XR-2000变电站自动化系统.doc

XR-2000变电站自动化系统1综 述 变电站自动化系统集变电站保护、测量、监视、远方控制于一体，通过变电站各种设备间相互交换信息、数据共享，实现对变电站运行自动监视、管理、协调和控制，大大提高了变电站的保护、控制性能和可靠性，从而改善和提高了电网的控制水平。 XR-2000变电站自动化系统采用完全分布式体系结构、开放式标准网络环境和灵活的组态方式，符合当今高、中、低压变电站自动化的发展方向。它适用于110kV及以下各级变电站、开关站，实现监视、测量、控制、保护、记录、远动等功能。既可用于老站改造，又可用于新建变电站，实现变电站的无人值守。2系统总体结构2.1 总体概述 XR-2000变电站自动化系统采用完全分布式的体系结构。附图17为七种典型的系统结构图。图中变电站内所有的二次设备从计算机网络方面看都是网络节点，所有节点由CAN、RS485通过双绞线或光纤等连在一起，各个节点之间地位平等。 XR-2000变电站自动化系统分为变电站管理层和设备间隔层。 间隔层：按站内一次设备(一条线路，一台变压器等)分布配置保护和测控装置，各装置功能相对独立，通过网络连接在一起，实现数据一处采集全网共享。变电站层：由若干主站组成，各主站间相互独立，主站通过网络同各间隔层装置通信，收集由各间隔层装置采集的各种信息，以及下达控制、修改定值和参数等命令。RTU只承担规约转换功能，避免了采集硬件重复设置，提高了系统可靠性。2.2 网络设计 变电站综合自动化技术一个重要特点就是变电站内部的二次设备通过计算机局域网络连在一起，设备之间可以互相通信。CAN总线作为XR-2000站内通讯网，具有完全的开放性。CAN总线符合ISO11898国际标准，CAN2.0B标准现场总线有以下特点:(1)具有灵活的总线构成方式，可以点对点或广播方式传递报文；(2)具有可靠的自动校验和纠错措施，保证数据的可靠接收；(3)具有在严重故障下自动脱离总线的功能，保证系统不因某个节点出现故障而导致整个系统的瘫痪；(4)具有多达15个报文收、发缓冲区，确保报文快速、可靠收发；(5)具有很强的网上驱动能力，能支持5kbps/10km或高速1Mbps/40m通讯方式；(6) 数据段采用8字节传送，不会占用总线过长，从而保证通信的实时性。 总之，CAN总线以其卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适用于工业过程监控设备互连，并已公认为最有前途的现场总线之一。 另一方面，变电站与调度端之间也必须进行通讯，通过远动规约101、DNP3.0、Polling、CDT、1801等进行通讯。在XR-2000系统中，有一个通讯接口装置，在站内与其它节点按照站内通信规约通信；在站外与调度端按照远动规约(Polling、CDT、1801等)进行通信。远动接口装置是一个模拟RTU，与其它保护和测控装置一起，构成了一个分布式远动系统。2.3 硬件设计 XR-2000系统所有装置按工业级标准设计，采用全密封结构防振机箱，防尘、防潮、防有害气体能力强；所有芯片采用军品或工业品，可稳定工作在-30+70范围内，能够在恶劣环境(高温、低温、湿热、强电磁干扰)下长期可靠工作，可安装于控制现场。硬件设计完全标准化、模块化，各装置硬件完全通用，生产、调试、维护十分方便。 CPU采用最新的DSP，集成度高、功能强、速度快。模拟输入采用小型精密电流和电压互感器，保护和测量CT分开，既保证了精度，又满足了线性范围的要求，还降低了功耗。模/数转换采用16位A/D，转换精度高，大大优于一般的12位A/D。各装置有一个CAN工业控制现场总线接口，一个RS485接口，通信接口功能强。