（化学工程专业论文）乌石化6kv变电设备控制保护系统的设计与改造.pdf

摘要 摘要 变电站自动化和无人值班站是当今电网调度自动化领域的两大热门课 题。变电站的运行正从早期的常规保护、人工控制发展到现在的无人值守、 远动控制、系统综合自动化。面向对象的综合自动化系统采用全分布式通 讯网络，具有功能下放、风险分散、组态灵活简单等特点。 本文结合变电所微机监控系统在国内外发展概况，及生活区变电所的 发展前景，探讨了乌石化生活区变电所6 k v 开关柜改造及微机监控系统实施 的可行性研究，并进行了实施设计及实施后的经济效益分析及总结。 研究表明k y n 2 8 1 2 铠装中置式金属封闭开关设备适用于3 6 1 2 k v 三 相交流5 0 h z 电网，作为接受和分配电能，并对电路实行控制、监测和保护 之用。可用于单母线分段系统。 微机监控系统选用国产软件，所有模块均采用面向对象的程序设计方 法，系统易于维护，扩展方便。系统完全摆脱了对具体硬件平台的依赖， 可分别支持微软的w i n d o w sn t 2 0 0 0 x p 2 0 0 3 等多种操作平台，配置方便、 灵活。系统采用了国际通用的标准关系型商用数据库管理系统m i c r o s o f t s q ls e r v e r7 0 2 0 0 0 ，采用国际国内流行的面向对象的三层模型结构( 表 示层、功能层和数据层) ，可大大提高了系统的可缩放性、可维护性以及安 全性，更加利于变更、维护应用技术规范。 乌石化生活区变电所通过6 k v 开关柜改造及微机监控系统的应用，消 除了设备自身存在的诸多隐患，实现了“三遥功能，减轻了运行人员负 担，提高了设备运行可靠性和变电所整体运行水平。 关键诃l 变电所6 k v 开关柜微机监控系统 a b s t r a c t a b s t r a c t t i m m f o r l 2 rs u b s t a t i o na u t o m a t i o na n ds e i f - s e r v i c es t a t i o na l et w oh o t a u t o m a t i cc o n t r o l l i n ga r e a si ne l e c t r i cn e t w o r k s t h er u n n i n go fs u b s t a t i o nh a s d e v e l o p e df r o mt h ee a r l i e rr e g u h rp r o t e c t i o n t om o d e r nr m d e lw h i c hi s c o n t r o l l e d b yn o l l e - o l v d u t y , r e m o t i o n , s y s t e m a t i c a u t o m a t i o n t h e c o m p l e x a u t o m a t i o n s y s t e m u s e dt h ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r kw h i c hh a v em a n y a d v a n t a g e ss u c ha sd e l i v e r i n gt h ef u n c t i o nt ot h en e x t ，d e c e n t r a l i z i n gt h er i s k a n dc o n f i g u r a t i n gc o n v e n i e n ta n de a s y t h i sp a p e rc o m p a r e st h ed e v e l o p m e n to ft h em i c r o c o m p u t e rs y s t e mf r o m t h ed o m e s t i ct oi n t e r n a t i o n alt r a m f o r m e rs u b s t a t i o n ，a n dc o n s i d e r st h e d e v e l o p m e n to ft h el i v ea l g a ，d i s c u s s e st h ep o s s i b i l i t yo ft h er e f o r mo f6k v s w i t c hc a b i n e ta n dt h es t u d ya n da p p l i c at i o no ft h em i c r o c o m p u t e rs u p e r v i s i o n s y s t e mi nt h el i v i n g a r e as u b s t a t i o no ft h ep e t r o c h i n au r u m u q ip e t r o c h e m i c al c o m p a n y ，c o n t i n u et od e