（电气工程专业论文）220kv田心变电站综合自动化系统的设计与应用.pdf

a b s t r a c t t h i sp a p e ri sb a s e do nt h em o d i f i c a t i o nw o r ko ft h e2 2 0 k vt i a n x i ns u b s t a t i o ni n h u a d up o w e rs u p p l yb u r e a u i tb r i e f l yi n t r o d u c e sd e v e l o p i n gs t a g eo fa u t o m a t i o n t e c h n o l o g yu s e di ns u b s t a t i o n ，t r a c e st h el a t e s td e v e l o p i n gd e r e c t i o n so f t h ei n t e g r a t e d a u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e m ，a n a l y s e sa n da p r a i s e st h er u n n i n gs i t u a t i o no ft h ep r o t e c t i o n a n da u t o m a t i o ni n s t a l l a t i o nb e f o r et h er e v o l u t i o nf o rt h es u b s t a t i o n ，g e n e r a ld e s i g n e s o nt e c h n o l o g ya b o u tt h ep r o j e c t i o no fi n t e g r a t e da u t o m a t i ca l t e r a t i o n ，f o c u s e so n e x p l a n a t i o nt h em a i n l ys u b s y s t e mo ft h ei n t e g r a t e da u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e ms u c ha s s t r u c t u r e ，p r o t e c t i o n ，m o n i t o r i n ga n da u t o m a t i cb a c k - u pp o w e rs u p p l y ，u s e s t h e s u b s t a t i o ni n t e g r a t e da u t o m a t i ct h e o r ya n dt e c h n o l o g yi np r a c t i c a lp r o j e c ts u c c e s s f u l ， w h i c hp o s s e s s e sa ni m p o r t a n tm e a n i n gt op r o j e c t i o no fi n t e g r a t e da u t o m a t i ca l t e r a t i o n i nf u t u r e t h ea r t i c l ea r r a n g el o a dt r a n s f e ra n de s t a b l i s ha na d v i s a b l ec o n s t r u c t i o ns c h e m e i nr e a s o n ，w i t hp r a c t i c a ls i t u a t i o nt h a tt i a n x i ns u b s t a t i o ni sr u n n i n ga n da l t e r i n ga sa j u n c t i o no ft h er e g i o np o w e rn e t w o r k ，s ot h ep r o j e c t 。s s c h e d u l ea n ds u p p l yf o r i m p o r t a n tc u s t o m e r si sg u a r a n t e e d i no r d e rt og u a r a n t e et h ea d v a n c e dc h a r a c t e r so ft e c h n o l o g y ，t h ea r t i c l ed e t a i l e d d e s i g n e st h a th o wt oc h o o s es t r u c t u r a lf o r ma n de q u i p m e n to ft i a n x i ns u b s t a t i o n i n t e g r a t e da u t o m a t i o na n di t ss u b s y s t e m sw h i c h i su s e di nm i c r o p r o