变电站第五章第二讲

1、变电站综合自动化系统的自动控制装置 变变 电电 站站 综综 合合 自自 动动 化化 原原 理理 及及 应应 用用 2 0 1 2 2 0 1 3 学学 年年 下下 变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统的自动控制装置的自动控制装置 2 第三节第三节 故障录波装置故障录波装置 第二节第二节 备用电源和备用设备自动投入装置（备用电源和备用设备自动投入装置（AAT） 第一节第一节 电压、无功综合自动控制装置（电压、无功综合自动控制装置（VQC） 第一节第一节 电压、无功综合自动控制装置电压、无功综合自动控制装置 （VQC） 2021-6-25变电站综合自动化原理及应用陈珍姗 1.1无功功率的平衡与

2、电压水平的关系无功功率的平衡与电压水平的关系 1.2电力系统调压的基本原理和主要手段电力系统调压的基本原理和主要手段 1.3电压、无功综合自动控制策略电压、无功综合自动控制策略 1.4 电压、无电压、无功自动控制方式功自动控制方式 1.5 VQC实现与装置举例实现与装置举例 1.31.3电压、无功综合自动控制策略电压、无功综合自动控制策略 1 1、电压、无功、电压、无功综合自动控制综合自动控制的原理的原理 US RSXSUH UDUL IL 负荷 QC RLXL 单一单一辐射状网络系统示意图辐射状网络系统示意图 TT jXR LL jQP 电压无功综合控制所要达到的目的：电压无功综合控制所要达

3、到的目的： 一一是使负荷端电压与额定电压的偏差最小，即是使负荷端电压与额定电压的偏差最小，即 二二是使系统的功率损耗最小。（无功功率平衡，是使系统的功率损耗最小。（无功功率平衡， 损耗为零）损耗为零）。 要达到上述目的采用两种方法要达到上述目的采用两种方法： (1)调整变压器的变比调整变压器的变比KT 负荷线路电压损失增加负荷端电压UL减少变比 KT 增大低压侧U1负荷端电压UL。 (2) 无功功率补偿无功功率补偿（改变补偿电容器组发出的无功功率）。 minLLNL UUU 1.31.3电压、无功综合自动控制策略电压、无功综合自动控制策略 2、变电站运行方式的识别、变电站运行方式的识别 多台有

4、载调压变压器运行方式（运行、停运、并列、独多台有载调压变压器运行方式（运行、停运、并列、独 立）。立）。 识别的方式有人工设置和自动识别识别的方式有人工设置和自动识别。 3、变电站运行状态的检测和识别、变电站运行状态的检测和识别 变电站运行状态是指变电站各种电气量所处的状态（正常变电站运行状态是指变电站各种电气量所处的状态（正常/ 越限）。越限）。 控制的目标是保证主变压器二次侧电压在允许范围内，且控制的目标是保证主变压器二次侧电压在允许范围内，且 尽可能提高进线的功率因素，故一般选择尽可能提高进线的功率因素，故一般选择电压电压和和进线处进线处 功率因数功率因数为状态变量。为状态变量。 1.3

5、1.3电压、无功综合自动控制策略电压、无功综合自动控制策略 根据状态变量的大小，可将变电站运行状态划分根据状态变量的大小，可将变电站运行状态划分 为为9个区域（九区图）。个区域（九区图）。 Q 812 703 654 0 U UU 0 UU 0 cos h cos l cos U 运行运行状态图状态图 目标电压的确定：目标电压的确定： (1)根据预测的日负荷曲线；根据预测的日负荷曲线； (2)建立负荷与目标电压的建立负荷与目标电压的 数学模型。数学模型。 为了保证控制过程的为了保证控制过程的 稳定性，避免频繁调节，稳定性，避免频繁调节， 规定了一个控制死规定了一个控制死 ， 当电压在当电压在

6、和和 之间时，不进行调节。之间时，不进行调节。 U UU 0 UU 0 目标目标 电压电压 1.31.3电压、无功综合自动控制策略电压、无功综合自动控制策略 强投区域 强切区域 4区 3区 2区 1区 8区 7区 6区 0区 UQ UQ UH UL COSH (QL) COSL (QH) 5区 Q O U 1.31.3电压、无功综合自动控制策略电压、无功综合自动控制策略 简单越限简单越限 双参数双参数越限越限 2、4、6、8 1、3、5、7 8：投电容器使：投电容器使COS到上限则调分接头到上限则调分接头 3：下调分 接头降压 5：切电容器优先 ，下调分接头 9：电压无 功都合格 COSH (

