35kV变电站综合自动化系统分析与设计

I 毕业设计 论文 题 目 35kV 变电站综合自动化系统分析与设计 学生姓名 学 号 班 级 专 业 电气及自动化 指导教师 II 目 录 摘 要 IV 1 绪论 1 1 1 变电站自动化的意义 1 1 2 变电站综合自动化发展概述 1 1 3 变电站综合自动化系统分析 2 1 4 本文的主要工作 4 2 35kV 变电站综合自动化系统概况 6 2 1 变电站综合自动化分层配置的基本结构 6 2 2 电气本体 7 2 2 1 主变压器容量 台数的选择原则 7 2 2 2 短路电流的计算步骤 8 2 3 变压器型式的选择原则 13 2 3 1 相数的确定 13 2 3 2 绕组数的确定 13 2 3 3 绕组接线组别的确定 13 2 3 4 冷却方式的选择 14 2 3 5 高压断路器的选择和分析 14 2 3 6 高压隔离开关的选择 14 2 3 7 高压熔断器的选择 15 2 3 8 电流互感器与电压互感器的选择 15 2 4 继电保护及二次回路 16 3 变电站综合自动化系统设计 20 3 1 设计目标 20 3 2 硬件系统设计 20 3 2 1 智能单元与站级主控制计算机 20 3 2 2 音响报警装置 20 III 3 2 3 计算机网络 21 3 3 计算机监控系统软件设计 21 3 3 1 操作系统 21 3 3 2 应用软件及支持软件环境设计 21 3 3 3 监视与控制模块设计 23 3 4 系统设备 24 4 系统功能说明及性能指标 26 4 1 成套设备功能说明 26 4 1 1 35KV 间隔 26 4 1 2 主变间隔 26 4 1 3 10KV 间隔 26 4 1 4 公用间隔 28 4 2 监控系统功能说明 29 4 2 1 数据采集与处理 29 4 2 2 统计计算 30 4 2 3 报警处理 32 4 2 4 保护功能 34 4 2 6 与远程调度中心的接口 35 4 2 7 与其他设备的接口 35 4 2 8 维护功能 35 4 3 性能及指标 36 4 3 1 系统性能的具体实现 36 4 3 2 主要的技术指标 37 结 论 40 谢 辞 41 参考文献 42 IV 摘 要 变电站自动化自20世纪90年代以来一直是我国电力行业中的热点之一 根据电网技术发展要求 和市场经济的规律 变电站综合自动化有着飞速的发展速度和广阔的发展空间 特别是当前 Internet技术日渐成熟和流行 应用快速以太网通信的Web技术在电网自动化方面得到了广泛的应 用 基于Internet技术的和面向对象的分层通信 分散布置的变电站综合自动化技术成为当今领域 的先进代表 本文以新建35kV南洋变电站的设计建设为背景 通过对国内外变电站综合自动化发展情况的分 析和总结 特别是对现在处于先进领域的分层布置 分散式结构的变电站综合自动化系统进行了全 面的分析和阐述 在分析各种变电站综合自动化的模式和重点探讨先进技术领域的基础上 结合变 电站的工程情况 提出采用面向对象技术的分散式综合自动化系统整体设计方案 现场智能单元采 用南京电力自动化设备总厂的HSX 5010通信处理装置与保护装置配合使用 并对其监控系统数据 采集与处理 监视与控制功能 报表输出模块 数据库查询等主要功能模块进行了设计 最后根据 设计方案 结合现场实际工业条件 对监控系统功能做了实现 关键词 变电站 综合自动化 监控系统 二次回路 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 1 1 绪论 1 1 变电站自动化的意义 变电站自动化自 20 世纪 90 年代以来一直是我国电力行 IT 中的热点之一 所以成为热点 是建设的需要 日前全国投入电网运行的 35 110kV 变电站 18000 座 不包括用户变 220kV 变电站有 1000 多座 500kV 变电站大约有 70 座 而且 每年变电站的数量以 3 5 的速度增长 也就是说每年都有数千座新家建变电站投 入电网运行 同时 根据电网的要求 特别是自上个世纪末在我国全范围内开始的 大规模城乡电网改造 不但要新建许多变电站 现有将近一半以的建设于上世纪六 七 年代 甚至还有五年代的老旧变电站因设备陈旧老化而面临改造 二是市场的 因素 采用综合自动化系统 可在远方设立集控站 通过远方遥控 遥信 遥测 遥调 遥视等五遥功能集中监控若干个变电站 变电站现场实现无人值班 节约了 大量的人力 它通过 SCADA 系统与 MIS 系统结合实现了办公自动化 提高了管理效 率 为管理人员的决策提供了切实有力的依据某供电公司新建的 35kV 变电站是降 压变电站 将 35kV 电压进行降压变为 10kV 供给用户使用 1 2 变电站综合自动化发展概述 35kV 及以上电压等级的变电站的二次回路部分是由继电保护 当地监控 远动 装置 故障录波和测距 直流系统与绝缘监视及通信等各类装置组成的 以各自采 用独立的装置来完成自身的功能 80 年代由于微机技术的发展 远动终端 当地监控 故障录波等装置相继更新 换代 实现了微机化 人们开始考虑集成变电站二次回路各种功能的综合自动化系 统 但当时的变电站自动化系统实际传统的控制屏台仍予保留 这可以说是国内变 电站自动化技术的第一阶段 90 年代数字保护技术 即微机保护 的广泛应用 使变电站自动化取得实质的 进展 90 年代初研制出的变电站自动化系统是在变电站控制室内设置计算机作为变 电站自动化的心脏 