（电气工程专业论文）220千伏传统变电站综合自动化应用研究.pdfVIP

a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc h i n a 。sp o w e ri n d u s t r y , a sw e l la st h e p r o g r e s so fc o m p u t e r s , c o m m u n i c a t i o n sa n do t h e rt e c n o l o g i e s , t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n a u t o m a t i o ns y s t e mh a se n t e r e dap r a c t i c a ls t a g e t h es y s t e r me n a b l et h ee q u i p m e n t ( i n c l u d i n gi n t e l l i g e n tr e l a y p r o t e c t i o nu n i t sa n da u t o m a t i cd e v i c e ，o b s e r v e a n dc o n t r o l ， d c s y s t e m se r e ) t oe x c h a n g ea n d d e a lw i t ht h ed a t aw i t ht h em a i n f r a m eb yu s i n g c o m p u t e r sa n d n e t w o r k i t sak i n do ff u l l d i g i t a la n ds t r o n g l y m a n e u v e r a b i l i t y s y n t h e s i z e sa u t o m a t i o ns y s t e m a so n e k i n do fe l e c t r i ct e c h n i c a lw a y st oi m p r o v et h e q u a l i t yo fp r o d u c t s ，i tg u a r a n t e e st h ee l e c t r i cp o w e r m a n u f a c t u r eh i g h - q u a l i t ya n d h i g h e f f i c i e n c y b a s e do nt h ec o g n i t i o no ft h ei n t e g r a t e da u t o m a t i o ns y s t e m ，t h ep a p e rc o n s u l t e d s o m ek i n d so ft h ed o m e s t i cs u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e ms t r u c t u r e sa n da l s od r a w i n g o ns o m eo ft h e i ra d v a n t a g e s ，p a r t i c u l a r l yf o ri n t e r v a l ，l a y e r e dd i s t r i b u t e di n t e g r a t e d a u t o m a t i o ns y s t e r ms t r u c t u r ep a t t e r n 。i to p t i m i z e d2 2 0 k vh 。a nt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n a u t o m a t i o na l t e r a t i o na n ds u g g e s t e daf e a s i b l ep r o j e c t a sae x a m p l e ，i ts h o w sh o wt o u s et r a n s f o r m e rs u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e r mi nt h e2 0 0 k vt r a d i t i o n a lt r a n s f o r m e r s u b s t a t i o nf i e l d s t h ep a p e rp r e s e n tt h ec o n c e p to ft h es u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ，a l s o d i s c u s s e dt h ec o n t e n t ，f u n c t i o n ，r e q u i r e m e n ta n dt h ed e s i g no f2 2 0 k vi n t