足；后者者結(jié)構(gòu)簡簡單，但但在實現(xiàn)現(xiàn)高精度度檢測時時，技術(shù)術(shù)要復(fù)雜雜一些。（二）、數(shù)據(jù)與與信息的的采集和和處理同時采樣樣，同時時A/D轉(zhuǎn)換順序采樣樣,依次A/D轉(zhuǎn)換同時采樣樣，依次次A/D轉(zhuǎn)換直流采樣樣檢測方方式是采采用電量量變送器器將供電電系

17、統(tǒng)的的交流電電壓、交交流電流流、有功功功率、無功功功率等轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為05v（無功功為5v）的直直流電壓壓信號供供微機檢檢測?？梢圆捎糜脝螛O性性A/D轉(zhuǎn)換接接口，對對轉(zhuǎn)換速速度的要要求也不不高，精精度比較較容易保保證程序序設(shè)計也也較簡單單，主要缺點點是電量量變送器器投資較較大，二二次接線線、維護護復(fù)雜，且變送送器有一一定的延延時，因因此該該方式一一般適用用于檢測測變化速速度比較較緩慢的的過程和和穩(wěn)態(tài)量量。（ 1）直流流采樣檢檢測及其其數(shù)據(jù)處處理將交流電電量轉(zhuǎn)換換為線性性成比例例輸出直直流模擬擬電量的的裝置。無源型和有源型兩種無源型電電量變送送器主要要有電流流變送器器和電壓壓變送器器兩種，由于它它不需

18、要要供電電電源，從從而使安安裝接線線得以簡簡單，價價格較低低。但無無源型電電量變送送器在小小信號輸輸入時，測量精精度不易易保證。目前應(yīng)用用的大多多是有源源型電量量變送器器，它包包括電壓壓，電流流，功率率，電能能，功率率因數(shù)變變送器等等。有源源型電量量變透器器的供電電電源分分為交流流110V，220V；直流流24V,48V,110V等。1）電量量變送器器2）直流流采樣檢檢測的數(shù)數(shù)據(jù)處理理在直流采采樣檢測測中某一一模擬量量經(jīng)變送送器，低低通濾波波，采樣樣保持，AD轉(zhuǎn)換被被采集到到內(nèi)存還需進進行一系系列的加加工和處處理才才能成為為有用的的數(shù)據(jù)通過軟軟件實現(xiàn)現(xiàn)如下：a)采采樣到的的數(shù)據(jù)要要重新排排隊b

19、)數(shù)數(shù)字濾波波排除隨隨機干擾擾c)數(shù)數(shù)據(jù)合理理性檢測測和越限限檢測d)微微機處理理及其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換交流采樣樣檢測是是采用交交流變換換器將交交流電壓壓和交流流電流轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成5v（峰峰值）的的交流電電壓信號號，供微微機檢測測，這種種方法的的特點是是結(jié)構(gòu)簡簡單，速速度快，投資省省，工作作可靠，缺點是是程序設(shè)設(shè)計較繁繁瑣，要要提高檢檢測精度度在技術(shù)術(shù)上比較較復(fù)雜。同時它它要A/D轉(zhuǎn)換換接口是是雙極性性的，對對轉(zhuǎn)換速速度要求求較高。由于交流流采樣所所得到的的信號是是瞬時值值，這些些量是隨隨時間而而變化的的交變量量人們們無法直直接識別別它的大大小和傳傳送方向向（指功功率）。這就需需要通過過一定的的算法把把信號的的

20、有效值值計算出出來；交交流采樣樣的算法法很常常用的算算法有：兩點采樣樣算法、全周波波傅氏算算法（2）交交流采樣樣檢測及及算法U、I為為電流電電壓的有有效值，如果要是是要是復(fù)復(fù)合量輸輸入，即即：1）兩點點采樣的特點是是簡單、快速。但90度樣本本身無濾濾波作用用，因此此輸入入信號必必須是純純正弦波波才不致致引起誤誤差。2）全周周波傅氏氏算法：當(dāng)輸入入信號為為含有高高次諧波波的畸變變電量時時，通常常采用多多點采樣樣法即全全周波的的傅氏算算法。在變電所所綜合自自動化系系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采采集系統(tǒng)統(tǒng)往往要要同時采采集輸入入多個信信號如如三相電電流電電壓等，在每個個采樣周周期中，要對多多個通道道輸入信信號全部部

21、采樣一一次；一一般有下下列幾種種采樣方方式。1）同時時采樣。2）順序序采樣。（3）采采樣保持持與多路路轉(zhuǎn)換器器的配置置小結(jié)結(jié)變電所綜綜合自動動化系統(tǒng)統(tǒng)硬件配配置中央處理理機數(shù)據(jù)與信信息的采采集和處處理模擬量的的監(jiān)測與與處理直流采樣樣檢測及及數(shù)據(jù)處處理交流采樣樣檢測及及數(shù)據(jù)處處理開關(guān)量的的檢測與與識別變電所的的運行控控制與操操作6.4供供電系統(tǒng)統(tǒng)的微機機保護隨著計算算機技術(shù)術(shù)的發(fā)展展和變電電所綜合合自動比比系統(tǒng)的的實現(xiàn)以以及變電電所無人人值班的的運行方方，系統(tǒng)統(tǒng)對保護護的要求求更高，使現(xiàn)有有的模擬擬式繼電電保護難難以滿足足。主要要表現(xiàn)在在以下幾幾個方面面:動作速度度慢，一一般超過過0.02s。沒有自診診斷和自自檢功能能，保護護裝置中中的元件件損壞不不能及時時發(fā)現(xiàn)，易造成成嚴(yán)重后后果。保護的每每一種方方式都是是靠相應(yīng)應(yīng)的硬件件相連線線來實現(xiàn)現(xiàn)所以以保護裝裝置的功功能靈活活性差。對于供電電系統(tǒng)中中一些復(fù)復(fù)雜的保保護方式式（如變變壓器的的差動保保護）。參數(shù)整整定繁瑣瑣，調(diào)試試工作量量大，靈靈活性差差，容易易發(fā)生誤誤動和拒拒動。典型的微微機保護護裝置硬硬件系統(tǒng)統(tǒng)包括：（一）數(shù)據(jù)采集集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集集系統(tǒng)包包括交流流變換、電壓形形成，模模擬濾波波，采樣樣保持，多路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換以及及模數(shù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換等，完成模模擬輸入入量到所所需