s i g n 、a n a l y z et h ee c o n o m i cp e r f o r m a n c ea n dt a l l yu p t h er e s e a r c he x p r e s s e st h a tt h e6k vs w i t c hc a b i n e to fk y n 2 8 - 12i s a p p l i c a b l et ot h e3 6 1 2k v sa n dt h e5 0h zt h ec h a r g e db a r b e dn e t ，i tu s et o a c c e p ta n da l b tt h ee l e c t r i cp o w e r ，t oc o n t r o l ，m o n i t o ra n dp r o t e c tt h ee l e c t r i c c i r c u i t ，i tc a nu s e df q ras i n g l ef e m al el i n ec e n ts e g m e n ts y s t e n x t h em i c r o c o m p u t e rs u p e r v i s i o ns y s t e mc h o o s e st ou s ed o m e s t i cp r o c e d u r e s o f t w a r e ，a l lm o l dp i e c e so fp r o g r a md e s i g nm e t h o di st h a ta l lu s e t of a c et oo b j e c t , t h es y s t e mi s e a s yt oam a i n t e n a n c e ，c o n v e n i e n c et oe x p a n d t h es y s t e mg o t c o m p l e t e l ya w a yf r o mt h ed e p e n d e n c eo f t h ec o n c r e t eh a r d w a r ep l a t f o r m , c o u l d r e s p e c t i v el ys u p p o r tt h em i c m s o f f sv a r i o u so p e r a t i o nt e r r a c eo fw i n d o w s n t 2 0 0 0 x p 2 0 0 3 ，i n s t al i e dc o n v e n i e n c ea n dv i v i d t h es y s t e ma d o p t e dt h e d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，m i c r o s o f ts q ls e r v e r7 0 2 0 0 0 ，w h i c hi st h e s t a n d a r dr e l a t i o nt y p et h a ti su s e dg e n e r al l yi nt h en a t i o n s ，w h i c ha d o p t st h r e e l a y e rm o d e ls t r u c t m - e ( m e a nt h el a y e r , t h ef u n c t i o nl a y e ra n dt h ed a t al a y e oo f i n t e r n a t i o n aid o m e s t i cw h i c hi sf a c et ot h eo b j e c t s ，w h i c hc a i lr a i s es y s t e m f u n c t i o no fc o n s u m e d l y 、s u p p o r t l ya n ds a f e t y , i no r d e rt oc h a n g ea n d a p p l ya t e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n i tr e m o v e dm a n ys u f f e rf r o mt h ee q u i p m e n t so n e s e l fe x i s t e d i tr e d u c e st h e b a do fw o k e ra n di m p r o v et h es t a n d a r do fs u b s t a t i o nt h o u g ht h e 6k vs w i t c h c a b i n e ti sb e i n gr e f o r m e d t h ep r o j e c to f t h em i c r o c o m p u t e rs u p e r v i s i o