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某单位 110kv 变电站综合自动化系统设计 摘 要 某单位 110kv 变电站综合自动化系统设计 摘 要 变电站综合自动化系统是在计算机和网络通信技术基础上发展起来的， 在我 国近几年发展迅速，产品的更新换代及定型也越来越快。从这几年的应用和实践 看，变电站综合自动化给变电站设计安装、调试和运行、维护、管理等方面都带 来了一系列的技术变革。 本文对某单位 110kv 变电站综合自动化系统加以设计， 分析了变电站综合自 动化系统所具备的功能及其发展方向。通过对变电站一次系统的结构分析，结合 综合自动化系统设计原则，设计了变电站综合自动化系统方案，包括一次设备保 护测控、 远动及计算机监控系统设计、 通信系统等。 构建了变电站后台系统结构， 对二次设备硬件配置、软件配置进行合理选型。在上级调度、变电站层、间隔层 之间，采用无缝链接的以太网，从变电站层的主控机，到设备层的传感网络，通 过以太网连接真正实现了“一网到底” ，完成了该变电站综合自动化系统的设计。 最后对变电站综合自动化系统中的电磁干扰问题进行了研究， 提出了变电站抗电 磁干扰的几点措施。 该变电站综合自动化系统不仅满足了变电站控制精度高，响应速度快，数据 传输可靠，可扩展性强，易用易维护的要求，而且具有较高的技术水平。 关键词：关键词：110kv 变电站；变电站综合自动化；监控系统；通信 integrated automation design of 110kv substation for a unit abstract the integrated automation system of the substation is developing rapidly on the basis of the computer and internet communications technology and its products are undergoing continuous upgrading and positioning in recent years in china. as we can see from the practice, the integrated automation has brought about a series of automatic technology reforms in fields of substation design, installation, debugging, operation, maintenance, management and so forth. this paper analyses functions and development trends of the integrated automation, based on the whole designing process of a 110 kv substation for a specific unit. through structural analysis of the substation system, the writer, keeping in mind the automation designing principles, designs a plan which contains the equipment protection and monitoring, the design of telemechanique and computer monitoring system, communications system and so on. furthermore, the background system structure is built up in the paper and hardwares as well as softwares of the equipment are reasonably chosen in this paper. among the high-up dispatching, the substation layer and the space layer, the goal of straigt forward to the bottom via net can be realized through the ethernet connection from the central computer of the substation layer to the sensor network. finally, the writer studies on the reliability of the substation integrated automation system and puts forward several countermeasures against the anti-electromagnetic interference in the substation. the