第六章供电技术ppt课件

第五章内容回顾,供电系统的保护 继电保护基础 线路保护 变压器保护 低压配电系统保护 备自投和自动重合闸 防雷与接地,第六章 变电所的综合自动化,主要内容 概念、特征 基本功能 结构、硬件配置 微机保护,第六章 变电所的综合自动化,变电站作为整个电网中的一个节点，担负着电能传输、分配的监测、控制和管理的任务。作为变电站自动化系统，它应确保实现以下要求： (1)检测电网故障，尽快隔离故障部分。 (2)采集变电站运行实时信息，对变电站运行进行监视、计量和控制。 (3)采集一次设备状态数据，供维护一次设备参考。 (4)实现当地后备控制和紧急控制。 (5)确保通信要求。,变电站综合自动化系统概念,通过监控系统的局域网通信，将微机保护、微机自动装置、微机远动装置采集的模拟量、开关量、状态量、脉冲量及一些非电量信号，经过数据处理及功能的重新组合，按照预定的程序和要求，对变电站实现综合性的监视和调度。,综合自动化结构示意图,自动监控系统,变电站自动化的内容,电气量的采集和电气设备(如断路器)的状态的监视、控制和调节，实现变电站的正常运行的监视和操作，保证变电站的正常运行和安全； 在发生事故时，瞬态电气量的采集、监视和控制(由继电保护、故障录波等所完成)，迅速切除故障，完成事故后的变电站恢复正常运行的操作； 从长远的观点来看，还应包括高压电气设备本身的监视信息(如断路器、变压器、避雷器等的绝缘和状态监视等),需要从变电站得到信息的单位,除了调度中心、运行方式科、继电保护工程师之外，还需要传送到检修或维修中心为电气设备的监视和为制定维修计划而收集原始数据提供先进的手段。,变电站综合自动化系统基本配置,时钟系统,调制解调装置,调 度,综合测控装置,自动装置,远动装置,继电保护,模拟/开关量采集装置,保护单元1,保护单元n,工作站,工作站,主控机,外 设,中心处理机,网 络,1、功能综合化 综合了变电所内除一次设备和交直流电源以外的所有二次设备 。 微机监控系统综合了仪表屏、操作屏、模拟屏、变送器屏、中央信号系统，远动装置RTU (Remote Terminal Unit, RTU) ，电压及无功自动调节等功能。 微机保护综合了故障录波、故障测距、小电流接地选线、自动按频率减负荷、自动重合闸等功能。,变电所综合自动化特征,2、结构微机化,综合自动化系统内主要插件全是微机化的分布式结构，网络总线连接将微机保护、数据采集、控制环节的CPU群构成一个整体，实现各种功能，一个系统往往有几十个CPU同时并行运行。 优点：多CPU提高了处理并行多发事件的能力，方便系统扩展与维护，局部故障不影响其它模块的正常运行。,分层式结构,综合自动化系统使变电站的值班人员完全是面对大屏幕显示器进行变电站的全方位监视与操作。,3、操作监视屏幕化,原来的二次设备只能监视一次设备； 综合自动化系统： 监测一次设备； 常规自动化功能； 在线自诊断； 与控制中心通信。,4、运行管理智能化,变电站综合自动化发展现状,国内 综合自动化实现的两个原则： 一是中低压变电站采用自动化系统，以便更好地实施无人值班，达到减人增效的目的； 二是对高压变电站（220kV及以上）的建设和设计来说，是要求用先进的控制方式，解决各专业在技术上分散、自成系统，重复投资，甚至影响运行可靠性。,变电站综合自动化发展现状,变电站综合自动化建设的发展历程: 全国第一套微机保护装置-1984华北电力大学 全国第一套分布式综合自动化系统-1994大庆 全国第一套就地安装保护装置-1995 CSL200A 全国第一套220kV综合自动化变电站-1996珠海南屏 全国第一套全下放式220kV综合自动化变电站-1999丹东 全国第一套全国产500kV综合自动化变电站-1999南昌 全国第一套将专家系统应用到变电站综合自动化系统中-2000 国内第一家引进现场总线LonWorks (四方公司引进）,无人值守变电站,无人值班变电站：调度值班员借助微机远动技术替代变电所现场值班员来控制和管理的变电所。 