另设置一数据采集和控制部件用以采集数据和控制命令 微机 保护柜除保护部件外 每柜有一管理单元 其串行口和变电站自动化系统的数据采 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 2 集和控制部件相连接 传送保护装置的各种信息和参数 显示保护定值 投 停保 护装置 此类集中式变电站自动化系统可以认为是变电站自动化系统的第二阶段 90 年代中期 随着计算机技术 网络技术及通信技术的飞速发展 同时结合变 电站的实际情况 研制成功了各种变电站自动化系统并投入运行 系统的特点是将现场输入输出单元部件分别安装在中低压开关柜或高压一次设 备附近 现场单元部件是保护和监控功能的二合一装置 用以处理各开关单元的继 电保护和监控功能 亦可以是现场的微机保护和监控部件 分别保持其独立性 在 变电站控制室内设置内计算机系统 该系统也可布置在远方的集控站 对各现 场单元部件进行通信联系 通信方式多采用常用的串行口如 RS 232C RS 422 485 但近年推出的分散式变电站自动化系统更多地采用了网络技术 遥测遥信采集及处 理 遥控命令执行和继电保护功能等均由现场单兀部件独众完成 并将这些信息通 过网络送至后台主计算机 而变电站自动化的综合功能均由后台主计算机系统承担 因此 现在的变电站综合自动化系统 概括起来 就是以计算机技术为基础 将传统变电站的测量 监控 保护等功能通过计算机网络综合在起 构成一个资源 和信息共享的综合自动化系统 从而将传统的变电站控制屏 保护屏 控制台等结 构进行了集成 可以实现远方监控 集中管理 进而实现变电站无人值班 并且实 现了变电站管理的自动化 同时由于装置实现了高度的集成 大大节省了变电站占 地 在当今土地资源和人力资源日趋紧张的情况下 实现变电站的综合自动化具有 明显的经济和技术优势 1 3 变电站综合自动化系统分析 变电站自动化系统中 面向对象技术己成为一个十分流行的趋势 即不单纯考 虑某一个量 而是为某一设备配备完备的保护和监控功能装置 以完成特定的功能 从而保证了系统的分布式开放性 从技术发展的趋势看 将来的测控设备还将和一 次设备完全融合 即实现所谓的智能一次设备 每个对象均含有保护 监控 计费 操作 闭锁等一系列功能及信息库 面向自动化的仅是一对通信双绞线 该双绞线 以网络方式和计算机相连 一个典型的变电站自动化系统 可分为三个层次 三个层次分别为 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 3 现场 1 0 层 用于和现场一次设备的信号和控制相连 通信层 完成上位机 Workstation 和数据终端设备 DCU 的数据和命令传 输 计算机管理层 完成相应的 SCADA 及变电站管理功能以及其它相应的辅 助功能 1 现场单元功能与性能 在变电站自动化系统中 特点是以变电站一次设备 如高低压开关等 为单位 现场单元可以是监控和保护二合一装置 亦可以保持相对独立 但有一点是共同的 就是现场单元要求能独立完成监控和保护的功能 现场监控单元具有遥测量采集及计算 遥信采集及处理 电能脉冲采集及累计 遥控命令接收与执行 对关键芯片的定时自检 与保护单元的通信 当与保护单元 保持相对独立时 并在当地显示等功能 现场保护单元具有根据安装单位的继电保护配置完成保护功能 按收与执行后 台机下发的保护定值修改 自检功能 发送保护装置的工作信息 告警信息 动作 信息 自检信息 与上级对时 接收与发送上级对保护装置整定值和测量值的查询 2 网络结构与通信规约 网络结构 在变电站自动化系统中 早期常用的串行通信接口 RS 232 RS 422 485 不足 之处是 RS 232C 通信有效距离短 15 m 而 RS 485 总线为主从结构 主接点工作 繁忙时 影响系统性能和可靠性 目前的变电站自动化所采用的通信方式多是由两级构成 在下层 采用现场总 线技术实现间隔层的数据共享和监控信息的集中 在变电站层应用局域网技术 在 变电站自动化向分散式系统发展时 采用计算机网络的优点来替代传统串口通信成 为一种必然 计算机网络内计算机之间是相互独立的和平等的 目前系统普遍采用 的是现场总线型通信方式 现场总线网是一种多点共享的广播通信信道网 较点对 点通信信道网 星形网 为优 各结点连在一条总线 L 亦可采用冗余总线 而应用 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 4 快速以太网通信的 Web 技术能够做到在不减少当前的系统功能的前提下 实现信息 资源的有效使用 通信规约 目前 应用最为广泛和成熟的通信协议就是 TCP IP 和 HTTP 协议 在现有的变 电站自动化系统中 其监控调度系统还没有实现与管理信息系统的有效连接 只是 实现了监控调度系统对管理信息系统的信息提供 存在信息的转换 其中为了保 证监控调度系统的安全性 监控调度方不接受来自管理信息系统的任何信息 它仅 负责提供信息 这一点从安全性上来考虑 当然是有道理的 但是它也限制了监控 系统信息的有效使用 当前国际上 Internet 技术日渐成熟和流行 基于该种技术 的各种应用也显示出有别于传统技术的种种优点 应用快速以太网通信的 Web 技术 能够做到在不减少当前的系统功能的前提下 实现信息资源的有效使用 Web 技术 应用于电力系统自动化主要采用快速以太网通信模式和 TCP 1P HTTP 协议 具有 很大的优点 1 