ns y s t e m a b s 订a c t i s b e i n gs t u d i e da n da p p l i c a t e di nt h el i v i n ga r e as u b s t a t i o no ft h ep e l r o c h i n a u r u m u q ip e t r o c h e m i e a ic o m p a n y k e yw o r d ：t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n 6 k vs w i t c hc a b i n e t m i c r o c o m p u t e r s u p e r v i s i o ns y s t e m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：翔殖， 签字日期：。年月蟛日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞盘茔可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位敝作者繇多弋坜、 签字日期：2 口9 年上月彩日 新虢确 i j 签字日期：一2 口口7 年z 月) 么日 第一章概述 第一章概述 1 1 变电所远程监控的研究历程及特点 1 1 1 变电站自动化发展历程 从变电站自动化的发展过程来看，可分为以下几个阶段 ( 1 ) 变电站分立元件的自动装置阶段l 1 - 5 j 为了保证电力系统的正常运行，研究单位和制造厂家，长期以来陆续 生产出各种功能的自动装置。电力部门可根据需要，分别选择配置。上世 纪7 0 年代以前，这些自动装置主要采用模拟电路，由晶体管等分立元件组 成，对提高变电站的自动化水平，保证系统的安全运行，发挥了一定的作 用。但这些自动装置，相互之间独立运行、互不相干，而且缺乏智能，没 有故障自诊断能力，在运行中若自身出现故障，不能提供报警信息，有的 甚至会影响电网运行的安全。同时，分立元件的装置可靠性不高，经常需 要维修，体积大，不利于减少变电站的占地面积，因i 比需要有更高性能的 装置代替。 ( 2 ) 微处理器为核心的智能自动装置阶段 1 9 7 1 年，世界上第一片微处理器问世。由于该产品集成度高、体积小、 性价比高，使微型机迅速渗透和占领了各个技术领域，为计算机应用的普 及和推广提供了现实的可能性。上世纪8 0 年代，随着国家改革开放的发展， 微处理器技术开始引入我国，并且吸引了许多电力行业服务的科技工作者， 他们都把注意力放在如何将大规模集成电路技术和微处理器技术应用在电 力系统各个领域上。在变电站自动化方面，首先将原来由晶体管等分立元 件组成的自动装置逐步由大规模集成电路或微处理机代替，由于采用了数 字式电路，统一数字信号电平，缩小了体积，明显的显示出优越性，特别 是微处理机构成的自动装置，利用微处理器的智能计算能力，可以应用和 发展新的算法，提高了测量的准确度和控制的可靠性，还扩充了新的功能， 尤其是装置本身的故障自诊断能力，对提高自动装置自身的可靠性和缩短 维修时间是很有意义的【6 j 。 ( 3 ) 变电站综合自动化系统的发展阶段 7 8 国外变电站综合自动化的发展概况 国外变电站综合自动化的研究工作始于上世纪7 0 年代。根据1 9 8 1 年5 月在英国召开的第六届国际供电会议资料报道，英国、意大利、法国、西 第一章概述 德、澳大利亚等国，于上世纪7 0 年代末，当时新装的远动装置都是微计算 机型的，个别有用1 6 位小型计算机的。布线逻辑的远动装置已开始淘汰， 当时英国南威尔士电网还在使用，同时，第6 届国际供电会议有关文章资 料还指出，监控系统的功能有扩大的趋势，供电网的监控正以综合自动化 为目标迅速发展。 日本在微处理器应用于电力系统方面的研究工作，虽然略晚于欧、美， 但后来居上。于1 9 7 5 年在关西电子公司和三菱电气有限责任公司的协助下， 开始研究用于配电变电站的数字控制系统( 称为s d c s 一1 ) ，于1 9 7 9 年9 月完成样机，同年1 2 月在那须其竹克里变电站安装并进行现场试验【9 j 。 上世纪8 0 年代以后，研究变电站综合自动化系统的国家和大公司越来 越多。例如德国西门子公司、a b b 公司、a e g 公司、美国g e 公司、西屋公 司、法国阿尔斯通公司等都有自己的综合自动化系统的产品l l o j 。 由此可见，国外研究变电站综合自动化系统，始于上世纪7 0 年代后期， 上世纪8 0 年代发展较快。 我国变电站综合自动化的发展过程 1 1 - 1 2 j 我国变电站综合自动化的研究工作开始于8 0 年代中期。1 9 8 7 年，清华 大学电机工程系研究成功第一个符合国情的变电站综合自动化系统，在山 东威海望岛变电站成功地投入运行，1 9 8 8 年通过技术鉴定。鉴定结论为国 内首创，填补了国内一项空白，并达国际8 0 年代先进水平。其运行结果表 明：微机技术可以全面、系统、可靠地应用于变电站的自动化工程中。