e g r a t e d a u t o m a t i z a t i o ns y s t e m f i n a l l y , i te m p h a s i z e dt h ea l t e r a t i o no ft h e2 2 0 k vt r a d i t i o n a l t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o nb a s e do i lr c s 一9 7 0 0i n t e g r a t e da u t o m a t i z a t i o ns y s t e m k e yw o r d s ：t r a n s f o r m i n gs u b s t a t i o ni n t e g r a t i o n - a u t o m a t i o n a l t e r a t i o n 插图清单 图4 1 六安变改造前自动化系统示意图。，。2 3 图4 2 六安变综合自动化改造前屏位布置图2 4 图4 3 六安变综合自动化网络图2 8 图4 4 六安变综合自动化改造后屏位布置图3 5 图4 5 六安变综自改造过程中自动化系统示意图，3 6 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 金胆王些太堂 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已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 糊姗魏毒古厂 签字日期砷年砌岁日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒壁王些太堂有关保留、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，允许论文被查阋和借阅。本人授权盒月g 王 些太堂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。 学位论文作者签名 签字嗽浒 品玎 腑2 日 ， 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：安徽省六安供电公司 通讯地址：六安市人民路7 1 号 导师签名： 拗扒 签字日期：) 车2 月乡日 电话：0 5 6 4 3 6 9 2 3 0 3 邮编：2 3 0 0 5 1 致谢 自2 0 0 3 年1 2 月开始攻读学位以来，至今已近三年。在这段时间里， 从专业学习、全国工程学位水平考试、到论文的完成，无不得到导师 杜少武教授的不倦教诲。导师认真的工作态度，严谨的治学作风和探 索创新的精神，时刻在鼓励和鞭策着我。在杜少武教授的指导下，使 我确定了自信心，学会了科研的方法，开阔了视野，也学到了许多做 学问、做人的道理。在此向导师表示深深的谢意! 感谢合肥工业大学孙鸣教授的指导和帮助。 感谢所有参考文献的作者和同行的工作，给予我莫大的启发。 感谢我的妻子杨国俊三年来给予我极大的理解、支持和鼓励，这 三年来我对家庭的关心太少，在此深表歉意! 第一章绪论 1 1 变电站综合自动化的基本概念 随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，变电站综合自动化技 术也得到了迅速发展，近年来，变电站综合自动化己成为趋势，目前新建变电站 均已按照综合自动化变电站模式建造，2 2 0 千伏及以下电压等级变电站国网公司 目前已将综合自动化作为典设来考虑，之所以如此，是因为：随着我国电力工 业和电力系统的发展，对变电站的安全、经济运行要求越来越高，实现变电站综 合自动化，可提高电网的安全、经济运行水平，减少基建投资，并为推广变电站 无人值班提供了手段：随着电网复杂程度的增加，各级调度中心要求更多的信 息，以便及时掌握电网及变电站的运行情况；为提高变电站的可控性，要求采 用更多的远方集中控制，集中操作和反事故措施等；利用现代计算机技术、通 信技术等，提供先进的技术装备，可政变传统的二次设备模式，实现信息共享， 简化系统，减少电缆，减少占地面积；对变电站进行全面的技术改造。 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、自动装置和远功装置等) 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、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。因此，变电站综合自动化是自动化技术、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，可方便地监视和控制变电 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、运行管理智能化等特征。 