（电气工程专业论文）电力自动化系统在海上平台的应用研究.pdf

合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审裔，确定符合合肥工业大学硕 士学位论文质量要求。 主席： 笊矧奎 p 鸟 蚕葑j 偷j 黼一 导师 答辩委员会签名 瓜z 犬乒才久 铆已畎墨t l 锃磺 今缸砂、处 2 鱼向蹶 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，论文中不包括 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括为获得金a 曼王些太堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一起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；彳家爱匆签字日期：。j 年3 月哆日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金壁王些盔堂有关保留、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，允许论文被查阅和借 阅。本人授权金壁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、缩印或扫描等复印手段保存、汇编学位论文。 学位论文作者签名：彳汞簧匆 签字日期：。3 年3 月予日 翩瞩一 签字同莲抛年 致谢 本人在三年的硕士研究生课程学习和撰写学位论文的过程中自始至终得 到了我的导师丁明教授的悉心指导，无论从课程学习、论文选题，还是到收集 资料、论文成稿，都倾注了丁明老师的心血，由衷感谢丁明老师在学业指导及 各方面所给予我的关心以及从言传身教中学到的为人品质和道德情操，老师广 博的学识、严谨的治学作风、诲人不倦的教育情怀和对事业的忠诚，必将使我 终身受益，并激励我勇往直前。 同时，真诚感谢电气工程学院的全体老师，他们的教诲为本文的研究提供 了理论基础，并创造了许多必要条件和学习机会；感谢领导和同仁们，在我课 程学习和论文撰写期间，给予我的大力支持。 感谢所有的同学给予的帮助。 4 作者：徐爱民 2 0 0 3 年7 月1 5 臼 电力自动化系统在海上平台的应用研究 摘要 文章介绍了胜利埕岛滩海油田采油平台上应用的电力自动化系统。 共分为序言、配电自动化的特点及国内外现状、本课题的选题理由、工 程概述、功能介绍、技术创新等部分。本文较系统地分析了电力自动化 系统的内容、作用、采用的先进技术等，并详细介绍了系统部件的选型 理由、硬件配置、各部分的功能等。为电力自动化系统在我国浅海油田 大面积应用提供了较成功的范例。 关键词：海上电力自动化系统应用 6 h e a p p l i c a t i o n & i n v e s t i g a t i o n o fe l e c t r i cp o w e r a u t o m a t i o n s y s t e m u s e di no f f s h o r ep l a t f o r m a b s t r a c t t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e dt h ee l e c t r i c p o w e ra u t o m a t i o ns y s t e mo fs h e n g l i c h e n g d a o o f f s h o r eo i l f i e l d ，t h e f o u r p a r t s o ft h i sa r t i c l e a r e ：p r o l o g u e ，t h e c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h e a c t u a l i t y i nj n t e m a la n di n t e m a t i o n a lo fe l e c t r i c p o w e r a u t o m a t i o ns y s t e m ，t h er e a s o no fc h o o s et h et a s k ，p r o j e c ts u n m a a r i z e t h i sa r t ! i d e s y s t e m i c a l l ya n a l y z e d t h e c o n t e n t ，f u n c t i o n ，u s e da d v a n c e dt e c h n o l o g yo ft h e e l e c t r i c p o w e ra u t o m a t i o ns y s t e m ，p a r t i c u l a r l yi n t r o d u c 甜t h er e a s o no fc h o o s e s y s t e mp a r t sm o