变电站综自技术培训

1、风电场风电场变电站综合自动化变电站综合自动化职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材1、变电站综合自动化系统概述1.1、变电站综合自动化系统的定义1.2、变电站综合自动化系统的基本特征1.3、变电站自动化技术的发展历程1.4、变电站综合自动化系统的功能描述 职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材1.1综自系统概述定义变电站综合自动化系统，是利用多台微处理器及嵌入式CPU和大规模集成电路组成的分层分布式的自动化系统，它以计算机技术为基础，实现对变电站传统的继电保护、测量手段、控制方式、通信结构和管理模式的全面改造和升级。系统将变电站的二次设备，包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等，经过功能的

2、重新组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、信号处理技术和通信技术、实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的综合性的自动化功能。这些包括：自动监视、远程测量、自动控制、微机保护，以及与调度通信等。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材1.1综自系统概述定义 变电站综合自动化系统从通俗意义上讲，指的是包含传统的自动化监控系统、继电保护、自动装置等各种数字式设备，是集保护、测量、监视、控制、远传等功能为一体，通过数字通信及网络技术来实现信息共享的一套微机化的二次设备及系统。 该系统之所以冠名综合自动化系统，是为了区别于以往只实现了局部功能的变电站自动化系统，例如采用常规保护加RTU构成的变电

3、站自动化系统。国外也有文章称综合自动化系统为“一体化的变电站控制与保护系统”。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材1.2综自系统概述基本特征变电站综合自动化系统具有如下特征：变电站综合自动化系统具有如下特征：n系统功能综合化系统功能综合化综合了除交直流电源外的全部二次系统，综合不是简单的拼凑，而是功能的重新划分和性能指标的最优。n系统构成的模块化和数字化系统构成的模块化和数字化面向被控对象，形成模块化设计，并以模块化为基础实现系统的灵活组态（例如出线按间隔配置，规模可大可小） 。而模块化内部又实现了微机化。n系统结构分布、分层、分散化系统结构分布、分层、分散化系统结构从功能上采用分层设计（分三层）

4、，从物理位置上分散就近安装（中压安装在高压柜上，可靠性远高于集中式）。各子系统分布设计、并列运行、协调工作。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材1.2综自系统概述基本特征n操作监视屏幕化操作监视屏幕化以往的模拟屏被显示器上实时刷新的主接线图取代，以往的把手控制操作被键盘鼠标操作取代，以往的光字牌告警被计算机上的数字光字牌、文字提示及语音告警取代，以往的指针显示被显示器的数字显示替代n通信网络化通信网络化以往用于传输设备信息的是传输模拟量或硬接点状态量的电缆，且数量庞大，现在采用以传输串行数字信号用的少量通讯电缆或光缆。网络化的通讯方式使得施工更为简单、组态和扩容更为灵活。n运行管理智能化运行管理智

5、能化运行管理的自动化不仅表现在常规功能（抄表、VQC、接地试拉、故障隔离和恢复）的自动化上，更体现在在线自动诊断、状态检修和智能告警上。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材1.3综自系统概述发展历程80年代中期年代中期90后后-00年代年代70年代年代国内变电站综合自动化系统的发展历程分立的保分立的保护护和自和自动动化化设设备备微机微机RTU设设备备和和纯纯微机微机保保护护分散的微机分散的微机测测控和分散控和分散的微机保的微机保护护80后后-90年中年中真真正正实现综实现综合自合自动动化化职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材1.3综自系统概述发展历程影响变电站综合自动化系统的发展的关键技术n计算机技术

6、计算机尤其是微处理器技术的发展，决定着变电站自动化系统模块集成度的提高和功能的优化。例如早期的8位机产生了功能简单的微机保护和RTU设备，现在的32位机及DSP实现了功能强大的中压保护测控一体化设备和高压主后备一体化保护，也实现了保护和控制逻辑的PLC编程，同时也催生了IEC61850标准研究应用。n串行通讯技术通讯技术尤其是以太网技术的发展，决定着变电站自动化系统信息的融合和共享。例如早期的载波技术低速通讯产生了CDT规约实现有限信息的上传，现在的光纤以太网通讯促成了IEC61850的标准体系的建立，实现了变电站各设备间的无缝接入和信息的全面共享。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材1.4综自系

7、统概述功能描述基本功能：n测量、监视、控制功能n设备保护和安稳保护功能nBZT、VQC、程序化操作等自动控制等功能n远动及数据通信功能n自诊断、自恢复和自动切换功能高级功能：n特征量突变捕捉和断点再续n视频联动和故障区域成像n在线监视和设备故障早期预警n电能质量监视和谐波治理n电网故障辅助分析和设备缺陷的统计职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材第第2章章 变电站自动化系统的结构和配置变电站自动化系统的结构和配置2.1 变电站自动化系统的分层和逻辑接口2.2 变电站的智能电子设备定义2.3变电站自动化系统的硬件结构模式2.4 变电站自动化系统的配置原则2.5 变电站自动化系统的典型配置职业技能鉴定教