integrated automation system designed in this paper not only satisfies the requirements of high controlling accuracy, rapid responding, reliable data transmission, high expandability and easy maintenance, but also possesses high-end technology. key words: 110 kv substation; substation integrated automation; monitoring system; communications 插图清单插图清单 图 1- 1 电站综合自动化系统分层结构.5 图 2-1 某单位 110kv 变电站主接线 .10 图 2-2 监控系统闭锁方案配置.20 图 3-1 本站 ps6000 监控系统通讯网络接线.27 图 3-2 tcp/ip 协议参考模型.30 独独 创创 性性 声声 明明 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及 取得的研究成果。据我所知，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过的研究成果，也不包含为获得 合肥工业大学 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已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名： 徐国军 签字日期： 2009年 6 月 13 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 合肥工业大学 有关保留、使用学位论 文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 合肥工业大学 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，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 徐国军 导师签名：孙 鸣 签字日期： 2009 年6 月 13 日 签字日期： 2009 年6 月 13 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 电话： 通讯地址： 邮编： 1 第一章 绪论 第一章 绪论 1.1 选题背景及意义 1.1 选题背景及意义 变电站综合自动化是将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电 保护、自动装置和远动装置等）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机 技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和 输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合 性的自动化功能。 建立现代意义的变电站自动化系统的目的就是将原来分隔的控制、监视、保 护、通信和测量等几大功能结合在一起，把分散的装置进行集成后组成自动化系 统。变电站自动化系统实质上是由多台微机组成的分层分布式控制系统，包括微 机监控、微机保护、电能质量自动控制等多个子系统。在各个子系统中，往往又 由多个智能模块组成。例如:在微机保护子系统中，有变压器保护，电容器保护， 各种线路保护等。因此在变电站自动化内部，必须通过内部数据通信，实现各子 系统内部和各子系统之间的信息交换和信息共享， 以减少变电站二次设备的重复 配置并简化各子系统的互连，既减少重复投资，又提高了系统整体的安全性和可 靠性。变电站综合自动化的主要内容有： （1） 电气量和非电气量的采集，电气设备的状态监视、控制和调节。 （2） 实现电站正常运行的监视和操作，保证电站正常运行和安全。 （3） 发生事故时，由继电保护和故障录波装置等完成瞬态电气量的采集、 监视和控制，并迅速切除故障设备和完成事故后的恢复正常操作。 （4） 电气设备控制及安全操作闭锁。 （5） 历史数据的保存和查询，事故追忆，各种报表的统计、查询和打印， 实时曲线和历史曲线的查询和打印。 （6） 数据的打包和远方通讯。 1.1.1 变电站综合自动化的优越性 1.1.1 变电站综合自动化的优越性 变电站实现综合自动化在下面几个方面体现出独特的优越性： （1）在线运行的可靠性高。变电站综合自动化系统利用软件实现在线自检， 具有故障诊断功能。微机系统在软件故障时，考虑到电力系统各种复杂的故障， 2 可在线实时地对有关硬件电路中各个环节进行自检， 具有很强的综合分析和判断 能力；利用有关的硬件和软件相结合技术，防止干扰进入微机系统后造成严重后 果； 加之该系统中的各子系统如微机保护装置和微机自动装置具有故障自诊断能 力，使得变电站的一次、二次设备运行的可靠性方面已经远远超过了常规站1。 （2）供电质量高。变电站综合自动化系统中的电压、无功自动控制功能， 对具有有载调压变压器和无功补偿电容器的变电站，可大大提高电压合格率，保 证电力系统主要设备和各种电器的安全，使无功潮流合理，降低网损，节约电能 损耗。 （3）专业综合，易于发现隐患，处理事故恢复供电快。变电站实现综合自 动化后，各专业综合考虑，装有先进的计算机，可收集众多需要的数据和信号， 利用计算机高速计算和正确判断的能力，将数据和信号经计算处理后，以综合的 结果反映给值班人员，还可提供事件分析的结果以及如何处理的参考意见。很快 发现问题，很快处理事故，很快恢复供电，提高供电的可靠性。 （4）变电站运行管理的自动化水平高。常规站中，二次系统是肉眼监视、 人工抄表、手动操作，很难采用计算机技术进行自动化管理。例如，人工抄表， 记录的数据误差大、离散性高、可信度低；所记录的报表无法再利用，长年累月 大量堆积， 从中得不到有用的数据。 综合自动化以后， 这些数据记录在历史库中， 必要时从中调出重要数据，为电力调度、系统的规划等提供重要依据；监视、测 量、记录、抄表等工作都由计算机自动进行，提高了测量的精度，避免了人为的 主观干预。运行人员通过观看crt屏幕，变电站主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。综合自动化具有与上级调度通信功能，将监测到的 数据及时送往调度中心，调度员及时掌握各变电站的运行情况，对它进行必要的 调节和控制，各种操作都有事件记录可供查阅，大大提高运行管理水平2。 （5）减少控制电缆，缩小占地面积。变电站实现综合自动化后，需要获得 电力系统测量数据和运行信息的各个部分可统一考虑，统一规划，获得所有数据 和信号，节省大量的控制电缆。变电站综合自动化系统采用计算机和通信技术， 实现资源共享和信息共享， 硬件电路多采用大规模集成电路， 结构紧凑、 体积小、 功能强， 大大缩小变电站的占地面积。 随着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， 发展的趋势使综合自动化系统的造价逐渐降低， 性能逐步提高，减少变电站的总投资。 （6）维护调试方便。综合自动化系统中，各子系统有故障自诊断能力，系 统内部有故障时能自检出故障部位，缩短了维修事件。微机保护和自动装置的定 值可在线读出检查，节约定期核对定值的时间。 （7）为变电站无人值班提供了可靠的技术条件。有人值班和无人值班是变 3 电站运行管理模式，变电站综合自动化是自动化技术在变电站应用的集中体现。 变电站综合自动化系统可收集到非常齐全的数据信息。 有强大的计算机计算 能力和逻辑判断功能，可方便地监测和控制变电站的各种设备。如：监控系统的 抄表、记录的自动化，现场值班员不必定期抄表、记录，可实现少人值班；配置 了与上级调度的通信功能，可实现遥测、遥信、遥控、遥调。目前新建的变电站 一般采用综合自动化系统，提高无人值班变电站的技术水平，为变电站安全稳定 运行提供可靠保证。 1.1.2 对变电站综合自动化系统的要求 1.1.2 对变电站综合自动化系统的要求 （1）变电站综合自动化系统全面代替常规的二次设备。综合自动化系统集 变电站的基点保护、测量、监视、运行控制和通信于一个分级分布式的系统中， 系统由多个微机保护子系统、测量子系统、各种功能的控制子系统组成，代替常 规的继电保护、仪表、中央信号、模拟屏、控制屏和运行控制装置，提高变电站 的技术水平和可靠性。 （2）变电站微机保护的软、硬件设置与监控系统相对独立，相互协调。微 机保护是综合自动化系统中很重要的环节，软、硬件配置需相对独立，在系统运 行中，继电保护的动作行为与保护装置有关，不依赖于监控系统的其他环节，保 证在综合自动化系统中，任何其他环节故障只影响局部功能的实现，不影响保护 子系统的正常工作。协调性表现在与监控系统需保持紧密通信联系。 （3）微机保护装置具有串行接口或现场总线接口，向计算机监控系统或rtu 提供保护动作信息或保护定值等信息。 （4）变电站综合自动化系统的功能和配置，满足无人值班的总体要求。随 着我国电力工业进入大电网、大机组时代，无人值班变电站的实施已成为电网调 度自动化深入发展的必然趋势，是电网调度管理的发展方向。传统的四遥装置， 无论从可靠性、测量精度、传输速率和技术水平等方面，都不能满足现代电网调 度、管理的要求。变电站综合自动化系统的功能设计，需从电力系统的安全、稳 定运行、提高经济效益等综合指标和提高电网基础自动化水平的综合要求出发， 其软、硬件的配置需考虑具备与上级调度通信的能力，具备rtu的全部功能，以 满足和促进变电站无人值班的实施。 （5）有可靠、先进的通信网络和合理的通信协议。 （6）保证综合自动化系统有较高的可靠性和较强的抗干扰能力。变电站安 全运行时变电站设计的基本要求，在考虑系统的总体结构时，注意主、次分清， 对关键环节，有一定的冗余。综合自动化系统的各个子系统相对独立，系统中某 部分出现故障，尽量缩小故障影响的范围并能尽快恢复故障。各子系统有独立的 4 故障自诊断和自恢复功能，任一部分发生故障时，通知监控主机发出警告指示， 迅速将自诊断信息送往控制中心。 （7）系统有良好的可扩展性和适应性。随着我国经济建设的发展，每年有 不少新建变电站有设计、建设和投产，它们需有技术先进、功能齐全、性能价格 比高的自动化系统提供选用。此外，每年有大量各式各样的老站需改造，这些老 站由于投资水平不同，在系统中的地位和原来采用的设备以及基础各不相同，要 求自动化设备根据变电站的不同要求，组成不同规模和不同技术等级的系统。 （8）系统的标准化程度和开发性能好。研究新产品时，应符合国家或部颁 发标准，使系统开发性能好，也便于升级。 （9）充分利用数字通信的优势，实现数据共享。数据共享是综合自动化系 统发展的趋势，实现数据共享，简化自动化系统的结构，减少设备的重复，降低 造价。 （10）变电站综合自动化系统的研究和开发工作，统一规划，统一指挥。变 电站综合自动化系统是一项技术密集、 涉及面广、 综合性很强的基础自动化工程， 在研究、开发和应用过程中，各专业互相配合，避免各自为战，整个系统协调工 作，对系统的信息集中管理和共享，避免不必要的重复和相互干扰。 1.2 变电站综合自动化系统的基本特征 1.2 变电站综合自动化系统的基本特征 变电站综合自动化系统是建立在计算机技术、数据通讯技术、模块化软件技 术上发展起来的，是一种集保护、测量、控制及远动于一体的微机控制系统。系 统主要是由多个微机保护单元、通讯网络、后台管理机、打印机等设备组成，接 线非常简单，可方便解决传统变电站二次系统存在的问题，提高了电力系统的供 电可靠性，适应了现代生产发展和能源管理的要求。变电站综合自动化主要有如 下特点： (1)功能综合化： 变电站综合自动化技术是一个技术密集、多种专业技术相互交叉、相互配合 的系统。传统变电站内全部二次设备的功能均综合在此系统中。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、中央信号系统等功能；保护子系 统代替了电磁式或晶体管式继电保护装置，同时还具有继电保护定值管理、微机 防止误操作闭锁等新功能；还可根据用户的需要，将微机保护子系统和监控子系 统结合起来，综合故障录波、故障测距、自动重合闸和小电流接地选线等自动装 置功能。可以说，变电站综合自动化系统综合了变电站内除交、直流电源以外的 全部二次设备。这种综合性功能是通过局域通讯网络中各微机系统硬、软件的资 源共享来实现的。 5 (2)分层分布式、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和微型计算 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。一个综合自动化可以有多个微处理器同时并行工作，实现各种功 能。另外，按照各子系统功能分工的不同，综合自动化系统的总体结构又按分层 原则来组成。典型的分层原则是将变电站综合自动化系统分为三层，即管理层、 站控层和间隔层（或称单元层） 。由此，构成了分层、分布式结构3。变电站综 合自动化系统分层结构如图 1-1 所示。 crt显示器当地监控主机打印机 12个主处理机（前置机）modem 调度 管理层 站控层 间隔层 电容 器保 护单 元 主变 压器 测控 保护 单元 输电 线路 测控 保护 单元 综合 监控 单元 n 综合 监控 单元 1 . 数据采集 ta/tv 图 1-1 电站综合自动化系统分层结构 (3)测量显示数字化 传统的变电站采用指针式仪表作为测量仪器，其准确度较低，读数不方便。 变电站综合自动化系统中的测量控制单元对间隔进行测量， 将测量结果以数字的 形式就地显示，同时将测量的结果通过通信网络传至监控主机，监控主机代替了 常规指针式仪表，具有数字显示功能。监控主机还具有自动生成报表、打印报表 等功能，完全取代了人工抄表记录。这不仅减轻了值班员的劳动，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后， 操作人员使用监控主机就可以实现对变电站一次 系统全方位的监视与操作。在监控主机上可以实现断路器的分、合闸操作，对变 压器挡位的调节。 一次系统的运行参数及设备的状态都实时地反映在监控主机界 6 面上， 当一次系统出现异常和故障时， 将自动弹出信息窗口反映一次系统的状态， 同时运行主界面有图形闪烁、文字提示和语音报警等。变电站中不再有控制台、 控制屏、信号屏等常规设备。 (5)运行智能管理化 变电站综合自动化的运行管理是一个智能化的系统。 智能化不仅表现在常规 的自动化功能上，如：自动报警，自动打印报表，电压、无功自动调节，操作记 录，自动故障判别与事故记录，事件顺序记录等方面，更重要的是能实现故障分 析和恢复操作智能化，以及自动化系统本身的故障自诊断，自恢复和自闭锁等功 能。这对于提高变电站的运行管理水平和安全可靠性具有非常重要的意义，也是 传统变电站的二次系统无法实现的。传统变电站的二次设备只能监视一次设备， 不具备故障自诊断、自恢复的能力，本身的故障必须靠维护人员去检查和发现。 综合自动化系统不仅检测一次设备，还每时每刻都在检测自身是否有故障，充分 体现了系统的智能化。 (6)通信手段多元化 计算机局域网技术和光纤技术在综合自动化系统中得到了普遍应用。 