綜合自動(dòng)化結(jié)構(gòu)配置及發(fā)展方向

綜合自動(dòng)化結(jié)構(gòu)配置及發(fā)展方向電氣化3111班

2009－8－30一變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式§變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和要求§綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)§保護(hù)和控制集成系統(tǒng)§變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀§變電所綜合自動(dòng)化的發(fā)展方向變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)能全面代替常規(guī)的二次設(shè)備。變電站微機(jī)保護(hù)的軟、硬件設(shè)置既要與監(jiān)控系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，又要相互協(xié)調(diào)。微機(jī)保護(hù)裝置應(yīng)具有串行接口或現(xiàn)場(chǎng)總線接口，向計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或RTU提供保護(hù)動(dòng)作信息或保護(hù)定值等信息。變電站綜和自動(dòng)化系統(tǒng)的功能和配置，應(yīng)滿足無(wú)人值班的總體變求。要有可靠、先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)和合理的通信協(xié)議。必須保證綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有高的可靠性和強(qiáng)的抗干擾能力。系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和適應(yīng)性要好。系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化程度和開放性能要好。必須充分利用數(shù)字通信的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作，必須統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一指揮。§變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和要求第三章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式§綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)從國(guó)內(nèi)外變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展過程來(lái)看，其結(jié)構(gòu)形式有集中式、分布集中式、分散與集中相結(jié)合和全分散式等四種類型。一、集中式的結(jié)構(gòu)形式第三章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式這種系統(tǒng)的主要功能及特點(diǎn)是：(1)能實(shí)時(shí)采集變電站中各種模擬量、開關(guān)量，完成對(duì)變電站的數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控、制表、打印、事件順序記錄等功能。(2)完成對(duì)變電站主要設(shè)備和進(jìn)、出線的保護(hù)任務(wù)。(3)集中式結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，可大大減少占地面積。(4)造價(jià)低，尤其是對(duì)35kv或規(guī)模較小的變電站更為有利。(5)實(shí)用性好。(6)符合國(guó)情。集中式結(jié)構(gòu)最大的缺點(diǎn)是：(1)每臺(tái)計(jì)算機(jī)的功能較集中，如果一臺(tái)計(jì)算機(jī)出故障，影響面大,因此必須采用雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的結(jié)構(gòu)才能提高可靠性。(2)集中式結(jié)構(gòu)，軟件復(fù)雜，修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試麻煩。(3)組態(tài)不靈活，對(duì)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(jì)，工作量大，因此影響了批量生產(chǎn)，不利于推廣。(4)集中式保護(hù)與長(zhǎng)期以來(lái)采用一對(duì)一的常規(guī)保護(hù)相比，不直觀，不符合運(yùn)行和維護(hù)人員的習(xí)慣，調(diào)試和維護(hù)不方便，程序設(shè)計(jì)麻煩，只適合于保護(hù)算法比較簡(jiǎn)單的情況。第三章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式二、分層(級(jí))分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)形式第三章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式圖3-2變電站的一、二次設(shè)備分層結(jié)構(gòu)示意圖分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)是把整套綜合自動(dòng)化系統(tǒng)按其不同的功能組裝成多個(gè)屏(或稱柜)。這些屏都集中安裝在主控室中，這種形式被稱為“分布集中式結(jié)構(gòu)”，其典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3-3和圖3-4所示，圖中保護(hù)單元是按對(duì)象劃分的，即一回線路或一組電容器各用一臺(tái)單片機(jī)，再把各保護(hù)單元和數(shù)采單元分別安裝在各保護(hù)屏和數(shù)采屏上，由監(jiān)控主機(jī)集中對(duì)各屏進(jìn)行管理，然后通過調(diào)制解調(diào)器與調(diào)度中心聯(lián)系。特點(diǎn)：1)分布式的配置圖采用按功能劃分的分布式多CPU系統(tǒng)。2)繼電保護(hù)相對(duì)獨(dú)立。3)具有與系統(tǒng)控制中心通信功能4)模塊化結(jié)構(gòu)，可靠性高5)管理維護(hù)方便圖3-3分層分布式系統(tǒng)集中組屏結(jié)構(gòu)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)框圖(一)