同 时也证明了变电站综合自动化对提高变电站的运行、管理水平及技术水平、 缩小占地面积、减少值班员抄表和记录，以及减少维修工作量等方面有显 著的优越性e 1 3 j 。虽然由于当时计算机水平和投资水平的限制，又是我国第 一个实现综合自动化的变电站，研制者没有可借鉴的，因此在功能和结构 方面，不如9 0 年代的同类产品，但当时它确是吸引了许多电力系统的同行 和科研工作者e 1 4 。因此8 0 年代后期，投入变电站综合自动化研究的高等 院校、科研单位和生产厂家逐步增加。9 0 年代，变电站综合自动化已成为 热门话题，研究单位和产品如雨后春笋般蓬勃发展。 1 1 2 综合自动化的优越性 ( 1 ) 传统的变电所存在以下缺点 1 5 安全性、可靠性不能满足现代电力系统高可靠性的要求； 供电质量缺乏科学的保证； 占地面积大，增加了征地投资； 2 第一章概述 不适应电力系统快速计算和实时控制的要求； 维护工作量大，设备可靠性差，不利用提高运行管理水平和自动化 水平。 ( 2 ) 实现综合自动化的优越性主要有以下几方面 提高供电质量，提高电压合格率。由于在变电所综合自动化系统中 包括有电压、无功自动控制功能，故对于具备有载调压变压器和无功补偿 电容器的变电站，可以大大提高电压合格率，保证电力系统主要设备和各 种电气设备的安全，使无功潮流合理，降低网损，节约电能损耗。 提高变电所的安全、可靠运行水平。变电站综合自动化系统中的各 个子系统，绝大多数都是由微机组成的，它们多数具有故障诊断功能。除 了微机保护能迅速发现被保护对象的故障并切除故障外，有的自控装置并 兼有监视其控制对象工作是否正常的功能，发现其工作不正常及时发出告 警信息。更为重要的是，微机保护装置和微机型自动装置具有故障自诊断 功能，这是当今的综合自动化系统比较常规的自动装置或四遥装置突出的 特点 1 6 - 1 7 ，这使得采用综合自动化系统的变电站一、二次设备的可靠性大 大提高。 提高电力系统的运行、管理水平。变电站实现自动化后，监视、测 量、记录、抄表等工作都由计算机自动进行，既提高了测量的精度，又避 免了人为的主观干预，运行人员只要通过观看c r t 屏幕，对变电站只要设 备和各输、配电线路的运行工况和运行参数便一目了然。综合自动化系统 既有与上级调度通信功能，可将检测到的数据及时送往调度中心，使调度 员能及时掌握各变电站的运行情况，也能对它进行必要的调节与控制，且 各种操作都有事件顺序记录可供查阅 1 8 - 2 2 ，大大提高运行管理水平。 缩小变电站占地面积，降低造价，减少总投资。变电站综合自动化 系统，由于采用微计算机和通信技术，可以实现资源共享和信息共享，同 时由于家硬件电路多数采用大规模集成电路，结构紧凑、体积小、功能强， 与常规的二次设备相比，可以大大缩小变电站的占地面积，而且随着微处 理器和大规模集成电路的不断降价，微计算机性能价格比逐步上升，发 展的趋势是综合自动化系统的造价会逐渐降低，而性能和功能会逐步提高， 因而可以减少变电站的总投资l 23 l 。 减少维护工作量，减少值班员劳动，实现减人增效。由于综合自动 化系统中，各子系统有故障自诊断功能，系统内部有故障时能自检出故障 部位，缩短了维修时间l 2 4 | 。微机保护和自动装置的定值又可在线读出检查， 可节约定期核对定值的时间，而监控系统的抄表、记录自动化，值班员可 第一章概述 不必定时抄表、记录，可实现少人值班，如果配置了与上级调度的通信功 能，能实现遥测、遥信、遥控、遥调，则完全可实现无人值班，如果再能 够实现遥视，就可以实现无人职守，达到减人增效的目的。 1 2 变电所自动化的现状及发展 1 2 1 变电站自动化的现状 2 5 _ 2 8 变电站二次设备按功能分为四大模块：继电保护及自动装置；仪 器仪表及测量控制；当地监控；远动。四大模块功能的各自不同的发 展及其功能的相互渗透，为变电站自动化提供了多种多样的实现模式，可 概括为两种基本实现模式：保护加集中rtu 模式，面向功能；保护 加分散rtu 模式，面向对象。 1 2 2 变电站自动化的发展 分层分布成为潮流变电站自动化系统纵向分层：站级层、网络层、就 地层：每层按功能或安装位置横向分布；现场设备功能的相互渗透；现场 设备安装方式的就地化；远方调度的新发展不再满足于“四遥”功能，向 遥视、电力mis 、电力市场( 经济调度) 、智能调度( 自动决定运行方式、 自动恢复送电等) 方向发展l 2 9 j 。需要对远动规约进一步扩充，才能满足远 方调度的新发展；远方继电保护进步发展远方监视继电保护及安全自动 装置的运行情况，如装置是否故障、采样是否正确、定值是否变化、自检 是否正常等，远方修改保护定值，远方投退保护，远方故障录波，远方故 障测距，远方故障探索，远方故障分析等 3 0 j 。 现在分层分布成为潮流；站级层中当地监控功能将随着无人值班而消 失，其功能将会出现在小区中心值班站或调度所，相应地远动功能将进一步 增强；网络层技术特别是现场网将进一步发展；就地层设备功能的相互渗透、 安装的就地化、工艺的提高、使用的方便性将会进一步深化l 3 1 j ；远动规约、 现场设备的规约进一步扩充和规范；远方继电保护进一步发展；向其他相关 领域技术渗透 3 2 j 。 