d e l ，h a r d w a r ec o n f i g u r a t i o n ，t h ef u n c t i o no fa l lp a r t s i to f f e r e d r e l a t i v e l ys u c c e e de x a m p l ef o rm o r eu s eo fe l e c t r i cp o w e ra u t o m a t i o ns y s t e mi n o f f , ；h o r eo i lf i e l do fo u rc o u n t r y k e y w o r d s ：o f f s h o r e e l e c t r i cp o w e ra u t o m a t i o ns y s t e m a p p li c a t i o n 7 r t u f t u 符号清单 r e m o t et e r m in a lu n it 远程终端控制单元 馈线远程终端控制单元 s c a d ac o n t r o la n dd a t aa c q u i r es y s t e m 数据采集和控制系统 i n p u t o u t p u t输入输出 u n i n t e r r u p t a b l ep o w e rs u p p l y不间断电源 已实施标志 正在实施标志 弃用标志 o s o 插图清单 图5 1 胜利油田海上电力调度自动化系统拓扑图3 5 图5 2 主站系统结构拓扑图3 6 图5 3 中心一号子站系统结构拓扑图3 9 图5 4 予站系统结构拓扑图4 2 图5 5 井组平台信息网络图4 7 图6 1 海上平台电力调度自动化网络接线图5 1 图6 2 中心一号子平台主接线图5 2 图6 3 子站系统图5 3 表格清单 表5 】主站系统设备清单3 7 表j 2r t u 主要设备清单3 9 表5 3中心一号子站系统设备清单4 l 表5 4r t u 主要设备清单4 2 表5 ，5c b 2 2 a 主要设备清单4 4 表5 6中心一号平台r t u 配置清单4 6 表5 7子站系统r t u 清单( c b 2 2 a ) 4 6 表5 8 通讯设备清单4 9 表5 9通讯频点分布图5 0 表6 1中心一号功能对照表5 4 表6 2 c b 2 2 a 功能对照表：。6 0 l o 刖吾 本课题根据胜利油田埕岛海上采油生产的实际情况，对电力自动化系统进 行了较为详细的研究。电力自动化是较为成熟的系统，能够适应海上恶劣环境 的要求，它的应用实现了海上采油平台的无人值守，具有良好的经济效益和社 会效益。 在奉课题研究过程中，借鉴国内外有关的先进技术和设各，应用了无线通 讯等先进技术，具有较高的推、价值。 第一章序言 配电自动化是西方发达国家7 0 年代提出的概念，目前在日本、欧美已得到 了充分发展。我国近年来也已开展了不少试点工作。对于配电自动化，配电 系统自动化设计导则中针对其特点给出了很确切的定义：“利用现代电子、计 算机、通信及网络技术，将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、 电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统，实现配电网及其设 备正常运行及事故状态下的监测、保护、控制、用电荷配电管理的现代化”。 配电自动化系统( d a s ) 在纵向结构分属于配电管理系统( i ) m s ) ，横向与1 1 0 k v 变 电站综合自动化、调度自动化、电力管理信息系统( m i s ) 等紧密关联。从目前 实施的需求和现状看，配电网自动化实行的模式应是s c a d a 与g i s 合一，“营配 合一”，且与地调、电力m i s 等紧密集成的系统。 第二章配电自动化系统概述 2 1 配电自动化实施目的 配电自动化在我国的兴起主要是缘于城网改造口长期以来配电网建设不受 重视，结构薄弱，导致发电容量冗余的同时供配电能力低下。由此国家出台城网 改造的政策、资金，并提出要积极稳步推进配电自动化。配电自动化实现的目标 可以归结为：提高电网供电可靠性，切实提高电能质量，确保向用户不问断优质 供电：提高电力网整体供电能力：实现配电管理自动化，对多项管理过程提供信 息支持，改善服务，提高管理水平和劳动生产率；减少运行维护费用和各种损耗， 实现配电网经济运行：提高劳动生产率及服务质量，并为电力系统电力市场的 改革打下良好的技术基础。 从以上这些目标可以看出，对于电力企业，配电自动化的实施的具体意义在 于：近期可甑大幅度提高供电可靠性，同时具有减入增效，降低经营成本的作用： 远期的意义即针对在良好一次网络的基础上的自动化系统可优化运行，保持能 量平衡，减少尖峰负荷，进而具有推迟新建项目的潜在经济效益。 按照国际现代企业的发展规律，配电自动化的系统实施是整个配电网络技 术水平、管理水平的全方位、全过程的提高，是未来能够实现多方面、巨大的经 济效益的基础。对于国家整体，在我国目前经济和供电条件下它更能作为种基 础设施的优化促进国民经济发展，并起到实现经济和社会双重效益的作用。 