c e s s o r - b a s e dr e l a y , m o n i t o r i n g ，v o l t a g ea n dr e a c t i v ep o w e rc o n t r o l ，a u t o m a t i cb a c k u pp o w e rs u p p l y , d a t a c o m m u n i c a t i o na n dm i s o p e r a t i o n p r o o f t h r o u g ht h ed e t a i l e da n a l y s i s a n d c o m p a r i s o n o fc e n t r a l i z e ds t r u c t u r e 、 d i s t r i b u t e ds t r u c t u r ea n dd i s t r i b u t i o n a l l ys e p a r a t e ds t r u c t u r e ，t h ea r t i c l ed e t e r m i n e s u s et h i sm o s tp r e v a l e n tm o d e la th o m ea n da b r o a da sap r i m a r ys t r u c t u r et y p e k e y w o r d s ：s u b s t a t i o n ；i n t e g r a t e da u t o m a t i o n ；i n t e g r a t e da u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e m ； m i e r o e h i p b a s e dp r o t e c t i o n ；m o n i t o r i n g i i 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 j 作者签名。棠妻易 醐：“年i 谓飞日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校 有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位 论文被查阅( 除在保密期内的保密论文外) ；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位 论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 本学位论文属于： 口保密，在年解密后适用本授权书。 啊f 不保密。 学位论文全文电子版提交后： 、囱同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏 览。 日期p ( 耍l 峭弓8 日期：曲z 恤， 7 。，么i 打 勿 框 ，歹 一弦眵 相乡：攀戤 在 名师 请 签教 0 耆导作指 第一章绪论 1 1 变电站及其自动化 第一章绪论 电力系统是指由电力生产、传输、分配、消耗的发电机、变压器、电力线和 各种用电设备组成的有机整体。发电机生产的电能，通过变压器、输电线路和配 电线路传送、分配到各个电力用户。 变电站是介于发电厂和电力用户之间的中间环节。变电站由主变压器、母线、 断路器、隔离开关、避雷器、并联电容器、互感器等设备、元件集合而成。它具 有汇集电源、变换电压等级、分配电能等功能。变电站是电力系统的重要组成部 分，在电力系统中起着十分重要的作用。 电力系统是一个连续运行的系统，电能的生产、传输、分配和消耗是同时完 成的。因此，为了掌握变电站的运行状况，需要对有关电气量进行连续监测；为 了保证设备和线路的安全运行，需要实现过流、过压等故障的安全保护；为了向 电网调度提供运行状态，需要将表征电网运行的有关信息向上级调度传送；为了 向用户提供合格的电能，需要进行有关控制和调节。而且，在电力系统出现异常 情况时，变电站必须做出快速反应。所有这些，绝大部分是人工操作所不能及的， 必须采用自动化技术来完成。 常规变电站的二次系统主要由继电保护、就地监控、远动装置、录波装置所 组成。在实际应用中，是按继电保护、远动、就地监控、测量、录波等功能组织 的，相应的就有保护屏、控制屏、录波屏、中央信号屏等。每一个一次设备都与 这些屏有关，每个设备的电流互感器的二次侧都分别引到这些屏上；同样，断路 器的跳、合闸操作回路，也需要连到保护屏、控制屏、远动屏及其他自动装置屏 上。此外，对同一个一次设备，与之相应的各二次设备之间，保护与远动设备之 间都有许多连线，由于各设备安装在不同地点，因而变电站内电缆错综复杂。 随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，微机在电力系统自动化中得到了广 泛的应用，先后出现了微机型继电保护装置、微机型故障录波装置、微机监控和 微机远动装置。 变电站自动化是应用控制技术、信息技术和通信技术，利用计算机软件和硬 件系统或自动装置代替人工进行各种运行作业，提高变电站运行、管理水平的一 种自动化系统。