（电气工程专业论文）简析变电站的数字化发展.pdf

华l 艺电力大学了：程颈七专敛学稳论文 摘要 在变电站自动化领域中，智能他电气的发展，特别是智髓他开关、光电式互感器等 机电一体化设备的出现，变电站自动化技术即将进入数字化新除段。变电站自动化技术 经过十多年的发展已经达到定的水平，在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电 懿采耀了自动诧技术实现无入值班，丽虽在2 2 0 k v 及以上的超离压变电站建设中也大量 采用蠢动化新技术，献丽大大提高了电网建设的现代化水平，增强了输配电和电阏调度 的可能性，降低了变电站建设的总造价，这已经成为不争的事实。然露，技术的发展是 没有止境的，随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、 变电站运行操馋培训仿真等技本冀趋成熟，以及计算枫高速溪络在实时系统中的歼发应 需，势必对己有的变电站自动讫技术产生深刻的影晌，全数字化的变电站自动亿系统酃 将出现。 本文论述了数字化变电站智能化一次设备、爨动化系统、通信系统的特征、结构及 功能划分等，通过对变电站数字他发展，分析? 变电站数字化发展方向，探讨了数字他 变电站的建设方案，隧瞩的主要闯题及下一步要进行韵主要王佟。 f 关键词j 变电站，数字化，发震 a b s t r a c t 融壤ea r e a so f 垂菇魄lt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n 。t h ed e v e l o p m e n to fi n t e l l i g e n te l e c t r i c , e s p e c i a l l yi n t e l l i g e n ts w i t c h , p h o t o e l e c t r i cm u t u a li n d u c t a n c e , w i l lb et h en e ws t a g e f 擞菇妻越 d e v e l o p m e n t a f t e r10y e a r sd e v e l o p m e n t ，t h ea u t o m a t i z a t i o no ft r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n a c h i e v e dac e r t a i nl e v e l i nt h eb u i l da n dr e f o n no fc h i n a sp o w e rs u p p l yn e t w o r k n o to n l y m a m a n n e do nw a t c hc a nb ep e r f o r m e db ya u t o m a t i z e dt e c h n o l o g y , b u ta l s ot h en e w a u t o m a t i z e dt e c h n o l o g yc a r lb ea b u n d a n t l ya p p l i e di nc o n s t r u c t i o no f2 2 0 k ve x t r ah i g h v o l t a g et r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n f u r t h e r m o r e , i ti s t h eu n d o u b t e df a c tt h a tt h e s en e w a u t o m a t i z e dt e c h n o l o g i e sc a ng r e a t l yi m p r o v et h em o d e r n i z a t i o nl e v e lo fp o w e rs u p p l y n e t w o r kc o n s t r u c t i o n 。e n h a n c et h ep o s s i b i l i t yo fp o w e rt r a n s m i s s i o n 。d i s t r i b u t i o na n d a t t e m p e r m e n t 。 。 o u ri n v e s t i g a t i o nd e s c r i b e dt h ea s p e c t s ，s t r u c t u r ea n df u n c t i o n f 镬鏊i 砖t r a n s f o r m e r s u b s t a t i o na u t o m a t i z a t i o ns y s t e m t h r o u g hd i 菇t a ld e v e l o p m e n to ft r a n s f o r m e rs u b s t a t i o i l ， d i s c u s st h ea p p l i c a t i o no fb l u et e e t ha n de m b e d d e de t h e r n e ti nd i 