变电站综合自动化的发展历程按时问顺序可将变电站自动化系统的发展历 程分成三个阶段： 第一阶段面向功能设计的集中式r t u = 1 3 1 常规保护模式( 始于2 0 世纪舳年代) ； 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( 始于2 0 世纪9 0 年 代) ； 第三阶段面向间隔、对象设计的分层分布式结构模式( 始于2 0 世纪9 0 年代末 期1 。是当前最为普遍的一种模式。 近几年来，随着计算机技术、通信技术、微电子技术的发展，变电站综合自 动化技术取得了长足的进展。如今，变电站综合自动化技术已成为当前我国电力 工业推行技术进步的重点之一。利用该技术开发的变电站综合自动化系统( 以下简 称综自系统) 也己成为变电站运行的主要设旋之一。 1 ，2 传统变电站目前存在的问冠 众所周知，变电站是电力系统中不可能缺少的重要环节，它担负着电能转换 和电能重新分配的繁重任务，电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。尤其 是现在大容量发电机组的不断投运和超高压远距离输电和大电网的出现，使电力 系统的安全控制更加复杂，如果仍依靠原来的人工抄录、人工操作为主，依靠原 来变电站的旧设备，而不进行技术改造的话，必然没法满足安全、稳定运行的需 要。更谈不上适应现代电力系统管理模式的需求。传统的变电站存在如下缺点。 1 、安全性、可靠性不能满足现代电力系统高可靠性的要求。传统的变电站 大多数采用常规的设备、尤其是二次设备中的继电保护和自动装置、远动装置等 采用电磁型，结构复杂、可靠性不高，本身又没有故障自诊断的能力，只能靠一 年一度的整定值的校验发现问题，才进行调整与检修或必须等到保护装置发生拒 动或误动后才能发现问题。 2 、供电质量缺乏科学的保征。随着国民经济的持续发展，不仅各工矿企业， 而且居民用户对保证供电质量的要求越来越高。衡量电能质量的主要指标是频率 和电压，目前还应考虑谐波问题。传统的变电站，大多数不具备实时调压手段和 2 策略，至于谐波污染造成的危害。还没有引起足够的重视和采取有力的解决措施， 不能满足目前发展的电力市场的需求。 3 、占地面积大，增加了征地投资。实现了综合自动化的变电站与传统的变 电站相比，在一次设备方面，目前还没有多大的差别，而差别较大的是二次设备。 传统的变电站，二次设备多数采用电磁式，体积大、笨重，因此，主控制室、继 电保护室占地面积大。这对于人口众多的我国，特别是对人口密度很大的城市来 说，是一个不可忽视的问题。如果变电站实现综合自动化，则会大大减少占地面 积，这对国家眼前和长远的利益都是很有意义的。 4 、不适应电力系统快速计算和实时控制的要求。电力系统要做到优质、安 全、经济运行，必须及时掌握系统的运行工况，才能采取一系列的自动控制和调 节手段，但传统的变电站不能满足向调度中心及时提供运行参数的要求；一次系 统的实际运行工况，由于远动功能不全，一些遥测、遥信无法实时送到调度中心； 而且参数采集不齐，不准确。变电站本身又缺乏自动控制和测控手段，因此没法 进行实时控制，不利于电力系统的安全、稳定运行。 5 、维护工作量大，设备可靠性差，不利于提高运行管理水平和自动化水平。 常规的保护装置和自动装置，其整定值必须定期停电校验，每年校验保护定值的 工作量是相当大的；也无法实现远方修改保护或自动装置的定值。 第二章变电站综合自动化系统的内容、功能和要求 2 1变电站综合自动化系统研究的内容 常规变电站的二次设备由以下几部分组成：继电保护、自动装置、测量仪表、 操作控制屏和中央信号屏以及远动装置( 较多变电站没有远动装置) 。在微机化以 前，这几大部分不仅功能不同，实现的原理和技术也各不相同，因而长期以来形 成了不同的专业和管理部门。8 0 年代以来，由于集成电路技术和微机技术的发展， 上述二次设备开始采用微机型的，例如：微机继电保护装置、微机型自动装置、 微机监控系统和微机r t u 等。这些微机型装置尽管功能不同，但其硬件结构大 同小异，除微机系统本身外，一般都是由对各种模拟量的数据采集同路和i o 回 路组成，而且所采集的量和所控制的对象还有许多是共同的；促使研制者思考如 何打破原来常规的二次设备的框框，从变电站的全局出发，着手研究全微机化的 变电站二次部分的优化设计问题，这就是。变电站综合自动化系统”的由来。 由于变电站综合自动化系统投入运行以后显示出许多原来变电站常规的二 次设备所不能具备的优越性，主要表现在如下几个方面： 1 、提高供电质量，提高电压合格率。由于在变电站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，利用a v c 自动控制策略，可以大大提高电压合格率，保证电力系统主要 设备和各种电器设备的安全。使无功潮流合理、降低网损、节约电能损耗。 2 、提高变电站的安全、可靠运行水平。变电站综合自动化系统中的各子系 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。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。 3 、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，对变电站主要设备和各输、配电 4 线路的运行工况和运行参数便一日了然。