2 ，2 配电自动化的实施应面向用户并适应经济发展水平 配电自动化是属于整个电力系统中的一个分支，配电网领域又是謦个电力 系统与分散的用户直接相连的部分，是对社会生活变化最为敏感的部分，电力作 为商品的属性也集中体现在配电网这一层上。配电自动化是作为市场经济的产 物诞生予市场经济发达、大多数国家电力民营化的西方：当市场需要更高的供 电质最，电力公司必须在激烈的市场竞争中利用新技术降低运行费用，配电自动 化应运而生。配电自动化的实旋也是个自然的过程，因为它直接向用户接入 的特点，它的变化发展始终引导适应着经济的发展。 西方发达国家于8 0 年代末，开始应用配电自动化技术。9 0 年代以来，欧美 一些国家先后开放电力市场，由于各电力企业忙于进行体制转换，配电自动化 实施工作一度放缓。目前，为了降低运营成本，提高供电可靠性和供电质量，争取 更多的用户，各供电企业正在积极地开展配电自动化工作。日本在7 0 年代就开 始进行高电压大容量的配电方式，以解决大城市的配电问题，并着手开发依靠配 电设备及继电保护进行配电网络自动化运行的方法，从8 0 年代到现在已完成了 计算机系统与配电设备配合的配电自动化系统，在主要城市的配电网络上投入 运行，其中大规模的配龟自动化系统可控制约4 0 0 0 个以上的中压开关，中小规 模的配电自动化系统也町控制约1 5 0 0 个中压开关。由于配电自动化工作 的深入，电网供电可靠性得到显著的提高，日本9 6 年至9 7 年度平均每户停电 o 1 次，每次平均8 分钟，可靠性居全球之首。香港电灯公司的3 0 0 0 多个中压开 关仝部可以遥控。韩国、台湾于9 0 年代也完成了局部配电系统的馈线自动化， 并建立了自己配电自动化实验嘲络。与其它方面的现代化一样，配电技术的现代 化是建立在一定工业基础之上的，而上述国家的9 0 年代均是已实现经济腾飞、 经济得到了充分发展的阶段，是社会技术经济发展到一定程度的产物。 9 8 年我们国家决定投巨资进行城乡电网改造，反映了我们国家综合国力的 增强：国家电力公司配合国家计委作出了实施方案，分批投入城市电网建设和改 造项目，三年国家将投入资金数干亿元。另外根据国家发展委员会计投资 ( 1 9 9 8 ) 1 5 0 9 号的批复，国家将投入1 3 6 8 亿元，用于我国农网的建设与改造，拉 开了建国以来最大规模的农村电网建设的序幕。全国城乡电网建设与改造的资 金投入将近3 0 0 0 亿7 i 。这样大规模的城乡电网建设与改造加上l ”6 年在济南召 开的仝国电力工业技改会议提出的把技术进步作为九五期间发展我国电力工 业的主要方向，的方针，必将极大促进配电自动化工作的开展，配电自动化已成 为电力t l 动化的热门技术，是电网发展的大势所趋。 但对于在我国的实施与国外又有很大不同：、我国对电力是国家垄断经营 尚未真正实现电力市场化：、我国毕竟还属发展中国家且各地发展很不平衡。 实施的目的既是为适应终端用户的需求，这种需求既会因不同用户、因地、因行 业而异，又是随时变化的。假如不尊重经济和市场发展的需求变化，必然要遭遇 挫折，比如曾一度兴起的负荷管理控制系统，很多电业局自安装上之后就直没 发挥过作用，既不能给用，、1 拉闸限电又不好集成进抄表营q 殳系统，投资于是变成 浪费。关于差异，比如东部沿海地区一个县的供电量可能大于内陆不发达省份一一 个地区的供电量：作为实施基础的一次网络和变电站综合自动化的水平各地区 间差距更大。如果全面的实施配电自动化，首先应考虑的是： 对于提高供电可靠性，首先是要将它看作个长期的市场行为。 供电可靠性的提高是一个受多种因素制约、用多种手段有效协作后的结 果，尤其依赖于系统管理水平的提高。可以从国外的例子看配网建设的历程，以 日本关西电力公司为例，在6 0 一7 0 年代主要在改进一次设备，8 0 年代为满足城市 环境规划要求而大量采用地下电缆后，大大提高了供电可靠性，达到每户年停 电次数0 0 5 次年，此后改造的重点转为采用各种综合手段提高供电质量，如采 用不停电旖工减少计划停电：开发利用配电自动化实现设备的远方监视、控制、 协调，消除操作中人为因素可能导致的错误。从而使停电时间减少到每户每年3 分钟的水平。众所周知6 0 8 0 年代正是日本经济高速发展的黄会时期，从以e 可见在当时计算机通讯技术条件下实旋配电自动化：、肯定有强大的利益驱动 外因( 用户对电能质量的高要求) ，、单纯的通过改造一次设施即能达到 每户年停电次数0 0 5 次年，关西电力公司在实施可见一斑。 所以我们建议一个供电企业在安装配电自动化是首先研究的应是客户长期 的、变化的、潜在的需求，按现代的营销模式作市场调查、顾客群细分等，将配 电自动化的实施同时作为整个电力营销策略中的一环来处理：其次量力而行，综 合企业内已有的线路网络水平、调度自动化和变电站( 开闭所) 自动化水平、人 员素质、管理改革配套来制定实施的进度和规模。 2 3 配电自动化产品应具备先进性、开放性和服务的可持续性 城市配电自动化的内容是对城域所辖的全部柱上开关、开闭所、配电变压 器进行监控和协调。既要实现f t u 的三遥功能，又要对故障的识别和控制功能。 