第四章變電站綜合自動化

第四章

變電站自動化傳統(tǒng)變電站控制的問題安全、穩(wěn)定性不夠。

常規(guī)的電磁或晶體管保護、自動裝置、測量設備接線復雜，連接電纜多，設備結(jié)構(gòu)復雜，難以維護，無自檢功能，設備故障無法及時發(fā)現(xiàn)，會造成保護的拒動、誤動。難以保證供電質(zhì)量。缺少調(diào)壓手段，缺少遏制諧波污染的手段。占地面積大。常規(guī)設備體積大，電纜多，需占用較大土地面積無法滿足快速計算、實時控制的要求。傳輸信息不足，缺少遠方調(diào)控手段維護工作量大。常規(guī)設備結(jié)構(gòu)復雜，維護、檢修都比較困難。變電站自動化的概念

變電站自動化是將變電站的二次設備（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)化設計，利用先進的計算機技術(shù)、通信技術(shù)、信號處理技術(shù)，實現(xiàn)對全變電站的主要設備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、控制、保護、與上級調(diào)度通信的綜合性自動化功能。

變電站自動化的特點利用微機和大規(guī)模集成電路組成的自動化系統(tǒng)代替常規(guī)控制屏、中央信號系統(tǒng)和遠動屏。利用微機保護代替常規(guī)保護。能采集完整的運行信息，利用計算機的高速計算與邏輯判別能力實現(xiàn)監(jiān)視、控制、運行報告等功能。功能綜合化、結(jié)構(gòu)微機化、監(jiān)視屏幕化、運行管理智能化。(四化)變電站自動化的優(yōu)越性提高安全穩(wěn)定性。設備可以自檢，整定值根據(jù)運行方式容易調(diào)整，提高保護和自動裝置動作正確性。設備接線簡化，減少擾動竄入的影響。提高電壓合格率。有自動調(diào)壓功能，可自動控制變壓器分接頭和投切無功補償器。提高運行管理水平。所有測量、控制、保護、運行報告、統(tǒng)計均實現(xiàn)自動化。調(diào)度中心可在遠方監(jiān)視和控制變電站運行情況。事故條件下可利用自動記錄的運行數(shù)據(jù)進行分析?？s小占地面積。采用先進的通信技術(shù)，實現(xiàn)分布式采集與控制，大大減少了連接電纜。采用大規(guī)模集成電路，設備體積小，從而可以縮小占地面積，設置可以安裝在地下。提高設備可靠性，減小維護工作量。設備模塊化，可以自檢，容易發(fā)現(xiàn)設備故障，維修簡便。變電站自動化的發(fā)展分立元件階段為自動化開發(fā)和生產(chǎn)了大量的自動化設備，比如測量儀表，保護，自動裝置等。以電子元件為主，設備體積大、構(gòu)造復雜。最主要的問題是設備間互無聯(lián)系，各自獨立運行。比如母線電壓，測量儀表、保護、自動裝置都要測量，每個元件都要單獨裝設連接電纜。微機化的智能元件階段微機化的測量系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的測量儀表，不再需要中央控制屏和儀表盤，監(jiān)視、控制均可通過屏幕、鍵盤等完成。微機化的保護，數(shù)字化的保護原理實現(xiàn)，可以實現(xiàn)更多、更靈活的保護算法，保護的正確性提高，常見的負序、零序濾過不再需要專門的變送器，可利用程序?qū)崿F(xiàn)。但仍未解決設備間互無聯(lián)系，各自獨立運行的問題。自動化階段不僅能實現(xiàn)自動化，而且設備間能夠互相通信、共享運行信息，使整個變電站自動化系統(tǒng)成為一個完整的系統(tǒng)，而不是多個自動化的孤島。第一節(jié)變電站自動化概述常規(guī)變電站概述繼電保護—多個機械式繼電器的組合體積大、分散、接線多、功能不全、無通信自動裝置—模擬式、無通信遠動裝置(許多變電站沒有遠動裝置)—模擬式操作控制屏—多屏、模擬式顯示儀表、無遠方操作功能中央信號屏—光字牌通信--各種裝置間無通信變電站自動化系統(tǒng)的基本要求（1）以自動化系統(tǒng)替代常規(guī)的繼電保護、儀表、中央信號、模擬屏、控制屏和運行控制裝置。（2）獨立的微機保護子系統(tǒng)，與監(jiān)控系統(tǒng)保恃緊密通信聯(lián)系。（3）系統(tǒng)的軟、硬件配置具備與上級調(diào)度通信的能力。（4）可擴展性、適應性、標準化程度和開放性能。變電站自動化