综合自动化系统具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， 大大提高运行管理水平。 4 、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，同时由于二次装置 均为微机保护装置，与常规的二次设备相比。可以大大缩小变电站的占地面积。 因而可以减少变电站的总投资。 5 、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。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，达到减入增效的目的。 虽然采用常规的继电保护和控制设备，加上完备的四遥远动装置，也可实现 上述一些要求，但全面满足上述要求则是变电站综合自动化系统需解决的问题。 因此，变电站自动化的研究与开发工作，主要包括如下两方面内容： 1 、对2 2 0 千伏及以下中、低压变电站，采用自动化系统，利用现代计算机 和通信技术。对变电站的二次设备进行全面的技术改造，取消常规的保护、监视、 测量、控制屏，实现综合自动化，以全面提高变电站的技术水平和运行管理水平， 并逐步实行无人值班或减人增效。 2 、对2 2 0 千伏以上的变电站，主要是采用计算机监控系统以提高运行管理 水平，同时采用新的保护技术和控制方式，促进各专业在技术上的协调，达到提 高自动化水平和运行、管理水平的目的。 总之，变电站综合自动化的内容应包括电气量的采集和电气设备( 如断路器 等) 的状态监视、控制和调节。实现变电站正常运行的监视和操作，保证变电站 的正常运行和安全。发生事故时，由继电保护和故障录波等完成瞬态电气量的采 集、监视和控制，并迅速切除故障和完成事故后的恢复正常操作。从长远的观点 看，综合自动化系统的内容还应包括高压电器设备本身的监视信息( 如断路器、变 压器和避雷器等的绝缘和状态监视等) 。除了需要将变电站所采集的信息传送给调 度中心外，还要送给运行方式科和检修中心，以便为电气设备的监视和制定检修 计划提供原始数据。 实现变电站综合自动化的目标是提高变电站全面的技术水平和管理水平；提 高安全、可靠、稳定运行水平，降低运行维护成本；提高经济效益，提高供电质 量，促进配电系统自动化。实现变电站综合自动化是实现以上目标的一项重要技 术措施。 2 2 变电站综合自动化系统的基本功能 综自系统是多专业的综合技术，国际大电网会议w g 3 4 0 3 i 作组在研究变电 站的数据流时，分析了变电站自动化系统需完成的功能大概有6 3 种，归纳起来， 主要包括：监视、控制功能；自动控制功能；测量表计功能；继电保 护功能；与继电保护有关的功能；接口功能；系统功能。 结合到国内的实际情况，综自系统的功能则主要表现在以下6 个子系统中： 监控子系统：微机保护子系统；电压，无功综合控制子系统；低频 减载控制；备用电源自投控制；通信系统。 2 2 。1 监控子系统 监控子系统取代了常规的测量系统，改变了常规的操作机构和模拟盘，改变 了常规的告警、中央信号、光字牌等信号形式，取代了常规的远动装置，主要由 以下几个部分组成：数据采集：包括模拟量采集、开关量采集、电能计量； 事件顺序记录( s 0 e ) ：故障记录、故障录波；操作控制功能；管理功能。 2 2 2 微机保护子系统 微机保护装置具有灵活性强、性能稳定、灵敏度高、体积小、功能全、接口 方便、调试、维护方便等诸多突出优点，近年来在我国发展非常迅速。按照国际 大电网会议w g 3 4 0 3 工作组的定义，微机保护装置应组成综自系统的微机保护子 系统。当前的做法是，针对不同的元件和线路设立专门的保护装置，各保护装置 功能相对独立，保护动作等重要信号以接点信息的形式送至计算机监控系统的测 控单元，而具体的保护事件信息则通过串行通信的方式集中送至监控系统后台， 必要的情况下，设立保护通信管理机，负责对各保护单元进行集中管理。综自系 统可监视所有保护装置的动作信号和事件信息，可查看保护定值，并且具备了保 护定值远方修改功能，但为了安全起见，保护定值远方修改功能一般不使用。 2 2 3 电压、无功综合控制子系统 综合自动化系统应具备保证安全、可靠供电和提高电能质量的自动控制功 能。电压和频率是电能质量的重要指标，因此，自动电压、无功综合控制子系统 是综合自动化系统的重要组成部分。 造成系统电压下降的主要原因是系统的无功功率不足或无功功率分布不合 理，因此，对发电厂来说，调压的主要手段是调整发电机的励磁，而对于变电站 来说，调压的主要手段则是调整有载调压变压器分接头位置和控制无功补偿电容 器，少数2 2 0 千伏以上的高压或超高压变电站装设有调相机和静止无功发生器， 有的变电站既有并联补偿电容器又设有并联补偿电抗器。 当前，主要有两种手段来实现自动电压、无功综合控制：装设专门的微 机型电压、无功综合控制装置，实践证明该技术目前已经较为成熟、可靠；利 用综自系统内置的电压无功控制( v q c ) 软件，按照既定的控制策略，通过调整有 载调压变压器分接头位置、控制电容器组和电抗器组的投切来自动实现电压、无 功的综合优化。 