4 本文的主要工作 1 设计任务要求 1 设计内容 包括变电站供电系统简况 电气主接线优化设计 绘制电气 主接线图 供电系统各处三相短路电流计算 主变压器继电保护及整定计算 中央 信号装置的设计 2 要求绘制电气主接线图 主变压器继电保护图 线路出线继电保护图和 中央信号装置接线图 2 根据某供电公司需要新建的 35kV 变电站的具体情况 完成变电站综合自 动化的如下目标 1 实时数据采集与处理 2 计算数据的处理 3 数据库管理 4 实现顺序记录和事故追忆 5 报警 6 绘图及显示 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 5 7 报表打印 8 控制操作和同期检测 9 远动功能 10 系统自诊断与自恢复 11 远程监视与维护 12 各种保护功能 13 保护设备管理功能 14 故障录波分析功能 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 6 2 35kV 变电站综合自动化系统概况 主接线图如下 南洋支线 母分 9136 9131 9133 913 9116 9111 9113 911 9096 9091 9093 909 90A3 90A1 90A 9073 9071 907 9056 9053 9051 905 9036 9033 9031 903 9016 9013 9011 901 90M5 9083 9081 908 90M4 9003 9001 9004 9002 900 9026 9023 9021 902 9046 9043 9041 904 9066 9063 9061 906 和南线南西线 南鹏线 南红线 龙南线厦南线 10kV 段母线PT 避雷器 10kVII段母线PT 避雷器 10kV 段母线 10kV 段母线 电容器 梧南线成功线 1号站用变 2号站用变 30B1 2号主变 30B 30563053 3051 305 3031 3033 3036乙 303 30A1 3054 3034 母线PT 避雷器 中南线 1号主变 35kV 3016 3014 35kV母线 30A 3036甲 90B 90B1 90B3 30A6 南铁线 910 9101 9103 9106 2 1 变电站综合自动化分层配置的基本结构 本变电站自动化是应用自动控制技术 信息处理和传输技术 通过计算机硬软 件系统代替人工对变电站进行监控 测量 运行操作的自动化系统 具体的说就是 将变电站的二次设备 包括控制 信号 测量 保护 自动装置等 利用微机及 网络技术 经过功能的重新组合和优化设计 对变电站执行自动监控 测量 运行 和操作 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 7 本变电站位无人值班变电站 即无固定人员在所内进行日常监视和操作的变电 站 本变电站自动化系统采用分层分布式结构 按纵向分为变电站层 网络层和间 隔层 变电站层即站级主站层 站级工作站一般主要由操作员工作站 五防终端 远 动主站及工程师工作站组成 本变电站中有一台研祥工控机实现这些功能 变电站层设备也采用分布式 开放式的设计 组态完成站内监控功能 全面提 供设备状态监视及控制 保护信息记录与分析等功能 网络层主要完成变电站层和间隔层之间的通讯 本站间隔层在站内按间隔分布式配置 间隔层的设备均直接下放至开关场就地 减少大量的二次接线 各间隔设备相对独立 仅通过通信网互联 并同变电站层的 设备通信 节省投资 提高系统可靠性 2 2 电气本体 2 2 1 主变压器容量 台数的选择原则 主变压器容量 台数直接影响主接线的的形式和配电装置的结构 它的确定应综 合各种因素进行分析 做出合理的选择 主变压器台数的确定 1 从供电系统的可靠性的要求 对负荷较大的变电站来说 应选择采用两 台变压器较为合适 以便当一台变压器发生故障或检修时 另一台变压器能对一 二级负荷继续供电 2 对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所 也可以考虑采用两台变压器 主变压器容量的确定 变压器容量和它所在电网功能相适应 一般情况下单位容量 MVA 费用 系 统短路容量 运输条件等都是影响选择变压器容量时的因素 具体选择时 可遵循 以下原则 装有两台主变压器的变电所 任一台变压器单独运行时 宜满足计算负荷的大约 60 70 的需要 即 30 S 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 8 30 7 06 0 SS TN 任一台变压器单独运行时 应满足全部一 二级负荷的需要 即 30 SS TN 适当考虑今后 5 10 年电力负荷的增长 留有一定的余地 干式变压器的过负荷 能力较小 更宜留有较大的裕量 电力变压器额定容量是在一定温度条件下 TN S 例如户外安装 年平均气温为 20 的持续最大输出容量 出力 如果安装地 点的年平均气温 时 则年平均气温每升高 1 变压器容量相应地减少20 0 av 1 因此户外电力变压器的实际容量 出力 为 TN av T SS 100 20 1 因此户内电力变压器的实际容量 出力 为 TN av T SS 100 20 8 01 考虑到今后发展的需要 选择容量为 6300KVA 的变压器 2 2 2 短路电流的计算步骤 1 把该变电站主接线图中去掉不参与短路电流计算的开关设备 