因此系 统具有较高的抗电磁干扰能力，能够实现高速数据传送，满足了实时性要求，组 态灵活，易于扩展，可靠性高，大大简化了传统变电站繁杂量大的电缆。 总之， 变电站综合自动化系统的实现可以全面提高变电站的技术水平和运行 管理水平，使其能适应现代化大电力运营的需要，必然成为新建和改造变电站的 主导技术。 1.3 变电站综合自动化技术的发展概况 1.3 变电站综合自动化技术的发展概况 无人值班变电站是电力运行对安全生产的发展和需求决定的， 变电站电力监 控系统自动化是建立在计算机技术、微电子技术、数据通讯技术和模块软件技术 上发展起来的， 是一种集保护、 测量、 控制及远动等功能为一体的微机控制系统， 它具有可靠性高、抗干扰能力强、实时性好、操作简单及维护方便等特点。随着 微机保护单元功能的不断完善，变电站综合自动化技术也得到了长足的发展。国 外对变电站综合自动化系统的研究， 已经进行了多年， 并取得了令人瞩目的进展。 早在 20 世纪 70 年代， 日本就研制出了世界上第一套综合数字式保护和控制系统 sdc-i。随后，美国、英国、法国、德国、意大利等一些欧美等发达国家，也相 继在此领域取得了不同程度的进展。1985 年，德国的西门子公司推出了他们研 制的第一套变电站综合自动化系统，在德国汉诺威投入运行4。80 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,abb 公司，美国西屋，法国阿尔斯通，意大利 ms 等。目前，在美国、德国、法国、 7 意大利等国家，变电站综合自动化已得到了普遍的应用，大多数的变电站都实现 了自动化及无人值班方式。 我国变电站综合自动化控系统的研究工作起步较晚， 与国外的研究相差将近 有 10 年的差距。从 80 年代开始着手对计算机继电保护的研究，最初主要是为了 解决传统的变电站二次保护中可靠性低、反映慢、没有记忆功能等问题。1984 年原华北电力学院研制的输电线路微机保护装置首先通过鉴定， 并在系统中获得 了应用，揭开了我国继电保护的发展序幕。初期的变电站自动化，只是在常规二 次设备配置的基础上增加了计算机管理功能，如 crt 屏幕监视、数值计算、自动 巡检打印报表等，所增加的这些计算机功能并不能取代常规的操作监视设备，因 而这种自动化方式只能称作计算机辅助管理。进入 90 年代后，随着计算机技术 的迅速发展，不同原理、不同型式、功能更大的微机保护装置投入运行。电力系 统变电站的二次回路保护及控制系统的微机化进程越来越快， 不断推出各类功能 强大、可靠性高、自动化程度高的保护装置。随着微机保护装置的研究，在微机 保护软件、算法等方面也取得了很大成果。可以说从 90 年代开始我国取得了比 较可喜的成绩，继电保护技术已进入了微机保护的时代，一大批集保护、测量、 控制及远动功能的微机保护相继研制成功并投入运行5。 这些微机保护单元的基 本功能是对供电系统的每个回路实现微机化控制保护， 它的每一个控制和保护单 元均由独立的 cpu 构成，采用一对一结构，它可以自主的对本回路进行保护、测 量和控制， 也可以按照一定的通讯规约向上位机传送信息和接受上位机发来的命 令，实现自动和远动，为实现变电站的自动化和网络化提供了条件，使得变电站 综合自动化技术产生了一个飞跃。 国内许多高等院校及科研单位在这方面做了大 量的工作，为国内变电站自动化技术的发展起到了卓有成效的推动作用。可以预 计，今后无人值班变电站自动化的发展和推广的速度越来越快，与国外的差距会 逐步缩小。 1.4 本论文的主要内容 1.4 本论文的主要内容 本文通过对某单位 110kv 变电站综合自动化系统的设计， 分析了当前国内外 的变电站综合自动化的技术发展状况， 特别是变电站自动化系统的应用情况及实 现方法，通过对国内外主要厂家综合自动化产品的调研分析，并针对变电站自动 化系统设计及应用过程中出现的一些问题进行了研究， 在变电站自动化通信系统 的实现上，彻底摈弃了原有的 rs232/485 等串口通信方式，而采用无缝链接的以 太网。从变电站层的主控机，到设备层的传感网络，通过以太网连接真正实现了 “一网到底” 。得出了一种可靠性高、技术先进的变电站综合自动化设计方案。 本论文主要工作如下： 8 （1）概述了变电站综合自动化系统的概念、优越性、基本特征，分析了当 前综合自动化技术在国内外的发展状况。 （2）详细阐述了变电站自动化系统的设计方案。 （3）变电站自动化主要设备选型，并阐述了其实现的功能。 （4）对变电站综合自动化系统中电磁干扰问题进行了研究。 9 第二章 变电站综合自动化系统设计方案 第二章 变电站综合自动化系统设计方案 2.1 变电站概况 2.1.1 一次系统方案介绍 2.1 变电站概况 2.1.1 一次系统方案介绍 本站为某单位自备变电站， 厂内设有 110 千伏总降变一座， 建有 3 台 63mva 三相双卷自冷有载调压变压器，电压变比为 115/10.5kv。 110kv 变电所电气主接线形式为：110kv 线路进线共有 3 回（2 回引自 220kv 云和变，1 回引自 220kv 龙泉变） ，各自通过 1 台 63mva 主变降压至 10kv,即线路 变压器组接线；10kv 为单母线四分段接线形式，出线共 42 回。