8、材职业技能鉴定教材2.1 变电站自动化系统的分层和逻辑结构变电站自动化系统的分层和逻辑结构IEC国际电工委员会TC57技术委员会（电力系统控制和通信技术委员会）在制定IEC61850系列标准时，把变电站自动化系统的功能在逻辑上划分为3个层次:站控层(station level)间隔层(bay level)过程层(process level) 各层次间采用高速网络通讯。站控层间隔层过程层高压一次设备职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材（1 1）过程层设备）过程层设备 过程层实际上是指与变电站一次设备断路器、隔离开关和电流互感器TA、电压互感器TV接口设备。（2 2）间隔层设备）间隔层设备 变电站自动

9、化系统在间隔层的设备主要有各种微机保护装置、自动控制装置、数据采集装置和RTU等等。 (3(3）站控层设备）站控层设备 变电站层的设备包括计算机、打印机、天文钟、通讯管理机或远动工作站等设备。2.1 变电站自动化系统的分层和逻辑结构变电站自动化系统的分层和逻辑结构职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材过程层的功能描述 过程层是一次设备与二次设备的结合面，或者说过程层是指智能化电气设备的智能化部分。过程层的功能划分：(1) 实时的电气量检测主要是电流、电压、相位以及谐波分量的检测 。(2)运行设备的状态参数检测主要有温度、压力、密度、绝缘、机械特性及工作状态等数据。 (3)操作控制执行与驱动包括变压器

10、分接头调节控制，电容、电抗器投切控制，断路器、刀闸合分控制，直流电源充放电控制。在当前大量应用的变电站综合自动化系统中，由于一次设备的智能化尚未实现，过程的功能实际全部由间隔层的设备来实现。因此有时也将变电站综合自动化系统的逻辑结构划分为两层。2.1 变电站自动化系统的分层和逻辑结构变电站自动化系统的分层和逻辑结构职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材间隔层的功能描述间隔层的设备主要有各种微机保护装置、自动控制装置、数据采集装置和RTU等设备，间隔层设备的主要功能是：(1)汇总本间隔过程层实时数据信息；(2)实施对一次设备保护控制功能；(3)实施本间隔操作闭锁功能；(4)实施操作同期及其他控制功能；

11、(5)对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；(6)承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及站控层的网络通信功能。2.1 变电站自动化系统的分层和逻辑结构变电站自动化系统的分层和逻辑结构职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材站控层的功能描述(1)通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；(2)按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心；(3)接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；(4)具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；(5)具有(或备有)站内当地监控的人机联系功能，如显示、操作、打印、报警，实现视频、声音等多媒体功能；(6

12、)具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态，在线修改参数的功能；(7)具有(或备有)变电站故障自动分析和操作培训功能。2.1 变电站自动化系统的分层和逻辑结构变电站自动化系统的分层和逻辑结构职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材2.1 变电站自动化系统的分层和逻辑结构变电站自动化系统的分层和逻辑结构变电站自动化系统各项功能的逻辑接口功能A功能B远方控制（NCC）7技术服务变电站层保护控制保护控制329832过程接口1,61,64,5过程接口4,5间隔/单元层远方保护过程层远方保护高压设备职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材2.22.2 变电站的智能电子设备定义变电站的智能电子设备定义 变电站自动化

13、系统的设备统称为智能电子设备IED（Intelligent Electronic Devices）。IEC 61850协议对智能电子设备IED的定义是：由一个或多个处理器组成，具有从外部源接收和传送数据或控制外部源的任何设备（例如：电子多功能仪表、数字继电器、控制器）。这些IEDs在物理位置上，可安装在3个不同的功能层（即变电站层、间隔层、过程层）上。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材2.32.3变电站自动化系统的硬件结构模式变电站自动化系统的硬件结构模式2.3.1 早期的集中式系统结构模式这种系统集中采集变电站的模拟量、开关量和脉冲量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、保护和一些自动

14、控制功能。集中结构并非指由单一的计算机完成保护和监控的全部功能。作为变电站自动化系统，这种结构模式已被淘汰，但是RTU作为集中式系统的一个子系统产物，得到了独立发展，目前仍然在国内发电厂中大量使用。集中式系统的缺点：n功能过于集中，设备故障影响面大n软件复杂，修改和维护工作量大n组态不灵活，影响批量生产n保护未按对象配置，维护不便职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材打印机显示器键盘监控主机电能计量微机保护电压无功控制输出接口输入接口输出接口输入接口输入接口 输出接口测量TATV保护动作出口主变保护TATV各线路保护TATV电容器TATV断路器位置输入主变测量TATV各变分头位置电容器开关位置分头控