7 2 2 4 低频减载控制 系统频率是电能质量的重要指标之一，为了保证系统频率维持在5 0 + 0 1h z 的范围内，需要采取低频减载控制措旄，根据所供负荷的重要程度将馈电线路分 成基本级和特殊级两大类，可设定多个切除轮次，一般设定5 轮或8 轮。按照整定 条件进行不同轮次的负荷切除控制。微机型低频减载装置经过近几年的发展已经 相当成熟。目前，变电站实现低频减载控制的方式主要有两种：采用专门的 微机型低频减载装置；把低频减载的控制分散装设在每回馈电线路的保护装 置中，即在线路保护装置中增加一个测频环节，根据频率整定值即可实现低频减 载控制，这是今后技术发展的趋势，目前尚不十分成熟。 2 2 5 备用电源自投控制 备用电源自动投入( 以下简称备自投) 是保证配电系统连续可靠供电的重要措 施。各自投装置是一种因故障或其他原因使用户的工作电源被断开后，能迅速将 备用电源、各用设备自动投入运行，恢复对用户正常供电的安全自动装置。目前 传统的晶体管型或电磁型的各自投装置已被微机型的各自投装置所取代。其特点 是：功能强大、适应面广，可适应进线自投、高压母联自投和低压母联自投 的控制需要；具有通信功能，能更好地适用于无人值班的需要；体积小、 性价比高；故障自诊断能力强，可靠性高且便于维护。 2 2 6 通信系统 综自系统是由多个单一功能子系统组成的，各个子系统之间通过通信子系统 联系在一起，构成了一套综合、协调控制的系统，通信子系统在综自系统中起到 了信息高速公路的作用；另一方面，出于取代传统远动装置r t u 的需要，综自 系统还应具备与上级调度机构s c a d a e m s 主站通信的功能，因此，其通信系 8 统包括两个方面： 1 、系统内部的现场级通信。通信范围是变电站内部，通信方式主要有串行 通信、现场总线及网络通信，通信规约决定于相连的各子系统间的约定，通信速 率和带宽一般较高。 2 、与调度端的通信。通信范围是综自系统远动工作站至上级调度主站通信 前置机，通信方式一般为模拟专线、数字专线，通信速率和带宽一般较低，但随 着调度专用网络的建设，通信速率和带宽将得到很大程度的提高。 2 3 变电站综合自动化系统的特点 从上述变电站综合自动化系统的基本功能的介绍中，可看出变电站综合自动 化系统有以下几个突出的特点。 2 3 1 功能综合化 变电站综合自动化系统是个技术密集、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置；还可根据用户 的需要，微机保护子系统和监控子系统结合，综合了故障录波，故障测距和小电 流接地等子系统的功能。 2 3 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 系统联接起来，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 9 甚至几十个微处理器同时并行工作。实现各种功能。 2 3 3 测量显示数字化 长期以来，变电站采用指针式仪表作为测量仪器，其准确度低、读数不方便。 采用微机监控系统后，彻底改变了原来的测量手段。常规指针式仪表全被c r t 显示器上的数字显示所代替，直观、明了。而原来的人工抄表记求则完全由打印 机打印、报表所代替。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。 2 3 4 操作监视屏幕化 变电站实现综合自动化后，不论是有人值班，还是无人值班，操作人员不是 在变电站内，就是在主控站或调度室内，面对彩色屏幕显示器，对变电站的设备 和输电线路进行全方位的监视与操作。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跳、合闸操作，被c r t 屏幕上的鼠标操作或键盘操作所代替：常规的光字牌报警信号，被c r t 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。 2 3 5 运行管理智能化 变电站综合自动化的另一个最大特点是运行管理智能化。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；而且能实现自动化系统 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j 常规的二次设 1 0 备只能监视一次设备，而本身的故障必须靠维护人员去检查，本身不具备自诊断 能力。 总之，变电站实现综合自动化可以全面地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系统运营的需要。 2 4 综自系统网络结构 按照功能划分，综自系统的网络结构可分为站控层和间隔层。 蜘j ( e t h e r n e t ) 技术在变电站综合自动化系统得到了广泛的应用，且已成为 事实上的标准，有单网结构、双网结构，还有环网结构，其中，双网结构最为普 遍。目前，在2 2 0 千伏及以上电压等级变电站广泛采用的网络结构主要有三种： 间隔层设备经前置单元上网；间隔层设备单独组网后上网；间隔层设备 直接上网。 