小议综合自动化系统保护装置及通讯的应用

技师专业论文维修电工题目：小议综合自动化系统保护装置及通讯在变电站的应用作者姓名于向东申报等级二级身份证号培训单位山东化工技术学院职业技能鉴定中心培训日期2009年10月小议综合自动化系统保护装置及通讯在变电站的应用 摘 要: 发展变电站综合自动化是电力自动化工作的长期目标，其可降低变电站造价、提高变电站运行安全，并能满足变电站无人值班运行的要求。众所皆知，变电站综合自动化的关键，是将现场采集的大量信息和数据快速、准确、实时的上传到监控中心，同时将监控中心下达的控制命令准确无误地发送到控制单元，使得控制单元可及时采取保护措施，避免事故发生。这就需要变电站综合自动化系统有可靠的通信保障。随着现场总线技术在电力系统自动化中的广泛应用，它有效地解决了变电站综合自动化系统中的通信问题。就此，本文在介绍变电站综合自动化系统的基础上，对现场总线技术也进行了一定的剖析。关键词: 变电站综合自动化 四遥电力系统自动化 现场总线CAN 小议综合自动化系统保护装置及通讯在变电站的应用引 言：电力系统是一个特殊的系统，其安全性、可靠性要求高，为了实现系统的安全可靠运行，必须实现电力系统的调度、运营和管理的自动化。随着电力系统自动化程度的提高，现场总线技术的日臻完善，以及电力系统减员增效要求的提出，实现电站综合自动化，从而达到无人值班，已成为电力系统自动化发展的趁势。传统变电站中，其自动化系统存在诸多缺点，难以满足上述要求。例如：（1）传统二次设备、继电保护、自动和远程装置等大多采取电磁型或小规模集成电路，缺乏自检和自诊断能力，其结构复杂、可靠性低。（2）二次设备主要依赖大量电缆，通过触点、模拟信号来交换信息，信息量小、灵活性差、可靠性低。（3）远动功能不够完善，提供给调度控制中心的信息量少、精度差，且变电站内自动控制和调节手段不全，缺乏协调和配合，难以满足电网实时监测和控制的要求。（4）电磁型或小规模集成电路调试和维护工作量大，自动化程度低，不能远方修改保护及自动装置的整定值和检查其工作状态。传统的二次系统中，各设备按设备功能配置，彼此间相关性甚少，相互之间协调困难，需要值班人员比较多的人为去协调，难以适应现代化电网的控制要求。目前，采用符合现代工业控制技术方向的高性能微控制器，现场总线技术，实时多任务操作系统等多项先进技术，能实现对中低压输配电线路及主设备的综合自动化功能。而且能集保护、监控、调控、通信于一体，既可联网构成综合自动化系统，也可独立运行，既可适合有人监控中心，也可适合无人值班的要求。众所皆知，变电站综合自动化关键在于大量的现场采集信息和数据快速、准确，实时上传到监控中心，也能将监控中心下达的控制命令准确无误地发送到控制单元，及时采取措施避免事故发生，这就需要变电站综合自动化系统有可靠的通信保障。随着现场总线技术在电力系统自动化中的广泛应用，有效地解决了变电站综合自动化系统中的通信问题。一变电站综合自动化系统：（一）变电站综合自动化系统典型结构如图1 所示：变电站综合自动化系统一般由站控层、通信管理层和间隔层构成的计算机监控系统，采用分布式结构，设备分为站控层、通信管理层及间隔层，间隔层原则上按一次设备组织，每一间隔层设备包括测量、控制、保护、信号、通信、录波等基本功能，并完成各自的特殊功能，系统能实现信息共享及保护、监控功能的综合化，极大简化二次回路，节省系统投资。通信管理层加入前置机（通信管理装置）完成通信控制和规约转化，实现通信接收、发送、规约转化等功能；通信协议采用电力行业标准协议，能实现不同厂家设备的互联，采用全球定位系统（GPS），支持硬件对时网络，减少GPS与设备间的连接，并保证对时精度，硬件上采用模块化设计以支持多种通信接口，包括以太网、串行通信接口、可扩充的其他现场总线接口等；软件上具有规约库以支持RS-232、RS-485、LONWORKS及标准网络协议（TCP/IP）等多种类型的标准通信接口，从而具备良好的软、硬件扩展性。站控层包括数据库服务器、Web服务器、运行工作站、维护工作站、监视工作站等。