画t a ld e v e l o p m e n to f t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n y a n gz h e n g s h e n g ( e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gj i a n h u a 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 na u t o m a t i z a t i o n , d i g i t a l , d e v e l o p m e n t 华l 艺电力大学了：程颈七专敛学稳论文 摘要 在变电站自动化领域中，智能他电气的发展，特别是智髓他开关、光电式互感器等 机电一体化设备的出现，变电站自动化技术即将进入数字化新除段。变电站自动化技术 经过十多年的发展已经达到定的水平，在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电 懿采耀了自动诧技术实现无入值班，丽虽在2 2 0 k v 及以上的超离压变电站建设中也大量 采用蠢动化新技术，献丽大大提高了电网建设的现代化水平，增强了输配电和电阏调度 的可能性，降低了变电站建设的总造价，这已经成为不争的事实。然露，技术的发展是 没有止境的，随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、 变电站运行操作培训仿真等技本冀趋成熟，以及计算机高速霹络在实时系统中的开发应 需，势必对己有的变电站自动讫技术产生深刻的影晌，全数字化的变电站自动亿系统酃 将出现。 本文论述了数字化变电站智能化一次设备、爨动化系统、通信系统的特征、结构及 功能划分等，通过对变电站数字他发展，分析? 变电站数字化发展方向，探讨了数字他 变电站的建设方案，隧瞩的主要闯题及下一步要进行韵主要王佟。 f 关键词j 变电站，数字化，发震 a b s t r a c t 融壤ea r e a so f 垂菇魄lt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n 。t h ed e v e l o p m e n to fi n t e l l i g e n te l e c t r i c , e s p e c i a l l yi n t e l l i g e n ts w i t c h , p h o t o e l e c t r i cm u t u a li n d u c t a n c e , w i l lb et h en e ws t a g e f 擞菇妻越 d e v e l o p m e n t a f t e r10y e a r sd e v e l o p m e n t ，t h ea u t o m a t i z a t i o no ft r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n a c h i e v e dac e r t a i nl e v e l i nt h eb u i l da n dr e f o n no fc h i n a sp o w e rs u p p l yn e t w o r k n o to n l y m a m a n n e do nw a t c hc a nb ep e r f o r m e db ya u t o m a t i z e dt e c h n o l o g y , b u ta l s ot h en e w a u t o m a t i z e dt e c h n o l o g yc a r lb ea b u n d a n t l ya p p l i e di nc o n s t r u c t i o no f2 2 0 k ve x t r ah i g h v o l t a g et r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n f u r t h e r m o r e , i ti s t h eu n d o u b t e df a c tt h a tt h e s en e w a u t o m a t i z e dt e c h n o l o 翻 e sc a ng r e a t l yi m p r o v et h em o d e r n i z a t i o nl e v e lo fp o w e rs u p p l y n e t w o r kc o n s t r u c t i o n 。e n h a n c et h ep o s s i b i l i t yo fp o w e rt r a n s m i s s i o n 。d i s t r i b u t i o na n d a t t e m p e r m e n t 。 。 o u ri n v e s t i g a t i o nd e s c r i b e dt h ea s p e c t s 。