比较而言，第一种结构存在缺点：前置单元是站控层网络和间隔层网络的 瓶颈，前置单元故障将直接影响到整个系统的功能；设立前置单元不符合功能 下放、分层分布的思想，也不满足调度信息直采直送的要求；随着i e c 6 1 8 5 0 国际标准的推出，间隔层设备将提供统一的接口，采用统一的协议，前置单元的 协议转换功能己无太大必要。 第二种结构和第三种结构是完全一样的，只是描述方法不同。第三种结构将 是今后较长时期内最为合理、技术最先进的网络结构。 2 5 变电站综合自动化技术的发展趋势 1 、高度集成化。 新型的大规模集成电路进一步应用在保护和测控装置上。将使电路板更加小 型化、集成化，装置通信、数据存储及处理能力更强。可将控制、保护、故障录 波、事件记录和运行支持系统的数据处理等功能，通过模块化设计集成在一个装 1 1 置内；间隔内部、间隔之间以及间隔层与站控层间的通信可统一用一层网即光纤 以太网来实现。 2 、高度数字化。 智能开关设备、光电式电压互感器和电流互感器、智能电子装置( m d ) 等的研 发，智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路将逐渐取代传统的一次回 路，数字信号将完全取代模拟信号。站控层、间隔层、过程层最终将用统一的网 络连接起来，并实现统一的通信标准。 第三章2 2 0 千伏综合自动化系统改造应用研究 3 1 2 2 0 千伏无人值班站综合自动化系统设计 3 1 1变电站综合自动化与无人值班变电站 3 1 1 1 变电站综合自动化 变电站综合自动化是指变电站二次系统通过利用计算机技术、现代控制技 术、网络通信技术和图形显示技术，实现集常规变电站控制、洲量、信号、保护、 计量、自动装置、远动等功能于一体的计算机监控系统。 3 1 1 2 无人值班变电站 无人值班变电站是指无固定值班人员在站内进行日常监视与操作的变电站， 站内主要设备的操作和监控由中心控制站远方监控系统或上级调度中心调度自 动化系统的四遥功能实现。无人值班变电站可采用综合自动化系统实现，也可采 用常规二次设备和远动终端装置实现。 3 1 2 无人值班变电站综合自动化系统设计 3 1 2 1 主要设计原则 无人值班变电站综合自动化应采用分层分布式计算机监控系统，按纵向分为 间隔层设备和站控层设备，按横向分为不同电压等级的输电线路、母线设备以及 主变压器等一次元件，根据面向对象的设计思想，将同一安装单位的二次功能如 测控、同期合闸、防误操作闭锁集成在间隔层测控单元实现，从而间隔层设备所 需配置的功能只影响本单元，以取得较好的独立性和扩展性能。系统方案配置以 无人值班管理模式为原则，取消常规控制屏、模拟屏以及操作员工作站，以计算 机远方遥控手段为主方式实现工业技术对整个变电站的监视、测量、控制和运行 管理。 3 1 2 2 网络结构 系统网络结构按纵向分为变电站层和间隔层，变电站层设置冗余的远动终端 和就地工作站，布置在二次设备间。远动终端将按照调度端和中心控制站要求的 通信规约实现遥信、遥测信息的上传，并在远端对间隔层设备进行管理和下发遥 控、遥调命令。就地工作站配设简单的人机界面，完成现场调试、巡回检视、 就地检修维护功能，并通过此站实现故障录波和继电保护信息至中调和地调的上 送。 间隔层测控设备应按一次设备布置配置，2 2 0 千伏、1 1 0 千伏宜按出线及母线 设备间隔分别配置，主变进线宜按其三侧信息量统一配置测控单元，3 5 千伏宜按 每间隔配置测控、保护一体装置。各测控装置相对独立，完成就地设备信息的采 集和处理，断路器监控及同期合闸等功能，操作方式具备站内设备就地操作、就 地工作站操作和中心控制站远方操作相互闭锁等功能，间隔层设备所配置的功能 只影响本单元而独立于其他单元，有较好的独立性和扩展性能，提高整个系统的 可靠性。 站内通信网络采用以太网，全冗余配置，网络拓扑结构为总线型，连接变电 站层和间隔层设备，实现变电站层设备与间隔层各测控装置等设备之间的通信， 传输运行中的监视和控制信号，两网互为备用。 3 1 2 3 继电保护配置 考虑到继电保护在系统运行中的重要地位，对设备的保护装置仍独立设置， 按保护对象配置并单独组屏，实现就地分散布置，直接输人电流、电压量，动作 后直接操作断路器跳闸，与综自系统完全独立，以保证整个系统的可靠性。对3 5 千伏低压设备按保护、测控为一体化装置设置。 3 1 2 4 采集方式 采集范围应根据中心控制站、调度端运行管理要求以及站内电气设备的状况 为前提，以满足无人值班站远动信息要求为原则，采集方式及采集内容如下所述： 1 、模拟量信号采集在满足测量精度的前提下优先选择交流采样方式，非电 1 4 量信号如主变油温及绕组温度等，一般可通过变送器采集。 2 、数字量信号采集方式分为两种，主要保护动作和重合闸动作信号、断路 器、隔离开关及接地开关位置信号、断路器操作机构故障信号、控制回路及电压 回路断线信号、主变油位信号和变电站大门开闭等信号以干接点、硬接线按入测 控装置，其他信息均以通信接口的接入方式通过智能接口装置上传。 3 、电能量信号分为关口点电能量和非关口点电能量。关口点电度表通过通 信接口接入独立装设的电能计量子站后上送省调；非关口点电度表通过通信接口 接入站监控系统并上传地调。 3 1 3 系统组成及功能要求 3 1 3 1 变电站层配置 l 、远动终端 远动终端为双机配置、主备通道、双e l 调制解调器及防雷保护器，采用组柜 方式。