得到短路电流计 算图如 2 1 所示 35kv 10 kV 1 U 1 K 2 U 2 K 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 9 图 2 1 电力系统 架空线路 变压器 Skml6 kvASN8000 kmX 4 0 5 7 k U 2 求各元件的电抗标么值 取 100MVA B S avr UUB 线路 175 0 37 100 64 0 22 0 avr B L U S lXX 变压器 94 0 8 0 100 100 5 7 100 N BK T S SU X 1 当在 K1 处发生三相短路时 作出等值电路图 如图 2 2 所示 0 175 L X 1 1 K 图 2 2 0 175 L X 2 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 10 最大运行方式下电源至短路点的总电抗为 0875 0 175 0 2 1 21 LL XXX 无限大容量电源1 E 短路电流周期分量的标么值 4 11 0875 0 1 X E I 有名值 8 17 373 100 4 11 3 KA U S IIII B B B 冲击电流 3 45 8 178 122 KAIKi impimp 短路全电流最大有效值 9 26 18 1 21 8 17 1 21 22 KAKII impimp 短路容量 1140 4 11100 MVAISS B 最小运行方式下电源至短路点的总电抗为 0 175 X L X 无限大容量电源 1 E 短路电流周期分量的标么值 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 11 7 5 175 0 1 I 有名值 9 8 373 100 7 5 KAIII B 冲击电流 7 229 88 122 KAIKi impimp 短路容量 5707 5100 MVAISS B 2 当在 K2 处发生三相短路时 作出等值电路图如下 2 3 所示 0 175 0 94 L X 1 T X 3 1 K 图 2 3 0 175 0 94 L X 2 T X 4 最大运行方式下电源至短路点的总电抗为 0 560 94 0 175 2 1 X XX XX T4L2T3L1 无限大容量电源 1 E 短路电流周期分量的标么值 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 12 79 1 56 0 1 I X E 有名值 8 9 5 103 100 79 1 KAIII B 冲击电流 9 248 98 122 KAIKi impimp 短路全电流最大有效值 8 14 18 1 218 9 1 21 22 KAKII impimp 短路容量 17979 1 100 MVAISS B 最小运行方式下电源至短路点的总电抗为 115 194 0 175 0 TL XXX 无限大容量电源 1 E 短路电流周期分量的标么值 9 0 115 1 1 X E I 有名值 9 4 5 103 100 9 0 KAIII B 冲击电流 6 129 48 122 KAIKi impimp 短路全电流最大有效值 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 13 4 7 18 1 219 4 1 21 22 KAKII impimp 短路容量 909 0100 MVAISS B 3 短路电流计算结果表 短路点运行方式 电源至 短路点电 抗标么值 X 短路电 流周期分 量有名值 KA I 冲击电流 KA imp i 全电流 KA imp I 短路容量 S MVA 最大 0 087517 845 326 91140 K1 最小 0 1758 922 713 4570 最大 0 569 824 914 8179 K2 最小 1 1154 912 67 490 2 3 变压器型式的选择原则 2 3 1 相数的确定 电力变压器按相数可分为单相变压器和三相变压器两类 三相变压器与同容量 的单相变压器组相比较 价格低 占地面积小 而且运行损耗减少 12 15 因此 在 330kV 及以下电力系统中 一般都选用三相变压器 2 3 2 绕组数的确定 变压器按其绕组数可分为双绕组普通式 三绕组式 自耦式以及低压绕组分裂 式等型式 35kV 及以下电压的变电所 可选用双绕组普通式变压器 2 3 3 绕组接线组别的确定 35kV 采用 Y 联接 其中性点多通过消弧线圈接地 35kV 以下高压电压 变 压器三相绕组都采用 D 联接 因此 普通双绕组一般选用 YN d11 接线 近年来 也有采用全星形接线组别的变压器 即变压器高 中 低三侧均接成星形 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 14 2 3 4 冷却方式的选择 变压器的冷却方式主要有自然风冷却 强迫空气冷却 强迫油循环水冷却 强 迫油循环风冷却 强迫油循环导向冷却 水内冷变压器 SF6 充气式变压器等 综上所述 本变电站采用两绕组的三相变压器 有载调压 YNd11 接线 强迫 风冷 2 3 5 高压断路器的选择和分析 高压断路器可在发生故障时 自动而快速的将故障切除 以保证设备的安全运 行 常用的高压断路器有油断路器 六氟化硫断路器和真空断路器 1 高压断路器的主要参数 