s t r u c t u r ea n df u n c t i o n f 镬g i t a lt r a n s f o r m e r s u b s t a t i o na u t o m a t i z a t i o ns y s t e m t h r o u g hd i g i t a ld e v e l o p m e n to ft r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n ， d i s c u s st h ea p p l i c a t i o no fb l u et e e t ha n de m b e d d e de t h e r n e ti nd i g i t a ld e v e l o p m e n to f t r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n y a n gz h e n g s h e n g ( e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gj i a n h u a 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 na u t o m a t i z a t i o n , d i g i t a l , d e v e l o p m e n t 华北电力火学j f ：程硕士专业学位论文 声明尸明 本入郑重声甓：此处所提交的工程硕专业学位论文箍轿变电站的数字纯发展， 是本人在华北电力大学攻读工程硕士专业学位期闻，在导师指导下进行的研究工作和取 得的研究成果。据本人所知，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，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位 或证书瑟使焉过的材料。与我一丽工作的同志对本研究所傲的任何贡献均避在论文中终 了明确的说明并表示了谢意。 学佼论文俸者签名：日期：妒皇! 兰：! ， 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保鐾、使用学位论文的规定，郎：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采爝影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传攒 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：导师签名： 圈期：鬯窒：兰：! o日 期：兰! ! 呈：墨：! o 2 华i 电力人学j l ：张硕士专数学位论文 第一章数字化变电站的特点 1 智髓化的一次设备 一次设备被检测的信号回路和被控制的搡侔驱动回路采用微处理器翱光电技术设 计，简化了常规机电式继电器及控制阐路的结构，数字程控器及数字公共信号网络取代 传统的导线连接。换言之，变电站一次设备中常规的继毫器及其逻辑隧鼹被可编程序代 替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。并且一次设鍪实现了故障 的自动检测、诊断、信惠上传，减少了停电检修酶枫攀，提高了电网运霉亍可靠性。 电子式互感器； 随着电网容量的不断增大和电压等级的提嵩，传统的电磁式互感器面临穰多阕题： 绝缘技术复杂、成本高、体积大而笨重；互感器铁心饱和闯题；c t 输出端不能- 开路，汀 可能产生铁磁谐振等。 电予式互感器具有抗电磁干扰、不饱和、测量范围大、动态范围大、频率响应宽、 不怕二次开路短路、不会谐振、体积小重量轻等优点。 电子式电流互感器按传感原理耐分为线圈电子式电流互感器稻纯光电子式咆流嚣 感器。纯光电子式电流互感器因其一次传感部分无需电源，又称无源式电子互感器；线 圈电子式电流夏感器次传感郝分因有电子毫路需要电源，又称有源式电子互感器( 具 体结构如图一1 所示) 。现国内两种互感器均有成型产品，虽然纯光电子式电流互感器 从原理更具优势和发展潜力，但就目前综合比较而言，线圈电予式电流互感器更具有技 术优势，这是因走：线圈电子式电流互感器的成型产髭可提供两路完全独立的数据源 ( 从线圈、远端模块到合并单元均独立) ，符合继电保护双重化要求；纯光电予式电流 互感器的成型产晶数据源只有一路，不能满是继电保护双萋他要求。纯光电子式电流 互感器的光线偏振器、调制器、光源驱动等电子网路安装褒户外电流互感器下部端子盒， 易受环境、溢度、磁场等影响( 如图3 薪示) ；线圈电子式电流互感器远端模块虽然氇 安装在户外，遮是用绝缘脂浇注在互感器内( 如图2 所示) ，相对而言受温度和环境影 响更小一些。 邀邀式 一 罗跑线匿 一 缝龙擞 华北电力人学i ：程硕+ 专业学位论文 幽l电流旦：感器原理i 纠 丌关场土控室 h2 线阁i u 子式l 也流且感器示意幽 r 光纤电流传感器 ，风 一伙汀缄 丑 t j 易 釜一绝缘j f - 么氐 么 怒。 易c 棚卜 ；i 、i ，“ ： ! -咒计 i 二心 b 棚卜 合 么& !