从而配合配电自动化主站实现城区配网运行中的工况监测、网络重构、优化运 行。为系统自动化的部分，因为它直接面向用户且信息量大，故要求它必须具 备很先进的适应性和强大的多系统接口能力。与其它自动化系统比，它在使用上 的特点是协调和集成，在充分数据共事的基础上发挥集成后系统整体的性能以 支持和带动电力企业业务和管理水平的提高。 配电自动化的内容和特点决定了配电自动化的系统结构应当是一个分层、 分级、分布式的监控管理系统，应遵循开放系统的原则，按全分布式概念设计， 按照一个城区全部实施设计，系统必须将变电站级作为一个完整的通信控制分 层：系统整体设计可分为配调中心层、变电站层、中压网层、低压网层，以下分 析这四层的具体设计实施。 2 3 1 配调中心层 配调中心局域网是整个自动化系统的最高层，采用高速以太网双机配置、互 为备用。该网络构成配网自动化的调度中心( 中心主站) ，由共享同一数据库的实 现配网自动化不同功能的工作站及服务器组成。系统硬件设备及接口符合国际 工业标准。操作系统可选用中文w i n d o w n t 网络操作系统。在此基础之上提供 配网自动化软件支持平台，包括数据库软件、人机交互软件、通信软件、分布式 的配电监控、管理应用软件。采用开放式和分布式的体系及面向对象技术，具有 开放性和可扩展性。应用软件以配网实时数据库为基础，应用客户机月臣务器模 式，各自独立实现不同的自动化功能。系统的接口能力及开放性全依赖于这一 层的设计，所以目前配电调度中心的建设务必须先考虑： 底层数据的同一共享( 数据库唯一，标准接口) ： 民a d a 与地理信息系统( g b ) 紧密集成： 实时数据和管理数据的结合( “营配合一”，与电力m i s 集成) ： 先进、灵活的发布和支持查询能力： 良好的集成后可实现数据共享，能极大的提高工作效率。北京四方华能公 司配调后台除采用匕述一系列先进性设计外) 网络采用t c p i p 协议，实时数据 库采用标准数据接口，具有极广泛的集成能力。 2 3 2 变电站层 系统结构的第二层网络是配调中心主站与各变电站子站通信的城域网。该 网络利用各变电站原有的一路通道，光纤、电缆、载波、微波均可，可实现区域 内s c a d a 功能及部分故障处理功能。变电站层的设计主要有两个原因：是进行 信息分层，减少中心层负担和底层对中心层的依赖：二是因故障处理是需遥控 变电站( 开闭所) 出口断路器，它的实现必须通过安装在变电站的终端单元。变电 站层的实现有两种方式：一是利用现有的现场智能设备实现，仅增加一套现场的 远动通信单元( 或一发双收) ：二是再建一套带通信的现场装置完成通信和控制 功能。 2 3 。3 中压网 系统结构的第三层网络是以中压1 0 k v 电力网络为依托的中压监测、控制网 络。该网络由变电站子站、馈线出口保护f t u 、分段开关f t u 、开闭所f t u 、配 电变压器f t i j 组成。这层网络完成配网自动化的主要的数据交换及控制，是配网 自动化的核心网络。所以这层网络的实施是配电自动化是否成败的关键，其中 的难点是通信方式和系统控制方式的选择，小电流接地选线定位。 f t u ：系统通过f t u 的测量实现配网的s c a d a 功能，并能通过对各f t u 的 控制实现配网的故障识别、故障隔离、网络重构及配网的无功电压控制和优化 运行等功能。f t u 系列因需与开关、变压器配套，往往安装在户外且现场很恶劣 的电气环境中，所阻相对于交电站综合自动他系统中的现场单元，它的抗干扰、 抗震动以及温度范围要求更高。国家电力公司在发布的技术条件要求中规定适 应温度需达到一4 0 一8 5 度，电磁兼容性需通过ie c 四级瞬变干扰试验 ( i e c 6 1 0 0 0 4 4 ：】9 9 5 ) 。此外，f t u 内部需配置蓄电池以使停电后照样工作。四 方华能公司的c s f ll l 系列f t u 采用四方公司第三代微机保护硬件的设计原则， 由多种新技术和可靠的隔离滤波措施来保证硬件的可靠性，此外在智能充电器 上增加了可以进行深充深放的功能以利于蓄电池的维护。f t u 已于1 9 9 9 年1 1 月份通过国家电力公司权威部门监测，并且已在现场成功应用。 通信：可采用载波、光纤、双绞线、无线方式：集中方式的优劣本文不作 讨论，但发展方向应是载波和光纤的混合使用。配电网载波确实有很多难点，但 它对网络具有天然的适应性，随着技术发展它无疑将是配电层通信的主流。目前 国外研制的配电载波可以在现场应用至2 m 的速率( 可传输图像) 。北京四方华 能公司在国内率先推出具有世界先进水平的网络化配电数字载波通信技术 ( n d l c ) 。该技术以9 0 年代中期出现的d s p 技术、现场总线技术、新一代数字载 1 6 波原理为基础，是载波通信技术跨时代的突破，达到a b b 公司同类产品的 相同性能，并在2 0 0 0 年1 月成功通过国家电力公司监测。 控制方式：配电自动化的控制模式主要分为两类：分布式就地控制、远方 集中控制。前者主要应用于六、七十年代，仅仅实现故障隔离功能，不具有扩展 ，陛和通用性；远方集中控制依赖于强大的通信系统! 适合于建立一个完整的、统 一的自动化体系平台，现已成为主流。