（机械工程专业论文）66kv新窑变电站综合自动化的功能与实现.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 目前，随着把大连建设成东北亚重要国际航运中心的不断推进，大连港集团不断加 大港1 3 建设的力度，港口建设取得了令人瞩目的成就。作为大连东北亚重要国际航运中 心建设的“旗舰”企业，大连港集团在逐步实施老港区成品油码头、液体化工品码头、 杂货码头搬迁建设的同时，在大孤山、大连湾、大窑湾、鲇鱼湾为核心港区的“一岛三 湾”地区重点建设了以深水通用杂货泊位、集装箱码头集群、从3 0 万吨级到5 0 0 0 吨级 梯次布置的油品码头群及配套罐区、3 0 万吨矿石码头及配套堆场为重点的大型专业化码 头，已经初步完成了港口生产结构布局的调整，逐步形成“六大中心”、“三大基地”和 “四大系统”，为腹地经济的发展需要与港口在新世纪的新飞跃奠定坚实的基础。 做为大连港集团供电管理部门，如何加强港口电力系统的建设，充分利用先进的 技术，实现供电自动化，为港口装卸生产提供可靠电力保证，是摆在工程技术人员面前 的一个重要课题。 为实现港口电力系统的安全可靠性，必须实现港口电力系统调度、运行、管理自动 化。随着变电站综合自动化技术的发展，以及企业减员增效要求的提出，实现变电站综 合自动化，从而达到无人职守，已成为电力系统自动化发展的趋势。 本文通过对变电站综合自动化系统的基本功能，基本要求介绍，结合国内外发展现 状以及6 6 k v 新窑变电站的建设规模，提出6 6 k v 新窑变电站综合自动化总体构想，主要 解决的问题是：结合6 6 k v 新窑变电站的一次电气设备，提出变电站综合自动化的型式 所要实现的功能，以便进一步开展港口变电站综合自动化系统的研究与应用；6 6 k v 新窑 变电站微机保护的理论计算与典型配置；研究6 6 k v 新窑变电站主配电线路的谐振接地 与自动跟踪补偿；研究6 6 k v 新窑变电站运行监控与配置：根据6 6 k v 新窑变电站综合自 动化所要实现的功能，完成了6 6 k v 新窑变电站自动化系统的配置设计。 关键词：新窑变；综合自动化：谐振接地；运行监控 董继国：6 6 k v 新窑变电站综合自动化系统的功能与实现 f u n c t i o na n dr e a l i z a t i o no ni n t e g r a t e ds a si nt h e6 6 k vx i n y a o t r a n s f o r n l e rs u b s t a t i o n a b s t r a c t w i t hd e v e l o p m e n t so ft h ei n t e r n a t i o n a lr l a v i g a t i o n n t e ro fn o r t h e a s t e r na s i a , t h ef a c i l i t i e so fs e a p o r ta r cb c i i l g d e v e l o p e dm o r ei np d a t h ec e n t r a lh a r b o ro ft h e i n t e r n a t i o n a ln a v i g a t i o nc e n t e ri n d a y a o w a n , d a g n s h a ni s l a n de t oi sb e i n gp l a n e d t op o w e rs u p p l yd e p a r t m e n to fp d a h o wt ow o r kw e l l t h ep o w e rs u p p l ye n g i n e e r i n g , m o s t l yg e tm ef u n c t i o nt h a td e v e l o pt h ea d v a u e e dt e c h n o l o g y , g e tp o w e r s u p p l ya u t o m a t i o n , i n c r e a s i n gs a f e t ya n dd e p e n d a b l e , t h e ya r ei m p o r t a n tt a s kt 0e n g i n e e r s t or e a l i z eas a f e t ya n dd e p e n d a b l ep o w e rs u p p l ys y s t e mo f p o r t , w em u s tg e td i s p a t c h i n ga u t o m a t i o n ， o p e r a t i o na n dm a n a g e m e n ta u t o m a t i o n i n t e g r a t e ds u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e mo ra si ti sk n o w ns a s ， h a v eb e e ni l s e df o rm o r et h a nad e c a d e t om a k es u b s t a t i o na u t o m a t i o na n dn o n - p r o t e c t i v ei st h et r e n do f e l e c t r i cs y s t e ma u t o m a t i o n 。 