断路器正常工作时的线电压为额定电压 及 35kV 户外开关应选择额 UUN 定电压为 40 5kV 10kV 户内断路器应选择额定电压 12kV 断路器允许长期通过的 最大工作电流为额定电流 35KV 额定电流应选择 1600A 10kV 户内断路器 marN II 应选择额定电流 1250kV 额定断开电流是断路器开断能力的标志 其大小与灭弧 室的结构和介质有关 额定开断电流选择是应与额定动稳定电流 额定短路耐受 电流选择的电流大小相同 校验高压断路器的动稳定性 校验高压断路 sh ii max 器的热稳定性 It2t I 2tima 校验高压断路器的断流容量 或开断电流 熔断断流容量按校验 2 0 SS ocN 根据上述分析并查资料 35KV 高压断路器选择 LW16 40 5 型高压六氟化硫断路器 10KV 高压断路器选择 ZN63A VS1 12 型选择户内高压真空断路器 2 3 6 高压隔离开关的选择 高压隔离开关的作用 高压隔离开关是在无载情况下断开或接通高压线路的输电 设备 以及对被检修的高压母线 断路器等电器设备与带电的高压线路进行电气隔 离的设备 根据设计条件 选择户外型高压隔离开关 它可用于户外有电压无负载时切断 或闭合 6 500KV 电压等级的电气线路 户外型高压隔离开关一般由底座 支柱绝缘 子 主刀闸 接地刀闸 动触头和操动机构等组成 单相或三相连联动进行操作 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 15 户外隔离开关可安装在户外支架或支柱上 也可安装在户内 根据上述条件和要求并查表有 35kV 高压隔离开关选择 GW4 40 5 630 型 2 3 7 高压熔断器的选择 高压熔断器的选择 除按环境 电网电压 电源选择型号外 还必须按 校验熔断器的断流容量 熔断器额定电流按 选 对保护 SS brN III FENFUN 变压器的熔件 其额定电流可按变压器额定电流的 1 5 2 倍选择 35kV 高压熔断器选择 PXWO 35 0 5A 型熔断器 2 3 8 电流互感器与电压互感器的选择 电流互感器是一次电路与二次电路间的连接元件 用以分别向测量仪表和继电 器的电压线圈与电流线圈供电 电流互感器一次侧匝数少 串接在主路中 二次线 圈与负载的电流线圈串联 接近短路状态 电流互感器的选择条件 1 额定电压大于或等于电网电压 NIN UU 2 原边额定电压大于或等于长时最大工作电流 marIN II 5 1 2 1 3 二次侧总容量应不小于该精度等级所规定的额定容量 22 SS N 4 校验 内部动稳定按 shamN iKI 1 2 电流互感器额定一次电流 N I1 动稳定倍数 am K 外部动稳定按 imaINth tItIK 2 2 2 根据上述选择条件 35KV 侧的电流互感器选择 LCWB 35W2 型零序电流互感器 10KV 侧的电流互感器选择 LZZBJ9 10C2 型零序电流互感器 电压互感器的选择 电压互感器一次侧是并接在高压侧 二次线圈与仪表和继电器电压线圈串联 一次侧匝数很多 阻抗很大 因而 它的接入对被测电路没有影响 二次线圈匝数 少 阻抗小 而并接的仪表和继电器的线圈阻抗大 在正常运行时 电压互感器接 近于空载运行 电压互感器的类型及接线按相数分单相 三相三芯和三相五芯柱式 按线圈数 来分有双线圈和三线圈 实际中广泛应用三相三线五柱式 Y Y 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 16 2 4 继电保护及二次回路 1 变压器保护 主保护 采用二次谐波制动的差动保护 瓦斯保护 不带延时的差流速断作为 差动保护作为变压器的主保护 后备保护 采用 10 5kV 相间低压闭锁的一次过电流保护 有选择跳分段或主 变及电容器开关 另外负荷保护延时作用于报警信号 轻瓦斯保护作用于报警信号 低压断线 作用信号 2 变压器备自投装置 启动条件 在二台主变一工一备的运行状态下 运行主变差动 瓦斯保护动作 跳变压器及电容器开关 运行主变二次无电压 一次无电流 自投备用主变两侧开 关 并保证自投一次 3 10 5kV 分段开关备自投装置 启动条件 在二台主变二次侧分裂运行状态下 一台主变差动 瓦斯保护动作 跳变压器及本侧电容器开关 主变二次无电压 一次无电流 检另一台主变二次有 电压 自投分段开关 并保证自投一次 4 10 5kV 线路及侧路开关保护 二相式电流速断和反时限保护 三相一次重合闸 低频减载保护 具有三轮低频减载 当频率恢复正常时 按逆顺原则 自 动恢复重要用户供电 5 10 5kV 电容器保护 二相式电流速断和反时限保护 10 5kV 相间过电压保护 10 5kV 相间低电压保护 零序过电压保护 电压取自电容器放电线圈开口三角电压 2 5 监控系统要求 1 总体要求 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 17 测量及显示状态信息 模拟量 实时采集 1OkV 各段母线电压 主变和各配出线有功功率 P 无功功率 Q 和二相电流 I 各变压器层油温度 室内温度 T 1OkV 各段母线 3Uo 各配出线 3I0 电容器无功功率 Q 和三相电流 I 直流电压等 状态量数据 断路器状态 同期检测状态 锁定状态 一次设备运行告警信号 变电站分接头位置信号及接地信号等 并收集继电保护装置及各自动控制装置的运 行 