四方华能公司的cs d a 2 0 0 0 系统采用综合 智能式的远方集中控制方式，在f t u 上置入一套通信故障时启动的智能现场判 断处理程序，紧急时刻转为分布式就地控制，这是一种集理方集中控制与保护的 局部控制优势相结合的控制方式。 小电流接地：配电网的一个主要故障是小电流接地，在我国目前中性点 不接地系统现状下定位仍是一个难题。现有的小电流接地保护主要是利用各出 现的零序电流实现故障选线。由丁实际中的种种技术原因导致现有的小电流接 地选线的正确率很低( 2 0 。3 0 ) 。实际的配电阚运行还是采用“拉线法”进行 选线，因而对新原理的小电流接地保护的呼声越来越高。北京四方华能公司在国 内首次提出基于全网通信的小电流接地智能保护系统。该保护系统以小波技术、 模糊技术为识别工具，在通信系统的支持下实现了小电流接地的故障选线、定 段。从而从根本上解决困扰配电网运行的小电流接地问题。这一功能在兰州铁 路配网工程中已达到预期的效果。 2 3 4 低压网 系统结构的第四曾网络是面向1 0 k v o 4 k v 配电变压器低压侧的符合的低 压数据网。该网络由各配电变压器的低压侧出发，到各负荷节点结束。实现对 各负荷节点的测量与控制，如自动抄表、负荷控制，并通过中压网、城域网与 配网自动化中心主站通信。低压网在“营配合一”的系统中是用电营业系统的 主要网络，该网络的通信量很小，波特率仅为几百b p s ，通信方= i = i = 呵采用载波、 无线。因绝大部分用户是低压用户，且国家对9 9 9 9 供电可靠性的统计即将要 求到0 4 k v 低压，“一户一表”也正在全面推行，故最终的低压网的配电自动 化必将是抄表、负荷管理、s c a d a 、需方管理( d s m ) 集成为一体的系统。对于 低压网制约的主要问题仍是通信问题，而目前流行的有双绞线，低压载波；双 绞线敷设困难，现有的低压载波应用有一定的困难。北京四方华能公司研制的 载波系统可同样成功地应用于低压，目前在贵阳市做的试点工作己初见成效。 国际上的配网自动化正经历两个深刻的转变，一是由多岛自动化向开放式、 综合集成的方向发展；二是电力市场的兴起与实施，对从电能表到配电管理软 硬件都提出了新的要求。技术的不断进步必然要求厂家有很强的后续研发能力 和服务能力。对于电力自动化领域这一最末端的系统，它的实施必然还伴随着 一场管理的革命，这也需要厂家具有向电力企业的管理需求提供完全技术支持 的能力。所以在系统实施过程中选择好有实力、有持续服务能力的配套厂家， 1 7 更为关键。 2 4 、配电自动化馈线终端信息采集的内容 2 4 ，1 遥测信息量 在配电网自动化系统中、遥测信息以采集电流信息和电压信息为主。由 于配电系统的特殊要求，对于具体的配电网自动化系统来说，除测量正常负荷 状态下的电压、电流、有功、无功、视在功率、功率因数、有功电能、无功电 能、频率外，还需要测量故障情况下的电压、电流和频率等量，并需要测量和 评估系统的电能质量，其内容主要包括供电电压中的谐波、电压波动、电压闪 变等参数。 2 4 2 故障倍息量 - 配电自动化系统是一个综合的配电网及设备运行管理系统，具有故障定 位、故障自动隔离、自动恢复供电以及其它些故障管理功能，因此，f t u 要能 够及时采集、处理故障数据及信息，这是它区别于常规调度自动化r t u 的一个 重要特点。根据系统的具体要求和实际情况的需要，f t u 既可详细地记录故障 电压、电流的波形：也可以只记录故障发生的时间及故障切除前后几个关键 的故障电流、电压幅值以及放障方向。 - 配电网故障一般是通过电流信息或电压信息判断的并产生配电网故障 信息，由此启动故障点隔离程序进行处理。故障电流信息应作为事件顺序记录 的信息，并以此来组装事件顺序记录报文。由于配电系统的特殊住对模拟量 事故信号的产生条件要设置两种类型：一种是设置报警门槛值：另种设置故 障信息门槛值。 一根据配电系统特点，典型的故障判断所需的信息内容有：定( 反) 时限过 流故障检测。相一树之间的故障电流门槛值，零序电流故障门槛值、零序电流 谐波，故障持续时间，接地故障检测，传输通道故障检测等。 一由于供给自动化设备的电源和充电电池、断路器、自动重合器等是配电 系统的关键设备之一，系统的自诊断信息主要以设备电源信息、断路器信息、 自动重合器信息为主，设备电源信息主要为：电源电池的充电过流和过压，正 常运行条件下的电池状态测试，电源电他的过渡放电、在失去外部电源情况下 的电源自供电能量的测试信息，持续占有通道信息。另外，应该特别要求提供 电源蓄电池工作曲线、寿命曲线，自动化设备各种运行状态下的用电量数据， 并存储设备中，以供诊断使用。f t u 测量记录的参数及数据有； ( 1 ) 断路器累计切断电流的水平； ( 2 ) 断路器动作时间，般用跳闸继电器动作和断路器合位辅助触头变位完毕 之阊的时间差来近似： ( 3 ) 断路器动作次数，指断路器进行分合操作的次数。对于自动萤合器，f t u 也应记录重合器累计切断电流的水平、动作时间以及动作次数，用于故 障分析和重合器的检修。 