圖3-4分層分布式系統(tǒng)集中組屏結(jié)構(gòu)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)框圖(二)

三、分散式與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)按每個(gè)電網(wǎng)元件(例如：一條出線、一臺(tái)變壓器、一組電容器等)為對(duì)象，集測(cè)量、保護(hù)、控制為一體，設(shè)計(jì)在同一機(jī)箱中。對(duì)于配電線路，可以將這個(gè)一體化的保護(hù)、測(cè)量、控制單元分散安裝在各個(gè)開關(guān)柜中，然后由監(jiān)控主機(jī)通過光纜或電纜網(wǎng)絡(luò)，對(duì)這些單元進(jìn)行管理和交換信息，這就是分散式的結(jié)構(gòu)。對(duì)于高壓線路保護(hù)裝置和變壓器保護(hù)裝置，仍采用集中組屏安裝在控制室內(nèi)。這種將配電線路的保護(hù)和測(cè)控單元分散安裝在開關(guān)柜內(nèi)，而高壓線路保護(hù)和主變壓器保護(hù)裝置等采用集中組屏的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，稱為分散和集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，其框圖如圖3-5所示，這是當(dāng)前綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)形式。圖3-5分散與集中相結(jié)合的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)框圖全分散式的結(jié)構(gòu)是今后的發(fā)展方向。一方面是分散式的自動(dòng)化系統(tǒng)具有上述的突出優(yōu)點(diǎn)；另一方面，隨著電-光傳感器和光纖通信技術(shù)的發(fā)展，為分散式的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研制和應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支持?！毂Ｗo(hù)和控制集成系統(tǒng)第三章變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式將保護(hù)和控制功能集成到同一裝置中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完全共享是一個(gè)發(fā)展的趨勢(shì)。與傳統(tǒng)的獨(dú)立部件的結(jié)構(gòu)相比，這種保護(hù)和控制集成的結(jié)構(gòu)，可提供大量的保護(hù)功能和更多的監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集(Scada)功能，而使性能價(jià)格比更憂。Scada所需要的許多初始數(shù)據(jù)與繼電保護(hù)所處理的數(shù)據(jù)是相同的。最近的發(fā)展趨勢(shì)是將這些分布式的變電站Scada功能集成到微機(jī)保護(hù)繼電器中，使保護(hù)和Scada共用一個(gè)硬件平臺(tái)，則可實(shí)現(xiàn)很明顯的經(jīng)濟(jì)性。這種保護(hù)和Scada的集成，國(guó)外稱為PROScada策略。采用PROScada策略需注意以下問題。(1)集成而不犧牲功能。(2)保護(hù)和控制集成單元必須具有開放性。變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀目前牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式

分層分布式概念：分布(分散)是指系統(tǒng)是按照變電所的元件、斷路器間隔設(shè)計(jì)、也可理解為一對(duì)一保護(hù)控制模式分層是指變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)按邏輯上劃分為三層，即站級(jí)管理層、通信層、間隔層變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀變電所以太網(wǎng)接線方式結(jié)構(gòu)圖變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀變電所現(xiàn)場(chǎng)總線+以太網(wǎng)接線方式結(jié)構(gòu)圖變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀設(shè)備組成

站級(jí)管理層：監(jiān)控計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、人機(jī)接口設(shè)備

通信層：通信處理裝置、遠(yuǎn)程通信設(shè)備、所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)、通信切換裝置

