变电站自动化及测控装置PPT课件.ppt

测控装置及校验 一 变电站自动化系统的现状与发展二 测控装置在电力系统中的应用三 测控装置的校验 变电站自动化系统的现状与发展 一 变电站自动化系统的定义变电站自动化系统 国际电工委员会已正式采用了 SubstationAutomationSystem SAS 名词 并解释为 在变电站内提供包括通信基础设施在内的自动化 SAS SubstationAutomationSystem TheSASprovidesautomationinasubstationincludingthecommunicationinfrastructure 目前在国内 我们说变电站综合自动化系统 IntegratedSubstationAutomationSystem 并定义为 集保护测量 控制 远传等功能为一体 通过数字通信及网络技术实现信息共享的微机化的二次设备及系统 用以取代了常规的仪表盘 控制屏 继电保护屏及中央信号屏 此定义更多强调了继电保护和测控装置技术如何融合的设计思想 它不仅包含传统的自动化监控系统 SCADA 同时包含继电保护 自动装置等设备 变电站综合自动化系统图 二 我国变电站自动化系统的发展阶段变电站内二次设备传统按功能可分为五类 继电保护 自动装置 故障录波 当地监控和远动 五大类产品的不断发展及其功能相互渗透 推动了变电站自动化系统的发展 产生了多种多样的系统模式 按系统模式出现的时间顺序可将变电站自动化系统的发展分为四个阶段 第一阶段 变电站传统的监测和控制系统由各种继电器 测量仪表 光字牌 信号灯 警铃 喇叭等等构成变电站的二次回路 实现变电站的控制 监视 测量和告警功能 第二阶段 面向功能设计的集中式RTU加常规继电保护模式80年代是以RTU为基础的远动装置及当地监控为代表 该类系统是在常规的继电保护及二次接线基础上增设RTU装置 功能主要为完成与远方调度主站通信实现 四遥 遥测 遥信 遥调 遥控 继电保护及自动装置与系统联结采用硬接点状态接入 此类系统特点是功能简单 整体性能指标较低 系统联结复杂 不便于运行管理与维护 为自动化系统的初级阶段 第三阶段 面向功能设计的分布式测控装置加微机保护模式90年代初期 微机保护及按功能设计的分布测控装置得以广泛应用 保护与测控装置相对独立 通过通信管理单元能够将各自信息送到当地监控计算机或调度主站 此类系统的出现是由于当时国内电力系统保护和远动分属于不同部门和专业 另外对继电保护与测控装置在技术上如何融和没有达成一致的认识 故相当一部分尤其是110KV及以下电压等级自动化系统采用此类模式 该模式没有做到面向对象设计 信息共享程度不高 另外系统的二次电缆互联较多 扩展性不好 不利于运行管理和维护 第四阶段 面向间隔和对象 object oriented 的分层分布式结构模式90年代中期 随着计算机技术 网络和通信技术的飞速发展 行业内对计算机保护与测控技术不断争论和探讨达成了一致的认识 采用面向设备或间隔为对象设计的保护及测控单元 采用分层分布式的系统结构 形成了真正意义上的分层分布式自动化系统 该系统特点是针对110KV以下电压等级的设备或间隔采用保护测控一体化设计的装置 针对110KV及以上电压等级的设备或间隔采用继电保护装置与测控装置分别独立设计但共同组屏的原则 故障录波功能下放至各间隔或设备的继电保护装置中去 采用先进的网络通信技术 系统配置灵活 扩展方便 非常方便运行管理和维护 三 变电站自动化系统中的智能设备 IED 分层分布式变电站自动化系统中的智能设备 IED 主要有 继电保护类 自动装置类 测控装置类 故障录波类 电子计量类及其他智能电气类设备 下面就这几类产品的现状作一一介绍 1 继电保护类产品 继电保护类产品从电压等级划分为两大类中低压保护和高压及超高压保护 从保护装置的应用划分主要有 电网保护 线路保护 包括220KV及以上线路保护 110KV线路保护 35KV及以下配电线路保护 主设备保护 元件保护 包括发电机保护 变压器保护 母线保护 电容器保护 电抗器保护 电动机保护 厂用变压器保护等 2 自动装置类产品 包含 安全稳定控制装置 备用电源自投装置 电压无功控制装置 自动补偿消谐装置 自动准同期装置等 3 测控装置类产品测控装置类产品包括两大功能 测量 保证有足够的精度和对变化量的实时反映 其中测量包含 模拟量 电流量 开关量 温度量 直流量 压力量 流量等 控制调节 接收远方或就地的命令进行调节控制 也可根据装置设定的逻辑编程进行调节控制 规定保证控制的有效性和可靠性 控制调节内容包含 开关的控制 可控硅导通用的控制 PWM DA控制 