变电站综合自动化技术及发展.ppt

变电站综合自动化技术及发展 介绍内容 二.国内变电站自动化系统现状 三.变电站自动化系统发展趋势 一.变电站自动化系统概述 一一. .变电站自动化系统概述变电站自动化系统概述 1 变电站自动化含义 变电站综合自动化系统 (integrated substation automation system): 集保护、测量、控制、远传等功能为一体，通过数字通信及网 络技术来实现信息共享的一套微机化的二次设备及系统。 国际电工委员会已经正式采用了“变电站自动化系统” (substation automation system-sas)名词，并对“变电站自 动化系统” 解释为“在变电站内提供包括通信基础设施在内的 自动化(sas-substation automation system： the sas provides automation in a substation including the communication infrastructure)”。 2 我国变电站自动化技术应用情况 220kv及以下电压等级变电站的自动化大都采用了国产产 品。 330kv及以上电压等级变电站也大量使用了国产产品及部 分进口产品。 国内厂家主要有：南瑞集团、北京四方、许继电气、国电 南自等。 国外厂家主要有：如abb、siemens、 alstom 、 ge- harris 、 eling等公司。 3 变电自动化技术应用意义 简化了变电站二次部分的硬件配置,简化了设计，避免 了重复； 简化了变电站二次设备之间的相互联线，减轻了安装 施工和维护工作量； 简少了占地面积，降低了工程总造价； 为电力企业减人增效提高劳动生产率，实现变电站无 人值班，提高运行管理水平创造了良好的技术条件。 二、变电站自动化技术现状二、变电站自动化技术现状 1 我国变电站自动化发展阶段 1.1 第一阶段：面向功能设计的集中式rtu加常规保护模式 80年代及以前，初级阶段。 1.2 第二阶段: 面向功能设计的测控装置加微机保护模式 始于90年代初期，单元式微机保护及按功能设计的微 机测控装置的广泛应用，保护与测控装置相对独立，通过 通信管理单元能够将各自信息送到当地监控后台或调 度端计算机。 1.3 第三阶段：面向间隔、面向对象(object -oriented ) 的分层分布式结构模式; 始于90年代中期，随着计算机技术、网络及通信技术 的飞速发展，采用按间隔为对象设计保护测控单元， 采用分层分布式的系统结构。 2 分层分布式技术成为潮流 若按变电站自动化系统二次设备分布现状可纵向分为三层 ： 变电站层、网络层、间隔层；也有厂家或学者将网络层 归入变电站层进行描述，即纵向分为变电站层、间隔层 二层。 (1) 变电站层: 当地监控功能 保护信息管理功能 远方监控功能是将当地监控和保护信息管理功能通过通 信在远方实现，是变电站实现无人值班的前提条件。 变电站层基本要求为：可靠性开放性易用性 (2) 网络层完成信息传递和系统对时等功能。目前国内外 产品流行两种网络层结构：即双层网和单层网结构。至于 自动化系统中应该采用双层网或单层网结构，我们认为各 有优缺点，应视具体应用场合而定，不可一概而论。 目前采用的现场总线有：lonworks、canbus、worldfip 、profibus等，最高速率可达12m；以太网通信方式，速 率大多为10m/100m自适应。现场总线具有使用方便、简单 、 经济的特点，以太网具有网络标准、开放性、高速率、传 输容量大的特点。 现场总线将会和以太网并存相当长时间。 网络层基本要求是：可靠性开放性及规约要求实 时性 (3) 间隔层主要是继保、监控设备层。 继电保护及自动装置基本要求是：安全可靠性准 确选择性灵敏性速动性 测量控制装置基本要求是：可靠性精确性。 (4) 三层之间的关系: 变电站层、网络层、间隔层既相互独立又相互联系。 变电站层功能的实现依赖于网络层和间隔层的完好性；但 是间隔层功能的实现，特别是继电保护及安全自动装置的 功能的实现决不能依赖于网络层和变电站层的完好性；远 方主站监控功能的实现应不依赖于变电站层设备。 3 运行管理模式与变电站综合自动化 3.1 保护和远动专业管理模式对变电站综合自动化技术发 展的影响 3.2 无人值班的运行管理模式与变电站自动化技术的关系 3.3 保护信息管理系统的研发是变电站当前运行管理的 需求 4 继电保护技术的发展 4.1 继电保护技术的发展史 国内继电保护装置的发展经历了20世纪50年代的机电型 60年代中到70年代末出现的晶体管型，70年代中到80年代末 的集成电路型， 80年代中至今的基于微处理器机技术的微机 保护的历史。