并 么 盟 一 翟冷 光纤耦合器 y l 光源驱动 、一h 光缆 光纤偏振器 - - _ u 光纤调制器 信号解调： a 相 一次场 ，一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 卜控室或保护小室 i o q t 、l i vi 一r r ，l 、t 图3 纯光电子式电流互感器示意图 2 保护 测控 计最 华l 艺电力大学：l ：鞋硕士专业学位论文 电子式电压互感器一般采用分压原理( 电容、电感) ，可以与电流互感器组合在 起构成电流电压互感器( ec vt ) ，如图2 中所示。 通过技术、经济综合比较，2 2 0 千伏以上电网电子式互感器和传统电磁互感器比较， 价格相差不是很大，盛2 2 0 千伏以上电霹的重要性和暂态水平决定采用电子式互感器优 势较大；而6 6 于伏以下电网电子式互感器和传统电磁互感器，价格相差较大，6 6 千伏 以下电网在整个电网中的重要性远不如2 2 0 千伏以上电网，暂态水平也相对低些，采 用电子式互感器意义不大。 智能化高压电器：智能化离压电器是将计算枧、传感器、信息技术与传统离压电 器组合，形成具有智能功能的高压电器，它具有自动监测自身故障、自动测量、自动控 制、自动调节与远方控制中心通信等功能。晷前豳内的智能忧高压电器主要侧重予自动 控制方面，如智能化组合电器等。但是，智能化高压电器的研究相对落后于自动化系统 等二次技术。 避雷器：避雷器的运行参数远传，实现避雷器泄漏电流、绝缘污秽情况、动作次 数的信息远传、智能分- 柝。系统将现场传送来的避雷器漏电流等参数通过远方的多路转 换器依次送往测量单元，同时将该避雷器对应的p t 电压信号也送至测量单元，再经过 隔离装置送至a 0 转换器，出c p u 统一采集。漏电流的全电流值由采集到的电流信号 直接求解，其阻性分量则根据p t 的电压信号推算出来，从而实现避雷器全电流及其阻 性分量的监测；雷电次数则通过多路转换器前端检测装置汜录荠同漏电流觜号一起送往 测量单元。整个系统的结构框图如下。 a b c 图4b l z 系统组成结构图 华北电力大学：l ：程硕士专鼗学位论文 。2 网终他的二次设萤 变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装鬻、测量控制装豫、远 动装置、故障录波装置、电压无功控制、| 霹期操律装鼹以及芷在发展中的在线状态检测 装爱等全部基于标准侏、摸块纯酶徽处理规设计翻造，设蚕之褥的连接全韶采溺嘉速酶 溺络通信，= 次设备不辩粥现常规功麓装鬻重复懿薹内现场接阉，通过网络真征实现数 据共享、瓷源其享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。 符合i e c 6 1 8 5 0 标准的变电站透信随络、系统、二次设鍪： 、 壬露s 1 8 瀚是i e ct c 5 7 毒霆豹关予变毫菇鑫韵德系统结稿秘数据通蔫嚣个謦舔标 准，蛋的是使交电站内不同厂家豹智熊电子设备之瓣逶过一种标准( 协议) 实溉互操作 和信息共攀。该标准自2 0 0 4 年发布，图内相关科研单位和尘产部门也开始相燕产品的 开发和磁制工佟，图调中心组织褶关秘研、制造、检测单位，良2 0 0 5 年5 露一2 6 年 董2 莠进行了s 凌互操作试验。逶逮互操箨试验表骥，露蠹主要献枣变龟站揲护、鑫魂他 系统生产厂家的技术研发水平和设备生产能力己基本县备实际应糟要求。 过程爨隧置模式： 电子式互感器输如的数字信号须经过个含势单蠢( 简称疆l j ) 接口，以戍对标准化 接露，合并单嚣一般按闽隔配置，它可以将一令单元蠹戆电流、电垂数字量合并舞一个 单元组，并将输毒鹃瞬时数字信号填入网数据禳海；m u 不稷可以采集电子豆感器懿输 出数据，也胃以采集和数字纯传统互感器的测量德。 鹾u 与二次设备之间麴连接可以采用点对点连接蠛光终以太剐连接。采用光纤以太网 连接，繁宽需求较大 ，1 0 0 m 驻太薅远逡不裁满足要求，需要缀建1 0 0 0 m 黻太糯； 现阶段采用点对点连接鼹为合适一 毒 华j 匕电力人学! 稃硕士专业学位论文 圈5 点对点连接示意图 图6 光纤以太网连接示意图 合并单元同步采集： 数据采集同步闯题是数字化变电站继电保护装置需要解决的重要问题，三相电流、 电压要求数据采集同步，变压器差动保护、线路分相电流差动保护更需要采样同步，如 果采样不同步，严重时会导致继电保护装置误动作。 解决合并单元同步采集问题有两种方案：基于g p s 秒脉冲同步的弱步采样，优点 是同步方法篱单，缺点是秒脉冲丢失对危险；二次设备通过再采样技术( 捶值算法) 同步，优点是不依赖于g p s 和秒脉冲传输系统，缺点是对装置软、硬件要求较高，实现 难度较大。 这两种方法哪种更好，还需要迸一步的研究和论证。 保护双重化的考虑： 对子2 2 0 千伏以上系统继电保护装置要求按双重化配置，电流互感器线圈和合并单 元配置有两种方案： 方案一：保护用电流互感器线圈和合并单元按单套配置，经合并单元扩展后分别给 两套保护装置提供数据，此方案当合并单元故障时，两套保护装置均停运。 方案二：保护嗣电流互感器线圈和合并荤元按双套配置，并一对应子双重化配置 的两套保护( 如下图所示) ，此方案符合保护双重化要求，推荐此方案，但投资大。 5 华北电力- 犬学1 ：程硕七专业学位论文 、昆 嚣 l赡 酣 矿 一l l lll 弋 馥器川川 l z 。