t h r o u g ht h ed e s e r i p t i o nt h eb a s i cf u n c t i o na n dc h a r a c t e r i s t i c so fi n t e g r a t es u b s t a t i o na u t o m a t i o n s y s t e m ，c o m b i n e dt h es i t u a t i o no fa b r o a da n di n t e r n a la n dt h e6 6 k vx i n y a ot r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n c o n s t r u c t i n gd i m e n s i o n s t or a i s et h eg r o s s 也g h to fi n t e g r a t e ds u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e mi nt h e 6 6 k vx i n y a ot r a n s f o r n l e rs u b s t a t i o n , a n dt h er e a l i z a t i o np r o j e e li t i su s e f u lf o rt 1 1 e d e s i g n i n go ft h e e n g i n e e r i n g t h r o u g hi n t r o d u c i n gt h eb a s i cf u n c t i o n sa n dr e q u e s t so fs a s ，c o m b i n e dw i t ht h en a t i o n a la n d i n t e r n a t i o n a ld e v e l o p i n ga c t u a l i t i e s ，c o m b i n e dw i t ht h e 、, c o n s t r u c t i n gd i m e n s i o no fx i n y a ot r a n s f o r m e r s u b s t a t i o n , p u t f o r w a r d t h e m o d e lo f s a s n l i s d i s s e r t a t i o ns o l v e d t h e s e p r o b l e m s ：b a s e d m a l n e q u i p m e n t s o ft h e6 6 k vx i n y a nt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n , p u tf o r w a r dt h em o d e la n dt h ef u n c t i o n so fi t s ow ec a n r e s e a r c ha n da p p l yt h es a se o m i n u a l l y c a l c u l a t e dt h es h o r t - c u r r e n tc n i t e n tv a l u e ，a n dp u tf o r w a r dt h e r e p r e s e n t a t i v es c h e m eo fc o m p u t e rp r o t e c t i o no f6 6 k vx i n y a nt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n r e s e a r c h e dt h e r e s o n a n c ee e r t l la n dt r a c k i n ge q u a l i z eo ft h em a i nd i s t r i b u t i o nc i r c u i t r yi nt h e6 6 k vx i n y a ot r a n s f o r m e r s u b s t a t i o mr e s e a r c h e dt h ec i r c u l a t i n gm o u l t o ro f t h e6 6 k vx i n y a ot r a i l s f o r m e rs u b s t a t i o n ，p u tf o r w a r dt h e s c h e m eo f i t b a s e dt h ef u n c t i o n so f 也es a si nt h e6 6 k vx i n y a ot