开入量采用220V输入或110V输入，双级光电隔离。微处理器采用硬件、软件看门狗及非法指令中断等措施，抗干扰能力大大增强。各装置设有硬时钟回路，掉电时钟不停，采用EEPROM存储定值和报告，可靠性高，掉电不丢失，便于事故后分析。 装置可直接安装在开关柜上，从而简化变电站的二次接线，缩小变电站的占地面积，减少基建和设备投资，并提高变电站自动化系统的可靠性和可维护性。3硬件介绍3.1 装置结构 所有装置采用高度为6U标准机箱，整体面板方式，内部插件为插拔式，安装方式为嵌入式，接线为后接线方式。装置的外型尺寸和安装开孔尺寸见附图8。3.2 硬件说明 硬件主要由交流插件、CPU插件、电源和操作回路插件、键盘显示板和背板(安装有光隔和出口继电器)组成，见附图9。3.2.1 交流插件 交流插件包括电压输入和电流输入两个部分，共12个CT或PT，不同型号的装置其电压和电流输入元件的数目不同。3.2.2 CPU插件 CPU插件包括有七个部分：单片机、12或15路S/H、16位A/D、EEPROM、14或25路开关量输入电路、11路开关量输出电路及通信隔离电路(CAN、485)。单片机采用最新DSP芯片，将程序存储器、数据存储器、CAN总线控制器集成一体；CPU插件采用多层印制板及表面贴装工艺，外观小巧，结构紧凑，极大提高了插件的抗电磁干扰能力。3.2.3 电源和操作回路插件 直流220V或110V电压经抗干扰滤波回路后，利用逆变原理输出四组直流电压，+5V(I)，15V，+24V，+5V(II用于通信隔离)。操作回路由HBJ、TBJ和HWJ、TWJ等继电器构成，根据现场需要，可配置交流或直流操作回路。3.2.4 键盘显示板 LCD显示器物理性能：12864点阵，带背光，工作温度范围-30+70。键盘为四个按键。3.2.5 背板 背板安装有开入第一级光隔回路、光纤通信回路、开出继电器及其对外端子等。4通用技术条件 4.1 额定数据a直流电压：220V，110V； b. 交流电压：100/ V，100V；c. 交流电流：5A，1A； d. 额定功率：50Hz。4.2 装置功率消耗a回路：不大于15W；b交流电压回路：不大于0.5VA/相；c交流电流回路：不大于0.5VA/相。4.3 绝缘性能4.3.1 绝缘电阻 各带电的导电电路分别对地之间，用开路电压为500V的测试仪器测定其绝缘电阻应不小于100M。4.3.2 介质强度装置能承受IEC255-5标准规定的50Hz，2kV的交流电压，历时1分钟的检验。4.3.3 冲击电压装置能承受IEC255-5标准规定的5kV(峰值)的标准雷击电波冲击检验。4.4 抗电磁干扰性能4.4.1 脉冲干扰试验能承受IEC255-22-1标准规定的，频率为1MHz及100kHz衰减振荡波脉冲干扰检验。4.4.2 静电触电试验能承受IEC255-22-2标准规定的强度为级(接触放电6kV,空间放电8kV)的静电放电试验。4.4.3 电磁场辐射试验能承受 IEC255-22-3标准规定的10V/m的电磁场辐射试验。4.4.4 快速瞬变干扰试验能承受IEC255-22-4标准规定的IV级(4kV10%)快速瞬变干扰检验。4.5 机械性能4.5.1 工作条件：能承受严酷等级为I级的振动响应、冲击响应检验。4.5.2 运输条件：能承受严酷等级为I级的振动耐久、冲击及磁碰撞检验。4.6 环境条件4.6.1 环境温度：-30+70。4.6.2 相对湿度：最湿月的月平均最大相对湿度为90%，同时该月的月平均最低温度为25且表面无凝露。最高温度为+40时，平均最大相对湿度不超过50%。4.6.3 大气压力：80110kPa。5监控操作站 监控操作站是专门针对电力系统设计的标准SCADA系统，适用于变电站自动化、各级电网调度以及其它相关领域，有丰富的现场运行经验，性能稳定可靠，使用简便，效果良好。