3 运行管理系统 图7 保护双重化合并单元配置示意图 变电站运行管理系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化；数搌信息分 层、分流交换自动化；变电站运行发生故障时能即时提供故障分析报告，指出故障原因， 提出故障处理意见；系统能自动发出变电站设备检修报告，即常规的变电站设备“定期 检修”改变为“状态检修挣。 运行管理系统要结合变电站多年沿袭下来豹管理模式，采用统一的数字平台。推荐 采用现代i t 技术和地理信息技术，完成变电运行、变电检修、调度、高压试验、油务 试验、继电保护、自动化、仪表、送电、电缆等专业应用模块的开发，涵盖5 0 0 k v 、2 2 0 k v 、 ll o k v 输变电系统主要生产管理业务，满足各级生产管理要求。 采用基于。n e t 的三层技术体系架构，以地理信息方面技术领先的美国i n t e r g r a p h 公司的g e l e c t r i c 为开发平台，应用了动态高速图形缓存d d c 专利技术、面向对象的 开发模式等先进技术。系统采用b s 和c s 混合结构，全省应用服务器集中布署，降低 建设和运行维护资金。 系统依据专业岗位和业务流程划分系统模块，不以现行业务单位和部门来划分，使 系统的适应性不随机构不同或变动而影响应用，有较强的动态适应性。 6 华北电力人学1 ：程硕十专业学位论文 运行管理系统应充分利用数字化网络提供的所有设备运行信息，实现设备隐患的早 期发现，设备运行状况的综合判断，把原来由运行人员进行的繁重的运行巡视、运行参 数判断、报警信号识别等人为劳动，变为设备运行状况的自动智能高准确性地判断。 运行管理系统建设为数字化电网的建设打下了基础。 第二章国内数字化变电站的发展状况 近年来，计算机技术、信息处理技术和网络通信技术的迅速发展，对变电站自动化 系统产生了巨大的影响。随着特高压、大容量、超大系统电网的逐渐形成，对电网安全、 稳定可靠、控制、信息交互等提出了更高更迫切的要求，数字化变电站建设势在必行。 数字化变电站是以变电站一、二次系统为数字化对象，由智能化的一次设备( 电子式互 感器、智能开关等) 和网络化的二次设备分层构建( 过程层、间隔层、站控层) ，采用 标准化的网络通信平台( i e c 6 1 8 5 0 ) ，实现信息共享和互操作，满足安全、稳定、可靠、 经济运行要求的现代化变电站。微机保护和综自变电站的大量推广，已经使数字化变电 站具备了一定的基础，随着i e c 6 1 8 5 0 标准的出台，电子式互感器、智能高压电器研究 的深入和成型产品的出现，数字化变电站技术现已初步成型，具备了实用化的条件，国 家电网公司在“十一五”规划中明确提出研究和推广数字化变电站。 数字化变电站与传统变电站相比较，具有较大的发展优势，主要有以下几点： l 、便于大电网的集中控制和管理 2 、减少土建规模和占地面积 3 、大大减少二次电缆数量 4 、降低变电所电磁干扰给二次设备带来的影响 5 、降低运行维护工作量 国内一些省市已经在部分变电站或部分设备上开始进行数字化变电站的应用尝试， 但在调研的几座变电站都是局部数字化，如仅在过程层采用电子式互感器，或仅在站控 层采用i e c 6 1 8 5 0 标准等，都没有实现真f 的数字化。 电子式互感器嚣能一次设蚤 7 华，l e 电力大学：l 程硕士专业学位论文 圈8 数字化变电姑示意图 第三章数字化变电站自动化系统 在变电站自动化领域孛，智能化电气的发震，特别是智麓开关、光电式互感器机电 一体化设备的出现，变电站自动化技术迸入了数字化的新阶段。在高压和超高压变电站 中，保护装置、测控装置、故障渌波及其他自动装置的i 0 单元，如a d 变换、光隔离 器件、控制操作回路等将割列出来作为智能化次设备的一部分。反言之，智能化一次 设备麴数字纯传感器、数字纯控制圜路代替了常趣继毫傺护装置、测控等装置豹i 0 郝 分；而在中低压变电站炙l j 将保护、监控装置小型化、紧凑化，完整地安装在开关柜上， 实现了变电站机电一体化设计。 数字他变电站露动诧系统的结构在耪瑗上酉分为薅类，鞠智能诧麓一次设备和网络 纯的二次设备；在逻辑结构上可分为三个屡次，根据i e c 6 1 8 5 a 通信协议革案定义，这 三个层次分别称为“过程层”、“问隔层”、“站控层”。 3 。 过程层 避程屡是一次设备与二次设备的结合面，或者说过程屡是指智能化电气设备的智能 化部分。过程层靛主要功裁分三类： ( | ) 电力运行实时的电气量检测；( 2 ) 运行设备 酶状态参数检测；( 3 ) 操终控制执行与驱动。 3 1 1 电力运行的实时电气量检测。 与传统的功能样，主要是电流、电压、相位以及谐波分量的检测，其他电气量魏 有功、无功、电能餐可通过问隔层的设备运算得出。与常规方式相比所不问的是传统的 电磁式电流互感器、电压互感器被光电电流互感器、光电电鹰互感器取代；采集传统模 按量被宣接采集数字量所取代，这样做麴优点是抗干扰性能强，绝缘和抗饱和特性好， 开关装置实现了小型化、紧凑化。 3 。1 ，2 运行设备的状态参数在线检测与统计。 变电站需要进行状态参数检测的设备主要有变压器、断路器、刀闸、母线、电容器、 电抗器以及直流电源系统。在线检测的内容主要有温度、题力、密度、绝缘、机械特性 以及至作状态等数瓣。 8 华北电力大学：1 ：秘硕1 = 专业学位论文 3 。1 3 操作控制的执行与驱动。 操作控制的执行与驱动包括变压器分接头调节控割，电容、电抗器投切控制，断路 器、刀闸合分控制，直流电源充放电控制。