間隔層：變壓器保護(hù)測(cè)控裝置、饋線保護(hù)測(cè)控裝置、電容器保護(hù)測(cè)控裝置、綜合測(cè)控裝置、進(jìn)線及主變自投裝置等變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的站級(jí)管理層變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通信現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信 a.各間隔單元與變電所計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信 b.各間隔單元之間的互通信 c.其他智能化電子設(shè)備與后臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信與上級(jí)調(diào)度的通信 主要實(shí)現(xiàn)四遙功能：遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀通信接口 a.并行、串行 b.局域網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng) c.現(xiàn)場(chǎng)總線變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀以太網(wǎng)通信結(jié)構(gòu) 是一種總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，增減用戶方便，某一節(jié)點(diǎn)故障不影響其他部分工作。 可以采用雙絞線或光纖作為介質(zhì)，傳輸距離可達(dá)到1～10km，速率可達(dá)10Mbit/s。變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀現(xiàn)場(chǎng)總線通信結(jié)構(gòu) 主要使用的有Lonworks現(xiàn)場(chǎng)總線、CAN總線控制局域網(wǎng)絡(luò) Lonworks通信速度可達(dá)1.25Mbit/s，此時(shí)有效距離為130m；直接通信距離長(zhǎng)達(dá)2700m/78kbpsCAN的速率可到1Mbit/s，此時(shí)有效距離為40m；直接通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km/5kbps可以采用雙絞線或光纖作為介質(zhì)變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀變電所內(nèi)通信規(guī)約類型 IEC60870-5-103遠(yuǎn)動(dòng)通信規(guī)約類型IEC60870-5-101/103/104 DL451－1991(國(guó)標(biāo)CDT) N4F-POLLINGSC1801DNP3.0變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀傳輸介質(zhì) 主要以雙絞線（5類線）、電力載波、音頻電纜、無(wú)線（RF）、紅外（IR）、同軸電纜和光纖通信，其中尤以光纖通信抗電磁干擾能力強(qiáng)，通信容量大。變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的間隔單元變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能介紹 國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議WG34.03工作組將變電所自動(dòng)化功能分類為：控制與監(jiān)視功能、自動(dòng)控制功能、測(cè)量表計(jì)功能、繼電保護(hù)功能、與繼電保護(hù)有關(guān)功能、接口功能、系統(tǒng)功能等7種。 變電所綜合自動(dòng)化功能由電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和變電站建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)的綜合經(jīng)濟(jì)效益要求所決定。變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀繼電保護(hù)功能

牽引主變壓器保護(hù)饋線保護(hù)及自動(dòng)重合閘并聯(lián)電容器保護(hù)動(dòng)力變壓器保護(hù)

保護(hù)裝置應(yīng)滿足可靠性、選擇性、靈敏性、速動(dòng)性四項(xiàng)基本要求

變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀監(jiān)視控制功能

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理運(yùn)行監(jiān)視功能故障錄波與測(cè)距功能 事故順序記錄與事故追憶功能控制及安全操作閉鎖功能數(shù)據(jù)處理與記錄功能變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀監(jiān)視控制功能人機(jī)聯(lián)系功能打印功能運(yùn)行的技術(shù)管理功能諧波分析和監(jiān)視功能自診斷、自恢復(fù)和自動(dòng)切換功能變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀自動(dòng)控制裝置的功能備用電源自投控制遠(yuǎn)動(dòng)及數(shù)據(jù)通信功能綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信綜合自動(dòng)化系統(tǒng)與上級(jí)調(diào)度的通信變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀影響綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可靠運(yùn)行的問題變電所設(shè)計(jì)方面問題(技術(shù)標(biāo)準(zhǔn))運(yùn)行管理方面問題(設(shè)備維護(hù))產(chǎn)品質(zhì)量問題(功能完善、電磁兼容水平)供應(yīng)商服務(wù)問題變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)電磁兼容問題●電力系統(tǒng)內(nèi)電氣和電子設(shè)備集中，電磁環(huán)境復(fù)雜，在正常和異常運(yùn)行狀態(tài)下都會(huì)產(chǎn)生或出現(xiàn)各種電磁干擾，例如開關(guān)操作、短路故障等的暫態(tài)過程；高電壓、大電流導(dǎo)線或設(shè)備附近的電場(chǎng)和磁場(chǎng)；射頻電磁輻射；雷電；靜電放電；供電網(wǎng)的電壓波動(dòng)、電壓突降和中斷；諧波；電子設(shè)備的工作信號(hào)和噪聲等。變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀

●在電力系統(tǒng)中運(yùn)行的自動(dòng)化設(shè)備是電磁干擾的敏感者。以微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的二次弱電設(shè)備，如繼電保護(hù)、自動(dòng)控制、遠(yuǎn)動(dòng)和通信裝置等在電力系統(tǒng)中廣泛使用，它們的靈敏度高，且與強(qiáng)電設(shè)備靠近，很容易受到干擾。在我國(guó)電力系統(tǒng)中，由于開關(guān)操作、雷電、輻射電磁場(chǎng)、工頻磁場(chǎng)等原因引起的干擾事件屢有發(fā)生，其結(jié)果是造成保護(hù)誤動(dòng)，自動(dòng)化設(shè)備不能正常工作，甚至造成元件或設(shè)備損壞。變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀●

電磁干擾導(dǎo)致設(shè)備系統(tǒng)性能下降、無(wú)法工作甚至損壞通信故障、中斷設(shè)備無(wú)法工作、損壞電網(wǎng)保護(hù)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)，導(dǎo)致電網(wǎng)事故系統(tǒng)“死機(jī)”靜電引起火災(zāi)、設(shè)備損壞●對(duì)人類健康產(chǎn)生影響變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀

EMC電磁兼容(Electro-MagneticCompatibility)EMC=EMI+EMS

EMI(Electronic-MagneticInterferenc)電磁干擾：裝置、設(shè)備對(duì)外界產(chǎn)生的電磁發(fā)射

EMS(Electronic-MagneticSusceptibility)電磁抗擾度（敏感度）：裝置、設(shè)備或系統(tǒng)對(duì)外界電磁干擾的抵抗能力變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀脈沖群瞬態(tài)干擾雷擊浪涌輻射靜電放電變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀電磁干擾傳播方式傳導(dǎo)（電源線、互連線、共阻抗）輻射（近場(chǎng)感應(yīng)、遠(yuǎn)場(chǎng)輻射）變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀干擾源●自然干擾源：雷電、宇宙噪聲等●人為干擾源：發(fā)射機(jī)、各類電子電氣設(shè)備、架空輸電線、高壓設(shè)備、電動(dòng)工具、照明器具、家用電器等●靜電變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀主要干擾源●高壓回路中操作斷路器、隔離開關(guān)引起的電磁暫態(tài)干擾●高壓裝置產(chǎn)生的工頻電場(chǎng)和磁場(chǎng)●接地系統(tǒng)中的短路電流引起的電位升●雷電引起的暫態(tài)干擾●低壓設(shè)備開合操作引起的電快速瞬變●靜電放電變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀主要干擾源●由于設(shè)施內(nèi)部或外部的無(wú)線電發(fā)射裝置產(chǎn)生的高頻場(chǎng)●由于設(shè)施內(nèi)其他電氣或電子設(shè)備產(chǎn)生的高頻傳導(dǎo)和輻射干擾●由供電線路傳來(lái)的低頻傳導(dǎo)騷擾●核電磁脈沖●地磁干擾變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀對(duì)二次設(shè)備最具影響的干擾波形●阻尼振蕩波：源于高壓斷路器、隔離開關(guān)操作●電快速瞬變脈沖群：斷開低壓直流電路中(如機(jī)電式繼電器、接觸器等)的小電感負(fù)載而引起的暫態(tài)電壓●輻射電磁場(chǎng)：源于電磁發(fā)射，如對(duì)講機(jī)等●浪涌：源于雷擊時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁能量●工頻磁場(chǎng)：源于載流導(dǎo)體和運(yùn)行中的電力設(shè)備變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀解決電磁兼容問題根本途徑●去除干擾源●切斷干擾傳播路徑●提高感受器的抗干擾能力變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀解決電磁干擾的方法(變電所)

電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮：●接地網(wǎng)●電纜鋪設(shè)●屏蔽提高二次設(shè)備的抗干擾性能：●開發(fā)設(shè)計(jì)●制造工藝●試驗(yàn)檢測(cè)變電所綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀緊湊的機(jī)箱結(jié)構(gòu)、可靠的接地

變電