是变电所的一种先进管理模式。 调度员在主站端设备的键盘上进行必要的遥控、遥调操作。 不必再配置单独RTU，模拟量和开关状态信息，通过通信管理单元直接送往调度。 各微机保护单元将动作信息送给调度，并通过通信管理单元转发或执行调度下达的命令。,6.2 变电所综合自动化系统的基本功能,1、数据采集 主要是在线采集供电系统的运行参数，主要包括：模拟量，状态量和脉冲量。 模拟量 主要是采集进线的电压、电流和功率值，馈线回路的电流及功率值，还包括变压器的温度，电容器的温度，直流电源电压等。 状态量 主要采集变电所里的开关、断路器的位置状态等。变电所内一次设备运行状态及报警信号，变压器分接头位置信号，无功补偿电容器的投切开关位置状态等。 脉冲量 主要是指脉冲电度表输出的脉冲信号等。,电力部门和用户内部生产调度需要的数据。 变电所运行参数的统计、分析与计算。 变电所内各种事故信息的顺序记录并登录存档。 变电所运行参数和设备越限报警及记录。,2、数据处理与记录,变电所内的各高压断路器，隔离开关可以通过变电所综合自动化系统CRT屏幕进行操作，也可以对变压器的分接头进行调节控制，可对电容器组进行投切。 为了防止计算机系统故障时无法操作被控设备。应保留人工直接跳合闸手段。,3、控制与操作闭锁,操作出口具有跳、合闭锁功能。 操作出口具有并发性操作闭锁功能， 根据实时信息，实现断路器、隔离开关操作闭锁功能。 适应一次设备现场维修操作的“电脑五防操作及闭锁系统”。即：防止带负荷拉、合隔离开关；防止误入带电间隔；防止误分、合断路器；防止带电挂接地线；防止带地线合隔离开关。 CRT屏幕操作闭锁功能，只有输入正确的操作口令和监护口令才有权进行操作控制。,操作闭锁的内容,4、微机保护,微机保护主要包括线路保护、变压器保护、母线保护、电容器保护、备用电源的自动投入装置和自动重合闸装置等。 a.故障记录，且断电保持。 b.存储多套整定值；并能显示及当地修改整 定值。 c.实时显示保护主要状态。 d.与监控系统通信。,“四遥” 遥信：采集配电网的各种开关设备的实时状态，通过配电网的信道送到监控计算机。 遥测：采集配电网的各种电能（如电流、电压、用户负荷、电度等）的实时数值，通过配电网的信道送到监控计算机。 遥控：操作人员通过监控计算机发送开关开合命令，通过配电网信道传达到现场，使现场的执行机构操作开关的开合，达到给用户送电、停电等目的。,5、与远方操作控制中心通信,“四遥” 遥调：操作人员通过监控计算机或者高级监控程序自动发送参数调节命令，通过配电信道传送到现场，使现场的调节机构对特定的参数进行调节，达到负荷大小、电压、功率因数调节等目的。 远方修改定值 向电力调度部门传送数据信息,5、与远方操作控制中心通信,（1）屏幕显示 屏幕显示的内容可以包括；供电系统的主接线；供电系统的实时运行参数；变电所内一次设备的运行状况；报警画面与提示信息；事件的顺序记录；事故记录；保护整定值；控制系统的配置显示；包括退出运行的设备和装置的显示以及值班记录；各种报表和负荷曲线；在系统发生故障时能够显示与故障有关的信息及故障处理的有关规程程序和操作指令等，以帮助值班人员能妥替地迅速处理事故。,6、人机联系功能,SCADA采集信息显示例子厂站单线图,SCADA采集信息显示例子棒图,适合显示机组出力，电压等数据。,SCADA采集信息显示例子曲线,适合显示某个量的变化趋势，如系统负荷、频率、电压等。