过程层的控制执行与驱动大部分是被动的， 即按上层控制指令而动作，比如接到间隔层保护装置的跳闸指令、电压无功控制的投切 命令、对断路器的遥控开舍命令等。在执行控制命令时具有智麓性，能判别命令的真伪 及其合理性，还能对即将进行的动作精度进行控制，能使断路器定相合闸，选相分闸， 在选定的相角下实现断路器的关合和开断，要求操作时间限制在规定的参数内。又例如 对真空开关的同步操作要求畿傲到开关触头在零电压时关合，在零电流时分断等。 3 。2 闫隔层 间隔层设备的主要功能是：( 1 ) 汇总本间隔过程层实时数据信息；( 2 ) 实施对一 次设备保护控制功能：( 3 ) 实施本间隔操作闭锁功能；( 4 ) 实施操作同期及其他控制 功能； ( 5 ) 对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；( 6 ) 承上 启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。必要时，上下网 络接口具备双口全双工方式，以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。 3 3 站控层 站控层的主要任务是：( 1 ) 通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷 新实时数据库，按时登录历史数据库；( 2 ) 按既定规约将有关数据信息送向调度或控 制中心； ( 3 ) 接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；( 4 ) 具有 在线可编程的全站操作闭锁控制功能；( 5 ) 具有( 或备有) 站内当地监控，入机联系 功能，如显示、操作、打印、报警，甚至图像，声音等多媒体功能； 定义了获取变电站层的数据对象的数据对象和方法。变 电站层的数据对象指某应用的具体实例，而抽象通信服务接口定义的是获取这些具体实 例的方法秘方法的载体数据对象，是种抽象接口。通信对象服务不仅能够读写对象值， 而且也可以执行其他操作如控制一次设备。 特殊通信服务映射( s c s m ) 定义的是这些对象和服务向网络层的映射。按照应用的网 络层协议不同，映射方法也各不相同，由i e d 供应商国己定义，但是i e d 的抽象通信服 务接口是相同的。 从上可以看出，i e c 6 1 8 5 0 标准的制定原则和面向对象的建模方法保证了该标准的以 后扩展憔问题的解决和建立开放式变电站自动亿系统霹能性。 3 9 开放式变电站综合自动化系统的安全问题 由于原来韵s c a d a 和其他的控制系统都憝一个独立系统，是厂家的专有产晶。它们 的安全性来自于它们的硬件平台和逻辑结构与外界不同。开放式变电站综合自动化系统 基于开放的、标准的网络技术之上。所有的供应商都可以开发基于因特网的应用程序来 监测、控制或远方诊断，但是带来的问题是可能导致计算视控铡系统的安全性降低。对 于电力系统这样个要求高可靠性和安全稳定性的系统而言，安全问题尤其突出。因此 对于开放式变电站综合自动化系统的具体设计和实施丽言安全问题十分重要。 可采用的技术措施分为两类：加密技术与防火墙。前者对网络中传输的数据进行加 密处理，到达目的地址后再解密还原为原始数据，从而防止非法用户对信息的截取和盗 用。防火墙技术通过对网络的隔离和限制访阀等方法，来控制网络的访阉权限，从蕊保证 变电站综自系统的网络安全。 3 9 1 数据加密技术数据 加密型网络安全技术是通过对隧络中传输的信息进行数据加密来保障网络资源的 安全性，加密技术是保证网络资源安全的技术基础，是种主动安全防御策略。常用的加 密方法有对称密钥加密和非对称密钥加密两种。从加密技术应用的逻辑位置来看，有面 向网络和面向应爝的两种。前者工作在网络层或传输层，它对网络链路上传输的所有数 据都进行加密，因而对网络的性能会有一定的影响。面向应用层的加密技术实现较为简 单，它允许用户对加密对象进行选择。 1 4 华北电力大学t 程硕七专业学位论文 3 9 2 防火墙技术 防火墙是一种访问控制技术，它用于加强两个或多个网络间的边界防卫能力。其工 作方法是在公共网络和专用网络之间设立一道隔离墙，在此检查迸出专用网络的信息是 否被准许通过，或用户的服务请求是否被允许，从而阻止对信息资源的非法访问和非授 权用户的进入，它属予一种被动型防卫技术。建立防火墙时要求网络具有明确的边界和 服务类型，这样才能够隔离内外网终，达到防护垦的。由于防火墙只能够对跨越网络边界 的信息进行监测、控制，丽对网络内部人员的攻击不具备防范能力。因此单纯依靠防火 墙来保护网络的安全性是不够的，还必须与其它安全措施( 如前面介绍的加密技术等) 综合使用，才能达到目的。 3 1 0 数字化变电站自动化系统中的网络选型 网络系统是数字化变电站自动化系统的命脉，它的可靠性与信息传输的快速性决定 了系统的可用性。常规变电站自动化系统中单套保护装置的信息采集与保护算法的运行 一般是在丽一个c p u 控制下进行的，使得同步采样、a d 转换，运算、输出控制命令整 个流程快速，简捷，而全数字化的系统中信息的采样、保护算法与控制命令的形成是由 网络上多个c p u 协同完成的，如何控制好采样的同步和保护命令的快速输出是一个复杂 问题，其最基本的条件是网络的适应性，关键技术是网络通信速度的提高和合适的通信 协议的制定。 