变电站自动化的范畴包括综合自动化技术、远动技术、继电保护 技术及变电站其他智能技术等。 华南理工大学硕十学位论文 1 2 变电站的综合自动化技术 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、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。 变电站综合自动化系统是利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动 化系统，代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏， 用微机保护代替常规的继电保护，改变常规继电保护装置不能与外界通信的缺陷。 因此，变电站综合自动化技术是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在 变电站领域的综合应用。 变电站综合自动化系统可以采集到比较齐全的数据和信息，利用计算机的高 速计算能力和逻辑判断功能，可以方便的监视和控制变电站内各种设备的运行和 操作。变电站综合自动化系统具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化和 运行管理智能化等特征。 近年来，由于技术水平的不断提高，变电站综合自动化技术得到很大的发展。 随着大规模集成电路和通信技术的迅速发展，给变电站综合自动化技术水平的提 高注入了新的活力。研究变电站综合自动化进入了高潮，其功能和性能也不断完 善。变电站综合自动化将成为今后新建变电站的主导技术。国内的变电站综合自 动化产品也越来越成熟，并在全国各地的变电站得到广泛应用，为电力企业的生 产提供了一种设计简单、维护方便、运行稳定可靠的有力技术手段。 1 3 田心站的综合自动化改造工程 2 2 0 k v 田心变电站始建于1 9 9 5 年1 0 月，1 9 9 7 年1 月1 8 日i 期工程投运( 上 # 1 主变间隔) ；2 0 0 0 年4 月1 8 日i i 期工程投运( 上# 2 主变间隔) ：2 0 0 5 年6 月2 8 日i i i 期工程投运( 上# 3 主变间隔) 。 田心站是花都地区第一个2 2 0 k v 变电站，是花都电网的枢纽中心。在i i i 期 工程投运后有1 5 0 0 0 0 k v a 三圈有载调压主变压器两台、1 8 0 0 0 0k v a 三圈有载调 压主变压器一台。2 2 0 k v 母线为双母带旁路结线方式，有3 条2 2 0 k v 线路；1 1 0 k v 为双母带旁路结线方式，有1 8 条1 1 0 k v 线路；1 0 k v # l 高压室为单母线、二分 段带旁路结线方式；1 0 k v # 2 高压室和# 3 高压室为单母线二分段结线方式( 详 细情况如所附电气一次接线图) 。 田心站的电源主要来自于3 条2 2 0 k v 线路( 韶田线、北田甲线和北田乙线) 和1 条1 1 0 k v 线路( 田塘线) 。电能通过1 1 0 k v 线路转供到其他1 1 0 k v 变电站， 2 第一章绪论 部分电能通过1 0 k v 馈线直接供到用户。 田心站# l 、# 2 主变间隔设备均采用南京电力自动化设备厂的微机保护，保 护装置基本已经达到了使用寿命，而且故障多，备品没有保障。# 3 变间隔采用 南瑞继保电气有限公司的r c s 9 0 0 0 系列保护测控装置。 因此，2 0 0 4 年l o 月，2 2 0 k v 田心站综合自动化改造工程由我们花都供电局 提出立项申请，并经广州供电局审核批准，将2 2 0 k v 田心站综合自动化改造工程 项目纳入2 0 0 5 年技改计划。该项目主要是进行田心站# l 、# 2 主变间隔设备的 综合自动化改造，并完成全站的综合自动化，为广州供电局即将推行的广州电网 调度集控自动化系统做好站端的准备。 1 4 本文内容 2 2 0 k v 田心站综合自动化改造工程是由我本人所在的花都供电局运行部负责 前期初设、可行性评价而提出立项申请。在项目批准后，也是由我们花都运行部 负责工程设计、施工方案制定、施工管理、验收、投运等工作，我本人直接负责 该工程项目。 但是2 2 0 k v 田心站作为花都区域电网的枢纽中心，边运行边进行综合自动化 改造，除了考虑实现全站综合自动化系统的技术问题，精心编排停电计划和编制 施工方案也是一项非常重要的工作。 本文通过简述变电站自动化技术的发展过程，跟踪综合自动化系统的最新发 展方向，结合该项目的开展实施情况，对2 2 0 k v 田心站改造前的保护和自动化装 置运行状况进行了分析和评价，对全站的综合自动化改造工程进行了技术上的总 体设计，重点对综合自动化系统的结构形式、保护、监控、备用电源自投等主要 的子系统进行了详细的说明，而且在停电计划和施工方案编制方面进行了合理安 排，保证了该工程项目在2 0 0 6 年l o 月胜利完成。将此工程作为硕士论文课题进 行研究，是对实践的一种理论提升，对以后的综合自动化改造工程具有重要的指 导价值。 3 华南理t 大学硕士学位论文 第二章田心站综合自动化改造项目的前期评价和初设 2 1 田心站改造前的保护及自动远动装置配置情况 2 1 1 主变保护配置 田心站# l 、# 2 主变均采用南京电力自动化设备厂w b z 一0 3 、w b z - - 0 4 型 微机变压器保护装置。 