4 第二章微机监控系统方案建立 第二章微机监控系统方案建立 2 1 问题的来源和背景 乌石化生活区变电所始建于1 9 9 4 年，担负着乌石化生活区住宅、换热 站及周边工业用户的供电任务，夏季供电负荷为5 0 0 0 千瓦，冬季供电负荷 超过1 0 0 0 0 千瓦。随着公司矿区建设的深入开展，生活区变电所承担的供 电负荷会日益增加，所以变电所的安全、可靠运行显得尤为重要。 生活区变电所规模为3 5k v 两条进线分别带9 0 9 0k v a 和1 2 5 0 0 k v a 的 变压器，其中3 5k v 为内桥接线；6k v 为单母线分段接线，出线有2 4 条。 一次系统图如图2 1 所示。 乌石化生活区变电所6 k v 开关柜采用的是小车式开关，开关不同程度出 现老化，触头发热，进出不灵活，因机构问题造成跳闸、合闸回路失灵，多 次烧毁合闸线圈等问题。 生活区变电所二次回路保护采用的是常规的电磁式保护，因使用年限 长，经常出现接点卡死等现象，造成保护误动作、不可靠动作等现象。 变电所目前的监控系统为控制室内设置大量的模拟屏，不但维护、巡检 工作量大，而且接线复杂，各间隔示意图相似，易引起工作人员走错间隔而 引起误动作。 为进一步提高生活区变电所的安全、可靠运行，使变电所设备整体质量 提高，减少备品备件的数量，避免浪费，减轻工作人员的维护工作量，同时 为提高变电所管理水平，简化变电所结构，减少线路敷设及工作人员的维护 工作量，为将来全厂电网统一管理打下基础，决定对生活变6 k v 开关柜进 行更换改造，并对变电所实行保护、控制一体化系统的设计应用。 2 2 调研 鸟石化动力厂、设计院先后与南京自动化总厂、南瑞继电保护有限公 司、北京光耀电力设备有限公司和河海科技有限公司等多家单位进行技术 交流，同时参观了股份公司化纤厂的微机监控系统，并对微机保护装置进 行较为详细的了解。 第二章微机监控系统方案建立 进 线 ( 建南3 1 0 1 ) 扫一段 避 雷 隔固二段 离避 手雷 车、 进 线 ( 建南3 2 1 2 ) 图2 1 一次系统图 f ig 2 一lo n es u b s y s t e md i a g r a m 研究结果表明，国内运行的微机保护装置已实现保护、监控、测量一 体化功能，运行情况良好，但也存在一定问题，如二次接线复杂，微机操 作跳合闸存在误动情况等。 2 3 方案拟定 综合国内多个厂家微机监控在变电所的运行模式和经验，经过多方讨 论、研究，经过总厂相关处室多次审核，最后确定生活变6 k v 开关柜改造及 微机监控总体方案。 2 3 16 k v 开关柜改造方案 6 第二章微机监控系统方案建立 6 k v 开关柜采用国产k y n 2 8 1 2 a 型金属铠装全封闭结构的中置式开 关柜，断路器小车采用v s i - 1 2 型，额定电流1 2 5 0 a ，额定开断电流3 1 5 k a 。 保护继电器采用国产微机综合保护器。 2 3 2 微机监控系统方案 微机监控系统选用国产软件，所有模块均用面向对象的程序设计方法， 系统易于维护，扩展方便。系统完全摆脱了对具体硬件平台的依赖，可分 别支持微软的w i n d o w sn t 2 0 0 0 x p 2 0 0 3 等多种操作平台，配置方便、灵 活。系统采用了国际通用的标准关系型商用数据库管理系统m i c r o s o f ts q l s e r v e r7 0 2 0 0 0 ，采用国际国内流行的面向对象的三层模型结构( 表示层、 功能层和数据层) ，可大大提高系统的可缩放性、可维护性以及安全性，更 加利于变更、维护应用技术规范。 微机监控系统采用总线制，生活变6 k vi 段、6 k vi i 段馈线分成2 部分 通过保护装置自身的通讯接口分别引致控制室管理机。3 5 k v 、6 k v 进线及母 联通过微机测控装置进行测量控制。3 5 k v 系统保护装置信号通过微机测控装 置引入微机后台监控。 第三章变电所自动化系统的设计原则和功能要求 第三章变电所自动化系统的设计原则和功能要求 3 1 设计原则 3 1 1 分散、分层、分布式原则 传统的变电站由于计算机硬件水平的限制，保护功能与远动功能等分 别单独集中实现。随着计算机硬件水平的提高和网络技术的发展，将保护 功能和监控功能按电气间隔划分单元、分布实施，相互之间用串行通信或 网络通信组成一个系统。这种结构也可称为面向对象的分布式结构。这种 分布式系统很自然地发展为分散安装在开关柜上的分散分布式系统。与集 中式系统比较，其优点是：可靠性提高，任一部分设备有故障时只影响局 部，并可节省大量二次电缆、减轻二次回路负载；设计、安装方便，控制 室面积进一步缩小，从而降低变电站综合造价。 所谓分层原则，国际上通常将变电站自动化系统的结构分为变电站层、 间隔( 单元) 层、设备层3 层。这是因为国际上变电站的一次设备已带有电子 设备的智能传感器和执行器而具有交换信息能力。在我国通常仍采用2 层 结构：变电站层和间隔层。 分层分散式系统的功能配置宜采用下放的原则，凡可以在间隔层就地 完成的功能，例如保护、备用电源自投、电压控制等就不要通过网络和上 位机去完成。 