退出状态及装置内部各功能的投退状况 以及保护动作信息和事件报告信息 以供事故分析使用 可计算判断模拟量 具有越限报警功能 操作信息 即操作人员在远端或当地后台监控机中经通信网络对负责管理的断 路器开合操作 参数信 保护及自动装置的设备号 额定参数及整定值等 事件记录功能 实时采集各线开关 继电保护 重合刚动作 主变分接开关位置 具有事故预 告报警信号 并可远方传到调度端 当地地显示功能 可进行测量查看 故障检查 定值整定及显示系统信息等 远传功能 远方传送上行信息和下行信息 通道各自独立 遥控功能 调度端和集控站能对变电站开关和变压器分接开关分别进行遥控遥调 控制方式和仪表监视功能 正常情况下 无人值班 在调度端或集控站实现遥控操作 监视潮流和开关状 态 在操作失败时 应用开关柜和保护装置上就地转换开关切至就地进行现场开关 操作 并通过保护装置的显示器进行监视 小电流接地选线功能 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 18 系统发生接地故障 当 3U 大于 20V 及以上时 延时报警选出接地故障相别和 线路 二相电压最低值的相为接地相 各配出线 3I0的增量最大者为接地线路 确 认后并能显示 备用电源自投 可根据变电站运行方式和故障性质选择合适的自投方式 包括主变备自投和分 段备自投 无功补偿及电压自动控制功能 可根据系统电压 有功功率 无功功率 电流来计算和实时判断是否投切电容 器开关或调整变压器分接开关 以满足功率因数和电压要求 当变压器并列运行是 能够实现变压器分接头位置白动跟踪 并将实时信息传递给调度端 该装置还应能 够满足远方控制和手动调节 另外 变压器区外故障时 采用 A C 相过流动作 瞬时闭锁变压器分按开关自动调节装置 并报警 电容器内部鼓涨跳闸或手动跳闸 木组电容器不参与无功补偿 并报警和自保持 待电容器恢复正常运行 后 恢复参加无功补偿 音响信号报警功能 分预告信号和事故信号两种 2 通信系统 由于变电站的控制层次和对象可分为站级监控层和就地设备层二级控制系统结 构 变电站综合自动化系统的通信网络也采用二级分层分布式网络 站级通讯网由于信息流量大 开放性要求高 故采用以太网 通讯媒介采用光 纤或电缆 双绞线 同轴电缆 通信网的通讯媒介占用控制方式采用载波监听多 路访问 冲突检测 CSMA CD 方式 采用 TCP IP 通信协议 段级通讯网由于信息流量较小 通信速率要求小高 投资费用要求低 故采用 RS 485 网络 或现场总线 通讯媒介采用光纤或屏蔽电缆 通信网的通讯媒介占 用控制方式为主从问答方式 通信规约采用 IEC870 5 103 通信规约 站级监控层可配置成单机监控方式 采用以太网同段级设备相联 完成站内管 理及远方调度功能 段级设备层在横向按内一次设备 一台主变 一条线路等 分 布式的配置 各保护 测量装置集中组屏 保护单元 综合测量单元等模块通过以 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 19 太网直接与站级中央监控单元连按 或分别组屏 屏内设立管理单元 各段级设 备相对独立 通过段级 485 串行通讯网络相联 由段级通讯管理机管理且通过以太 网与站级设备连按 采用电缆为媒介的网络构成如图 2 4 系统网络图所示 调制解调器 调制解调器 其他智能设备 直流系统 计量系统 打印机 操作员工作站1 报警系统 通信服务器 总线 间隔层 网络层 变电站层 操作员工作站2综合监控系统 当地监控系统 调度中心 以太网 图 2 4 系统网络图 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 20 3 变电站综合自动化系统设计 3 1 设计目标 变电站微机监控和管理系统能对变电站的一次设备进行监视 测量 保护 控 制和记录 并能与其他保护或智能设备等相连接 实现变电站综合自动化 变电站 运行值班方式为少人或无人值班方式 在变电站级可通过监控系统对变电站高压设 备进行监视 测量 控制并记录处理各种信息 并且可由位于远方的控制中心对该 站高压设备进行监视 测量 控制并记录处理各种信息 变电站综合自动化系统主要由以下三部分组成 第一部分为间隔层的分布式保护 第二部分为站内通信网 第三部分为变电站层的监控与管理系统 本文主要进行第二部分的监控与管理系统设计 3 2 硬件系统设计 综合自动化系统中的计算机监控与管理部分采用标准化设计 灵活可靠的计算 机网络体系 且功能分布 结构分布 开放性好的成熟产品 它所用的主要如计算 机 打印机 计算机网络等应为在国际市场上著名的 占有一定市场产品 符合计 算机产业的发展方向和适应电力工业应用环境 应具有较好的技术支持 3 2 1 智能单元与站级主控制计算机 本系统基本配置为一台标准的微型计算机作为站级控制计算机 现场智能单 元采用南京电力设备总厂的 HSX 5010 通信处理装置与保护装置配合使用 微型计算机应包括 主机 1 台 操作键盘 1 个 鼠标 1 个 彩色显示器 1 台 宽行针式打印机一台 调制解调器一台 3 2 2 音响报警装置 选 AW E64 系列声卡 可安装在主控制计算机上 并配有高保真有源音箱 由 计算机驱动音响报警 音量可调 语音文件可根据现场情况录制定义 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 21 3 2 3 计算机网络 