5.1 硬件配置PIII 700MHz以上PC或工控机，内存128M，硬盘10G以上；17以上大屏幕显示器；高速宽行针式打印机；CAN总线通信卡；GPS全球卫星定位系统（可选）；在线式UPS。5.2 支持软件MSWindowsNT 4.0/Windows 2000（调度系统平台）；MSWindows98/Windows 2000（SCADA变电站自动化监控软件系统平台）；MSAccess（数据库平台）；5.3 监控软件主要功能 公司自主开发的XR-2000系统，采用面向对象语言编程，具有网络开放互联功能。主要功能如下：5.3.1 权限控制 XR-2000系统提供三级操作权限，权限控制由密码保护。这些权限由用户设定从只可查看到可操作全部功能。5.3.2 数据采集及处理实时采集变电站的电压、电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率、电度、直流、温度以及开关状态等信号并进行处理，更新对应的数据库。事件顺序记录（SOE）：将继电保护、自动装置的动作和断路器跳、合闸按动作顺序记录。事故追忆记录：对要求追忆的模拟量保存事故前0.5s、后5s的采集数据作为追忆记录（0.5s和5s是参数，其大小根据用户要求可改动）。对于追忆结果提供了完善的数据表现方式和重演方式。故障录波功能：在保护装置动作时，记录故障前20ms、后180ms的采样数据，并显示其波形，便于故障分析。UPS电源的数据采集。对各种历史数据提供了丰富的查询条件，完善的查找功能。5.3.3 运行监视和报警处理对变电站的运行情况及设备进行全面的监视和记录，包括：设备工况图；系统一次接线图；负荷曲线、电压曲线、历史曲线、电压棒图；运行参数表；定值表；模拟量越限及开关变位告警；保护动作告警。监视断路器、负荷开关、接地刀闸、PT刀闸、主变分接头的档位等各种开关状态，并在CRT上同步显示 多种报警功能：模拟量越限报警、开关量状态变位报警、SOE报警、通信状态改变报警和系统上电校验结果。完善的报警语音管理，以齐全的语音信息提供脱离屏幕的非现场信息了解。5.3.4 控制操作对电力设备进行控制时，操作员遵循选择返校执行或选择返校取消的原则。遥控内容如下：断路器、负荷开关、接地刀闸等开关的分、断；变压器分接头的升、降、停；保护测控装置定值的修改，定值区的切换。5.3.5 打印功能运行参数的定时召唤打印；电度量报表的定时打印；电压合格率的统计报表；负荷监控；平、峰谷电度的统计报表；事件记录的实时及召唤打印；设备管理文档召唤打印；主接线图、负荷曲线、电压曲线打印；保护定值及软压板位置打印；主变分接头调节动作时间及动作次数召唤打印；各保护及开关动作时间、动作次数召唤打印。5.3.6 时钟校正接受全球卫星定位系统（GPS）的标准授时信号或调度端的对时命令，实现全站的时钟统一。5.3.7 双机互为备用 系统支持主、备运行方式，主、备机切换迅速，数据不丢失，并保证主机的操作权限，限制备机的操作权限。6通信接口6.1 型号命名XRMXXX XR公司名称简写M表示主站 XXX设计序号6.2 型号和功能配置型 号名 称用 途XRM-201当地监控接口装置与监控操作站连接XRM-202远动接口装置远动及小电流接地选线功能XRM-203工程师站接口装置与工程师站连接XRM-204通信接口装置与其它智能设备连接各装置原理接线框图见附图10、11、12、13。6.3 功能说明6.3.1 XRM-201当地监控接口装置功能a收集前置装置上送的网络信息；b将网络信息转换成与监控操作站约定协议所要求的格式；c与监控操作站配合模拟完成“四遥”功能；d驱动事故音响和预告音响(可选)；e驱动