3 1 2 远程与就地并存原则 按我国的实际情况，目前变电站还不大可能完全撤人，存在现场维 护调试和应急处理的问题，因此设计时应考虑实现远程控制与就地控制 操作并存的模式。保护单元应具有远方和就地投切和在线修改定值的功 能，以实现远程控制为主，就地为辅，并应从设计制造上保证同一时间 只允许其中一个控制方式有效，即就地和远方是互相闭锁的。 3 1 3 保护功能相对独立原则 要积极而慎重地推行保护、测量、控制一体化设计，但从管理体制及 传统观念考虑，应确保继电保护功能的相对独立性和动作可靠性。继电保 3 第三章变电所自动化系统的设计原则和功能要求 护功能相对独立，这是由于继电保护在电网安全运行中所处地位的重要性 和高可靠性要求所决定的。继电保护按被保护的电力设备单元( 间隔) 分别单 独设置，直接由相关的p t ，c t 输入电气量，然后由触点输出，直接操作 相应断路器的跳闸线圈。在单元盒内，保护电路与测控电路是彼此分开的， 甚至保护c p u 与监控c p u 是分开的，以确保保护功能相对独立和保护的 可靠性。在1 1 0 k v 以下等级的电网中也有的采用保护与监控装置合并，即 配给保护装置一些其它功能，但应以不降低保护装置可靠性为前提。保护、 测量、控制原则可合用p t ，但测量c t 与保护c t 回路应是分开的。 3 1 4 交流采样原则 变电站自动化设计中应优先采用交流采样技术，减轻c t 和p t 的负载， 提高测量精度。同时，可取消光字牌屏和中央信号屏，简化控制屏，由计 算机承担信号的监视功能，使任一信息做到一次采集，多次使用，提高信 息的实时性、可靠性，节省占地空间，减少屏柜、二次电缆的设计、安装 及维护工作量。 3 2 变电站自动化系统的功能要求 变电站自动化系统的主要功能要求如下。 3 2 1 数字式微机保护 数字式微机保护有输电线路保护、变压器保护、馈线保护、母线保护、 电力电容器组保护等。各类装置应具有存储多套整定值，能远方修改整定 值及显示定值，故障录波，对保护定值应能自动校对，关键环节出错应自 动闭锁保护出口，并发预告信号。从管理体制及传统观念考虑，要求继电 保护相对独立，但能与监控系统通信。 微机保护具有以下突出优点： ( 1 ) 维护调试方便。通过几个简单的操作就可以检验出微机硬件是否良 好。微机保护具有自诊断功能，一旦发生异常便会发出警报，通常只要上 电后无警报，就可确认装置完好。可以说，微机保护几乎不用调试。 ( 2 ) 可靠性高。有极强的综合分析判断能力及自动纠错功能，这是常规 保护做不到的。 ( 3 ) 灵活性大。微机是可编程智能化装置，通过存储器芯片的置换可较 9 第三章变电所自动化系统的设计原则和功能要求 容易修改和更换软件。 ( 4 ) 功能可扩性强。功能扩展容易实现。例如显示和打印各种故障信息 ( 保护各部分动作顺序和动作时间记录。故障类型和相别及故障前后电压、 电流波形记录等) 。对于线路距离保护还可提供故障点的位置等信息。 3 2 2 自动控制装置 自动控制装置有备用电源自动投入、重合闸、同期合闸、按周波减载 及变电站电压无功综合控制、单相接地自动选线装置等。 同期合闸是检测该断路器两侧电压的幅值与相位，在调度端判别它们 如在一定允许范围内则发同期合闸命令，一般应为独立设备，有手动与自 动二种方式可选。 变电站电压无功综合控制，即利用有载调压变压器和母线无功补偿电 容器及电抗器进行局部的电压及无功补偿器的自动调节，使负荷侧母线电 压偏差在规定范围内，变压器二次侧功率因数在0 9 , - - , 1 o 之间。要通过输 入的进线功率因数及变压器二次侧的电压按高峰时逆调压及低谷时顺调压 的原则，输出分时控制调节有载变压器分接头档位及投切电容器组。单相 接地自动选线装置是装在中性点不接地或经消弧线圈接地的电力系统中 ( 简称小电流接地系统) ，当发生单相接地时，故障线路的电容电流为其它非 故障线路电容电流之和。为此，利用此条可判断故障在那一条线还是母线 接地故障。 3 2 3r t u 功能 本功能即在常规的远动功能基础上扩充的远动功能，在实时遥测、遥 信、遥控、遥调的基础上增加了远方修改保护整定定值。其信息量应比传 统远动大得多。根据实际要求，可以与多个远方调度中心或操作中心通信， 其通信口和调制解调器应该互相独立，通信波特率可在6 0 0 2 4 0 0 b p s 或更 高，必要时还应有备用通道切换功能。变电站自动化应具有与调度端的主 站对时功能，统一整个调度自动化系统的时钟。 3 2 4 数据处理和历史数据记录 它应能满足相关调度中心、电网规划、变电站运行管理、继电保护专 业各部门的要求。例如应有以下历史数据及统计功能： 测量值的时间平均值；负荷的日最大、最小、平均值及相应时间；各 l o 第三章变电所自动化系统的设计原则和功能要求 条母线电压定时记录，并统计出日最大值、最小值、平均值及相应的时间； 拉闸、限电统计；年事故电量损失统计；开关故障跳闸统计；年开关检修 时间统计：电容器组实际投运率统计；变压器有载调压投入率及动作次数 日、月统计；系统频率、主变负荷越限极限运行时间统计。 3 2 5 系统自诊断功能及自恢复功能 系统内各模块应具有自诊断功能，自诊断信息也以与采集数据的同样 周期送往后台机( 人机联系子系统) 和远方调度中心或控制操作中心，及时诊 断出故障模块并自动切换，以保证系统正常可靠运行。 