,（2）通过键盘输入数据 （3）人工操作控制 断路器及隔离开关的操作；变压器分接头位置的控制；控制闭锁的设定；保护装置的投入或退出；设备运行/检修的设置；当地远方控制的选择；信号复归等。 （4）运行参数及信息的打印记录 打印分为定时、随机和召唤打印三种。,6、人机联系功能,7、自诊断功能 综合自动化系统的各单元模块应具有自诊断功能，自诊断信息也像数据采集一样周期性地送往后台机操作控制中心。 8、变电所综合自动化系统的数据库 变电所综合自动化系统的数据库是用来存储整个供电系统所涉及到的数据信息和资料信息。 对供电系统而言，其数据库中的类型一般可分为基本类数据，对象类数据，归档类数据。,6.2 变电所综合自动化系统的基本功能,基本类数据是整个数据库的基础，主要包括 电压、电流、有功、无功、电度、开关位置、变压器分抽头位置、变压器的温度等 对象类数据是建立在基本数据的基础上的，实际上就是把变电所里的部分一次设备和其相关的基本数据结合在一起当作一个整体看待。 归档类数据是源于基本数据类型或者对象数据类型的历史归档，主要是保存在磁盘中，只有在查看历史数据时才能用到。这类数据主要包括两类：一是反应变电所基本信息的数据，如设备的型号和参数等；二是反应变电所运行状况的数据，如越限记录，最大日平均负荷等。,1、供电系统对变电所综合自动化系统结构的原则要求 可靠性 实用性 先进性,6.3 变电所综合自动化系统的结构和硬件配置,2、变电站综合自动化系统结构,系统为多微机、多层次结构形式。 最上层设在电力系统控制中心；13层均设在变电站内。,结构形式：集中式、分布集中组屏和分布分散式。,集中式,采用计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动化功能。 微机保护、微机监控和与调度等通信的功能由不同的微机完成。 缺点： 这种传统结构的可靠性较低，功能有限，其系统的扩充性和维护性较差。,集中式结构框图,分布分散式,每个回路对应一套装置，就地安装在数据源现场的开关柜上。实现保护测控一体化 各回路通过网络电缆连接，独立与监控主机通信。 减少了所内的二次设备及信号电缆 系统中任一部分故障时，只影响局部，提高了整个系统的可靠性 可扩展性和运行的灵活性。,分布式综合自动化系统框图,分布集中组屏的结构模式，是将变电所内各回路的数据采集单元、控制单元和保护单元分别集中安装在变电所控制室内的数据采集柜、控制柜和保护柜中，相互间通过网络与控制主机相连。 分布集中组屏的结构便于扩充和维护，其中一个环节故障，不会影响其它部分的正常运行。 适用于主变电所的回路数相对较少，一次设备比较集中，从一次设备到数据采集柜和控制柜等所用的信号电缆不长，易于设计、安装和维护管理的(1035)kV供电系统变电所。,分布集中组屏,35kV变电站自动化系统配置方案,小 结,变电所综合自动化概念 变电所综合自动化特点 功能综合化、结构微机化、操作与监视屏幕化、运行管理智能化 变电所综合自动化基本功能 数据采集、数据处理与记录、控制与操作闭锁、微机保护、与远方操作控制中心通信、人机联系、自诊断、数据库 变电所综合自动化系统的结构 集中式、分布分散式、分布集中组屏,变电所综合自动化系统的硬件配置一般由中央处理机（包括打印机、监视器、通信接口等外围设备）、数据采集与处理、微机保护、操作与控制、故障滤波等各种功能模块及所内通信网络组成。,6.3.2 变电所综合自动化系统的硬件配置,（一）中央处理机,中央处理机系统可采用单机系统和多机系统两种基本配置。 单机系统：指变电所综合自动化的全部功能由一台中央处理机来控制和完成。 优点是系统结构简单，造价低。 缺点是容量受限制，如检测量较多，则响应速度会受到影响，且工作可靠性较差。 