與無人值班無人值班是管理模式，自動化是技術(shù)水平。常規(guī)保護和常規(guī)控制的時代。不掌握運行信息，需要運行操作時派人到現(xiàn)場執(zhí)行。兩遙功能?？梢员O(jiān)視變電站運行信息，但操作仍需派人到現(xiàn)場執(zhí)行。四遙功能，真正有效意義上的無人值班。變電站自動化比四遙功能在技術(shù)水平上有很大提高。變電站自動化系統(tǒng)

的基本功能國際大電網(wǎng)會議的分類控制和監(jiān)視自動控制測量繼電保護與繼電保護有關(guān)的功能接口功能系統(tǒng)功能國內(nèi)應用的分類控制和監(jiān)視微機保護電壓和無功自動控制低頻減載備用電源自動投入監(jiān)視和控制數(shù)據(jù)采集模擬量：各段母線電壓、頻率、線路電壓、電流、有功功率、無功功率、主變電壓、電流、有功、無功、油溫、分接頭位置電容器電流、無功、饋線電壓、電流、有功功率、無功功率直流電源電壓、站用變電壓。數(shù)字量：斷路器狀態(tài)、隔離刀閘狀態(tài)、同期檢測狀態(tài)、繼電保護動作信號、自動裝置動作信號電能量：關(guān)口的電能計量。一般采用累計電度脈沖的方法。故障記錄與事件順序記錄SOE故障記錄記錄發(fā)生故障前2個周波和故障后3-10個周波的各主要模擬量的變化過程，如母線電壓、線路電流等。SOE記錄斷路器跳合閘記錄，保護動作記錄。控制與操作利用鼠標、鍵盤、顯示屏對斷路器合隔離刀閘進行操作，對變壓器分接頭位置進行調(diào)節(jié)，對補償電容進行投切操作。可根據(jù)上級調(diào)度命令執(zhí)行遠程控制合調(diào)節(jié)命令。防誤操作：斷路器操作自動閉鎖重合閘當?shù)?遠方操作互相閉鎖斷路器和隔離開關(guān)的操作閉鎖操作序列必須得到上一步的返校之后才能進行。安全監(jiān)視電壓、電流、功率、頻率等越限報警。跳閘、保護動作報警。設備正常工作監(jiān)視、設備電源監(jiān)視人機界面主接線圖顯示、運行數(shù)據(jù)顯示、報警顯示、SOE顯示、運行報表顯示、歷史數(shù)據(jù)曲線顯示、保護和自動裝置整定值顯示、設備工作狀態(tài)顯示等。報表打印、事故打印、圖形打印等數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計記錄運行報表，運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、故障統(tǒng)計與分析微機保護微機保護的種類高壓輸電線的主保護和后備保護饋線的保護主變的主保護和后備保護補償電容的保護母線保護不完全接地系統(tǒng)的單相接地選線故障錄波微機保護微機保護的優(yōu)點實現(xiàn)算法靈活。性能穩(wěn)定，可靠性高。設備自檢和自恢復。運行維護工作量小，現(xiàn)場調(diào)試和整定方便。微機保護對微機保護的要求滿足保護的4性要求：選擇性、速動性、可靠性、靈敏性。具有故障記錄功能。通信功能與統(tǒng)一校對時鐘。能存貯多種保護定值。當?shù)鼗蜻h程修改保護定值。設置保護管理機或通信控制機。故障自診斷、自閉鎖、自恢復功能。電壓和無功控制調(diào)控目標維持供電電壓在規(guī)定范圍內(nèi)。各級供電母線電壓的運行波動范圍（以額定電壓為基準）

500(330)kv變電站的220kv母線，正常時0％～＋10％，事故時－5％～＋10％ 200kv變電站110kv母線，正常時－3％～＋7％，事故時±10％ 配電網(wǎng)10kv母線，10.0～10.7kv保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定和合適的無功平衡。主輸電網(wǎng)絡，實現(xiàn)無功分層平衡，地區(qū)供電網(wǎng)絡實現(xiàn)無功分區(qū)就地平衡。在電壓合格的條件下實現(xiàn)使電能損耗最小。必須充分利用現(xiàn)有的補償設備和調(diào)壓設備（調(diào)相機、靜止補償器、補償電容器、電抗器、有載調(diào)壓變壓器）。進行合理優(yōu)化調(diào)度。電壓和無功控制調(diào)控措施調(diào)整變壓器的分接頭位置。改變電壓和無功分布，但它并不產(chǎn)生無功功率，所以如果系統(tǒng)無功功率不足導致電壓偏低，此方法不宜使用。補償電容器。補償電容器相當于無功電源，可以用來調(diào)整電壓和無功分布?？刂品绞郊锌刂疲赫{(diào)度中心對下屬變電站的主變和無功補償設備進行統(tǒng)一控制。是優(yōu)化的最佳方案，但要求調(diào)度中心有無功優(yōu)化軟件，變電站有較高的自動化水平和良好的信道。