r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n p u tf o r w a r dt h e s a ss c h e m ei nt h e6 6 k vx i n y a nt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n k e yw o r d s ：t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n ) i n t e g r a t e ds u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ；r e s o n a n c ee a r t h ； c i r c u l a t i n gm o n i t o r i i 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名岳亟霾：日期：臣! ： 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版 权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的 复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编学位论文。 作者躲墨垫i 导师签名：搓整盛 鲨年三月上日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 绪论 1 1 工程背景与课题提出 1 1 ，1 工程背景 大连港集团做为大连东北亚重要国际航运中心建设的“旗舰”企业，在逐步 实施老港区成品油码头、液体化工品码头、杂货码头搬迁建设的同时，在大孤山、 大连湾、大窑湾、鲇鱼湾为核心港区的“岛三湾”地区重点建设了以深水通用 杂货泊位、集装箱码头集群、从3 0 万吨级到5 0 0 0 吨级梯次布置的油品码头群及 配套罐区、3 0 万吨矿石码头及配套堆场为重点的大型专业化码头，已经初步完 成了港口生产结构布局的调整，为腹地经济的发展需要与港口在新世纪的新飞跃 奠定了坚实的基础。据统计，“十五”期间大连港集团共新增生产泊位1 9 个， 其中万吨级以上泊位1 5 个，实际新增能力8 9 8 3 万吨，比“九五”期末翻了一番。 作为“十一五”建设的开局之年，2 0 0 6 年大连港集团重点项目投资仍达到4 0 亿 元左右，年内将全部完成老港区搬迁涉及的新项目建设，正在建设的大窑湾二期 及二期续建工程也将有4 个集装箱泊位在年内投产，还有多个新项目在2 0 0 6 年 开工建设。与此同时，一批与码头配套的油品储罐、散粮筒仓、仓库场站、消防、 供电、供热等配套项目及港口铁路、公路、航道、桥梁等集疏运设施也相继建成， 为提高港口竞争力，拉动吞吐量增长发挥了重要的作用。其中供变电工程也加快 了建设步伐，现在已经新建6 6 k v 变电站两座，i o k v 变电站2 6 座。2 0 0 6 年将同 时启动6 6 k v 新窑变电站新建工程、6 6 k v 泵站变电站增容改造工程、6 6 k v 大连湾 总变电站系统改造工程等多项工程。为此，提高供配电设备技术水平，增加供电 可靠性是电力管理部门的第一选择。 1 1 2 课题提出 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。变电站继电保护、监控自动化系统是保证上述任务完成的基础。在 电网统一指挥和协调下，电网各节点( 如变电站、发电厂) 具体实施和保障电网的 安全、稳定、可靠运行。作为变电站自动化系统，它应确保实现以下要求： ( 1 ) 检测故障，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。 因此，要求变电站综合自动化系统运行高效、实时、可靠，对变电站内设备 进行统一监测、管理、协调和控制。同时，又必须与上一级系统进行实时、有效 的信息交换、共享，优化操作，提高安全稳定运行水平，提高经济效益。 董继国：6 6 k v 新窑变电站综合自动化系统的功能与实现 传统变电站中，其自动化系统存在诸多缺点，难以满足上述要求。【1 1 例如： ( 1 ) 传统二次设备、继电保护、自动和远动装置等大多采取电磁型或小规模 集成电路，缺乏自检和自诊断能力，其结构复杂、可靠性低。 ( 2 ) 二次设备主要依赖大量电缆，通过触点、模拟信号来交换信息，信息量 小、灵活性差、可靠性低。 ( 3 ) 由于上述两个原因，传统变电站占地面积大、使用电缆多，电压互感器、 电流互感器负担重，二次设备冗余配置多。 ( 4 ) 远动功能不够完善，提供给调度控制中心的信息量少、精度差，且变电 站内自动控制和调节手段不全，缺乏协调和配合力量，难以满足电网实时监测和 控制的要求。 ( 5 ) 电磁型或小规模集成电路调试和维护工作量大，自动化程度低，不能远 方修改保护及自动装置的定值和检查其工作状态。有些设备易受环境的影响，如 晶体管型二次设备，其工作点会受到环境温度的影响。 传统的二次系统中，各设备按设备功能配置，彼此之间相关性甚少，相互之 问协调困难，需要值班人员比较多的干预，难于适应现代化电网的控制要求。