24 3 遥信量信息 ，配电网中除了需要采集一些与输电网自动化采集的信息内容基本上一 致的设备运行状态信息外，例如：断路器的位置信号断路器失灵信号，各种 越限动作跳闸信号，重合闸动作信号，交直流电源异常信号，小电流接地故障 信号，负荷开关和分段开关位置信号。还需要采集一些特殊钓遥信信息，这些 特殊遥信信息包括标志记录、f t u 运行状态信息、远方当地控制切换位置。 f t u 的运行状态信息主要是指各类功能的阅锁信号，如高电流闭锬、远方跳闸 及闭锁、监视跳闸及闭锁。断路器失灵状态信息主要是指导致闭 锁断路器操作的相关信号一般包括远方合闸失败、操作莆电池电压过 低、在编程时间范围内设备失电。所有这些特殊的遥信信息均可以通过顺序控 制设置为运行状态。远方当地控制切换有两套办法实现：套是通常采用的 硬切换开关、该开关安装在控制器内，供现场操作使用和现场维护设备使用： 另一套切换至当地执行的方法是启动控制器成组程序控制，在启动该控制方式 之后，自动闭锁远方操作控制的执行。这两套切换的信息均应该作为状态信息。 2 4 4 遥控和遥调信息 一设备控制操作信号是直接执行设备跳闸、合闸操作的控帝j 信号，这些控 制信号可以是当地操作命令，也可以是远方控制主站下达的控制命令。 针对故障处理的控制信号有：接地跳闸，过电流跳闸，越限跳闸，接地 闭锁。针对改变设备运行方式的控制信号有重合闸成功标志清除。控制状态的 管理信号有、重合闸的投入退出，事件记录的投入退出，接地跳闸闭锁的 启动，重合闸成功标志清除的启动，断路器触头负荷测试的投入退出，重新 设置的状态信号，小电流接地的投入退出，接地跳闸优先的投入退出。 一重新设置的状态信号包括3 项内容；更新设置断路器失灵状态信号，重 新设置控制回路运行状态信号，藿新设置带有标志的状态信号。带有时间信息 标志管理的控制信号通常考虑以下内容：过流跳闸，复位，人工操作的合闸， 远方控制的合闸人工控制的闭锁，远方控制的闭锁，远方控制的跳闸，交流 输入电源失电，交流输入电源恢复，程序控制，小电流跳闸，合闸试验闭锁。 2 5 、国内外海上平台综合自动化发展现状 2 5 1 基本配置 国i f l ； l - 公司关于海上平台综台自动化系统配置方案的基本思路具有一定的 兆性，其基本配置如下： 变电站综合自动化系统分为站级和就地级( 问隔级) 。 2 51 1 就地级 间隔层单元包括各电气间隔的保护和测控单元。主要完成各电气单元的继电 1 9 保护，模拟量和数字量的采集，数据处理，小电流接地选线以及接受著 执行站级下发的控制命令等。 间隔层单元具有完善的监视及自检功能，把设备故障定位到便于更换的最小 模块级，并有明确的故障指示。能够使用微机和常规调试设备对间隔层单元进 行调试，维护和检测。 25 12 站级 站级包括监控手机，测控主单元。主要完成全站的监视，控制与调度中心 的通信、对时、无功及电压自动控制等功能。 控制机显示各种交互式信息画恧实现人机对话，显示内容包括全部设备的 位覆状态，保护设备动作及返回信息，各测量值的实时数据，告警信息，事件 信息，报表信息，计算机监控系统的状态信息，电气主接线图，保护配置等。 显示画面呵由高级别用户进行在线修改，定义，编辑，生效，删除等。 25 1 3 站级和就地级联系 间隔级单元将就地采集并处理信息数据，经光纤或双绞线传输到站级监控 计算机( 系统主机) ，由站级监控计算机发出的信息也经光纤或双绞线传输到各 问隔级单元。各间隔级单元具有可显示次设备运行工况，相互独立，不相互 影响，任一间隔级单元停用或检修，整个系统仍能正常可靠的工作。 2 5 2 国外综合自动化发展现状 目前，在国外从事综合自动化的公司主要有：德国a b b 、西门子、a e g 公 司美国g e 公司、西屋公司等。 25 2 1 西门子公司 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几个工 程项目，基本上是1 1 0 k v 城市变电站，在在海上综合自动化尚没有实际范例。 l s a 6 7 8 系统结构有全分散式和集中与分散相结合两种类型。 2 5 2 ，2a 陷公司 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。目前，已得到船级社认证，在 英国爱尔兰海利物浦湾就是采用a b b 公司的s c s 9 0 主站系统和s p a c o m 系列 的继电器。 2 5 2 3g e 公司 广东普瑞电力控制系统设备有限公司系g eh a r r i s 公司在中国的综合自动 化总代理，综合自动化系统采用i s c s - 2 0 0 其组成为：p o w e r n e t 计算机系统 ( g u i ) 、d 2 0 0 控制服务器、d 2 0 d 2 0 0 客户机、变电站网络( 以太网) 、与系 统连接的广域网及接口、就地i o ( d 2 0i o ) 、i e d 设备。在英国爱尔兰海利物 2 0 浦湾就是采用g e 公司分布型远动终端装置d 2 0 系列设备。 2 5 2 4 综述 西门子、a b b 、a e g 系德国三大电气公司。德国电力行业协会( v d e w ) 为电子制造商协会( e v 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西门子、a b b 、 a e g 公司基本上是按这一推荐规范设计和开发自己的产品的。 