综合自动化系统通过网络部件将控制设备 保护设备连成一个计算机局域网 它具有高速传输能力和极高的可靠性 包括网络通信的连接装置 通信媒介采用光 缆 同轴电缆 3 3 计算机监控系统软件设计 3 3 1 操作系统 系统采用 WINDOWS NT 32 位实时多任务视窗操作系统 系统具有最适合 SCADA 应 用的环境 32 位系统具有占先式多任务和多线程处理能力 具有良好的实时性能 变电站监控和管理系统经常要同时执行几项任务 例如与通讯网管设备通信 系统登陆 为 I O 点记录历史信息 报警生成 画面更新 报表打印等多任务环境 下 每项任务或线程都运行在自己的环境下 并有自己的优先级 由操作系统安排 CPU 来执行 实时的 WINDOWS NT 操作系统有能力在运行任务之间有效地分配 CPU 资 源 以决定备装载的任务何时需要 CPU 并能立即作出应答 这样就有效地保证了 监控和管理系统的实时性 3 3 2 应用软件及支持软件环境设计 1 数据库及数据库管理系统 系统采用标准的中文 ACCESS 97 做为历史数据库的存取和处理 同时系统也使 用基于内存的实时数据库管理系统 具有以下特点 实用性 即对数据库的快速访问 对数据库的访问时间短 即使在并发操作 下也能满足实时功能要求 灵活性 系统可提供多种访问数据库的方式 系统 SQL 接口支持微软公司的 开放数据库连接 ODBC 接口 允许系统存取各种常用的数据库系统文件 可维护性 提供数据库维护和转换工具 用户可在线监视和修改数据库内的 各种数据 并能把历史数据库转存成其他数据格式 可恢复性 系统数据库在计一算机监控系统事故消失后 可以通过工具迅速 恢复到事故前的状态 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 22 并发操作 系统允许不同应用程序对数据库内的同一数据进行并发访问 在 并发形式下也可保持数据库的完整性和一致性 在任一计算机对数据库中数据的修改 系统服务器能自动对相关数据进行修 改 以保持数据库的一致性 提供安全的远程系统数据库维护功能 在系统授权的情况下可在远端对变电 站端数据库进行查看和维护 2 人机接口系统 本系统采用 VC 6 0 高级编程语言编制 便于维护和扩展 可以满足如下功 能的要求 电力对象和图形库 一个强大的组件库 包括大量预先定义好的变电站监控 所需的字符对象 如断路器 隔离开关等 和图符对象 如变压器 每个对象不 仅仅由图形显示 还包括与其相关的报警定义 动态显示 控点定义等 即该对象 的状态应是动态的 与变电站实际状态相符 一旦在图形中设定了该对象 已会随 着相关控点值及报警状态的改变而变化 动态图形 可对绘出的图形对象加入一系列的动态功能 如移动 旋转 闪烁 改变颜色等 对象可根据系统的过程变化 即相关的遥测 遥信 遥控量 和报警及事故状态自动激活相应的动态功能 画面生成和修改提供作图和显示图形 合一的功能 在编辑图形状态下能在线地 方便直观地在显示器生成和修改画面 在实时状态下即可观察该画面在线显示情况和实际工作状态 打印表的生成和修改能在线地 方便直观地在显示器上生成和修改打印报 表 报表宽度可为打印机的最大宽度 3 报表输出打印 由于 ACCESS97 自身的局限性 只能制作样式较为简单的报表 对于复的报表 系统就无法满足 采用 Visual Company Ltd 公司提供的 Formal On ActiveX 报表 控件来实现系统的报表功能解决这个问题 4 网络系统 变电站级网络采用成熟可靠的以太网络 通讯协议选用标准 TCP IP 协议 管理 综合自动化通讯处理装置之间的数据通信 保证它们地有效传送 不丢失 它支持 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 23 光纤通讯网络和双总线网络 自动检测网络总线和各个节点的工作状态 并能自动 选择 协调各个节点的工作和网络通信 Server 端程序和 Browser 端的 ActiveX 控件均使用 Microsoft Visual C 6 0 开发 Browser 端开发工具还涉及 Microsoft Visual InterDev Microsoft ActiveX ConPad Microsoft FrontPage 等 3 3 3 监视与控制模块设计 1 监控操作设计 操作模块主要完成 RTU 各种定值的设定及 遥控 断路器的开 合以及调整无功 补偿及电压调节及变压器有载分接开关的操作 遥控 遥调 操作分以下几个步 骤 集控站向 RTU 发出遥控 遥调 选择指令 RTU 向集控站返回返校命令 以验证选 择对象着却与否 如果选择正确 集控站向 RTU 发送遥控 遥调 执行指令 RTU 执 行应操作 RTU 定值的读取与设定 根据通信规约 可以读取 设定 RTU 参数的 通讯数据 当调度方或继电保护 远动工程师在远方 本功能仅限定专业人员应用 实 现成功记录后 系统自检命令缓冲区是否为空 读取缓冲区命令 然后检查命令是 否发出 根据接收情况返回接收信号 远方确认命令指示无误后执行操作 当有确 认打印的时候还可以实现打印等进行核对 确认无误后执行 并反馈执行情况 2 报表输出模块设计 报表是变电站后台机监控系统不可缺少的部分 利用 ACCESS 97 本身所具有的 报表设计工具 结合相应的原始数据表 可以制作具有一定灵活性的报表 不过由 于 ACCESS 97 自身的局限性 只能制作样式较为简单的报表 