另 外需要对设备进行定期的试验和维修，既便如此，仍然存在设备故障( 异常运行) 不能及时发现的现象，甚至这种定期检修也可能引起新的问题，发生和出现由试 验人员过失引起的故障。 发展变电站综合自动化的必要性还体现以下几个方面：一是随着供电规模不 断扩大，新增大量的发电厂和变电站，使得供电结构日趋复杂，这样要求各级调 度值班人员掌握、管理、控制的信息也大量增长，故障处理和恢复却要求更为迅 速和准确；二是现代工业技术的发展，特别是电子工业技术的发展，计算机技术 的普遍应用，对供电可靠性提出了更高的要求；三是市场经济的发展，使得整个 社会对环保要求更高，这样也对电网的建设、运行和管理提出许多的要求，如， 要求电力企业参与市场竞争，降低成本，提高经济效益；要求发电厂、变电站减 少占地面积。要解决上述问题，显然仅依靠各级调度运行值班人员是难以解决的。 现代控制技术的发展，计算机技术、通信技术和电力电技术的进步与发展，自动 化系统的应用，为上述问题提供了解决的方案。这些技术的综合应用造就了变电 站综合自动化系统的产生与发展。 目前，大连港供配电设施正处于大量建设与更新阶段，如何利用这有利时 机做好变电站设计与设备的选型、保护配合，充分发挥先进设备的功能，实现调 度自动化，是摆在供电管理部门面前的一个重要课题。在此背景下，本文提出了 6 6 k v 新窑变综合自动化研究的课题。 1 2 国内外研究现状 如前所述，传统的变电站二次设备不能满足如下两方面的要求： 2 大连理工大学专业学位硕士学位论文 ( 1 ) 降低变电站造价，即减少新建变电站的投资； ( 2 ) 提高交电站的安全与经济运行的水平，减少变电站的运行值班人员并 逐步对6 6k v 及以下电压等级的变电站实行无人值班。 很明显，上述两点要求是相互制约的，为此研制和开发以计算机技术为基础 的各种电压等级的变电站综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统成 为8 0 年代之后各大电气公司纷纷追逐的目标。1 国内外有关单位从8 0 年代 末开始在这一领域也做了不少工作，取得了实质性进展。 a b b 公司的变电站综合自动化系统s c s l 0 0 ，在芬兰生产，用于中，低压变 电站。s c s 2 0 0 在瑞典生产，用于高压变电站。 德国电力行业协会( v d e w ) 为电子制造商协会( e 、，e i ) 制定的关于数字 式变电站控制系统的推荐草案于1 9 8 7 年公布，成为i e ct c5 7 在起草保护与 控制之间标准的参考，内容非常丰富。德国的三大电气公司( s i e m e n s ，a b b ，a e g ) 基本上是按这一推荐规范设计和开发自己的产品。 西门子公司于1 9 8 5 年在德国汉诺威正式投运其第一套变电站自动化系统 l s a 6 7 8 ，至1 9 9 3 年已有3 0 0 多套同类型的系统在德国本土及欧洲其他国家不 同电压等级的变电站投入运行，至1 9 9 5 年，该公司在中国也陆续得到十儿个工 程项目，基本上是1 1 0k v 城市变电站。l s a 6 7 8 系统的结构有全分散式和集中 与分散相结合两种类型。 美国电力科学研究院e p r i 委托西屋电气公司研究起草的变电站控制与保 护项目的系统规范，于1 9 8 3 年8 月发表了( e l 一1 8 1 3 ) ，它涉及到基于微 处理器的一整套变电站控制与保护的设计与实施，1 9 8 9 年又对1 9 8 3 年发表的 报告进行最终修改与增补。 国际电工委员会第5 7 次技术委员会i e ct c5 7 ) 为了配合变电站综合 自动化方面的进展，成立了”变电站控制和保护接口”工作组，负责起草该接口 的通信标准，该工作组共1 2 个国家( 主要集中在北美和欧洲，亚洲有中国，非 洲有南非) 2 0 0 0 位成员参加。从1 9 9 4 年3 月到1 9 9 5 年4 月举行了四次讨 论会，于1 9 9 5 年2 月向i e c 秘书处提交了保护通信伙伴标准i e c 8 7 0 5 1 0 3 ，为控制与保护之间的通信提供了一个国际标准。 国外其它公司的变电站综合自动化系统： 德国a e g 公司的变电站综合自动化系统称之为i l s ，其基本结构类似于西 门子的l s a ，不同之处在于控制部分采用了p l c 可编程逻辑控制器，而站控级 硬件则采用了多项公共汽车技术或工业控制机。 美国g e 公司的综合自动化系统，已用于俄亥俄卅i 的一个3 4 5k v m a r y s v i l l e 变电站，该系统由站控级，数字式线路保护d l p 和数字式线路监视 单元d l m 等组成美国西屋电气公司。法国阿尔斯通公司，瑞士l a n d i s g 公 司都有其产品。 董继国：6 6 k v 新窑变电站综合自动化系统的功能与实现 我国是从2 0 世纪6 0 年代开始研制变电站自动化技术。到7 0 年代初，便 先后研制出电气集中控制装置和集中保护、控制、信号为一体的装置在8 0 年 代中期，由清华大学研制的3 5 k v 变电站微机保护、监测自动化系统在威海望岛 变电站投入运行。与此同时南京自动化研究院也开发出了2 2 0 k v 梅河口变电站综 合自动化系统。