2 5 3 国内综合自动化发展现状 从变电站自动化的发展进程来看可分为三个阶段，第一个阶段由集中配屏 以装置为核心的方式向分散下放到开关柜以系统为核心的方式发展；第二阶段 由单一功能，相互独立向多功能、一体化过渡；第三阶段由传统的一次、二次 设备相对分立向相互融合方向发展，这一点在3 5 k v 及1 0 k v 的配电系统中更为 明显。 目前，变电所综合自动化的设计趋于一体化，即：保护、监控合一( 又称 二合一) ，保护、控制、测量、信号合一( 又称四合一) 。现在，国内科研院校， 制造厂商如南瑞、四方、清华紫光、南自厂、及东方电子、许继、阿继等经过 多年开发已形成了技术成熟，运行可靠的系列化产品( 例d i s a 、b j 、c s d 9 0 0 、 c s c 2 0 0 0 、d c a d 3 2 0 0 、f d k ) 并取得了宝贵的运行经验，得到广大用户的肯定， 特别是微机保护、监控、防误操作、故障录波、小电流接地选线等功能的不断 完善，为一体化设计提供了良好的基础。然而目前，国内厂商没有适合海洋环 境的产品和应用实例。 2 l 第三章选题理由 3 1 海上油田概述 f = l 前，胜利油田埕岛海上油田有两座中心平台，即：中心一号平台、中心 _ 二号平台。同时还有j l - t 一座卫星平台，整个海上供配电系统已初具规模。平台 的二次殴备均采用常规的电磁式的测量和监视仪表、控制屏、中央信号系统、 远动屏、继电保护屏。虽然，海上电力通信工程取得了令人瞩目的成绩，但是， 随着滩海油田规模的不断扩大和空间的不断延伸，电力通信技术的飞速发展， 以及对海上工程的认识程度的不断深入，海上电力通信系统逐渐暴露出不足和 问题，这些问题对海上的发展以及生产的可靠性、安全性和经济性都将带来潜 在的不良影响，亟待我们去解决。重要有以下几个方面： 3 1 1 安全性、可靠性不熊满足现代电力系统的要求 目前海上电力调度自动化尚未建立，海上工艺自动化系统仅对与工艺有关 的少量电气参数远传，仅能监测部分电气参数，不能实现远距离操作，不能实现 对整个电4t 系统的监控。 海一e 变电站采用常规设备，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或晶体管式，结构复杂、可靠性不高，本身没有故障自诊 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。 海上油田电力调度是由调度员通过电话或电台在静态模拟屏进行电力系 统调度。其手段较为落后陈旧，远远不能满足电网安全、经济、优质运行的要 求。随着电网的不断扩大，所需监控实时信息量的增多，要求电网调度应全面 了解电网的运行状况，对电网潮流的变化，电网局部的异常状况应做到快速反 映，以保正电阳的稳定、安全、可靠运行，减少社会经济损失和避免对人民生 活造成严重影响。此外，生产技术的发展对电能质量提出了更高的要求。电网 运行必须动态地满足电能质量的指标。只有准确掌握全两的运行状况，才有可 能在确保电网安全的前提下更充分更有效的利用电力资源为海上油田生产服 务，同时最大限度地提高电鹧经谤效益，因此，没有完善的溺度自动化手段， 电网就难以达到安全、经济、优质运行的目的。电网调度自动化系统是电网现 代化不可缺少的基础之一。 3 1 2 、供电质量缺乏科学的保证 常规变电站多数不具有自动调压手段，通常需要手动控制无功补偿设备或 变压器分接头位置以调节电压。并且对于谐波污染问题没有采取有力的解决措 施。 3 1 3 占地面积大增加了平台造价 海上平台变电站二次设备采用电磁式或晶体管式，体积大、笨重，接线 复杂，因此主拧制室、继电保护室占地面积大。这同时无疑大大增加了海上平 台的造价。 3 1 4 不适应电力系统实时控制的要求 传统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调控手段，因此没法 进行实时控制，不利于系统的安全、稳定运行。 3 1 ，5 维护工作量大，设备可靠性差 常规的保护装置和自动装置多为电磁型或晶体管型，例如晶体管型保护装 置，其工作点易受环境温度影响，因此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非常大的；同时无法实现远方修改保护或自动装置的定值。 3 1 6 不能满足平台无人值守的要求 目前除中心平台外，其余的卫星平台均没有设置生活区，属于无人值守平 台，这就要求在平台上殴有对应于中心平台进行遥控、遥测的可靠设施以及遥 控、遥测失效时的安全设施。 许多错误是由人为误操作引起的，从这个角度看，无人值班确实可以提高 运行可靠性。如果采用常规保护，若要满足“四遥“功能需增加r t u 远动装置， 即通过变送器采样，将信息远传至中心调度。但是由于信号继电器辅助触点的 限制，信息量往往受到限制。 从人身安全角度考虑，卫星平台逐渐撤人，实现无人值守已是必然趋势， 并且海上平台变电站由于地理条件，环境条件，存在着陆上变电站所无法比拟 的限制，供电可靠性是首先要解决的问题。