分散控制：在各廠、站進行調(diào)壓，控制地區(qū)的電壓和無功在規(guī)定水平。只能局部優(yōu)化。關(guān)聯(lián)分散控制：在正常運行時由各廠、站自動調(diào)控，調(diào)控范圍由調(diào)度中心的無功優(yōu)化軟件計算得到。在負荷變化較大或系統(tǒng)運行方式發(fā)生大的變化時由調(diào)度中心直接控制。

自動低頻減載控制目標

運行規(guī)程規(guī)定：電力系統(tǒng)的允許頻率偏差為±0.1Hz；系統(tǒng)頻率不能長時間運行在49.5～49Hz以下；事故情況下，不能較長時間停留在47Hz以下；系統(tǒng)頻率瞬時值不能低于45Hz。自動低頻減載低頻減載的任務

在系統(tǒng)發(fā)生故障，有功功率嚴重缺額，頻率下降時，需要有計劃、按次序切除負荷，并保證切除負荷量合適。低頻減載的控制方式基本輪和特殊輪

一般基本輪第一輪整定頻率為48.5～47.5Hz，最末輪46.5～46Hz，相鄰兩輪頻率整定差0.25～0.5Hz，時間差0.5s。特殊輪整定頻率一般在49～47Hz間，動作時限15～20s。

自動低頻減載實現(xiàn)方法采用專用的低頻減載裝置。分散到每條線路的保護裝置中。

自動低頻減載對低頻減載裝置的要求在各種運行方式下和功率缺額條件下，有計劃地切除負荷，有效防止系統(tǒng)頻率降到危險點以下。切除負荷盡可能少，防止超調(diào)和懸停現(xiàn)象。饋線或變壓器故障跳閘造成失壓時，應可靠閉鎖，不能誤動。電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時不能誤動。電力系統(tǒng)受諧波干擾時不能誤動。自動低頻減載低頻減載裝置的關(guān)鍵技術(shù)采用原理先進、準確度高、抗干擾能力強的測頻電路。采用頻率下降速率做啟動條件提高動作的快速與靈敏性；做閉鎖條件可防止誤動。其他常用的閉鎖條件有帶時限的低壓閉鎖，低電流閉鎖，雙測頻回路串聯(lián)閉鎖。故障自診斷與自閉鎖。備用電源自動投入明備用：正常由1B供電，1B或1DL故障斷開后，BZT自動投入2DL，由2B供電。暗備用：正常1B、2B都供電，1B故障時，BZT自動投入3DL或5DL保持供電。備用電源自動投入

采用微機實現(xiàn)BZT，可以實現(xiàn)靈活的自動投入控制方式，比如三種備用電源投入方式可以用一部微機設備實現(xiàn)。同時裝置可以自診斷，并可以具有通信功能與其他自動化系統(tǒng)相聯(lián)系。變電站自動化

的結(jié)構(gòu)設計的原則和要求功能、配置服從電網(wǎng)調(diào)度自動化的總體設計功能配置下放原則應能全面替代常規(guī)二次設備。微機保護的軟硬件與監(jiān)控系統(tǒng)既相對獨立，又相互協(xié)調(diào)。微機保護應有通信功能應能滿足無人值班的要求。有可靠的通信網(wǎng)絡和通信協(xié)議。有良好的抗干擾能力。設計的原則和要求設備運行可靠性高。系統(tǒng)可擴展性好。系統(tǒng)的標準化和開放性能要好。優(yōu)先采用交流采樣技術(shù)采用局域網(wǎng)通信方式硬件結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)模式遠方終端裝置（RTU）＋當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)1、當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)由一臺主機或兩臺互為備用的主機承擔所有功能。2、配上變送器、遙信轉(zhuǎn)接、遙控執(zhí)行、UPS等屏柜。3、站內(nèi)保護裝置的信息，可通過遙信輸入回路（硬件方法）進入RTU，亦可通過串行口按約定的規(guī)約通信（軟件方法）進入RTU。4、適合35～500千伏各種電壓等級、不同規(guī)模的變電站。

硬件結(jié)構(gòu)分層集中組屏模式 單元層＋變電站層單元層按功能劃分，開關(guān)量輸入、輸出，模擬量輸入、輸出，元件保護、自動裝置各為單獨模塊。變電站層包括監(jiān)控主機和遠動主機。變電站層通過現(xiàn)場總線或局域網(wǎng)與單元層通信。所有保護屏、數(shù)據(jù)采集屏、控制出口屏全部安裝在中央控制室內(nèi)，需要較多的控制連接電纜。硬件結(jié)構(gòu)分層分散模式

間隔層＋變電站層

間隔層按高壓間隔劃分，以每個電網(wǎng)元件為對象，集測量、控制、保護于一體，設計在同一個機箱中，將這種模塊單元安裝在一次主設備的開關(guān)柜中。各模塊單元