此外，国内许多高等校及科研单位也在这方面做了大量的工作， 推出一些不同类型、功能各异的自动化系统。为国内的变电站自动化技术的发展 起到了卓有成效的推动作用。进入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的发展，具有代表性的公司和产品有：北京四方公 司的c s c2 0 0 0 系列综合自动化系统，南京南瑞集团公司的b s j 2 2 0 0 计算机监控 系统，南京南瑞继电保护电气有限公司的r c s 一9 0 0 0 系列综合自动化系统，上 海惠安p o w e rc o i f i i2 0 0 0 变电站自动化监控系统，国电南自p s6 0 0 0 系列综合自 动化系统，许继电气公司的c b z 一8 0 0 0 系列综合自动化系统等( 以后我们着重 研究我们接触的变电站综合自动化系统如：武汉国测g c s i a 变电站综合自动化系 统、南瑞城乡d s a 变电站综合自动化系统、许继电气公司的c b z 一8 0 0 0 系列综 合自动化系统) 。 大部分国外系统在站控级和元件间隔级之间的通信，一般均用星形光纤连 接，也有的系统采用区域网络，i e e e 8 0 2 3 和i e e e 8 0 2 4 标准。 国内产品在价格等方面对外商产品相比有较大优势，约1 ：1 5 1 8 。 1 3 本论文工作的主要内容 基于以上分析，针对大连港6 6 k v 新窑变电站建设，提出了变电站综和自动 化系统的应用研究，以提高新建变电站的智能化水平，以实现电力调度自动化。 本论文主要解决如下技术问题： ( 1 ) 结合6 6 k v 新窑变电站的一次电气设备，提出变电站综合自动化的型式 所要实现的功能，以便进一步开展港口变电站综合自动化系统的研究与应用。 ( 2 ) 6 6 k v 新窑变电站微机保护的理论计算与典型配置。 ( 3 ) 研究6 6 k v 新窑变电站主配电线路的谐振接地与自动跟踪补偿。 ( 4 ) 研究6 6 k v 新窑变电站运行监控与配置。 ( 5 ) 根据6 6 k v 新窑变电站综合自动化所要实现的功能，完成了6 6 k v 新窑 变电站自动化系统的配置设计。 4 大连理工大学专业学位硕士学位论文 2 变电站综合自动化技术要求 2 1 变电站综合自动化的基本概念 “变电站自动化系统”( s u b s t a t i o n a u t o m a t i o ns y s t e m - s a s ) 名词，国际电 工委员会解释为“在变电站内提供包括通信基础设施在内的自动化系统 ( s a s s u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ：t h es a sp r o v i d e sa u t o m a t i o ni na s u b s t a t i o ni n c l u d i n gt h ec o m m u n i c a t i o ni n f r a s t r u c t u r e ) 在国内，我们所 说的变电站自动化系统，是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和 信息处理技术等实现对变电站二次设备( 包括继电保护、控制、测量、信号、故 障录波、自动装置及远动装置等) 的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全 部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。通 过变电站综合自动化系统内各设备间相互交换信息，数据共享，完成变电站运行 监视和控制任务。变电站综合自动化替代了变电站常规二次设备，简化了变电站 二次接线。变电站综合自动化是提高变电站安全稳定运行水平、降低运行维护成 本、提高经济效益、向用户提供高质量电能的一项重要技术措施。变电站综合自 动化系统具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特 征。 2 2 变电站综合自动化系统的优越性 变电站综合自动化系统具有功能综合化、系统结构微机化、测量显示数字化、 操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。同传统变电站二次系统不同的是：各 个保护、测控单元既保持相对独立，( 如继电保护装置不依赖于通信或其他设备， 可自主、可靠地完成保护控制功能，迅速切除和隔离故障) ，又通过计算机通信 的形式，相互交换信息，实现数据共享，协调配合工作，减少了电缆和没备配簧， 增加了新的功能，提高了变电站整体运行控制的安全性和可靠性。 3 3 ( 1 ) 功能综合化。变电站综合自动化系统是各技术密集，多种专业技术相 互交叉、相互配合的系统。它是建立在计算机硬件和软件技术、数据通信技术的 基础上发展起来的。它综合了变电站内除一次设备和交、直流电源以外的全部二 次设备。微机监控子系统综合了原来的仪表屏、操作屏、模拟屏和变送器柜、远 动装置、中央信号系统等功能；微机保护子系统代替了电磁式或晶体管式的保护 装景；微机保护子系统和监控系统相结合，综合了故障录波、故障测距、无功电 压调节和中性点非直接接地系统等子系统的功能。 ( 2 ) 分级分布式微机化的系统结构。综合自动化系统内各子系统和各功能 模块由不同配置的单片机或微型计算机组成，采用分布式结构，通过网络、总线 将微机保护、数据采集、控制等各子系统连接起来，构成一个分级分布式的系统。 一个综合自动化系统可以有十几个甚至几十个微处理器同时并行工作，实现各种 董继国：6 6 k v 新窑变电站综合自动化系统的功能与实现 功能。 ( 3 ) 测量显示数字化。用c r t 显示器上的数字显示代替了常规指针式仪表， 直观、明了；而打印机打印报表代替了原来的人工抄表，这不仅减轻了值班员的 劳动强度，而且提高了测量精度和管理的科学性。 ( 4 ) 操作监视屏幕化。变电站实现综合自动化，使原来常规庞大的模拟屏 被c r t 屏幕上的实时主接线画面取代；常规在断路器安装处或控制屏上进行的 分、合闸操作，被屏幕上的鼠标操作或键盘操作所取代；常规在保护屏上的硬 连接片被计算机屏幕上的软连接片所取代；常规的光字牌报警信号，被屏幕画面 闪烁和文字提示或语言报警所取代，即通过计算机上的c r t 显示器，可以监视全 变电站的实时运行情况和对各开关设备进行操作控制。 ( 5 ) 运行管理智能化。智能化的含义不仅是能实现许多自动化的功能，例 如：电压、无功自动调节，不完全接地系统单相接地自动选线，自动事故判别与 事故记录，事件顺序记录，制表打印，自动报警等，更重要的是能实现故障分析 和故障恢复操作智能化，实现自动化系统本身的故障自诊断、自闭锁和自恢复等 功能，这对于提高变电站的运行管理水平和安全可靠性是非常重要的，也是常规 的二次系统所无法实现的。变电站综合自动化的出现为变电站的小型化、智能化、 扩大设备的监控范围、提高变电站安全可靠、优质和经济运行提供了现代化的手 段和基础保证。它的运用取代了运行工作中的各种人工作业，从而提高了变电站 的运行管理水平。 变电站综合自动化是实现无人值班( 或少人值班) 的重要手段，不同电压等 级、不同重要性的变电站其实现无人值班的要求和手段不尽相同。但无人值班的 关键是通过采取种种技术措施，提高变电站整体自动化水平，减少事故发生的机 会，缩短事故处理和恢复时间，使变电站运行更加稳定、可靠。 6 6 k v 变电站综合自动化的优点有： ( 1 ) 控制和调节由计算机完成，减少了劳动强度，避免了误操作。 ( 2 ) 简化了二次接线，整体布局紧凑，减少了占地面积，降低变电站建设 投资。 ( 3 ) 通过设备监视和自诊断，延长了设备检修周期，提高了运行可靠性。 ( 4 ) 变电站综合自动化以计算机技术为核心，具有发展、扩充的余地。 ( 5 ) 减少了人的干预，使人为事故大大减少。 ( 6 ) 提高经济效益。减少占地面积，降低了二次建设投资和变电站运行维护 成本；设备可靠性增加，维护方便；减轻和替代了值班人员的大量劳动：延长了 供电时问，减少了供电故障。 2 3 电站自动化技术的发展过程 变电站二次部分传统按功能分为四大类产品：继电保护、故障录波、当地监 6 大连理工大学专业学位硕士学位论文 控和远动。 i 玎按系统模式出现顺序可将变电站自动化发展分为三个阶段： ( 1 ) 第一阶段：面向功能设计的集中式r t u 加常规保护模式 8 0 年代及以前，是以r t u 为基础的远动装置及当地监控为代表。该类系统 实际上是在常规的继电保护及二次接线的基础上增设r t u 装置，功能主要为与远 方调度通信实现“二遥”或“四遥”( 遥测、遥信、遥控、遥调) ；与继电保护及 安全自动装置的联结通过硬接点接入或串行口通信较多。此类系统称为集中r t u 模式，目前在一些老站改造中仍有少量使用，此阶段为自动化的初级阶段。 ( 2 ) 第二阶段：面向功能设计的分布式测控装置加微机保护模式 第二阶段始于9 0 年代初期，单元式微机保护及按功能设计的分散式微机测 控装置得以广泛应用，保护与测控装置相对独立，通过通信管理单元能够将各自 信息送到后台或调度端计算机。特点是继电保护( 包括安全自动装置) 按功能划分 的测控装置独立运行，应用了现场总线和网络技术，通过数据通信进行信息交换。 此系统电缆互联仍较多，扩展性功能不强。 ( 3 ) 第三阶段：面向间隔、面向对象( o b j e c t - o r i e n t e d ) 设计的分层分布式 结构模式 第三阶段始于9 0 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铡控单元，采用分层分布式的系统结构，形成真正意 义上的分层分布式自动化系统。目前国内外主流厂家均采用了此类结构模式。 l l o k v 以下电压等级变电站，保护测控装置要求一体化、l l o k v 及以上电压等级 保护测控大多按间隔分别设计，对超高压变龟站的规模比较大的系统，为减少中 间环节，避免通信瓶颈，要求装置直接上以太网与监控后台通信，甚至要求保护 和监控网络独立组网，由于采用了先进的网络通信技术和面向对象设计，系统配 置灵活、扩展方便。 。 2 4 变电站自动化系统的功能 变电站综合自动化能实现的功能： 变电站综合自动化应该改变常规的保护装置不能与外界通信的缺陷，取代常 规的测量系统，如交送器、录波器、指针式仅表等；改变常规的操作机构，如操 作盘、模拟盘、手动同期及手控无功补偿等装置；取代常规的告警、报警装置， 如中央信号系统、光字牌等：取代常规的电磁式、机械式防误闭锁设备；取代常 规的远动装置等等。