7、QL) COSL (QH) 2：投 电容器 Uq Qq Qq Q U O 1：投电容器优先， 上调分接头 6 ： 切 电 容器 4：切电容器使：切电容器使COS到下限则调分接头到下限则调分接头 7：上调分 接头升压 1.31.3电压、无功综合自动控制策略电压、无功综合自动控制策略 3 ： 下 调下 调 分分 接头降压，接头降压， 分接头不可分接头不可 调时投电容调时投电容 器器 7： 上调上调 分 接 头 升分 接 头 升 压 ， 分 接压 ， 分 接 头 不 可 调头 不 可 调 时 切 电 容时 切 电 容 器器 第一节第一节 电压、无功综合自动控制装置电压、无功综合自动控制装置 （VQC

8、） 2021-6-25变电站综合自动化原理及应用陈珍姗 1.1无功功率的平衡与电压水平的关系无功功率的平衡与电压水平的关系 1.2电力系统调压的基本原理和主要手段电力系统调压的基本原理和主要手段 1.3电压、无功综合自动控制策略电压、无功综合自动控制策略 1.4 电压、无电压、无功自动控制方式功自动控制方式 1.5 VQC实现与装置举例实现与装置举例 1.4 电压、电压、无功自动控制方式无功自动控制方式 2021-6-25变电站综合自动化原理及应用陈珍姗 集中控制方集中控制方 式式 统一控制 要求通道 可靠性高 较难实现 分散控制方分散控制方 式式 各厂、站 独立进行 实现局部 地区优化 关联

9、分散控关联分散控 制方式制方式 正常时分 散 需要时集 中控制 最优 第一节第一节 电压、无功综合自动控制装置电压、无功综合自动控制装置 （VQC） 2021-6-25变电站综合自动化原理及应用陈珍姗 1.1无功功率的平衡与电压水平的关系无功功率的平衡与电压水平的关系 1.2电力系统调压的基本原理和主要手段电力系统调压的基本原理和主要手段 1.3电压、无功综合自动控制策略电压、无功综合自动控制策略 1.4 电压、无电压、无功自动控制方式功自动控制方式 1.5 VQC实现与装置举例实现与装置举例 变电站层 网络层 间隔层 区调 县调 通道 接口 主站1 通道 接口 主站2 通道 接口 主站3 通

10、道 接口 主站4 显示器 PC机 打印机 主站5 当地监控工程师站 公用电话线 PC机 PC机 主站6 MODEM 远方 工程师站 10kV 线路保护 CSL216B 10kV 电容器 保护 CSP200A 主变保护 CST213A CST31A 断路器 控制单元 CSI301A 备自投 CSB21A 综合 测量单元 CSD12A 分段保护 CSL216B 接地变 保护 CST301A 专用 测量单元 CSD12A LON双绞线网 装于开关柜上 主变保护柜 备投柜 公用柜 电度表柜 电度表1 电度表n 辅助 接口 其它装置或系统 110kV 变 电 站 典 型 配 置 图 V Q C工作工作

11、站站 1.5 VQC实现与装置举例实现与装置举例 进 线进 线 出 线 出 线 出 线 出 线 所 用 电 容 器 电 容 器 电 容 器 电 容 器 所 用 直流# 1直流# 2交流# 1 主变# 1 交流# 2交流# 3 主变# 2备投柜公用柜电度柜 控 制 台 主控制室布置图 主 接线 图 1.5 VQC实现与装置举例实现与装置举例 远动 主站 VQC工工 作站作站 工程 师站 当地 监控 主站 特殊 转发 MMI 至调度 LONWORKS 。 。 。 。 。 CSL2 16B CST3 1A CST2 21A CSI3 01A CSD1 2A CSD2 2A CSP2 15A VQC

12、转发 状态 报文 1.5 VQC实现与装置举例实现与装置举例 当地监控主站当地监控主站VQC工作站工作站 IoMonitorIoMonitor 1.5 VQC实现与装置举例实现与装置举例 1.5 VQC实现与装置举例实现与装置举例 成都星宇公司成都星宇公司VQC界面界面 1.5 VQC实现与装置举例实现与装置举例 表示开关； 表示变压器；当由 变为 时表示开关或变压器投入运行 1.5 VQC实现与装置举例实现与装置举例 运行方式界面：按或进入运行方式界面，显示变压器、电运行方式界面：按或进入运行方式界面，显示变压器、电 容器运行状态、累计动作次数、电压、有功、无功、力率数据等。容器运行状态、累