遥测即远程测量 telemetering 应用远程通讯技术 传输被测变量的值 遥测信息是表征系统运行状态的连续变化量 或称模拟量 分为电量和非电量两种 遥信即远程指示 远程信号 teleindication telesignalization 对诸如告警情况 开关位置或阀门位置这样状态信息的远程监视 遥信信息是二元状态量 既是说对于每一个遥信对象而言它有两种状态 两种状态为 非 的关系 遥控即远程命令 telecommand 应用远程通信技术 完成改变运行设备状态的命令 如对断路器的控制 遥调即远程调节 teleadjusting 应用远程通信技术 完成对具有两个以上状态运行设备进行控制的远程命令 如机组出力的调节 励磁电流的调节 有载调压分接头的位置调节 事件 event 指的是运行设备状态的变化 如开关所处的闭合或断开状态的变化 保护所处的正常或告警状态的变化 事件顺序记录 SequenceOfEvent 是指开关或继电保护动作时 按动作的时间先后顺序进行的记录 因此要完成事件顺序记录的功能 交流采样装置必须提供实时时钟 事件分辨率 separatingcapability discrimination 指能正确区分事件发生顺序的最小事件间隔 同期 是指发电机出口电压的大小 相位 频率与电网电压的大小 相位 频率一致 电力系统中同期并列的条件 1 电压大小相等2 电压的相位相同3 电压频率相等4 电压相序相同 4 故障录波类产品 5 其他智能电气类产品变电站内其他智能电气类产品有 智能电子电度表 智能直流开关电源及智能变压器 这些设备没有统一的接口与标准 需要经过不同的智能接口设备转换 才能接入变电站自动化系统 测控装置在电力系统中的应用 随着综合自动化的发展 测控装置的使用已越来越普及 它已代替电测量变送器作为电网电测量参数 有功功率 无功功率 电压 电流 相位 频率 功率因素 测量的在线测量仪器 传统的用于电网参数监测的电测量变送器是把交流电压 电流信号经过各种变送器转化为0 5V的直流电压或4 20mA直流电流 再由测量直流信号的RTU及各种测量仪表进行采样或显示 这种采集方式中变送器的精度和稳定性对测量精度有很大影响 存在设备复杂 维护困难等问题 交流采样 RTU 测量 单元 中央 通讯 单元 数字量 P Q U I 内部通讯协议 U t I t 主站系统 数字量 1 2 3 4 远动通讯规约 变电站 数字通信线 测控装置是将二次测得的电压 电流经高精度的TV TA隔离变换成计算机可测量的交流小信号 然后再送人计算机进行处理 直接计算 然后计算P Q COS等 由于这种方法能够对被测量的瞬时值进行采样 因而实时性好 效率高 相位失真小 适用于多参数测量 通过在电力系统中应用的实践表明 采用交流采样方法进行数据采集 通过算法运算后获得的电压 电流 有功功率 功率因数等电力参数有着较好的准确度和稳定性 一 测控装置交流采样的基本原理交流采样法是按一定规律对被测交流信号的瞬时值进行采样 再用一定的数学算法求得被测量 用软件功能代替硬件的计算功能 它是用一条阶梯曲线代替一条光滑被测正弦信号 其原理误差主要有2项 用时间上离散的数据近似代替时间上连续的数据所产生的误差 这主要是由每个正弦信号周期中的采样点数决定的 实际上它取决于A D转换器转换速度和CPU的处理时间 将连续的电压和电流进行量化而产生的量子化误差 这主要取决于A D转换器的位数 连续周期交变电压 电流有效值及平均功率的计算公式如下 式中 u t t 为电压 电流的瞬时值 T为信号周期 对以上积分公式进行离散化处理 推导可得出相对应的计算电压 电流的有效值和平均功率的离散化公式 离散积分公式 均方根算法 在交流采样的计算中 只要采样点足够多就可以用离散的数字量来代替模拟量 根据采样定理可知 抽样频率fs与信号的最高频率Fm之间必须满足下列关系式 fs 2FmFs 2Fm是一个临界条件 实用上采用的抽样频率必须大于2Fm 将互感器二次电流与电压分别经交流采样测量装置内隔离变换 再次转换为弱电流及电压信号 通过一个叫采样保持器的元件采集 保存电流 电压信号 经模 数 A D 变换 通过数据线传送给CPU 计算出电流 电压 电网频率及有功 无功功率等电量并存储在记忆元件中 交流采样测量装置将采集到的数据按照一定的规约方式传输到当地监控终端或调度室 常用的用于交流采样测量装置数据传输的规约有 CDT CyclicDateTransmission 规约 101规约 102 103 104规约等 目前交流采样测量装置制造厂所使用的规约较乱 即使是同一种规约 因生产厂家的不同 设备型号的不同 差异也较大 