第四章6 k v 开关柜及微机监控系统的设计 第四章6 k y 开关柜及微机监控系统的设计 4 16 k y 开关柜的论证与性能配置 k y n 2 8 - 1 2 铠装中置式金属封闭开关设备适用于3 6 ，- - 1 2 k v 三相交流 5 0 h z 电网，作为接受和分配电能，并对电路实行控制、监测和保护之用。 可用于单母线、单母线分段系统或双母线系统。开关设备符合i e c 2 9 8 额 定电压i k v 以上5 2 k v 及以下交流金属封闭开关设备和控制设备，i e c 6 9 4 高压开关控制设备共用条款，我国g b 3 9 0 6 3 - 3 6 k v 交流金属封闭开关 设备及d l 4 0 4 户内交流高压开关柜订货条件，德国d i n v d e 0 6 7 0 额 定电压i k v 以上的交流开关设备等标准的要求。并且具有完善、可靠的 防误操作功能。 4 1 1结构性能 ( 1 ) 开关柜选用金属铠装全封闭结构的中置式开关柜， ( 2 ) 开关柜柜体、内隔板全部采用进口敷铝锌板，产品的外壳完全是由 覆铝锌钢板经机床加工多重折弯成形后用螺栓组装而成，具有很高的机械 强度，有效地保证了产品的整齐和美观，厚度达到2 o m m ，能够承受热稳定、 机械应力的冲击；柜体螺栓联接而成，所有部件强度应能承受运输、安装 及运行时短路所引起的作用力，不致于损坏。柜体并柜侧板螺栓不能凸出 安装。柜门采用喷塑涂覆，具有较强的抗冲击和耐腐蚀能力 ( 3 ) 防护：外壳防护等级为i p 4 x ，断路器室门打开时为i p 2 x ，电缆进出 孔应有密封设施。 ( 4 ) 配合与互换性：开关柜内断路器手车的摇进、摇出应灵活方便，不 产生冲击力，对开关柜断路器手车( v s i - 1 2 ) 要求必须具备互换性。手车 和接地刀在柜面要求配置机械位置带电指示器。 ( 5 ) 具有“五防”功能： 防止误分、误合断路器 防止带负荷推拉小车 防止带电合接地开关 防止接地开关合闸时送电 防止误入带电间隔 ( 6 ) 无论是选用何种断路器，其裸导体空气绝缘距离均能保证大于1 2 5 m m ， 1 2 第四章6 k v 开关柜及微机监控系统的设计 复合绝缘大于6 0 m m 其断路器均具有长寿命，高参数，少维护，体积小的独特 优点。 4 1 2 技术性能 ( 1 ) 开关柜型号：k y n 2 8 - 1 2 断路器型号：v s i - 1 2 ( 2 ) 额定电流：进线及母联2 0 0 0a ，馈线1 2 5 0 a ( 3 ) 短路关合电流：3 1 5 k a ( 4 ) 短时耐受电流：3 1 5 k a ( 5 ) 外形尺寸8 0 0 木1 6 0 0 ：i ：2 2 8 0 ( 6 ) 重量15 0 0 k g 4 2 微机监控系统的论证与性能配置 厂站自动化监控系统是根据国内外厂站自动化的最新发展趋势而开发 的厂站综合自动化监控管理单元，可广泛应用于发电厂和1 1 0 k v 及以下电 压等级变电站的自动化系统。本系统结合实际情况，在总结国内外先进的 控制和数据采集系统基础上设计，利用网络技术打破了厂站自动化系统中 信息流通的瓶颈，保证了系统的实时性，所有模块均用面向对象的程序设 计方法，系统易于维护，扩展方便。系统完全摆脱了对具体硬件平台的依 赖，可分别支持微软的w i n d o w sn t 2 0 0 0 x p 2 0 0 3 等多种操作平台，配 置方便、灵活。系统采用了国际通用的标准关系型商用数据库管理系统 m i c r o s o f ts q ls e r v e r7 0 2 0 0 0 ，采用国际国内流行的面向对象的三层模 型结构( 表示层、功能层和数据层) ，大大提高了系统的可缩放性、可维护 性以及安全性，更加利于变更、维护应用技术规范。系统集成了各种先进 的软件技术，具有开放的支撑环境，良好的维护性和可扩展性，提供了一 个安全可靠的、能提供各种高级服务的开放式基础平台，与运行在该平台 之上的多个相对独立的应用子系统一起组成一个符合现代化厂站监控、管 理要求的，分布式、开放式、模块化、可扩充的综合自动化监控、管理系 统。 4 2 1 系统技术性能 ( 1 ) 全面的软硬件跨平台解决方案； 第四章6 k v 开关柜及微机监控系统的设计 ( 2 ) 基于软总线的分布式运行环境，可分别组成单机系统或多机系统； ( 3 ) 全面的各级数据共享解决方案； ( 4 ) 功能分布的多服务器应用模式，资源优化的客户服务器机制； ( 5 ) 系统基于网络化设计，用以太网通讯为基础，实现分层分布式构架： ( 6 ) 强大的通信功能，拥有多个通道，多种规约，可以方便地与主站及 保护、电度表、直流屏、五防闭锁装置等多种智能自动化设备接口通讯； ( 7 ) 数据库超大容量设计，信息量丰富，可以实现对变电站全面充分的 描述： ( 8 ) 采用大屏幕显示，全中文人机交互，用户界面友好，操作方便； ( 9 ) 双机冗余热备用技术，双以太网通信，每个装置都以双以太网接入 系统，终端信息主动上传，是真正的多主机构。不仅消除了传统的通信瓶 颈，也便于以故障点对象为单位隔离故障，提高了整个系统的可靠性。