13、计动作次数、电压、有功、无功、力率数据等。 1.5 VQC实现与装置举例实现与装置举例 遥测信息界面遥测信息界面 1.5 VQC实现与装置举例实现与装置举例 遥信信息界面遥信信息界面 遥信信息区 状态信息区 1.5 VQC实现与装置举例实现与装置举例 SOE信息界面信息界面 遥信信息区 状态信息区 1.5 VQC实现与装置举例实现与装置举例 控制记录界面控制记录界面 遥信信息区 状态信息区 1.5 VQC实现与装置举例实现与装置举例 变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统的自动控制装置的自动控制装置 25 第三节第三节 故障录波装置故障录波装置 第二节第二节 备用电源和备用设备自动投入装置（

14、备用电源和备用设备自动投入装置（AAT） 第一节第一节 电压、无功综合自动控制装置（电压、无功综合自动控制装置（VQC） 2021-6-25变电站综合自动化原理及应用陈珍姗 2.1 备用电源的备用方式备用电源的备用方式 2.2 对备用设备自动投入装置的基本要求对备用设备自动投入装置的基本要求 第二第二节节 备用电源备用电源和备用设备自动投入装和备用设备自动投入装 置（置（AAT） 2.1 2.1 备用电源备用电源的配置方式的配置方式 备用电源自动投入装置备用电源自动投入装置是电力系统故障或其他是电力系统故障或其他 原因使工作电源被断开后，能迅速将备用电源、原因使工作电源被断开后，能迅速将备用电

15、源、 备用设备或其他正常工作的电源自动投入工作，备用设备或其他正常工作的电源自动投入工作， 使原来工作电源被断开的用户能迅速恢复供电使原来工作电源被断开的用户能迅速恢复供电 的一种自动控制装置，简称的一种自动控制装置，简称AAT装置。装置。 备用电源自动投入是保证电力系统连续可靠供备用电源自动投入是保证电力系统连续可靠供 电的重要措施。电的重要措施。 2.1 2.1 备用电源备用电源的配置方式的配置方式 采用采用AAT装置的优点：装置的优点： （1）提高用户供电可靠性。）提高用户供电可靠性。 （2）简化继电保护。采用）简化继电保护。采用AAT装置后，环形电网可以开装置后，环形电网可以开 环运行

16、，变压器可以解列运行，继电保护的方向性等问环运行，变压器可以解列运行，继电保护的方向性等问 题可不考虑。题可不考虑。 （3）限制短路电流。）限制短路电流。 &2.1 &2.1 备用电源的配置方式备用电源的配置方式 2021-6-25变电站综合自动化原理及应用陈珍姗 2.1 备用电源的备用方式备用电源的备用方式 2.2 对备用设备自动投入装置的基本要求对备用设备自动投入装置的基本要求 第二第二节节 备用电源备用电源和备用设备自动投入装和备用设备自动投入装 置（置（AAT） 2.2 2.2 对对备用电源和备用设备自动投入备用电源和备用设备自动投入 装置的基本要求装置的基本要求 （1）工作电源确实断

17、开后，备用电源才投入。）工作电源确实断开后，备用电源才投入。 （2）手动跳开工作电源时，备自投装置不应动）手动跳开工作电源时，备自投装置不应动 作。作。 （3）备用电源自动投入装置只允许动作一次。）备用电源自动投入装置只允许动作一次。 （4）工作母线上的电压不论因任何原因消失时，）工作母线上的电压不论因任何原因消失时， AAT均应动作。均应动作。 工作变压器工作变压器T1故障；故障； 工作母线工作母线上发生短路故障；上发生短路故障； 工作母线工作母线的出线上发生短路故障，而故障没有被该的出线上发生短路故障，而故障没有被该 出线断路器断开；出线断路器断开； QF1或或QF2因控制回路、保护回路或

18、操作机构等因控制回路、保护回路或操作机构等 问题发生误跳闸；问题发生误跳闸； 运行人员误操作导致运行人员误操作导致QF1或或QF2跳闸；跳闸； 电力系统内的故障使母线电力系统内的故障使母线失电。失电。 为防止为防止TV断线造成假失压误起动断线造成假失压误起动 AAT，工，工 作母线失压时还必须检查工作电源无流，作母线失压时还必须检查工作电源无流， 才能启动备用电源自动投入才能启动备用电源自动投入 。 （5）AAT的动作时间以尽可能短为原则。的动作时间以尽可能短为原则。 对电动机造成过大的冲击电流和冲击力矩，对电动机造成过大的冲击电流和冲击力矩， 对对 电动机十分不利；电动机十分不利； 可能导致