有些甚至还需专用接口连线方可取数校验 二 测控装置在电力系统中的应用目前 测控装置在电力系统中的应用已越来越广泛 在电力系统中使用测控装置 相当于以数字方式建立了多种虚拟仪表 与直流采样相比 采用交流采样技术的优越性是十分明显的 交流采样是智能化设备中最重要的环节之一 基于交流采样的产品 可以保证变电站自动化水平的提高 交流采样测量装置以其性能稳定可靠 施工简便已被众多用户所认同 在各等级的变电站 发电厂 水电站等测量及监控或其他工业领域的实时监控系统都有使用 其电压等级已从500kV的大型变电站发展到35kV的无人值守变电站 准确度等级可分为0 2级 在近几年新建和改造的变电站中 已有90 以上使用了交流采样测量装置 电测量指针式仪表和变送器几乎完全被淘汰 测控装置的校验 随着变电站自动化技术的发展 综合自动化变电站越来越多 交流采样测量装置的校验 已成为电网测量数据采集准确性的关键 国家电网公司为使校验更加标准化和专业化 先后推出了Q GDW140 2006 交流采样测量装置运行检验管理规程 Q GDW213 2008 变电站计算机监控系统工厂验收管理规程 和Q GDW214 2008 变电站计算机监控系统现场验收管理规程 针对于测控装置校验和变电站计算机监控系统校验的三个规程 Q GDW140 2006 交流采样测量装置运行检验管理规程 规定了用于电力系统交流采样测量装置的运行检验管理 包括 出厂前验收 投运前检验 运行中周期检验和临时检验 检验方法 技术指标 运行检验管理职责 运行管理等 在检验方法里规定了基本误差校验和交流工频输入量的影响量校验和响应时间 同期功能等测试方法 Q GDW213 2008 变电站计算机监控系统工厂验收管理规程 和Q GDW214 2008 变电站计算机监控系统现场验收管理规程 规定了用于变电站计算机监控系统工厂验收和现场验收管理的内容 在Q GDW140 2006 交流采样测量装置检验管理规程 的基础之上新增加了监控系统功能和性能测试 功能要求 基本误差校验 电流 电压 有功 无功 频率 功率因数基本误差校验 影响量校验 输入量的频率变化 波形畸变 功率因数变化 不平衡电流 三相功率测量元件相互作用引起的改变量校验等 监控系统功能和性能测试 遥信 遥控 遥测 遥调响应时间测试 遥信变位 SOE分辨率 遥调准确度 同期功能 电能累计量的采集与显示 测试 一 校验的原理与方案1 基本误差校验基本误差校验时首先需要根据测控装置的技术要求给测控装置施加模拟量 然后在测定输入量 与交流采样装置的输出值进行比较 并计算误差 对测控装置模拟量校验有两种不同的方法 离线校验和在线校验 在线校验是指 使用标准测量装置对现场的交流采样装置实施在运行工作状态下的实时负荷在线测量比较 离线校验是指 使用标准测量装置对现场的交流采样测量装置实施离线状态下的虚负荷校验 在实际工作中 由于在线校验的输入源在稳定性 安全性 样本多样性等都难以满足校验要求 所以大多数情况都是使用离线状态下的虚负荷校验方法 输入值和输出值可以通过人工读取示值的方式或计算机通讯方式获取 由于获取输入值与输出值方式不同 对交流采样测量装置的校验又可分为手动校验 半自动校验与全自动校验三种方式 手动校验 是指人工控制标准源输出 被检单元的输入值和输出值均通过人工读取示值的方式获取 然后再按照误差计算相应的误差的检验方式 这种方式比较原始 工作难度大 计算繁琐 随着计算机与通讯技术的发展 交流采样采集的交流电量数据可以直接传输到计算机监测系统 在校验过程中应用计算机与通讯技术 实现对交流采样的半自动校验与全自动测试 半自动校验是指计算机通过通讯规约控制标准源输出 被检单元的输入值通过通讯规约从标准表白动获取 而输出值通过人工读取被检单元示值的方法获取的校验方式 全自动校验则是指计算机通过通讯规约控制标准源输出 被检单元的输入值与输出值均通过通讯规约自动获取的校验方式 全自动校验方式使很多用手动测试无法完成的测试项目 如响应时间 都可以很方便地进行测试 提高了测试准确性 可靠性 为规范交流采样测试管理提供了有效手段 测量仪表准确度等级要求 交流工频量基本误差和等级指数的关系 测试仪表准确度等级要求 电压 电流基本误差检验 保持输入量的频率为50Hz 谐波分量为零 依次施加0 20 40 60 80 100 120 交流电压或0 20 40 60 80 100 120 交流电流 读取标准表计中输入值 记为Vi Ii 同时读取维护终端或当地显示装置上的显示值 记为Vx Ix 电压 电流基本误差Ev和Ei由 1 2 式求出 Vi VxEv 100 1 AFIi IxEi 100 2