对于复杂些的报表 系统就无法满足 可以采用 Visual Compnents Ltd 公司提供的 Formual One For ActiveX 报表控件来实现系统的报表功能解决这个问题 此控件功能强大 其设计 的报农和 EXCEL 兼容 并且带有一编辑器 利用此控件设计报表系统时 加入自己 设定的规则 采用 DAO 技术实现与 ACCESS 97 数据库的接口 这样遵照规则 可设 计出许多样式的报表 在需要输出报表的时候 就可以显示或打印出报表 报表系统的开发语言选择 Visual C 6 0 这是为了保持与整个系统开发的一 致性 使用 VCF132 OCX 控件和 VCFI EXE 控件编辑器作为系统的核心部件 来完成 报表系统的主要功能 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 24 在用户召唤打印时 系统根据用户设定的自动打印时刻 比较当前系统时间从 而确定是否需要自动打印 然后系统会将相应报表的原始信息表中每个单元格的信 息取出 经过核心算法模块的计算得到每个单元格的 SQL 语句 然后据此从数据库 中得到数据填充到召唤打印报表或者是自动打印报表中的相应单元格中 3 Web 查询模块设计 实现后台机的 Web 查询功能 可以通过 Internet Intranet 各类 LAN Mod 拨号等方式建立起来的网络来实现对后台机的远程监控 可实现如下功能 系统多级敬录 Server 端有详细记录 各类接线图 表图 棒图 曲线图 饼图的实时查看 遥测 遥信 电能 RTU 通道属性库查看及修改 遥控功能 含 Server 级权限设置 事故追忆 事项显示 用户管理 历史事项查看 3 4 系统设备 1 变电站层 站用控制层 站用控制层负责全站各主要电气设备的监视 测量和报警等功能 同时与调度 系统进行通信 实现遥测 遥信 遥控 遥调等远动功能 变电站各设备布置在变 电站主控制室内 2 间隔层设备 间隔层负责对相应的电气设备进行监控 控制和保护 它将所采集到的控制 保护 测量 报警等信号进行处理 然后将数据信息经现场总线网络传至站控层 当站用控制级故障或退出运行时 不影响各就地控制和保护单元的功能 间隔层各 控制单元相互独立 互不影响 功能上不依赖与通信网和监控主机 增强整个系统 的可靠性和可用性 间隔层所需要的阻隔成套设备如下 10kV 组 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 25 10kV 出线柜 24 面 10kV 母联柜 1 面 10kV 电容器柜 4 面 10kV 站用变柜 2 面 35kV 组 35kV 进线柜 1 面 1 主变保护测控柜 1 面 2 主变保护测控柜 1 面 主控柜 1 面 组屏图如下 图 3 1 组屏示意图 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 26 4 系统功能说明及性能指标 4 1 成套设备功能说明 4 1 1 35KV 间隔 保护功能 35KV 采用的是内桥接线方式 进线不需配置保护 由上一级线路 保护完成或主变后备保护承担 具有防跳 压力闭锁等功能 测控功能 针对 2 回 35KV 进线实现桥备投或进线备投功能变压器备投功能 用户需求的多种备投方案 4 1 2 主变间隔 共两面柜 分别对应于 2 台主变间隔 保护功能 主保护 配置数字式变压器主保护装置 含有纵联差动保护 进线 桥 低压 侧三侧差动 过负荷告警 过负荷启动通风 过负荷闭锁调压等功能 同时 7 路 外部开入遥信的功能 后备保护 按侧配置 高压侧配置一台 HST5420 变压器后备保护装置 含有两 段式复合电压方向过流保护 复合电压可取两侧电压 三段式零序方向过流保护 间隙零流保护 间隙零压保护 过负荷告警等功能 同时具有高压侧的遥测 遥信 等功能 低压侧配置一台 HST5320 变压器后备保护装置 含有三段式定时限相间 过流保护 充电保护 过负荷发信 零序电压发信 低压侧操作回路等功能 同时 具有高压侧的遥测 遥信 遥控等功能 4 1 3 10KV 间隔 采用就地安装方式 配置 四合一 保护测控装置 1 10KV 出线柜 针对 10KV 出线间隔配置一台 HSL5520 数字式线路保护测控装置 保护功能 三段式定时限相间过流保护 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 27 反时限相间过流保护 小电流接地选线 独立的加速保护 过负荷发信或跳闸 低频减载 低压解列 三相一次重合闸 操作回路 断路器失灵 测控功能 遥测量 Ia Ib Ic P Q COS 遥信量 7 组 220V 35V 开入量 遥控量 本侧断路器的控制 自动控制功能 HSL5520 装置具有接地选线功能 当 3U0 10V 时 装置会自动 录下 3U0 3I0 向量与监控系统中的接地选线模块配合共同完成接地选线功能 2 10KV 母联柜 针对 10KV 母分间隔配置一台 HSB5610 数字式母分保护及备投装置 保护功能 分段过流 I 段 分段过流 II 段 分段过流 II 段 分段充电保护 分段操作回路 测控功能 遥测量 Ia Ib Ic P Q COS 遥信量 7 组 220V 35V 开入量 遥控量 母分断路器的控制 自动控制功能 35kV变电站综合自动化系统分析与设计变电站综合自动化系统分析与设计 28 实