而变电站综合自动化系统是解决此 问题的最佳方法。 3 2 项目研究的意义 由于传统变电站无法满足电力系统安全、稳定和经济、优化运行的要求。 因此，进行海 ：变电站综合自动化的项目研究有如下的意义： 3 2 1 提高海上供电质量，提高电压台格率 由于在变电站综合自动化系统中包括电压、无功自动控制功能，故对具备 有载调压变压器和无功补偿电容器的变电站，可以大大提高电压合格率。 3 2 2 提高海上变电站的安全、可靠运行水平 变电站综合自动化系统中的各子系统，绝大多数是由微机组成的，他们多 数具有故障( 自) 诊断的功能，这是比常规的自动装置突出的特点，这使得采用 综合自动化的变电站、二次设备的可靠性大大提高。 32 3 提高海上电力系统的运行、管理水平 海上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，又避免了认为的主观干预，运行人员只 耍通过观看c r t 屏幕，就对变电站丰要设备和各输、配电线路的运行工况便一 目了然。 综合自动化系统具有与上级调度通信功能，可将检测的数据及时的送往调 度中心，使调度员能及时掌握海上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。 3 2 ，4 缩小海上变电站的占地面积，降低造价，减少总投资 海上变电站综合自动化系统，由于采用微机计算机和通信技术，可以 实现资源共享和信息共享，同时出于硬件电路多数采用大规模集成电路，结构 紧凑、体积小、功能强，与常规的二次设备相比，可以大大缩小变电站的占地 面积，而且随着微处理器和大规模集成电路的不断降价，微处理器，价格比逐步 上升，发展的趋势是综合自动化系统的造价会逐渐降低，而性能会逐步提高， 因而，可以减少变电站的投资。 3 2 5 减少维护工作量，减少值班员劳动，实现检人增效 由于海上变电所综合自动化系统中，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，缩短乐维修时间。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、配录自 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 到减人增效的目的。 第四章海上平台电力自动化概述 4 1 工程概述 本工程主要是根据胜利油田海上平台电力调度自动化要求，在海上中心1 号平台和所属卫星平台之问建设通讯网络，实现中心l 号平台对所辖卫星平台 的电力调度通讯，以及对中t l , 1 号平台所属卫星甲台一次设备的监视、控制、 测量、信息记录和报警功能。 4 1 1 实施范围 胜利油田海上电力调度自动化试点工程主要工程范围涉及下述内容： 设置在中心一号平台上的监控中心主站系统； 中心一号平台上的6 k v 进出线、两台发电机组、变压器、电潜泵进线柜、 及低压馈出线的监控及保护； 所辖6 1 3 线五个井组平台上的6 k v 进出线、变压器、出线柜、3 k v 电潜 泵进线柜、低压馈出线的监控及保护以及直流屏、u p s 的监控； 4 1 2 通讯系统。 设计要求，本系统有高度的可靠性、开放性、扩展性，町以满足同时调度 剩余7 座井组平台( 平台号：c b l l d 、c b l l h 、c b l l f 、c b l l g 、c b l l b 、c b l l a 、 c b l 2 a ) 以及进一步扩充的能力。 4 1 3 系统结构、设计原则、遵循的规范 自动化系统分为二层：中心一号平台控制中心、站级通信控制层。 中心一号平台控制中心：采集本中心平台和每个井组平台上传的信息，对 整个系统进行监视、管理和控制，分析系统的运行状态，协调各子站之间的关 系，并可姆信息上传岸上电调中心。 站级通信控制层：对整个系统的高压设备、直流屏、u p s 、低压主开关等 进行监视、管理和控制。并通过r t u 将现场采集的信息上传至控制中心。子站 的配最要完成的功能包括保护、遥测、遥信、遥控等监控功能和与中心站的通 信功能。 整个自动化系统以中心一号平台控制中心为核心，实现对系统工况的监视、 测量、遥控、记录和报警等功能，以及完成数据采集与处理、统计计算、画面 显示、记录功能、事件顺序记录、报警处理、管理等功能。在中心一号平台控 制中心，自动化系统能实时显示电网的运行方式，重要设施的运行状态，并以 不同的颜色自动提示系统变化( 供电，检修等) 。开关的操作，可以编制各种闭 锁、控制条件，提高系统的可靠性。中心一号平台控制中心可采集每个井组平 台的智能单元的保护信息；当有故障发生时，可以自动实现故障的隔离，同时 系统可以实现自动恢复或人为干预方式恢复供电运行。可以对井组平台 进行远程维护、诊断、修改保护定值等功能。 设计原则遵循“安会可靠、结构分层、功能分级、布置就近、信息集中” 的建设原则。考虑到海卜变电站综合自动化系统持续发展的要求，要求该自动 化系统要具有良好的扩展性，为将来建设一个高叮靠性、高起点、高扩展性的 大系统奠定技术和管理的坚实基础。 本设计遵循下述标准： ( 1 ) 国家标准地区电网数据采集与监控