19、备用变压器电流速断保护的误动作。可能导致备用变压器电流速断保护的误动作。 （6）备用电源不满足有压条件，备用电源自）备用电源不满足有压条件，备用电源自 动投入装置不应动作。动投入装置不应动作。 （7）应具有闭锁备用电源自动投入装置的功）应具有闭锁备用电源自动投入装置的功 能。能。 2.2 2.2 对对备用电源和备用设备自动投入装备用电源和备用设备自动投入装 置的基本要求置的基本要求 2.3.1 典型硬件结构典型硬件结构 2.3.2 微机型备用电源自动投入装置软件原理微机型备用电源自动投入装置软件原理 2.3 备用电源自动投入装置的工作原理备用电源自动投入装置的工作原理 2021-6-25变电站

20、综合自动化原理及应用陈珍姗 &2.3 备用电源自动投入装置的工作原 理 &2.3.1 典型硬件结构典型硬件结构 1.备用电源自动投入装置的硬件结构的 工作原理 外部电流和电压输入经变换器隔离变换后，由 低通滤波器输入至A/D模数转化器，经过CPU采样 和数据处理后，有逻辑程序完成各种预定功能。 （1）由电压互感器判断母线有无电压，这里测 量的是三相电压，而不是单相电压。 （2）采用用电流互感器是防止TV断线误判断工 作母线失压导致误启动AAT。 (3)断路器的跳位与合位的信息有 跳闸位置继电器和合闸位置继电 器的触点提供，来识别系统运行 方式及选择自动投入方式 (4)断路器合闸后的触点，作为手

21、 跳断路器后闭锁自动投入和外部 自动投入输入点 &2.3.2 微机型备用电源自动投入装置软件原理 微机型备用电源自动投入装置软件逻辑框图 如图所示。下面以图暗备用方式进行分析。 正常时母线 、 分列运行，断开。 1暗备用方式的AAT软件原理 (1)AAT装置的启动方式 方式一：由图（方式一：由图（c c）分析可知，当）分析可知，当QF2QF2在跳闸状态，并在跳闸状态，并 满足母线满足母线无进线电流，母线无进线电流，母线有电压的条件，有电压的条件，Y9Y9动动 作，作，H4H4动作，在动作，在Y11Y11满足另一输入条件时合满足另一输入条件时合QF5QF5，此时，此时 QF2QF2处于跳闸位置，

22、而其控制开关仍处于合闸位置，处于跳闸位置，而其控制开关仍处于合闸位置，即即 当二者不对应就启动备用电源自动投入装置，这种方当二者不对应就启动备用电源自动投入装置，这种方 式为装置的主要启动方式式为装置的主要启动方式。 方式二：当电力系统侧各种故障导致工作母线方式二：当电力系统侧各种故障导致工作母线失去失去 电压，此时分析图（电压，此时分析图（b b）可知，在满足母线）可知，在满足母线进线无电进线无电 流，备用母线流，备用母线有电压的条件，有电压的条件，Y2Y2动作，经过延时，动作，经过延时， 跳开跳开QF2QF2，再由方式一启动备用电源自动投入装置，使，再由方式一启动备用电源自动投入装置，使

23、QF5QF5合闸。这种方式可看作是对方式一的辅助。合闸。这种方式可看作是对方式一的辅助。 1暗备用方式的暗备用方式的AAT软件原理软件原理 以上两种方式保证无论任何原因导致工作母线以上两种方式保证无论任何原因导致工作母线 失去电压均能启动备用电源自动投入装置，并且失去电压均能启动备用电源自动投入装置，并且 保证保证QF2跳闸后跳闸后QF5才合闸的顺序，并且从图的逻辑才合闸的顺序，并且从图的逻辑 框图中可知，框图中可知，工作母线工作母线与备用母线与备用母线同时失去电同时失去电 压时，压时，装置不会动作；装置不会动作；备用母线备用母线无电压无电压，装置同，装置同 样不会动作。样不会动作。 (1)A

24、AT装置的启动方式 1暗备用方式的暗备用方式的AAT软件原理软件原理 (2)AAT(2)AAT“充电充电”功能功能 从图从图 (c)(c)中看到，当满足中看到，当满足QF2QF2、QF4QF4在合闸状在合闸状 态，态，QF5QF5在跳闸状态，工作母线在跳闸状态，工作母线有电压，备用母有电压，备用母 线线也有电压，并且无装置的也有电压，并且无装置的“放电放电”信号，则信号，则 Y5Y5动作，使动作，使t3t3“充电充电”，经过，经过101015S15S的充电过程，的充电过程， 为为Y11Y11的动作做好了准备，一旦的动作做好了准备，一旦Y11Y11的另一输入信的另一输入信 号满足条件，装置即动作，合上号满足条件，装置即动作，合上QF5QF5。 1暗备用方式的暗备用方式的AAT软件原理软件原理 AAT装置的充电条件 变压器T1和T2分列运行，即QF2处于合闸 位置QF