田心站# 3 主变采用南瑞继保电气有限公司的r c s 9 0 0 0 系列保护测控装置。 2 1 2 田心站2 2 0 k v 系统保护及自动装置配置 田心站2 2 0 k v 线路和旁路保护采用南京自动化设备厂的w x b 1 i c 型微机保 护，保护采用双重化配置。 田心站2 2 0 k v 母线采用双母线带旁路结线系统，其母线保护采用南自厂b p 一2 a 型微机母线差动保护装置。 2 2 0 k v 失灵保护采用南京电力自动化设备厂设计，广州高压电器厂制造的 p k 1 8 0 0 失灵保护装置。 2 2 0 k v 系统配有一套南京银山电子有限公司的y s 一8 a 型微机电力故障录波 屏和一套上海虹智电气设备有限公司的i 1 0 0 0 型微机电力故障录波屏。 2 1 3 田心站1 1 0 k v 系统保护配置 田心站1 1 0 k v 线路和旁路保护采用南京自动化设备厂的w x b 1 l c 型微机保 护。 1 1 0 k v 采用的是双母线带旁路系统，其母线保护采用南京自动化设备厂， h m z 1 0 1 0 5 ) 型中阻抗母线保护装置。 1 1 0 k v 田塘线自投装置采用南京电力自动化设备厂的w b z t 一1 2 1 b 型微机备 用电源自投装置。 1 1 0 k v 系统配有一套南京银山电子有限公司的w g l 1 2 微机电力故障录波屏 和一套武汉电力仪表厂的y s 一8 a 微机型电力故障录波屏。 本站采用滁州汇华电力自动化设备公司的u f v - - 2 c 型低频低压过负荷减载 装置。 2 1 4 田心站1 0 k v 系统保护配置 田心站1 0 k v i 段线路保护采用南京自动化设备厂的w x b 8 1 c 型微机保护； 4 第二章田心站综合自动化改造项目的前期评价和初设 田心站1 0 k vi i 段线路保护采用南京自动化设备厂的w x b - 1 2 1 a 型微机保护。 1 0 k v 母联自投装置采用两套南京电力自动化设备厂的g z b t w 8 3 4 型微机 备用电源自投装置，分别应用于1 0 k v 母联5 0 0 a 、5 0 0 b 开关。 2 1 5 五防系统 田心站五防系统采用珠海共创公司的f y 2 0 0 0 型微机五防闭锁系统。 2 1 6 远动和自动化配置 田心站在改造前，采用南瑞电网所的r t u ：包括中央处理单元、信号采集单 元、交流采样单元、遥控执行单元；当地无监控后台机，采用传统的光字牌的模 式进行监盘。 2 2 田, b 壶l s 改造前的保护及自动远动装置运行情况评价 2 2 1 田心站在改造前保护装置运行情况评价 由于田心站早期的保护装置是1 9 9 6 年出厂、1 9 9 7 年投运的，保护装置因元 器件老化，故障不断，且w x b 8 1 c 、w x b 1 1 c 等型号的微机保护装置，已经停 产，备品备件没有保障，对于损坏的保护插件已无备件进行更换，已不能满足对 实际安全运行的要求。 2 2 2 田心站在改造前远动装置运行情况评价 田心站在改造前通过r t u 来实现“三遥”功能。在“遥测”方面，通过变送器对 模拟量进行测量，使用了大量的二次电缆，不但增加了投资，而且增加了p t 、 c t 的二次负担，还存在变送器的可靠性和精确性不高的问题。在“遥信”方面，对 断路器、隔离开关的状态及保护信息的采集也要通过二次电缆进行，不但造成连 接电缆多，而且采集的信息量也受到限制。在“遥控”方面，各种遥控指令通过遥 控执行屏的继电器完成模拟量的出口，由于远动系统没有规范的定期校验制度， 造成遥控回路的继电器故障率高，存在遥控成功率低的问题。对其远动系统改造 已势在必行。 2 3 综合自动化发展方向、基本特征和优势 2 3 1 变电站综合自动技术的发展方向 传统的测量、保护、控制、远动及站级监控系统，故障录波等设备和系统是 按功能分散考虑的。发展趋势是从一个功能模块管理多个电气单元或间隔单元， 向一个模块管理一个电气单元或问隔单元，实现地理位置高度分散的方向发展。 5 华南理- 大学硕十学位论文 目前变电站综合自动化系统的功能和结构都在不断地向前发展，由于分层分散式 的自动化系统有着突出的优点，而且随着新设备、新技术的进展如电一光互感器 和光纤通信技术的发展，使得原来只能集中组屏的高压线路保护装置和主变压器 保护也可以考虑安装于高压场地附近，并利用日益发展的光纤技术和局域网技术， 将这些分散在各开关柜的保护和集成功能模块联系起来，构成一个全分散式的综 合自动化系统，因此，全分散式网络型结构一定是今后发展的方向。 传统的方式中，每个控制或保护功能都为专用设备，种类也多。现在计算机 技术的发展使设备的功能仅能由软件决定，硬件因i 0 所要求的数量而异。今后 的发展趋势是开发通用标准型的和灵活的硬件和软件平台，以适用所有保护和控 制，系统将具有开放性和数据一致性的特点，统一遵循国际标准，便于不同厂家 相互接口和维护操作。保护功能可由算法实现且可以由用户任意设置，各种保护 算法经过优化设计并综合在一起，达到更好的选择性，更高的冗余度、数字保护 多功能化，实现从专用设备到平台方向发展。 此外，今后的变电站综合自动化的发展将由传统的控制向综合智能方向发展。 