配 有光纤以太网卡，整个系统可组成全光纤以太网，增加了系统运行的可靠 性； 面向对象开放式应用平台，内置完善的通信规约库，支持用户控制 语言，提供a p i 用户应用编程接口。利用通信网络实现基于保护测控智能 装置的分层分布式综合自动化功能。 o d 并行实时数据库 本系统应用并行实时数据库，每一个服务器和工作站都有自己完全同步 复制的面向对象的实时数据库。隐藏了进程的界限和系统结构，减少了局 域网通讯量和带宽要求，使总计算负荷分布到单个计算终端上。 4 2 2 系统结构性能 系统采用的各种软硬件平台全部遵循全面开放的工业级国际标准： 4 2 2 1 系统硬件配置 ( 1 ) 服务器选用商用或工控微机或专用服务器，p i i l 8 0 0 m h z 以上，内存 不少于1 2 8 m ，硬盘2 0 g 以上。 ( 2 ) 客户机前置机选用商用或工控微机或专用服务器，p i i l 8 0 0 m h z 以 上，内存不少于1 2 8 m ，硬盘i o g 以上。 ( 3 ) 网络及配套设备遵循i s o o s i 七层网络参考模型，采用分流冗余的 网络机制，系统选用成熟、可靠、通用性强的以太网( e t h e r n e t ) ，采用国 际标准化t c p i p 网络协议；系统通讯还支持r s 2 3 2 等各种流行的串口网络 1 4 第四章6 k v 开关柜及微机监控系统的设计 协议，具有完善的网络安全措施及分布式网络应用。网络满足如下的基本 技术数据： 网络标准：t c p i p ； 拓扑结构：开环总线结构； 介质访问方式：c s m a c d ； 传输速率：i o m b p s i o o m b p s ； 传输介质：1 0 b a s e t 、1 0 b a s e2 、1 0 0b a s e t 、光缆； 4 2 2 2 系统软件配置 ( 1 ) 系统采用以下商用软件 国际标准商用数据库m ss q ls e r v e r7 0 2 0 0 0 ； 匡) w in d o w s n t4 0 2 0 0 0 x p 2 0 0 3 ： m so f f i c e2 0 0 0 。 ( 2 ) 工具软件有以下几种 压缩工具w i n z ip 或者是w i n r a r ； 如果该后台机是联入整个电厂局域网的，还要安装杀毒软件； ( 3 ) 系统数据采集和监控软件有图形编辑软件、数据库管理与维护、通 讯规约管理、数据采集、数据通讯监视、通道配置、数据处理、数据计算、 数据存储、报表软件、曲线显示、模拟盘驱动、数据转发、事项处理、s o e 处理、事故追忆、g p s 系统校时、保护信息、定值管理、故障录波、电压无 功综合控制软件( v o c ) 、小电流接地选线、五防。 4 2 3 系统功能 4 2 3 1 数据采集 系统可采集和接收模拟量、数字量、状态量、带时间标志的事件顺序 记录、电能量数据、保护报告、操作记录、故障录波数据、保护定值。 4 2 3 2 数据通信 系统采用标准商用通讯部件，自带智能通讯处理能力，各通道具有独立 的通讯i o 处理能力，系统不仅支持以太网通信，还支持r s 2 3 2 等基本串 口通信标准；具有多种类型的规约库，包括部颁p o l l i n g 、c d t 、s c 1 8 0 1 、 i e c6 0 8 7 0 - 5 - 1 0 1 ( 1 0 2 1 0 3 1 0 4 ) 规约等。 第四章6 k v 开关柜及微机监控系统的设计 4 2 3 3 数据处理、运算和存储 数据处理、运算和存储完成以下功能 ( 1 ) 遥信处理 变压器档位遥信信号转变为遥测量上屏，仪表数值多种画面显示； 旁路代处理； 开关量人工置数、挂牌及挂接地线； 开关动作次数统计： 对检修和不可用状态的开关进行屏蔽( 告警和遥控操作) ； 根据事故总信号是否动作，对开关作出事故跳闸或人工拉闸的告警 在没有事故总信号时，可根据相关保护等进行判断。开关事故跳闸到指定 次数，给出需要检修的提示。 ( 2 ) 遥测处理 数字滤波：规定数据的最大合法值和最小合法值，当数据超出范围 时，视为不合格数据被滤掉； 零漂处理：规定数据的零值范围，当数据处于该范围内时，视为零 值； 跳变滤波，规定数据的相邻两帧的最大跳变量，当数据一次跳变超 量时，视为不合格数据被滤掉； 测量值在开关分时归零处理，线路开关断开时，系统自动判断线路 测量值的合理性，并将其归零； 各类虚拟点计算、统计、控制； 模拟量人工置数； 完成连续模拟量输出记录，遥测类曲线( 电压曲线、负荷曲线、频率 曲线等) ，曲线可设置采样密度。 ( 3 ) 电量处理 接收并处理实测脉冲计数值； 对有关有功、无功功率进行积分累计生成电度量值，包括送电、受 电累计； 调度员人工设置电度量值； 能按峰、谷、平时段处理电度量，峰谷时段可定义选择； 对累计的各种时段的电量进行日、月、年统计计算； 对累计的各种时段的电量按不同费率进行电费的计算。 ( 4 ) 统计计算 1 6 第四章6 k v 开关柜及微机监控系统的设计 系统及各厂站有功功率总加、无功功率总加、电度量总加、电压合 格率、频率越限时间累计计算； 采用触发机制，完成日、月、年