图1：（二）变电站综合自动化系统的特点：以兖矿国泰化工有限公司303变电站为例，根据变电站高压供电系统一次系统的整体要求，变电站综合自动化系统决定采用综合自动化系统，在此，结合工程实践，介绍该系统在变电站监控系统中的经验。a）可靠性高。所有足以影响变电站和电网正常运行与安全运行的重要功能都应实现无公用环节的双重化，以保证系统中任何硬件设备故障和软件功能失效时，系统仍能不间断地全功能运行。b）实用性强。既能适合变电站无人值班运行，也能适合运行人员进行就地监控和操作，同时满足系统自动化及现代化管理的要求。c）先进性和灵活性。系统应用的软硬件技术成熟、先进，网络结构合理、可靠，运行维护容易，能适应变电站今后的扩建，满足开放式系统的要求，可以接入任何一厂家的微机保护及自动化装置设备。 针对国泰化工变电站的特点和要求，303变电所采用了南京南瑞自动控制有限公司的RCS-9700厂站综合自动化系统。二、变电站综合自动化系统的功能：（一）RCS-9700厂站综合自动化系统是在总结国内外同类产品的优点，充分考虑用户需求并结合发电厂、变电站现状发展而开发研制的新一代系列化保护装置，本系统采用分层分布式结构，按照一个间隔一套装置的原则设计，保护、遥测、遥信、遥控功能综合于一个装置内，保护功能完全独立于其他功能，通过控制局域网CAN或RS485单网或双网进行数据交换和共享，整个系统具有很强的灵活性，任一元件故障仅影响一个元件，整体可靠性得到很大提高。且采用了基于高性能微处理器硬件平台，装置采用全新结构设计，体积小，模块化，内置了先进的抗干扰组件，使抗震动、抗干扰能力大幅度提高；装置还采用了高速、高分辨率的14位A/D转换器，实现每周32点采样，结合专用的测量PT、CT及数字信号处理器DSP进行计算，保证了测量的高精度和速度，同时完成了有功功率、无功功率、功率因数等的计算；在软件方面才用了先进的实时多任务操作系统，保证了保护、遥测、遥信、遥控等各个功能在一个系统中的协调运行，使得硬件资源得以充分的利用，各个功能均轻松的达到各自的技术指标。（二） RCS-9700厂站综合自动化系统由RCS-9700线路保护测控装置，RCS-9700厂用变压器保护测控装置，RCS-9700电动机综合保护测控装置，RCS-9700电压互感器监测装置等，工作站微机及相应设备组成。RCS-9700变电站综合自动化系统系列保护装置具有一般的主要功能，如开关量的变位遥控，电压电流的模拟输入，断路器遥控分口，脉冲累加，遥控事件记录及顺序记录（SOE），逻辑闭锁等。（三）例如RCS-9700微机线路保护装置的以下功能：1.保护功能：速断；定时限过电流保护（堵转）；启动时间过长保护；不平衡保护（包括断相和反相）：二段定时限负序过电流保护；定时限过负荷保护（发信、报警可选）；反时限过电流保护；零序过电流保护；低电压保护；非电量保护；分散式故障录波及独立的操作回路。2.测量功能：6路遥信开入采集、装置遥信变位、事故遥信；正常断路器遥控分合；+kvh、+kvarh、-kwh、-kvarh、p、q、Ia、Ib、Ic、COS等模拟量的遥测；开关事故分闸次数统计及事件SOE等。本装置都是外部电流及电压隔离互感器变换后输入，经低通滤波器输入至模数转换器，CPU采集后对数字进行处理，构成各种保护继电器，并计算各种遥测量。Ia、Ib、Ic为保护用模拟量输入，Iac、Icc为测量用专用测量CT输入。Io零序电流输入用做零序过电流保护，零序电流的接入最好用专用零序电流互感器接入。三CAN总线通信功能：通信功能是综合自动化出别于常规站最明显的标志之一，通信网络变电站内间隔信息可充分共享，并通过通信接口与外界信息系统交换信息，同时节省大量电缆，构成一个快速、稳定、可靠的通信网络是变电站自动化系统的基本要求，也是电力系统运行管理功能的基本前提。 近年来，随着我国电力自动化的不断发展，电力系统通信方式也不断改进，现场在总线技术因其组网方便，抗干扰能力强等特点得到广泛应用。现场总线标准很多，电力自动化系统中最常用的是LONWORKS和CAN总线。LONWORKS总线通信速率为78Kbps和1.25Mbps，CAN总线通信速率为1Mbps。CAN总线是一种有效支持分布控制和实时控制的串行通信网络，是一种通信速率可达1Mbps的多主总线1。