如果采用通常的现场总线技术可能不能胜任数字化变电站自动化的技术要求。毽 前以太网( e t h e r n e t ) 异军突起，已经进入工业自动化过程控制领域，固化o s i 七层协 议，速率达到i o o m h z 的嵌入式以太网控制与接口芯片已大量出现，数字化变电站自动 化系统的两级网络全部采用i o o m h z 以太网技术是可行的。 3 变电站数字化控制的蓝牙解决设想 蓝牙技术是用微波无线通信技术取代数据电缆来完成点对点或点对多点短距离通 信的一种新型无线通信技术。利用蓝牙，可以将需要数据和语音通信的各个设备之间连 成一个p i c o n e t 网( 即微微网) ，或将几个p i c o n e t 网进一步互连，组成一个更大的 s c a t t e r n e t 网( 即分布式网络) 。 在工业现场中，短程的无线连接有着广泛的应用需求，但一直没有一个很好的解决 方案。红外无线连接，由于距离太短，且必须在同一直线上，中间不能有任何障碍物等 不足，丽限制了它的应用。将蓝牙技术应熠于工业控制现场，用微波取代红外，既克服 了红外缺点，又降低了施工的难度和建设成本，是一种有创造性的设想。下面我们就变 电站自动化控制方面的现状，探讨引入蓝牙的可行性。 在变电站现场中，最下层是进行测量、转换和控制的仪表。它们采集各个变压器的 数据，返回上位机进行处理，或接收上位机发送来的控制命令和控制数。目前些数据通 1 5 肇l 艺电力大学i 程硕士专业学位论文 信是由串口( r s 2 3 2 或r s 2 4 5 接口) 通信实现的。但其麻烦的走线以及抵抗恶劣环境、 瞧磁和无线电干扰所需要的物理保护和电磁羼蔽带来的诸多不便，使得工业环境中要求 时间、连续、可靠、完整地传送数据不能得到保证。对子这种多点对单点的数据通信网， 完全可以用蓝牙p i c o n e t 网来替换。其优点表现在： 取代了大量短程连接所用的电缆，尤箕是电缆无法到达的地方，蓝牙具有更大的 优势； 以前的应用程序可以不做任何或很小的修改，升级成本小； 降低变电站建造成本，这也是蓝牙技术的一个显著特点； 幽于蓝牙设备本身的功耗十分小( 最大不过l o o m w ) ，因此蓝牙设备的射频不会 对其它设备造成影响。 在变电站现场，中心控制室与各个变压器的距离l o o m 以内。目前大功率的蓝牙芯 片已经可以达到l o o m 的覆盖范围，完全满足实际应用。此套方案的实验室联机调试已 经完成，达到初步设计要求。下一步是将此套方案应用到实际的变电站现场，进行现场 调试，对系统进步完善。 3 1 2 嵌入式以太网的应用构想 随着计算机软、硬件的发展，工监控制领域出现了嵌入式技术，利用嵌入式软、硬 件，设计者可以在单片机协同系统上实现以太网技术即嵌入式以太网。嵌入式以太网的 蹴现为数字化变电站综合匙动化系统的设计誊提供了实现站内网络通信的新途径。 嵌入式以太网的应用模式：嵌入式以太网作为变电站自动化系统的内部通信网络， 有两种应用模式：每个智能电子装置( i e d ) 配置一个嵌入式以太网接口，每个i e d 作为一个以太网节点直接连接到以太网上；凡个i e d 通过r s 4 8 5 、m o d b u s 等方式连接 在一起，然后用嵌入式以太网接口作为一个以太网节点连接到以太网上。 在选择嵌入式以太网应用模式时，主要考虑如下因素：超高压变电站系统的二次 系统一般都是基于间隔设计的；超高压变电站自动化系统内部通信网络的可靠性要求 很高，要求可方便地构成双网结构；成本阅题；产品向下兼容闯题。 这种新型通信网络一般具有如下特点：网络宽带资源大大增加；数据上传( 如 故障录波数据) 速度大大加快；易于与p c 机接口；易于与广域网连接。 嵌入式以太网传输模式选择：嵌入式以太网为使用者提供了单播、广播及分组广播 三种模式。单搔模式中信息的目的地址只有1 个，网络上除目的地址之外的其他节点都 不能接收源节点发送的信息；广播模式是指一个节点发送信息，网络上除源节点外的所 有节点都能接收到源节点所发送的信息；分组广播是指源节点将一帧信息发送到网络上 的一组节点，组内的各个节点都能接收到该信息，丽组外的节点则不接收所发送的信息。 1 6 牮i | = 瞧力大学工箨颈士专韭学位论文 第四章数字化变电站中计算机监控技术的实际运用 变电站是电力系统组成的一个重要环节，是电力网中线路的重要连接部分，其作用 是交换电压、汇集和分配电能。变电站能否瑟常运行关系到电力系统的稳定和安全，因 此对变电站进行监控和保护具有十分重要的意义。 变电站计算机监控技术是利用现代自动化技术、电子技术、通信技术、计算机及网 络技术与电力设备相结合，将配电网在正常及事故情况下的监测、控制、计量和供电部 门的工作管理有机地融合在一起。完成调度端遥测、遥信、遥控、遥调四遥功能。改进 供电褒量，力求供电最为安全、可靠、方便、灵活，经济，变配电管理更戈有效，从两 改善供电质量，提高服务水平，减少运行费用。 近年来，变电站计算机监控技术得到了迅速的发展，但为更好的保证计算枫监控系 统性能的安全可靠、运行稳定，还应提高变电站的抗电磁干扰能力。 4 1 系统构成 变电站计算机监控系统由带有遴讯接瑟的采集控制模块：多功能电力综合仪表、开 关量采集模块、电流量采集模块、模拟量采集模块、继电器控制输出模块、现场管理机、 2 4 v 直流电源以及中央管理机等组成。中央管理机是本系统的集中管理中心。