单机系统大多用于中、小型变电所。,多机系统一般分两种配置方式。 两台主机一台工作，另一台处于热备用状态。 一台（或两台）主机和若干台前置机，由前置机负责数据的采集和通信联络工作，收集到的信息经初步处理后向主机传送。这种系统称为分布式多机系统。 分布式多机系统的优点是功能强、容量大、灵活、可靠，便于维护和扩充。它可以根据现场实际情况灵活地增减前置机的数量，以满足不同供电系统的需要。而且中央处理机可以采用高级语言编程，因此比较容易实现更复杂的功能和运算。,多机系统,在变电所系统中，数据信息的采集和处理是变电所综合自动化系统的主要功能之一。 供电系统中数据信息的采集主要有模拟量和开关量。 1、模似量的检测与处理 在变电所综合自动化系统中，模拟量的检测一般有两种方式，即直流采样检测和交流采样检测。 前者结构较复杂，但程序设计简单，精度容易满足；后者结构简单，但在实现高精度检测时，技术要复杂一些。,（二）数据与信息的采集和处理,直流采样检测方式是采用电量变送器将供电系统的交流电压、交流电流、有功功率、无功功率等转换为05v（无功为 5v ）的直流电压信号供微机检测。 可以采用单极性A/D转换接口，对转换速度的要求也不高，精度比较容易保证程序设计也较简单， 主要缺点是电量变送器投资较大，二次接线、维护复杂，且变送器有一定的延时，因此该方式一般适用于检测变化速度比较缓慢的过程和稳态量。,（ 1 ）直流采样检测及其数据处理,将交流电量转换为线性成比例输出直流模拟电量的装置。 无源型电量变送器主要有电流变送器和电压变送器两种，由于它不需要供电电源，从而使安装接线得以简单，价格较低。但无源型电量变送器在小信号输入时，测量精度不易保证。 有源型电量变送器，它包括电压，电流，功率，电能，功率因数变送器等。有源型电量变送器的供电电源分为交流110V，220V；直流24V,48V,110V等。,1）电量变送器,2）直流采样检测的数据处理 在直流采样检测中某一模拟量经变送器，低通滤波，采样保持，AD转换被采集到内存还需进行一系列的加工和处理才能成为有用的数据，通过软件实现如下： a) 采样到的数据要重新排队 b) 数字滤波排除随机干扰 c) 数据合理性检测和越限检测 d) 微机处理及其转换,（1）直流采样检测及其数据处理,交流采样检测是采用交流变换器将交流电压和交流电流转换成 5v（峰值）的交流电压信号，供微机检测，这种方法的特点是结构简单，速度快，投资省，工作可靠，缺点是程序设计较繁琐，要提高检测精度在技术上比较复杂。同时它要A/D转换接口是双极性的，对转换速度要求较高。 由于交流采样所得到的信号是瞬时值，这些量是随时间而变化的交变量，人们无法直接识别它的大小和传送方向（指功率）。这就需要通过一定的算法把信号的有效值计算出来；交流采样常用的算法有：两点采样算法、全周波傅氏算法,（2）交流采样检测及算法,在变电所综合自动化系统中，数据采集系统往往要同时采集输入多个信号，如三相电流，电压等，在每个采样周期中，要对多个通道输入信号全部采样一次；一般有下列几种采样方式。 1）同时采样。 2）顺序采样。,（3）采样保持与多路转换器的配置,同时采样，同时A/D转换,顺序采样,依次A/D转换,同时采样，依次A/D转换,小 结,变电所综合自动化系统硬件配置 中央处理机 数据与信息的采集和处理 模拟量的监测与处理 直流采样检测及数据处理 交流采样检测及数据处理 开关量的检测与识别 变电所的运行控制与操作,6.4 供电系统的微机保护,随着计算机技术的发展和变电所综合自动比系统的实现以及变电所无人值班的运行方，系统对保护的要求更高，使现有的模拟式继电保护难以满足。主要表现在以下几个方面: 动作速度慢，一般超过0.02s。