支持各种r t u 远动规约，具有向省调、地调及中心控制站传送遥信、遥测 信息，接受遥控、遥调命令能力；支持双主机、双通道自动切换功能，完成任一 远动终端和任一远动通道组成的数据通信；满足直采直送的原则，直接从以太网 上获取间隔层测控装置发出的数据，经筛选、归并后按调度端和中心控制站的要 求建立远传数据库；支持通过以太网以t c p i p 协议与站内继电保护和其他智能 装置的通信，实现远程诊断和维护等功能。 2 、就地工作站 采用高性能p c 机，实现操作员工作站、工程师工作站和继保故障录波工作站 的作用。在变电站调试和试运行、巡回检视以及就地维护和检修期间，以该工作 站为中心，通过间隔层测控装置采集现场的模拟量、数字量和电能量等信号，对 实时数据进行统计、分析、计算，为操作人员提供各类画面显示、报表打印以及 事件报警，实现对全部电气设备的测量、控制、管理、记录和报警功能，实现自 动电压和无功控制功能，通过预设的控制策略或无功电压曲线，对相关测控 装置下达主变有载调压开关位置的调整和低压无功补偿设备的投切命令。在正常 运行时，可通过一台或多台调制解调器实时响应系统调度端和中心控制站的召 唤，实现继电保护信息和故障录波信息的上送。 3 、同步卫星时钟g p s 为保证对时精度，同步卫星时钟分别在变电站层和测控层设置。g p s 应具有 通信接口、同步脉冲接口或其他形式的同步信号接口，以满足站内智能设备同步 对时要求。系统采用软硬结合的对时方案，通信接口与远动终端相连，同步信号 接口直接输出至测控装置、继电保护装置以及其他l e d 设备，确保全站时钟同步。 3 1 3 2 间隔层配置 1 、测控装置 模块化结构，按间隔配置，组柜就地分散布置，它包括测量输入部件、遥控 输出部件、就地显示和手动控制部件以及网络通信接口部件，实现数据采集和处 理、同期、防误操作闭锁、自动低压低频减载，同步对时和继电保护及就地监视 和手动控制功能。 2 、规约转换装置 完成测控网络物理层硬件上的互连和物理层以上传输协议软件的转换，实现 继电保护装置、直流电源等智能设备各类信息的上传，满足无人值班变电站运行 管理要求。 3 1 4 方案特点 根据上述设计原则，其主要特点说明如下。 3 1 4 1 网络结构简化 测控网络作为监控系统的通信主干网络，采用了目前使用较为广泛的以太网 技术，较现场总线网络简化了前置层通信管理机，不仅具有标准而成熟的软硬件 配置，且计算机接口简单高效，通信带宽和传输速率大为提高。 3 i 4 2 继电保护和录波信息的接人方式 继电保护装置接入全站统一设置的规约转换器，采用与监控网络共网传输的 方式，其优点在于网络结构简单，并实现远端与就地保护信息的资源共享。对于 故障录波信息，由于其量大且传送时间长，因此不与监控网络共网传输，采用故 障录波考虑单独组网方式，以保证监控网络信息的实时传输，并通过就地工作站 将录波信息远传调度。 3 1 4 3 防误闭锁功能没计 无人值班站的防误闭锁操作应是微机监控终端实现功能之一，设计也以满足 远端操作可靠安全、现场维护操作简单可行为原则，根据电气配电装置的形式不 同，防误操作闭锁的设计方案应有所区别。 3 1 4 4 同期方式的考虑 2 2 0 千伏变电站的同期操作一般虽为同频并网方式，但2 2 0 千伏、1 1 0 千伏断 路器的同期投人方式是值得予以关注的，采用简单的同期闭锁继电器或线路重合 闸同期代之是不可取的。因为同频并网时虽然被同期两端电源的频率相同，但其 相角差则与电路之间的联系电抗和有功功率潮流有关，因此并网前应检测两端的 压差和相角差，通过计算程序确定所允许的相角差而捕捉到断路器最佳合闸时 刻。在远端控制系统以遥控方式进行同期操作或由微机监控终端主机实现同期条 件的判别，均存在着一定的问题，这是由于系统通信网络上不确定的延时存在以 及通道传输时延的影响，待并两端的交流电压信号按照一定的采样频率采集、处 理、上传后再进行运算检测，已无法确认同期条件的精确性，按此完成并网操作 极有可能造成对系统的冲击。因此对各同期点，应考虑捕捉同期方式，并由间隔 层设备实现该同期功能。各断路器测控单元采集待并两端的电压信号进行检测， 当同期断路器两端的压差，频差以及相角差在整定范围之内时，同期检测功能就 处于允许合闸状态；当遥控命令下达时，测控装置同时进行同期、闭锁、远方就 地控制状态等条件判定，若条件满足则执行相应控制操作。 1 7 3 22 2 0 千伏变电站的r c s - 9 7 0 0 综合自动化系统 r c s - - 9 7 0 0 型分布式变电站综合自动化系统基于变电站自动化整体解决方 案，运用新一代计算机技术、网络通信技术、最新国际标准，而推出的新一代 集保护、测控功能于一体的新型变电站综合自动化系统。适用于高压、超高压等 各种电压等级变电站，满足3 5 5 0 0 千伏各种电压等级变电站综合自动化的需要。 3 2 11 1 0 千伏及以上的线路及元件采用保护与测量、控制功能独立的原则 1 1 0 千伏及以上电压等级采用了保护与测控独立配置的原则。为此设计了适 合于高压线路测控的r c s 一9 r 7 0 5 c 测控装置。