其中 1 台主变带 两段 10kv 母线，另 2 台主变各带一段 10kv 母线。 无功补偿：为提高功率因素和电压质量，减少系统的无功损耗，根据变电站 设计规范要求，变电站一般应装设无功补偿装置，其容量一般为主变容量的 10% 30%。由于本站 10kv 出线的负荷进行了就地无功补偿，因此适当降低了本站的 主变无功补偿容量，按每台主变补偿 6000kvar 容量来考虑。根据本站电气一次 主接线形式， 因其中一台主变接在 10kv 母线两段上， 所以将一组容量为 6000kvar 电容器分为两组 2x3000kvar，分别补偿该主变所带的两段 10kv 母线上。 本站安装 2 台 550/10.5-80/0.4 干式接地变压器兼站用变压器， 每台接地变 压器总容量为 550kva，其中站用变额定容量 100kva,分别接于 10kv 母线上。 本站 10kv 安装 2 台消弧线圈，容量为 400kva，分别接于干式接地变压器中 性点上。由于 10kv 短路电流较大，正常运行时三台主变分列运行，不允许低压 侧合环运行。 2.1.2 综合自动化系统设计目标 2.1.2 综合自动化系统设计目标 本站按无人值守综合自动化变电站设计，综合自动化系统设计应包括： （1）远动终端单元（rtu） 、站内计算机监控系统以及远动通信工作站； （2）与远动信息采集有关的变送器、交流采样测控单元（包括站控层及间 隔层设备） 、功率总加器及相应的二次测量回路； 10 图 2-1 某单位 110kv 变电站主接线 11 （3）电能计量装置及相应的用户电能量采集与监控终端； （4）电力调度数据网接入设备和网络安全设备； （5）全球定位系统（gps）接收装置； （6）向自动化系统设备供电的专用电源设备（包括不间断电源、直流电源 及配电柜） 、专用空调设备等。 2.1.3 远动与计算机监控系统整体化设计 2.1.3 远动与计算机监控系统整体化设计 为避免设备的重复配置和功能相互交叉覆盖， 远动设备和站内计算机监控系 统统一考虑，将远动和站内计算机监控系统作为一个整体进行设计。同时配置后 台计算机系统，作为正常情况下的巡检监测和事故情况下的运行操作用。远动数 据由监控系统统一采集和处理，站内监控后台与运动设备信息资源应共享。 站内计算机监控系统应具备遥测、遥信、遥控、遥调、事件顺序记录、故障 录波和测距、故障记录、生产统计计算、报表打印、人机联系等多种功能，以实 现对各电气设备运行状态的监控。 站内计算机监控系统应具备逻辑闭锁软件实现 全站的防误操作闭锁功能，同时在受控设备的操作回路中串接本间隔的闭锁回 路。 远动系统可与多个调度端进行数据通信，具备接受并执行遥控、遥调命令及 反送检验，但同一时刻某一具体被控设备只允许执行 1 个调度端的遥控、遥调命 令。 远动系统应具有遥测越死区传送、 遥信变位传送、 事故信号优先传送的功能， 应有多种远动规约可选，本站选用的远动规约应与调度端系统一致6。 变电站计算机监控系统中的远动通信单元考虑冗余配置， 确保远动系统的可 靠性。变电站宜采用单网结构，站控层网络与间隔层网络采用直接连接方式。远 动系统应配备两路独立电源，配备的不间断电源时间不小于 1h。 2.1.4 信息传输和通道设计 2.1.4 信息传输和通道设计 调度中心与变电站远动系统通信采用数据网络和点对点专线方式。 本变电站 应有 1 路数据网络和 1 路专用远动通道。数据网络传送速率为 2m，应采用统一 的技术制式、全网统一的接口标准；专线通信数字接口传送速率可选用 2400bit/s9600bit/s，模拟接口传送速率可选用 1200 bit/s，全双工通道， 误码率在信噪比为 17db 时不大于 10 5，接口标准应统一7。 变电站站内远动系统通信网络按以太网单网设计， 每个间隔层的设备信息直 接上传至以太网中。 12 2.2 建成后变电站将实现的功能 2.2 建成后变电站将实现的功能 1.监控 监控系统的功能应包括以下几部分内容: 1)数据采集 变电站的数据包括模拟量、开关量和电能量。 (1)模拟量的采集。变电站需采集的模拟量有:各段母线电压、线路电压、电 流、 有功功率和无功功率， 主变压器电流、 有功功率和无功功率， 电容器的电流、 无功功率，各出线的电流、电压、功率以及频率、相位和功率因数等8。此外， 模拟量还有主变压器油温、 直流电源电压和站用变压器电压等。 对模拟量的采集， 有直流采样和交流采样两种方式。 (2)开关量的采集。变电站的开关量有:断路器的状态、隔离开关状态、有载 调压变压器分接头的位置、 同期检测状态、 继电保护动作信号和运行告警信号等。 以上信号通过局域网络通信方式输入计算机。 (3)电能计量。电能计量即指对电能量(包括有功电能和无功电能)的采集。 要求数据采集系统能够利用交流采样得到的电流、电压值，通过软件计算出有功 电能和无功电能。 2)事件顺序记录 事件顺序记录(sequenee of events，soe)，包括断路器跳合闸记录、保护 动作顺序记录。微机保护或监控系统采集环节必须有足够的内存，能存放足够数 量或足够长时间段的事件顺序记录， 确保当后台监控系统或远方集中控制主站通 信中断时，不丢失事件信息，并应记录事件发生的时间(应精确至毫秒级)。 