1 归纳起来其功能有如下凡方面： ( 1 ) 微机保护( 数字式继电器) o 。 微机保护包括线路保护、变压器保护、馈线保护、母线保护、电容器保护、 各用电源自投等，高压系统则包括主保护和后备保护。各类保护应具有下列功能： 故障记录( 分辨率1m s ) ； 存储多套定值； 7 董继国：6 6 k v 新窑变电站综合自动化系统的功能与实现 显示及当地修改定值； 与监控系统通信，根据监控系统命令发送故障信息，动作序列( 重合闸) ， 当时整定值以及自诊断信号，接收监控系统选择或修改整定值的命令等，与监控 系统通信应采用标准规约，符合i e c 8 7 0 5 或其他国际标准。 ( 2 ) 数据采集 变电站数据采集包括： 状态量数据采集； 模拟量采集； 脉冲量。 脉冲量指电能表输出的电度量，这种量的采集在硬件接口上与状态量的采集 相同。 ( 3 ) 事件记录及故障录波测距 事件记录包括保护动作序列记录( 一般由微机保护产生) 、开关跳合记录( 一 般由监控系统记录) 。分辨率可根据不同电压等级的要求确定，一般在1 5m s 之间选择。微机保护或监控采集环节必须有足够的内存，能存放1 0 0 个事件顺 序记录，确保当后台监控系统或远方监控主站通信中断时不丢失事件信息。 变电站故障录波可根据需要采用两种方式实现，一是配置专用微机故障录波 器，并能与监控系统通信；另一种则由微机保护装置兼作记录及测距计算，再将 数字化的波形及测匣结果送监控系统，由监控系统存储及打印波形。 ( 4 ) 控制与操作闭锁 操作人员可通过图像管屏幕对断路器，隔离开关的开合进行操作，可以对变 压器分接头进行调节控制，可对电容器组进行投切。为防止计算机系统故障时无 法操作被控设备，在设计上应保留人工直接跳合闸手段。 ( 5 ) 同期检测和同期合闸 同步检测断路器两侧电压的幅值和相位，并发出同期合闸启动和停止信号。 此功能分为手动和自动两种方式实现，一般应具有两种方式供选择。同期装置可 以是独立的设备，也可以由微机保护的软件模块实现。 ( 6 ) 电压和无功潮流的就地控制 为了将电压和无功潮流调整到预定值，通常通过调整变压器组的一相或所有 相，投运或断开某条输电线路以及切换电容器组、电抗器组、同步调相器实现。 该功能一般由一个专用软件包实现，输入的参数有；变压器抽头位置信号，电压、 潮流和无功负荷值以及电压值设置，控制参量( 频带宽度、偏差时延、允许偏差 等) 设置等。 运行方式可手动可自动；人工操作可就地可远方。 ( 7 ) 远方整定保护定值 除当地外还可远方实现查询和整定保护定值。此功能应具有远方当地闭 大连理工大学专业学位硕士学位论文 锁，操作权限闭锁措施。 ( 8 ) 数据处理和记录 历史数据的形成与存储是数据处理的主要内容，它包括上级调度中心、变电 管理和保护专业要求的数据，这些数据主要有：断路器的动作次数：输出线路的 有功、无功每天的峰值和最小值，并标以时间等。 ( 9 ) 与远方调度中心( 或操作控制中心) 通信 本功能即常规的远动功能或扩充的远动功能，在实现遥测、遥信、遥控、遥 调的基础上还增加了远方修改整定保护定值、故障录波与测距信号的远传等，其 信息量要比传统远动大得多。 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 0b p s 任选。必要时还应具 有通道备用切换功能。 保护与保障录波信号传输通道还可以与调度中心信息通道分开，这种情况下 保护与故障录波信号通道可以采用电话线路，修改保护定值和索取故障波形时采 用电话拨号方式接通线路，这种方式可能比较经济可行。通信规约应适应调度中 心的要求，符合国家标准干旷i e c 标准。 变电站综合自动化应具有与调度中心对时，统一时钟的功能。 ( 1 0 ) 人机联系功能 当变电站有人值班时，人机联系功能在当地监控系统的后台机( 或称主机) 上进行，当变电站无人值班时，人机联系功能在远方的调度中心或操作控制中心 的主机或工作站上进行，不管哪种方式，操作维护人员面对的都是图像管屏幕， 操作的工具都是键盘或鼠标器。人机联系的主要内容是： 显示画面与数据时间日期；单线图的状态，潮流信息；报警画面与提示信 息；事件顺序记录：事故记录；趋势记录；装置工况状态显示；保护整定值；控 制系统的配置显示，包括退出运行的装置显示以及信号流程图表；值班记录；控 制系统的设定值显示等。 输入数据运行人员代码及密码；运行人员密码更改；保护定值的改设；控 制范围及设定的变化；报警界限；报警设置与退出；手动自动设置；趋势控制 等。 人工控制操作断路器及隔离开关操作；开关操作排序；分接头位置控制； 控制闭锁与允许；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。 诊断与维护故障数据记录显示；统计误差显示；诊断检测功能的启动。 无人值班站在检修或巡视中应具有最低限度的人机联系功能。 无人值班站应保留一定的人机联系功能，以保证变电站现场检修或巡视的需 求，能通过液晶或小屏幕图像管显示站内各种数据和状态量；操作出口回路具有 9 董继国：6 6 k v 新窑变电站综合自动化系统的功能与实现 人工当地紧急控制设施；变压器分接头应备有当地人工调节手段。 ( 1 1 ) 自诊断功能 系统内各插件应具有自诊断功能，自诊断信息也象采细的数据一佯周期性地 送往后台机( 人机联系子系统) 和远方调度中心或操作控制中心。 2 56 6 k v 新窑变电站的建设规模及一次电气设备要求 2 5 16 6 k v 新窑变电站的建设规模 本变电站电气二次部分全部采用微机保护及综合自动化监控系统，实现无 人值班。部分采用保护测空一体化装置。主变保护装置、主变测空装置、小电流 接地选线装置、总控单元等组屏安装在主控室内。保护测控装置、电能表等下放 到配电室，安装在开关柜上。 ( 1 ) 建设规模 6 6 k v 新窑变电站6 6 k v 侧为线路变压器组接线，6 6 k v 进线2 回；主变压器为 2 台4 0 m v a 的有载调压变压器。l o k v 侧为单母线分段接线，l o k v 配出线为2 9 回。 安装2 组8 0 0 0 k v a r 的无功补偿成套装置。 ( 2 ) 建设的必要性 大窑湾新港工程项目为省、市“十五”期间重点建设项目。目前大窑湾周边 矿石码头、原油码头、大窑湾一期码头已经建成投运，周边配套设施正在或已经 投运。根据大窑湾港区的发展规划，2 0 0 5 年底完成大窑湾港二期码头区、货场 区工程，同时启动三期工程，预计三期工程将在2 0 0 7 年左右竣工。届时大窑湾 将形成集装箱、矿石、原油、，粮食、液体化工等亚洲最大的现代化专业码头集群。 目前，大窑湾港二、三期地区主要由6 6 kv 大窑湾总变经l o kv 配电线路 供电，随着大窑湾港二期及三期工程陆续建设投运，大窑湾港二期工程附近的 6 6 k y 泵站变及大窑湾总变在容量上和供电半径都无法为大窑湾二期及三期工程 供电。 综上所述，新建6 6 k v 新窑变电站，对解决大窑湾港二期及三期电力供应的 需求是非常必要的。 ” ( 3 ) 主变压器容量 根据相关部门提供的负荷资料，大窑湾二期建成后用电计算负荷容量为 1 9 0 0 0 k v a ；同时根据负荷数据，大窑湾三期码头主要装卸机械2 2 台岸桥、6 6 台场桥、4 台铁路场桥将均采用轨道式，用电负荷较大，计算负荷容量为 1 9 1 0 0 k v a ；这样新窑变供电范围内的总负荷容量为3 8 m v a 。 2 5 ，26 6 k v 新窑变电站的电气一次部分 ( 1 ) 电气主接线 本变电站6 6 k v 俱j 接线采用线路变压器组方式，两回6 6 k v 电缆进线，2 台4 0 m v a 主变；l o k v 侧为单母线分段接线，终期安装3 5 回l o k v 配出线，2 组电容器，1 1 0 大连理工大学专业学位硕士学位论文 回分段，2 台接地变兼所用交。本期安装1 固分段及2 9 回1 0 k v 配出线，2 组电 容器，1 回分段，2 台接地交兼所用交，2 台消弧线圈。 ( 2 ) 短路电流计算及变电站污秽等级的确定 远期在2 2 0 k v 上一级变电站最大运行方式下本变电站6 6 k v 侧最大三相短路 电流为9 3 k v ，l o k v 侧最大三相短路电流为1 4 4 k a 。 变电站污秽等级的确定： 根据大连地区污秽等级划分图，6 6 k v 新窑变电站处于i v 级污秽区。本变电 站除主变、p a s s 及电压互感器外其余全部电器设备均采用户内布置。本变电站 设备爬电距离，户外6 6 k v 等级设备i i 级防污等级考虑，户内设备按i i 级考虑。 ( 3 ) 主要设备选择 主变压器选择 本期上2 台s z l l 4 0 m v a 有载调压变压器，变比为6 6 + - 8 1 。2 5 1 0 5 k v 。阻 抗电压为1 1 5 ，出厂时采用y d 接线，运行时采用y d l 接线。主变压器采用自冷 式，且变压器主体与散热器一体布置。 ( 坌) 6 6 k v 主一次设备采用罐式组合电器( p a s s m o ) ，内容： 6 6 k v 断路器选用s f 6 断路器，断路器参数为额定电流1 2 5 0 a ，开断电流 3 1 5 k a ，额定电压7 2 6 k v ，配弹簧操作机构。 电流互感器参数：计量c t ：3 0 0 ，6 0 0 5 a 。准确级：3 0 0 a 档0 2 s ，二次容 量3 0 v a ；6 0 0 a 档0 2 s ，二次容量3 0 v a 。铡量c t ：6 0 0 5 a 准确级0 5 ，二次容 量：3 0 v a 。保护c t ：6 0 0 5 a ，过电流倍数5 p 2 0 5 p 2 0 ，二次容量：3 0 v a 。 隔离开关参数为额定电流1 2 5 0 a ，额定短时耐受电流3 1 5 k a ( 4 s ) ，额定电 压7 2 5 k v 。 接地开关参数为热稳定电流3 1 ，5 k a ( 4 s ) ，额定电压7 2 5 k v 。 电压互感器采用j - d c f - 6 6 w 3 型，变比为( 6 6 3 ) ( o 1 3 ) ( 0 i 3 ) k v ， 准确级过电流倍数：0 2 0 5 3 p ，二次容量：1 0 0 1 5 0 l o o v a 。 l o k v 设备选择 ： l o k v 主二次及分段断路器选用3 a h 3 3 1 5 0 4 0 k a 型真空断路器。 1 0 k v 配出线、电容器及所用变间隔断路器选用3 a 5 1 2 5 0 2 5 k a