从计算机控制向综合智能控制发展，主要表现为电气设备的小型化已向机电一体 化方向发展以及控制和保护的整体化。将控制、保护系统与一次设备就近安装在 一起，向着智能型装置发展。有迹象表明：变电站自动化系统将开发出新型的电 力系统保护和控制系统，其智能技术包括专家系统，如专家系统在一次系统在线 检测中的应用，模糊逻辑保护和控制，基于神经网络的自适应保护及控制，未来 的发展和研究将向着混合系统的方向发展，如模糊神经网络及模糊专家系统等等， 使自动化系统成为应用综合智能技术的综合自动化系统。在机电一体化进程中， 开关( 断路器) 装置与控制保护设备高度综合化和智能化的应用将日益加快，优 点很多。如紧凑的设计降低了空间要求；多功能和智能技术的应用使保护、控制 易于实现最优协调；功能自由设置使之更具灵活性；优化测点可以降低成本和尽 可能消除数据的不一致性；增强了抗干扰能力，提高了数据采集和控制的准确性。 总之，变电站综合自动化的未来将朝着分层分散网络化、平台化、智能化和 机电一体化的大方向发展。 2 3 2 变电站综合自动技术的基本特征和优势 综合自动化是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。 因此，综合自动化的核心是自动监控系统，而综合自动化的纽带是监控系统 的局域通信网络，它把微机继电保护、微机自动装置、微机远动功能综合在一起 6 第二章田心站综合自动化改造项目的前期评价和初设 形成一个具有远方功能的自动监控系统。 综合自动化系统最明显的特征表现和优势在以下几个方面： ( 1 ) 功能综合化。变电站综合自动化技术是在微机技术、数据通信技术、自 动化技术基础上发展起来的。是个技术密集，多种专业技术相互交叉、相互配合 的系统。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。在 综合自动化系统中，微机监控系统综合了变电站原来的仪表屏、操作屏、模拟屏、 变送器屏、中央信号系统等功能、远动的r t u 功能及电压和无功补偿自动调节功 能；微机保护( 和监控系统一起) 综合了故障录波、故障测距、自动按频率减负 荷、自动重合闸等自动装置功能。上述综合自动化的综合功能是通过局域网和微 机系统硬、软件的资源共享形成的，因此对微机保护和自动装置提出了更高的自 动化要求。 ( 2 ) 结构分布、分层化。田心站综合自动化是一个分布式系统，其中微机保 护、数据采集和控制以及其他智能设备等子系统都是按分布式结构设计的，每个 子系统由多个c p u 分别完成不同的功能，这样一个由庞大的c p u 群构成了一个 完整的、高度协调的有机综合( 集成) 系统。这样的综合系统有几十个c p u 同时 并列运行，以实现变电站自动化的所有功能。另外，按照变电站物理位置和各子 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。按i e c ( 国际电工委员会) 标准，将田心站自动化系统分为两层，即变电站层和间隔层， 由此可构成分散( 层) 分布式综合自动化系统。 ( 3 ) 操作监视屏幕化。实现综合自动化后，操作人员在变电站内，或调度员 在调度中心内，面对显示器，即可对变电站的设备进行全方位的监视和操作。原 来的模拟屏被显示屏上的实时主接线画面取代；在断路器安装处或控制屏进行的 跳、合闸操作，被显示屏上的鼠标操作或键盘操作所取代；原来的光字牌报警信 号，被显示屏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。 ( 4 ) 通信局域网络化。计算机局域网络技术在变电站综合自动化系统中得到 应用，系统具有较高的抗电磁干扰的能力，能够实现高速数据传送，满足实时性 要求，组态灵活，易于扩展，可靠性大大提高，大大简化了原来站内繁杂量大的 各种电缆，而且对施工改造工作提供了方便。 ( 5 ) 运行管理智能化。变电站综合自动化系统的另一特征是运行管理智能化。 智能化不仅表现在常规的自动化功能上，如自动报警、自动报表、电压无功自动 调节、事故判别与处理等方面，还表现在能够在线自诊断，并不断将诊断的结果 送往远方的调度端。原来的二次系统只能监测一次设备，而本身的故障必须靠维 护人员去检查、去发现。综合自动化系统不仅监测一次设备，还每时每刻检测自 已是否有故障，这就充分体现了其智能性。 7 华南理工大学硕十学位论文 ( 6 ) 测量显示数字化。变电站原来采用指针式仪表作为测量仪器、其准确度 低、读数不方便。改造为微机监控系统后，将彻底改变原来的测量手段，原来的 指针式仪表全被显示屏上的数字显示器所代替，直观、明了，原来的人工抄表记 录则完全由打印机、报表所代替。可以大大减轻值班员的劳动，而且有利于提高 测量精度和管理的科学性。 因此，进行田心站# l 、# 2 主变间隔设备的综合自动化改造，实现田心站全 站的综合自动化，是为广州供电局即将推行的广州电网调度集控自动化系统做好 站端的必要准备，是势在必行。 2 4 田心站综合自动化改造工程的初步设计和计划 2 4 1 基本要求 ( 1 ) 、综合自动化系统要求满足广电集团公司县级电网调度自动化系统技 术规范( 试行) 、广电集团公司无人值班站验收管理办法、广东电网1 1 0 2 2 0 k v 变电站自动化系统技术规范。 ( 2 ) 、综合自动化系统应具备为双串口、双网络通讯能力，系统应配备相关 通讯接口及通讯设备，与调度系统通讯规约库包括i e c 8 7 0 5 1 0 1 ( 国际标准) 、 i e c 8 7 0 - 5 1 0 4 ( 国际标准) ，远动通道要求具备2 路数字串口通讯、2 路网络通讯。 通道具有防雷保护装置。 ( 3 ) 、保护测控柜内接地严格按照d l t 5 1 3 6 2 0 0 1 ，1 3 条执行。 2 4 2 工程设计内容 田心变电站为2 2 0 k v 变电站，综自改造规模如下表l 所示： 8 第二章田心站综合自动化改造项目的前期评价和初设 表2 - 1 综自改造规模表 设备名称本期远期 主变压器( 台) 23 2 2 0 k v 线路( 回) 35 2 2 0 k v 旁路( 回) l l 2 2 0 k v 母联( 回) ll 1 1 0 k v 线路( 回) 1 21 5 1 1 0 k v 旁路( 回)l1 1 l o k v 母联( 回) 1l 1 0 k v 线路( 回)2 03 0 1 0 k v 电容器( 组) 61 2 1 0 k v 电抗器( 组) 00 1 0 k v 站用变 22 1 0 k v 接地变 o0 2 4 3 工程设计原则 ( 1 ) 工程按无人值班变电站要求设计，微机监控系统安装在二次设备室，为无 屏蔽房间。 ( 2 ) 计算机监控系统包括两部分：站控层和间隔层，网络结构为开放式分层、 分布式结构。站控层为全站设备监视、测量、控制、管理的中心，物理链 接通过以太网与间隔层相连。间隔层按照不同的电压等级和电气间隔单元 划分，2 2 0 k v 、1 1 0 k v 部分以相对独立的方式布置在控制室中，1 0 k v 部分 的保护测控单元安装在高压室。在站控层及网络失效的情况下，间隔层仍 能独立完成间隔层的监测和断路器控制功能。 ( 3 ) 其它智能设备可通过通信口接入监控系统。计算机监控系统通过远动工作 站与调度中心通讯。 ( 4 ) 主变及线路保护测控装置采用集中组屏方式，布置在控制室。1 0 k v 馈线、 电容器组、接地变，站用变等设备采用微机型保护测控一体化装置分散安装 于高压室开关柜上。 2 4 4 硬件的要求 2 4 4 1 概要 ( 1 ) 微机监控系统应该用标准的、网络的、分布功能和系统化的开放式的硬 件结构，应该满足i e e ep o s i x 标准。测控装置应面向对象设计，采用 9 华南理_ 大学硕七学位论文 统一的硬件平台、统一的软件平台，统一的数据库管理。装置采用3 2 位c p u 和d s p 硬件平台，1 4 位以上高精度模数转换器，采用嵌入式实 时操作系统。 ( 2 ) 利用冗余硬件、自诊断和抗干扰等措施达到高可靠性。 ( 3 ) 应该减少设备类型，即外围设备、微处理器、电气模块、输入输出接口 等模块的类型和尺寸限制到最少，以减少扩建的麻烦和所需备件的费 用。 ( 4 ) 所有的处理模块的元件应该清楚的标明，并且有适当的诊断指示。 2 4 4 2 操作员工作站 处理器处理速度：2 8 gi p s 内存容量：5 1 2 m b 硬盘存储器：8 0 g b d e l lo p t i p l e x ( t m ) g x 2 8 02 0 ”液晶彩显，分辨率1 2 8 0 1 0 2 4 ，真彩，其x 射线辐射满足国际安全标准 标准a s c i i 键盘或具有专家系统功能键 激光打印机( a 3 ) 两个网络接口 2 4 4 3 五防工作站 变电站五防系统由三层构成，分别是站控层防误、间隔层测控单元防误 以及现场布线式单元电气闭锁。所有操作均经防误闭锁，并有出错报警和判 断信息输出。站控层实现面向全站设备的综合操作闭锁功能； 间隔层测控单元防误实现本单元所控制设备的操作闭锁功能；现场布线 式单元电气闭锁实现对本间隔手动操作的隔离开关和接地开关的防误操作。 间隔层测控单元间具备直接通信功能，且不依赖于站控层设备。测控单元闭 锁逻辑所需的信号能由其它测控装置准确快速提供。测控单元充分考虑通信 中断及逻辑关联测控装置检修时的防误功能安全实现。 站控层微机五防系统应与监控系统一体化配置，采用统一的数据库、统 一的数据组态、统一的画面编辑。 2 4 4 4 保护工程师工作站 处理器处理速度：2 8 gi p s 内存容量：5 1 2 m b 硬盘存储器：8 0 g b d e l lo p t i p l e x ( t m ) g x 2 8 01 7 ”液晶彩显，分辨率1 0 2 4 7 6 8 ，真彩，其x 射 线辐射满足国际安全标准 1 0 第二章田心站综合自动化改造项目的前期评价和初设 标准a s c i i 键盘 四个网络接口应能在正常和电网故障时，采集、处理各种二次装置信息。并 充分利用这些信息为继电保护运行、管理服务，为分析、处理电网故障提供 支持。 - 继保工程师站具备多路数据转发能力，能通过网络通道向多个调度中心进行 数据转发，通信规约应符合中国南方电网继电保护故障信系统通信与接口 规范。 支持根据调度中心命令对相应装置进行查询和远程维护，包括远程配置、可 视化数据库维护、参数的上传下载、设备运行状态监视等。 2 4 4 5 调制调解器： 调制解调器应满足c c i t t 或b e l l 2 0 2 标准的要求，传送电平o 2 0 d b 可调， 接受电平4 0 o d b ，低于4 0 d b 发告警信号，通道误码率小于l o 5 时，调制解调器 能正常工作。