具有优先抢占方式进行总线仲裁的作用机理，通信速率高，错误帧可自动重发，永久故障可自动隔离，不影响整个网络正常工作，可靠性高，而且协议简单，开放性强，组网灵活，成本低等特点，能为电力自动化提供开放性、全分布及可互操作性的通信平台。它主要存在特点：1.CAN为多主方式工作，网络上任意节点，任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息，而不分主次，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息；2.CAN采用短帧结构，数据最多8个字节，这样不仅满足控制领域中传递控制命令，工作状态和测量数据的一般要求，且保证了通信的实时性，CAN网络上的节点信息分为不同等级，可满足不同实时要求，高优先级最多可在134S内得到传输；3.CAN采用非破坏性总线仲裁技术，当多个节点同时向总线发送信息时，优先级较低的节点主动退出发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据，从而大大节省了总线冲突时间。CAN的直接传输距离最远可达10Km/5Kbps，通信速率最高可达1Mbps/40m。可挂接设备最多可达110个。CAN节点在自身发生错误时具有自动关闭功能，以使总线上其他节点的操作不受影响。 本系统间隔层主要由保护单元和测控单元组成，每个测控单元监控多路馈进馈出，采用先进现场总线CAN，现场通信采用双绞线，总线速率达1Mbps，快速、可靠、方便灵活，通信规约支持IEC-60870-5-101格式，克服RS485网络上只能有一个主节点而无法构成多冗余系统的缺陷，具有很高的价格比。另外，采用双CAN现场总线内部定期对备用CAN进行备用检测，提高了内部网络的冗余度。 站控层采用双10Mbps双绞线以太网结构（能保证变电站自动化系统内部通信网络传输的实时性），由双服务器组成，站控层为值班人员提供全厂系统的监视、控制和管理功能，界面友好，容易使用。通过组件技术，软件功能能实现“即插即用”，能较好地满足电气监控系统的需要，软件系统采用模块化结构，开放性较好。站控层操作系统可采用Windows2000/NT，数据库选用SQL服务器，软件主要功能模块有前置、数据库生成器、数据库组态、报表管理、报警信息、曲线、棒图、动作告警、SOE、事故追忆、录波分析、人机界面、自动抄表、设备管理、定值管理、设备在线诊断、系统组态等。电气监控系统中提供了故障信息传输系统、各级调度中心、电能计量系统、直流系统通信等接口驱动软件。总之，系统完成的主要功能有：实时数据采集与处理、数据库的建立与维护、控制操作、同步检测、报警处理、顺序记录（SOE）、事故追忆、画面生成及显示、在线计算及制表、电能量处理、远动功能、电气“五防”、时钟同步、人机接口、系统自诊断与自恢复、与其他智能设备接口、运行管理功能等。四、自动化系统对员工素质得要求： 根据目前公司得发展速度与规模，采用综合自动化系统后，必须要对员工进行培训，让他们能够尽快的掌握这套电力系统自动化保护装置功能及特点，以确保生产系统的安全稳定。 培训时根据这套系统的特点主要分成了以下几部分：（一）系统概述（二）RCS-9700总控单元使用说明书（三）RCS-9700线路保护装置（四）RCS-9700电动机保护测控装置（五）RCS-9700变压器保护测控装置等实用性比较强的方面进行了培训学习，使他们能够在短时间内对这套系统有一个比较全面的认识，并运用到实际工作中去，。通过对近两年新进公司员工的培训，取得了各级领导和学员的充分肯定，使我们的每一位员工都能熟练的掌握这套装置，确保了公司电力系统的安全稳定运行。五结束语：变电站的自动化运行，不仅使运行人员的劳动强度大大减小，而且为调度、运行人员提供准确的实时数据、图形，帮助他们准确掌握设备的运行状况，303变电所综合自动化系统操作简单，维护量小，运行可靠性高，从投运至今已连续安全运行超过了1500多天，取得良好的效果，这也得归功于现场总线技术的发展水平的提高，为数字化形式实现变电站自动化监控系统提供了技术保证。变电站自动化系统应具有开放性，应能实现不同厂家设备的互操性（互换性）。因