主要监控对象为变电站内的开关单 元，主要功能有：( 1 ) 6 2 路开关量变位遥信，开关量输入为2 2 0 v l l o v 光电隔离 输入：( 2 ) 一组电压、一组电流的模拟量输入，其基本计算量有电流、电压、电 度计算、频率、功率及功率因数；( 3 ) 15 次谐波测量；( 4 ) 遥控输出可配置为1 6 路 遥控分合， 遥控出口为空接点，遥控分合闸无公共点，出口动作保持时间可 程序设定；( 5 ) 4 路脉冲累加单元，空接点开入；( 6 ) 遥控事件记录及事件s o e ：( 7 ) 1 路检同期合闸；( 8 ) 支持电力行业标准dl t 6 6 7 1 9 9 9 ( 正c 6 0 8 7 0 一5 一1 0 3 标准) 的通讯规约，配有以太网，双网、l o o m b s ，超五类线或光纤通讯接口；( 9 ) 逻 辑闭锁功能，闭锁逻辑可编程；( 1o ) 大屏幕液晶，图形化人机接1 2 1 ，主接线图、 开关、刀闸及模拟量的显示，菜单及图形界面可编辑，并可通过系统网络直接下 载。 3 2 23 5 千伏及以下的线路及元件采用测控一体化的原则 3 5 千伏、1 0 千伏间隔为保护、测量、控制等功能测控一体化设备，这些装置 既可以分散安装在低压开关柜上，也可以集中组屏。 3 2 3 采用现场总线的通信连接方式 可采用分层分布式结构。该系统从整体上分为站控层、网络层、间隔层。站 控层采用分布式多机系统结构，灵活性好，可靠性高，且方便系统扩展。通过软 件组件的技术使用，实现软件功能的“即插即用”， 便于软件功能的扩充，能 很好地满足综合自动化系统的需要。间隔层主要由嵌入式测控单元组成，支持 1 0 0 m b s 以太网结构。网络层支持1 0 0 m b s 以太网结构，采用i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 国际标准通信规约，有效地保证了网络传输的实时性和可靠性。 3 2 4 计算机辅助调试界面和网络调试手段 计算机化、网络化的人机对话是综合自动化系统区别于常规”四遥”系统的 重要特征。r c s 9 7 0 0 综合自动化系统的所有微机装置都具有良好的计算机调试接 口， 所有的保护装置都支持网上调试。 3 3 系统部分的构成 3 3 1 网络的构架 综合自动化系统的网络，站控层网络为双绞线以太网，负责站控层各个工作 站之问以及来自间隔层的全部数据的传输和各种访问请求。硬件设备、数据链路 用以太网构成，网络传输协议采用t c p 口网络协议。应用层协议采用 i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 规约。网络传输速率为1 0 0 m b s 。 间隔层测控单元采用w o f l d f i p 高速现场总线，双网，2 5 m b s 。系统的变电 站层设置有3 种类型的主站：当地监控主站、远动主站和功能主站，分别完成当 地监控、r t u 模拟和网络调试、接地选线和v q c 等功能，主站之间通过以太网连 接，以实现信息共享。w o f l d f i p 是一种应用于自动化领域的开放式现场总线，是 i e c 雪际标准现场总线之一，目前广泛应用于能源、交通、过程控制等各种领域， 1 9 已被世界上许多大公司所采用， 如阿尔斯通( a l s t o m ) 、施耐德( s c h n e i d e r ) 、 霍尼韦尔( h o n e y w e l l ) 等。w o r l d f i p 现场总线主要有以下特点： ( 1 ) 良好的数据实时性。w o r l d f i p 采用有调度的总线访问机制，确保了总线数 据的实时性，可预见性，完全防止了总线“碰撞”的发生。 ( 2 ) 良好的电磁兼容性和现场防爆性。w o d d f i p 收发器采用变压器隔离，总 线的抗干扰及防爆性能符合i e c e m c i i i 标准，具有良好的可靠性和安全性。 ( 3 ) 较高的通讯速率。w o r l d f i p 具有3 种标准通讯速率，与其他现场总线相比， 是一路高速的现场总线。 ( 4 ) 介质冗余。w o r l d f i p 现场总线硬件支持通信介质冗余、任何一个通信介质 故障( 如电缆断线、短路等) ，不影响实际通信，可以实现系统的高可靠性连接。 ( 5 ) 较高的通信效率。w o r l d f i p - - 帧报文最大长度为2 5 6 字节，相对于采用较 短报文的现场总线，具有较高的通信效率( 报文有效数据与报文总长度的比值) 。 ( 6 ) 抗干扰能力强， 有效通讯距离超过5 0 0 m 。 3 3 2 当地监控 当地监控主站是r c s 9 7 0 0 计算机监控系统软件采用模块化结构，开放性好， 可靠成熟，方便适用。按照帮助文件的提示， 用户可以对软件系统进行安装和 配置文件生成。 2 0 第四章2 2 0 千伏六安变综合自动化改造应用实例 4 概述 2 2 0k v 六安变电站位于六安市望城岗，变电站2 2 0 千伏设备由安徽电力公司 省调统一调度，安徽省调和六安地调两级管理。 4 1 1 六安变一次设备情况 六安变现有1 2 0 m v a 强油循环有载调压三圈主变压器2 台，2 2 0 千伏为双母线 带旁母，出线3 条、专用旁路、专用母联：1