3)故障录波和测距、故障记录 (1)故障录波与测距。变电站的故障录波和测距可采用两种方法实现，一是 由微机保护装置兼作故障记录和测距， 再将记录和测距的结果送监控机存储及打 印输出或直接送调度主站，这种方法可节约投资，减少硬件设备，但故障记录的 量有限;另一种方法是采用专用的微机故障录波器，并且故障录波器应具有串行 通信功能，可以与监控系统通信9。 (2)故障记录。故障记录是记录继电保护动作前后与故障有关的电流量和母 线电压， 记录时间一般可考虑保护启动前两个周波(即发现故障前两个周波)和保 护启动后 10 个周波以及保护动作和重合闸等全过程的情况。 4)操作控制功能 操作人员能够通过 crt 屏幕对断路器和隔离开关(如果允许电动操作的话) 进行分、 合操作， 对变压器分接开关位置进行调节控制， 对电容器进行投切控制， 13 同时要能接受遥控操作命令，进行远方操作;为防止计算机系统故障时，无法操 作被控设备，在设计时，应保留人工直接拉、合闸方式。断路器操作应有闭锁功 能(包括断路器操作时， 应闭锁自动重合闸;断路器在当地和远方操作时应互相闭 锁;断路器与隔离开关间的闭锁等)。 5)安全监视功能 监控系统在运行过程中，对采集的电流、电压、主变压器温度和频率等量要 不断进行越限监视，如发现越限，立刻发出告警信号，同时记录和显示越限时间 和越限值，另外，还要监视保护装置是否失电，自控装置工作是否正常等。 6)人机联系功能 (l)人机联系桥梁是 crt 显示器、鼠标和键盘。变电站采用微机监控系统后， 无论是有人值班还是无人值班站， 最大的特点之一是操作人员或调度员只要面对 crt 显示器的屏幕，通过操作鼠标或键盘，就可对全站的运行工况和运行参数一 目了然，可对全站的断路器和隔离开关等进行分、合操作，彻底改变了传统的依 靠指针式仪表和依靠模拟屏或操作屏等手段的操作方式。 (2)crt 显示画面的要求。 显示采集和计算的实时运行参数。 监控系统所采集和通过采集信息所计算 出来的 u、i、p、q、cos、有功电能、无功电能以及主变压器温度 t 和系统频 率 f 等，都可在 crt 的屏幕上实时显示出来，同时在显示潮流等运行参数的画面 上，应显示出日期和时间(年、月、日、时、分、秒)。屏幕刷新周期可在 2s 一 10s 间(可调)。 显示实时主接线图。 主接线图上断路器和隔离开关的位置要与实际状态相 对应。进行对断路器或隔离开关的操作时，在所显示的主接线图上，对所要操作 的对象应有明显的标记(如闪烁等)。各项操作都应有汉字提示。 事件顺序记录(soe)显示。显示所发生的事件内容及发生事件的时间。 越限报警显示。显示越限设备名、越限值和发生越限的时间。 值班记录显示。 历史趋势显示。显示主变压器负荷曲线和母线电压曲线等。 保护定值和自控装置的设定值显示。 其他。包括故障记录显示和设备运行状况显示等。 (3)输入数据。变电站投入运行后，随着送电量的变化，保护定值、越限值 等需要修改，甚至由于负荷的增长，需要更换原有设备，例如更换 ta 变比10。 因此在人机联系中，必须有输入数据的功能。需要输入的数据至少有以下几种内 容。 ta 和 tv 变比。 14 保护定值和越限报警定值。 自控装置的设定值。 运行人员密码。 7)打印功能 对于有人值班的变电站， 监控系统可以配备打印机， 完成以下打印记录功能。 (l)报表和运行日志定时打印。 (2)开关操作记录打印。 (3)事件顺序记录打印。 (4)越限打印。 (5)召唤打印。 (6)抄屏打印。 (7)事故追忆打印。 对于无人值班变电站，可不设当地打印功能，各变电站的运行报表集中在控 制中心打印输出。 8)数据处理与记录功能 监控系统除了完成上述功能外，数据处理和记录也是很重要的环节。历史数 据的形成和存储是数据处理的主要内容。此外，为满足变电站管理的需要，必须 进行一些数据统计，其内容包括如下几项。 (1)主变和输电线路有、无功功率每天的最大值和最小值以及相应的时间。 (2)母线电压每天定时记录的最高值和最低值以及相应的时间。 (3)计算受、配电电能平衡率。 (4)统计断路器动作次数。 (5)断路器切除故障电流和跳闸次数的累计数。 (6)控制操作和修改定值记录。 9)谐波分析与监视 随着非线性器件和设备的广泛应用， 电气化铁路的发展和家用电器的不断增 加，电力系统的谐波含量显著增加，并且有越来越严重的趋势。目前，谐波“污 染”已成为电力系统的公害之一11。因此，在变电站综合自动化系统中，要重 视对谐波含量的分析和监视。对谐波污染严重的变电站，采取适当的抑制措施， 降低谐波含量，是一个不容忽视的问题。 2.电压、无功综合控制 电力系统中电压和无功功率的调整对电网的输电能力、 安全稳定运行水平和 降低电能损耗有极大影响12。因此，变电站综合自动化系统能够对电压和无功 功率进行综合调控， 以保证包括电力部门和用户在内的总体运行技术指标和经济 15 指标达到最佳。 3.低频减负荷控制 电力系统的频率是电能质量重要的指标之一。电力系统正常运行时，必须维 持频率在 50 士(0.10.2)hz 的范围内13。 在系统发生短路故障或用电负荷突然 大幅度增加时，系统频率急剧下降，为了使频率回升，需要切除部分负荷，这时 应做到有次序、有计划地切除负荷，并保证所切负荷的数量合适，以尽量减少切 除负荷后所造成的经济损失。