从90年代初至今，不同原理、不同机型的微机线 路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批性能优良、 功能齐全、工作可靠的继电保护装置。 4.2 继电保护的现状 目前，国内继电保护的发展已达到甚至超过国外同行业的水 平。在保护的原理方面，国内微机保护的水平很多方面已领先于 国外的同类产品。 在高压及超高压线路保护方面，经多年研究，微机保护的性 能比较完善，可以适应复杂的运行及故障条件。 在110kv及以下电压等级的变电站综合自动化系统中，主变 后备保护、线路（馈线）保护、电容器保护等继电保护装置普 遍采用保护测控一体化技术，即所谓的四合一装置。 5 系统结构模式 5.1中低压变电站系统结构模式一 5.2中低压变电站系统结构模式二 5.3超高压变电站系统结构模式一 5.1中低压变电站自动化系统结构模式一 . 监控 . 监控监控监控 保护及其它ied网 总控 当地监控 监控网 串口/以太网 上级调度 串口/以太网 5.2中低压变电站自动化系统结构模式二 .监控监控监控 总控 当地监控 监控/保护网 保护保护保护 . pcpc 保护监控一体化装置 上级调度 串口/以太网 串口/以太网 5.3 超高压变电站自动化系统结构模式一 gps 主机1操作员站1主机2操作员站2工程师站 1 双光纤以太 网 通讯机 2 上级调度 通讯机 1 通道切 换 * * * * 500kv继电器室 220kv继电器室 35kv继电器室 间隔1 n 通道切换 a 保护、 ied b * * * * * * * * * * * * * * * 监控监控 逻辑 闭锁 装置 。 间隔1 n 通道切换 a 保护、 ied b * * * * * * * * * * * * * * * 监控监控 逻辑 闭锁 装置 。 间隔1 n 。 通道切换 a 保护、 ied b * * * * * * * * * * * * * * * 监控监控 逻辑 闭锁 装置 现场总线 （光纤/双绞线 ） 通信控制器 逻辑闭锁装置 单元监控装置 间隔层 设备 站控层 设备 澳大利亚澳大利亚 blackwallblackwall 275kv 275kv变电站变电站 三、变电站自动化技术发展趋势 1 变电站自动化系统向高集成化、数字化方向发展 变电站自动化系统会在一个阶段向高集成化发展。 变电站自动化系统最终向数字化发展。 数字化变电站自动化系统结构模式 主机1操作员工作站 1 主机2操作员工作站 2 工程师工作站 1 以太网 gps 上级调度 通讯机 1 通道切 换 * * * * 间隔1 间隔n . 过程层 设备 . i e d 微 机 保 护 监控监控 * * * * * * * * * * * * * * * . i e d 微 机 保 护 电子电子 pt.ctpt.ct * * * * * * * * * * * * * * * * 监控监控 * * * * * * * * 间隔1 间隔n 通讯机 2 间隔层 设备 变电站 层设备 电子电子 pt.ctpt.ct * * * * * * * * * * * * * * * * 2 iec61850标准的应用 iec 61850是国际电工委员会tc57制定的变电站通信网 络和系统系列标准，为基于网络通信平台的变电站自动化系 统唯一国际标准，也是国家电力行业相关标准的基础。 iec61850标准按通信体系及设备功能将变电站自动化系统 分为3层：变电站层、间隔层、过程层。 变电站层设备由带数据库的计算机、操作员工作台、远方 通信接口等组成；间隔层设备由每个间隔的控制、保护或监视 单元组成；过程层设备典型的为远方i/o、智能传感器和执行器 等。 3 继电保护的未来发展趋势： 3.1 集成化（继电保护装置的硬件发展） 3.2 智能化（各类新算法在继电保护装置中的应用） 3.3 网络化和同步化（基于网络通讯和gps的广域测量系统 ） 4网络安全技术 国家经贸委第30号令电网与电厂计算机监控系统及调度 数据网络安全防护规定，全国电力二次系统安全防护总 体 方案也正在制定中。 拟采取的防护总体策略有： 分区防护，突出重点安 全区之间隔离(横向)网络隔离纵向防护 5 一次设备的在线监测 主要集中在发电机、变压器及断路器实时状态监 测与早期故障诊断；电压互感器、电流互感器及其绝 缘套管实时在线监测；电力传输线及其绝缘子运行可 靠性监测；电缆过热故障在线监测及其火灾故障早期 预警；高压设备绝缘在线监测等方面。研制一次设备 的在线监测系统，对电力系统一次设备运行可靠性在 线监测