其调制方式为f s k 。 通信速率6 0 0 b p s 9 6 0 0 b p s 可设置 线路匹配阻抗：6 0 0 t 同步方式；同步或异步可设置，与调度通信方式为异步方式。 2 4 4 6 音响报警装置 由站控计算机驱动报警，并能闪光，音量可调。 2 4 4 7 关于卫星校时装置 供方不提供卫星较时装置( 即g p s ) ，只提供与g p s 的对时接口。 2 4 4 8 电源 本变电站直流电源为2 2 0 v 。 系统站级控制层交流电源由在线式u p s 供电，由u p s 厂家提供。 二次设备室的设备由变电站提供的直流电源供电。 2 4 5 软件的要求 2 4 5 1 系统软件 站控层各工作站应采用成熟的、开放的多任务操作系统，它包括操作系统、 编译系统、诊断系统以及各种软件维护、开发工具等。编译系统应易于与系统支 撑软件和应用软件接口，支持多种编程语言。 间隔层采用符合工业标准的实时操作系统。 操作系统能防止数据文件丢失或损坏，支持系统生成及用户程序装入，支持 虚拟存储，能有效管理多种外部设备。 2 4 5 2 支撑软件 支撑软件主要包括数据库软件和系统组态软件。数据库软件系统应满足下列 华南理丁大学硕士学何论文 要求： 实时性：能对数据库快速访问，在并发操作下也能满足实时功能要求； 可维护性：应提供数据库维护工具，以便用户在线监视和修改数据库内的各 种数据； 可恢复性：数据库的内容在计算机监控系统的事故消失后，能迅速恢复到事 故前的状态； 并发操作：应允许不同程序( 任务) 对数据库内的同一数据进行并发访问， 要保证在并发方式下数据库的完整性； 一致性：在任一工作站上对数据库中数据进行修改时，数据库系统应自动对 所有工作站中的相关数据同时进行修改，以保证数据的一致性； 分布性：各间隔层智能监控单元应具有独立执行本地控制所需的全部数据， 以便在中央控制层停运时，能进行就地操作控制； 方便性：数据库系统应提供交互式和批处理的两种数据库生成工具，以及数 据库的转储与装入功能； 安全性：对数据库的修改，应设置操作权限； 开放性：允许买方利用数据库进行二次开发。 系统组态软件用于画面编程，数据生成。应满足系统各项功能的要求，为用 户提供交互式的、面向对象的、方便灵活的、易于掌握的、多样化的组态工具， 应提供一些类似宏命令的编程手段和多种实用函数，以便扩展组态软件的功能。 用户能很方便的对图形、曲线、报表、报文进行在线生成、修改。 2 4 5 3 应用软件 应用软件应满足各项功能要求。模块化结构，具有良好的实时响应速度和可 扩充性。具有出错检测能力。当某个应用软件出错时，除有错误信息提示外，不 允许影响其它软件的正常运行。应用程序和数据在结构上应互相独立。 2 4 5 4 通信接口软件 计算机监控系统有较多的通信接口驱动软件，主要是： ( 1 ) 与微机保护装置的通信接口软件； ( 2 ) 与各级调度中心的通信接口软件； ( 3 ) 与电能计量系统的通信接口软件； ( 4 ) 与安全自动装置的通信接口软件； ( 5 ) 与智能直流系统的通信接口软件； ( 6 ) 与火灾报警及消防系统的接口软件； ( 7 ) 与微机防误操作闭锁装置的通信接口软件( 如单独配置) ； ( 8 ) 与智能站用电源系统的通信接口软件； ( 9 ) 与图像监控系统的通信接口软件； 1 2 第二章田心站综合自动化改造项目的前期评价和初设 ( 1 0 ) 与小电流接地选线装置的通信接口软件等。 计算机监控系统与智能设备的通信规约应执行国标、行标及i e c 标准。卖方应完 成各种通信规约的转换，使计算机监控系统正确接收和发送数据。 2 5 田心站综合自动化改造工程施工计划 由于2 2 0 k v 田心站是花都电网的重要枢纽，要边运行边改造，无论停电申请 还是施工安全问题，难度都比较大。因此，我们制定了详细的施工方案和施工计 划。施工计划如下： 日期工作任务运行方式施工班组监护人员 前期准备工作： 在建立田心站新的终端及有关 2 0 0 6 焦 准备工作； 1 1 1 3 0编写各专业的安装调试、验收 方案； 联系厂家，提前作好准备工作。 拆除1 0 k vf i l o 的1 0 k v 线路田心站、 2 0 0 6 年广州市花都耀 控制屏远动班、 2 1 5 华供用电工程 安装调试新保护屏 继电保护班 2 1 6 公司 ( f 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 ) 2 0 0 6 芷 f 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 开关保护传动f 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 开关 广州市花都耀田心站、 华供用电工程远动班、 2 1 7 试验及三遥测试转冷备用状态 公司继电保护班 2 0 0 6 焦 广州市花都耀 田心站、 安装调试新保护屏 2 1 8 华供用电工程 远动班、 ( f 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 、5 2 t ) 2 1 9公司继电保护班 