实现低频减负荷可采用以下的两种方法。 l)采用专用的低频减负荷装置实现 将全部馈电线路分为一至八轮(也可根据用户需要设置低于八轮的)和特殊 轮，然后根据系统频率下降的情况去切除负荷。 2)把低频减负荷的控制分散装设在每回馈电线路的保护装置中在线路保护 装置中，增加一个测频环节实现低频减负荷的控制功能。 2.3 变电站综合自动化系统的设计原则 2.3 变电站综合自动化系统的设计原则 变电站综合自动化技术以微计算机技术和通信技术为基础， 逐步的进行发展 和提高。目前国内尚未制定出完善的变电站自动化系统的标准和相关的规程，大 部分都是根据每个变电站的实际情况进行具体的设计。 但都包括以下主要基本功 能：数据的采集、处理功能，数据通讯功能，数据库生成功能，图形显示功能， 控制功能，系统发生故障时的分析、判断功能，报表打印功能，报警功能，用户 安全系统及自诊断功能等，另外还具有与企业局域网的联接功能。因此，在进行 变电站的自动化设计时，应根据变电站的分类，结合实际情况，并遵从以下的基 本设计原则14： （1）变电站综合自动化系统应能全面代替常规的二次设备。变电站综合自 动化系统应集变电站的继电保护、测量、监视、运行控制、和通信于一个分级分 布式的系统中，能替代常规的继电保护、仪表、中央信号屏、模拟屏、控制屏和 运行控制装置，完成保护、测量、控制、监视和通信等所有任务，并且全面提高 变电站的技术水平和可靠性。 （2）保护与测控单元设备的接口可采用串行口、现场总线或以太网等多种 接口形式兼容性设计，应采用合理的通信网络和标准的通信规约，向计算机监控 系统提供保护动作或保护定值等信息。监控系统可实现定值查询、保护投退、开 关操作、有载调压等各种远方控制。 （3）变电站综合自动化系统的功能和配置应满足无人值班的总体要求。 （4）变电站综合自动化系统作为电网调度自动化的一个子系统，应服从电 网调度自动化的总体设计， 其配置、 功能包括设备的布置应满足电网安全、 优质、 16 经济运行以及信息分层传输、资源共享的原则。 （5）变电站综合自动化应具备可靠性高和抗干扰能力强的特点。安全运行 是变电站设计的基本要求。因此，在系统的总体结构中应注意主、次分清，对关 键环节应有一定的冗余。综合自动化系统中的各子系统要相对独立，一旦系统中 某部分出现故障，应尽量缩小故障影响的范围并能尽快消除故障。因此，各子系 统应具有独立的故障自诊断和自恢复功能。任一部分发生故障，应立即通知监控 主机，发出告警指示，并迅速将自诊断信息送往控制中心。为提高系统的抗干扰 能力，设计中应充分考虑系统的电磁兼容性能。 （6）系统应有良好的扩展性和适应性。许多新建变电站需要技术先进、功 能齐全、性能价格比高的自动化系统供选用。此外，每年还要有大量各式各样的 老变电站需要改造。这些老变电站的投资水平，以及在系统中的地位和原来设备 等基础情况各不相同，因此，要求自动化设备应能根据变电站的不同要求，组成 不同规模和不同技术等级的系统。 （7）系统应有良好的标准化程度和开放性能。使用产品应符合国家或行业 标准，使系统有良好的开放性能，除保持其自身的系统性和完整性外，还能够与 其它智能设备互相连接。 （8）系统应充分利用数字通信的优势，实现数据共享。数据共享是综合自 动化系统发展的必然趋势。只有实现数据共享，才能简化自动化系统的结构，减 少设备的重复，才能降低造价。 2.4 变电站综合自动化系统的设计方案 2.4.1 地区电网调度自动化系统对本站的要求 2.4 变电站综合自动化系统的设计方案 2.4.1 地区电网调度自动化系统对本站的要求 1、远动信息内容 根据地区电网调度自动化设计技术规程的规定和地区地调对电网实时监 控的要求，对本用户变需要传送的远动信息的主要内容拟定如下15： （1）变电所向调度端传送的遥测量为：110kv 线路的有功功率、无功功率 和电流；主变高、低压侧有功功率、无功功率和电流；变压器的油温，直流系统 及站用电系统的电压、电流等；主变低压侧补偿电容器组电流、无功功率及总加 和母线电压；110kv 线路的有功电量和无功电量。 （2）变电所向调度传送的遥信量为：线路和分段断路器的位置信号；变压 器和无功补偿装置的断路器位置信号；变电站事故跳闸总信号；反映电力系统运 行状态的各级电压等级的隔离开关位置信号；有载调压变压器抽头位置信号；主 变和无功补偿装置继电保护动作和异常信号； 调度范围内的通信设备运行状况信 17 号。 （3）调度中心向变电所传送的遥控和遥调命令为：断路器的分合；无功补 偿装置的投切；有载调压变压器抽头的调节。 2、远动通道远动信息传输方式 本用户变至地区地调的远动通道采用两种方式， 即电力调度数据网通道和点 对点模拟通道。以电力调度数据网通道方式为主，点对点模拟通道为备用。 3、调度数据网接入 本用户变所属的地区电力调度数据网已投入运行， 各地区电力调度数据网将 覆盖所有 110kv 厂站端及与系统有结算关系的 35kv 厂站。电力调度数据网采用 路由器组网，主要承载的业务为电力调度实时数据和非实时数据等。故本变电站 就近接入地区电力调度数据网节点。 4、二次系统安全防护体系建立 二次系统安全防护方案应依据国家经贸委2002第 3