一般安置 在有入值班的总值班室内，用于整个变配电系统的实时状态显示、参数统计、数据分析、 历史记录、故障报警、控制、报表打印等。 4 2 系统内容 4 2 。1 变电站计算机监控系统的硬件部分 对3 5 k v 以下的高压中心配电站主进、出线、母联可采用电力综合仪表来实现遥测、 遥信、遥控功能。该仪表与c t 、阻矗接相连，采集赢精度交流信号，经过离散数学计 算，即可测量出各个回路电量参数( 测量精度为0 5 ) ，该仪表具有八路开关量输入， 四路继电器输出，同时带有自检功能，可与综合继电保护装黄配合使用。 ( 1 ) 将c t 、胛直接接入电力综合仪表测量回路中，即可测量出该网路的电量参数。 实现该回路的“遥测”； ( 2 ) 该仪表的八路开关量输入分别采集该柜中断路器的分合闸状态、手车置作位 置、电机储能状态以及接地刀闸位鼍，同时对综合继电保护装罱中的故障跳闸信号和内 部故障进行采集、分析，给予报警，并显示该回路的故障类型。实现该圈路的“遥信。； 1 7 牮= l 匕电力犬举工程硕士专业学位论文 ( 3 ) 该佼表熬继电器输出分裂接至断路器懿分、合阕线匿上，实现断路器酌远程 控铡，群繇游器蘸秘遥控挣。 在0 4 k v 低压主进、母联同样用电力综合仪袭来实现“兰避”功能。该仪液与c t 、 母线直接蝴连，采集高糟度交流信号，测量浚隧路的实际电量，实现遥测，同时对主进、 母联开关靛颧黪器合、分麓状态，蘸架式开关酶位置竣及敖薄报警等开关量实现遥蘩， 并靖叛路器实现远程遥控。 辱。2 + + 遥信 利用开关量采集输入模块采集各嬲线回路开关分合闸状态、歼关故障报警信号、失 压报警信号、过压报警信姆以及框架式开关的位置，辨对变压器的风枫状态、赢溢、超 高湿信号等开关量实觋监控，一令荤独模块一毁可采集l 路开关状态。 露。2 1 2 遥测 ( 量) 懑过电流量输入采集模块采集各出线霞路的各相电流，单个模块可采集1 6 回 路电流。每一个圈路可以由电流量输入模块采集该阐路的电流，并根据测量的实际电 压、功率嚣数等来计算该阐路的实际麓电量。 ( 2 ) 逶过模掇量输入模块采集变疆器靛温度信罨、瀑度信号戳及液位僚号等模羧 量信号( 各个模拟量信号需有唾一2 0 m a 域o 5 v 输溺) 。 4 ，2 。 。3 遥控 通过继电器控制输出模块分别对低压备出线幽路( 带有电勘操作机构、失压脱扣器 酶开关) 实现开关的远程分、合闻功能。 现场蛰壤橇在本系统中位于中央篱理视与各模块之闯， 筝为缓底瑟控制肇元，增 加系统的可靠性。其功熊是：进行现场调试，利用现场管理机动性对各模块进行现场参 数整定，独立完成现场显淤工作，并将信号整理后通过通讯线( i l s 4 8 5 ) 发送给中央管 理视，露时接受中央管理枫所下达鲶命令。可俸为中央管理极豹备耀梳，具有显示功能、 鑫检功麓。 4 。2 2 燮电站计算机监控系统的软件部分 变电站计算机监控系统所安装的监控软件是基于w i n d o w s 环境下的电力系统专用组 态软件，能够运行在m i c r o s o f tw i n d o w s n t 、2 0 0 0 、x p 平台上。给用户提供的怒全中文 华_ 电力大学工程硕士专业学位论文 界面，简洁的画面设计、灵活的组态方式，高性能d d e 驱动程序，支持诸多工控产品， 并遵循开放式数据库联接( o d b c ) 标准。允许通过第三方，如m i c r o s o f ta c c e s s ，s q l s e r v e r 等访问本系统数据库。 4 2 2 1 监控系统的的基本功能要求： 微机的监控系统是用户掌握和控制设备运行状况的主要途径，特别是保护设备的可 靠性的提高已经简化了人机接口和就地控制的功能，所以更应具有性能安全可靠、运行 稳定、功能完善、入机界面友好、便以扩展、扩容、修改和增加新的功能、接翻筒单， 重新安装和运行维护方便，最好能是各设备厂家可以统使用的适用于不同逶讯方式的 监控系统。 4 。2 。2 2 监控系统基本功能 ( 1 ) 显示功能 显示变配电站实际开关柜体图、一次系统图，并在次系统图上显示各开关的分、 合状态； 显示各配电回路的三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、有功电度、无功电 度、频率以及功率因数等电量参数； 显示各开关的分、合状态和事故报警类别等； 显示各回路电量参数的实时曲线图； 显示变压器的运行状态以及高温、超高温报警及瓦斯保护； 显示其他工艺设备的运行状态及故障情况。 ( 2 ) 报警功能 状态报警：当变配电系统的开关出现过载跳阑、短路故障跳闸以及综合继电保护装 置内部故障时，计算机能够通过多媒体音箱发出声音报警并自动记录时闻、站号、回路 名称、事故类别。 超限报警：当变配电系统的各电量参数出现超过额定值时或其他工艺设备超限运行 时，计算机能够通过多媒体音箱发出声音报警并自动记录时间、站号、回路名称。 三相不平衡系数报警：当变、配电系统的三棚电流或三楣电压值出现不平衡时( 可 自定义范围) ，计算机能够通过多媒体音箱发出声音报警并自动记录时闯、站号、回路 名称。 华j 电力大学工程硕士专业学位论文 、( 3 ) 控制功能 在变配电站总值班室中央管理机处，可以通过鼠标器控制各种高、低压歼关( 带有 电动操作机构或者带有交流接触器) 的合闸和分闸；同时也可实现电气闭锁功能，以防 止具有闭锁回路的开关误操作； 在中央管理机处鼠标下达操作命令