广州市花都耀 田心站、 2 0 0 6 生 f 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 、5 2 t 开关保护f 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 、5 2 t 华供用电工程 远动班、 2 2 0 传动试验及三遥测试开关转冷备用状态 公司继电保护班 2 0 0 6 芷广州市花都耀田心站、 安装调试新保护屏( 5 2 a c 、 2 2 1 华供用电工程 远动班、 5 2 b a c ，5 2 b b c ) 2 2 2公司继电保护班 2 0 0 6 矩 5 2 a c 、5 2 b a c ，5 2 b b c 开关保 5 2 a c 、5 2 b a c 、 r 。州市花都耀 田心站、 2 2 3 护传动试验及三遥测试5 2 b b c 开关转冷备华供用电工程 远动班、 1 3 华南理工大学硕十学位论文 2 2 4用状态公司 继电保护班 2 0 0 6 矩 广州市花都耀田心站、 2 1 0 安装调试新远动后台系统华供用电工程远动班， 2 2 0公司 继电保护班 拆除1 1 0 k v 线路保护屏、端子 对于间隔采用1 9 0 旁 广州市花都耀 路代供或转检修方 华供用电工程 田心站、2 0 0 6 芷箱、开挖二次电缆沟( 包括旁 式，平均7 天完成一 公司、广州花 2 1 5 路、田南线) 个间隔，争取同时做 都第四建筑工 远动班、 5 2 0 安装调试线路新保护屏、端子继电保护班 2 个1 1 0 k v 线路间 程有限公司 箱 隔。 广州市花都耀田心站， 2 0 0 6 矩2 2 0 k v # 1 主变保护、测控屏2 2 0 k v # 1 主变转 华供用电工程远动班、 3 1 3 1 5 安装调试。检修 公司 继电保护班 2 0 0 6 芷广州市花都耀田心站、 2 2 0 k v # 2 主变保护、测控屏2 2 0 k v # 2 主变转 3 1 5 华供用电工程远动班、 安装调试。检修 3 3 0公司 继电保护班 2 0 0 6 焦 2 2 0 k v 旁路保护、测控屏安装2 2 0 k v 旁路开关转 广州市花都耀田心站、 华供用电工程远动班、 4 1 4 1 0 调试。检修 公司 继电保护班 2 0 0 6 焦广州市花都耀田心站、 2 2 0 k v 北田甲线保护、测控屏2 2 0 k v 旁路代供北 4 1 l 华供用电工程远动班、 安装调试。田甲开关 4 2 0 公司继电保护班 2 0 0 6 焦广州市花都耀田心站， 2 2 0 k v 北田乙线保护、测控屏2 2 0 k v 旁路代供北 4 2 1 华供用电工程远动班、 安装调试。田乙开关 4 3 0 公司继电保护班 广州市花都耀田心站、 2 0 0 6 焦 2 2 0 k v 母联保护、测控屏安装2 2 0 k v 母联开关转 华供用电工程远动班、 5 1 5 1 0调试。检修 公司继电保护班 2 0 0 6 焦 广州市花都耀田心站、 1 1 0 k v 母联保护、测控屏安装1 1 0 k v 母联开关转 5 1 l 华供用电工程远动班、 调试。 检修 5 2 0公司继电保护班 2 0 0 6 年1 0 k v5 0 0 a 甲、 广州市花都耀 田心站、 1 0 k v5 0 0 a 甲、5 0 0 b 甲母联 5 2 l 5 0 0 b 甲母联开关转华供用电工程 远动班、 保护、测控屏安装调试。 5 3 0 检修公司继电保护班 1 4 第二章田心站综合自动化改造项目的前期评价和初设 2 0 0 6 在 广州市花都耀田心站、 1 0 k vp t 切换屏安装调试华供用电工程远动班、 3 1 3 5 公司 继电保护班 广州市花都耀 田心站、 2 0 0 6 年 1 1 0 k vp t 切换屏安装调试 华供用电工程 远动班、 3 6 3 1 0 公司继电保护班 2 0 0 6 盔 广州市花都耀 田心站、 3 1 1 2 2 0 k vp t 切换屏安装调试 华供用电工程远动班、 3 2 0公司继电保护班 广州市花都耀田心站、 2 0 0 6 芷 后台远动系统、继保信息系统 华供用电工程远动班、 6 1 6 3 0联调 公司继电保护班 2 6 本章小结 本章主要通过对2 2 0 k v 田心变电站改造前的保护和自动装置配置情况和运行 情况进行了评价分析，阐述了变电站综合自动化系统的内容、主要功能和信息量 和结构形式以及综合自动化系统的基本概念和基本特征，对田心变电站综合自动 化系统的内容、主要功能、信息量和结构形式进行了总体上的设计，并制定了合 理的施工方案。 1 5 华南理1 = 大学硕+ 学位论文 第三章田心站综自系统结构形式的选择与设计 3 1 变电站综合自动化系统的结构形式 自从1 9 8 7 年我国第一套变电站综合自动化系统投入运行以来，随着集成电路 技术、微计算机技术、通信技术和网络技术的不断发展，综合自动化系统的体系 结构也不断改进，其性能和功能以及可靠性等不断提高。根据综合自动化系统的 设计思想和安装的物理位置的不同，其硬件结构可以分成很多种类。但从国内外 交电站综合自动化系统的发展过程来看，其结构形式大致可分为集中式结构、分 层分布式结构形式和分布分散式结构形式等几种。 3 1 1 集中式结构形式 集中式结构的综合自动化