15、制信号电容器控制信号测量TVTA开关状态输入保护动作信息输入信号输出监控机动作通信控制器调制解调器调度（控制）中心站级层间隔层现场层集中式结构集中式结构2.32.3变电站自动化系统的硬件结构模式变电站自动化系统的硬件结构模式职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材2.32.3变电站自动化系统的硬件结构模式变电站自动化系统的硬件结构模式2.3.2 分层分布式系统结构模式特点：n采用分层式结构设计（23层结构）n采用分布式结构（各设备相互协调、独立工作）n采用面向间隔的结构（每个电气间隔配置一个或多个IED设备）优点：n各设备独立完成部分功能，系统故障影响小，可靠性高n不同的电气间隔，IED软硬件相似，便

16、于批产和组态n实现间隔层IED的就地布置，节省大量电缆，方便检修n减少了现场施工和设备安装的工程量，调试和维护方便n显著地缩小了变电站主控室的面积。n变电站扩建时，系统扩展方便职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材2.32.3变电站自动化系统的硬件结构模式变电站自动化系统的硬件结构模式分层分布式系统结构模式职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材2.32.3变电站自动化系统的硬件结构模式变电站自动化系统的硬件结构模式2.3.3 当前变电站综合自动化系统的几种模式n站控监控层仅设监控主机,通过监控主机实现与远方系统信息交互。n站控监控层设监控主机，通信管理单元作为前置机，监控主机及远方系统仅与通信管理单元信息

17、交互。当间隔层设备与自动化系统只能采用单一非以太网通信接口进行信息交互时，常采用该模式。n站控监控层设监控主机和通信管理单元,远方系统通过通信管理单元与间隔层设备信息交互。而监控主机主机则独立从间隔设备层获取数据信息。IED设备采用以太网通讯后，该模式被大量使用。站控监控层设监控主机带双通信管理单元,双通信管理单元通过双机互备和自动切换实现与远方系统信息交互，监控主机主机和通信管理机各自独立从间隔设备层获取数据信息，如前图。该模式常用于对通讯可靠性要求较高的高电压等级变电站中。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材2.32.3变电站自动化系统的硬件结构模式变电站自动化系统的硬件结构模式2.3.3 当

18、前变电站综合自动化系统的几种模式各种模式的区别： 上述模式的共同特点是采用了分层分布式系统结构，间隔层的配置也基本相同。主要的不同在于站控层与远方调度系统的接口设备上。由于通信管理机作为网关，较常规计算机设备更为稳定和可靠，因此模式3、4被大面积推广。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材2.42.4变电站自动化系统的配置原则变电站自动化系统的配置原则影响系统配置的主要因素 变电站综合自动化系统的配置，是根据变电站一次系统的电压等级、主变台数、进出线多少、变电站的重要程度等多方面综合考虑的。综合自动化系统配置的指导思想（一）n通讯网络首选采用以太网通讯n监控主机应直接与间隔层IED交互信息n采用独立

19、的嵌入式设计的通讯管理机与远方系统通讯除骨干网外，应采用星型拓扑降低网络复杂度。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材2.42.4变电站自动化系统的配置原则变电站自动化系统的配置原则综合自动化系统配置的指导思想（二）nIED采用面向电气间隔配置，且应提升IED集成度以简化接线。n同一站采用同一系列的产品以降低系统的调试维护工作量。（减少多方协调）n暂不实施IEC61850标准时，站内设备推荐使用IEC103协议。n单主机系统采用Windows或Linux操作系统（简单），多机系统采用UNIX操作系统（可靠），历史数据库应采用商用数据库（开放）。监控系统的监控软件除能实现常规SCADA功能外，还应能实

20、现站内保护设备故障信息显示和分析。（功能集成，很强的实用性）职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材变电站自动化系统间隔层设备配置原则根据电力系统微机继电保护技术导则，对使用3-35kV微机保护装置宜采用保护、测量、控制、通讯为一体的四合一单元；高压变电所的自动化系统，因保护配置复杂及安全性的要求，保护与监控必须分离。据此，宜采取如下配置：n电压等级为35kV/10kV/6kV的间隔层，宜选用保护测控综合装置，并安装于开关柜上。n电压等级为110kV线路、主变压器保护监控宜组屏安装于中控室或保护室内。n电压等级220kV及以上的电力设备，保护监控应独立配置；并组屏安装于中控室或保护室内。2.42.4变

21、电站自动化系统的配置原则变电站自动化系统的配置原则职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材2.42.4变电站自动化系统的典型配置变电站自动化系统的典型配置典型变电站配置举例：东山220KV风电变电站，安装三台220/33（35）KV变压器，220KV侧采用单母线接线，33KV侧采用单母线，三台主变独立运行。采用南瑞继保公司RCS9700综自系统。基本思想：采用分层分布的综合自动化系统，将220KV间隔相关二次设备、主变相关二次设备、公用二次设备、网络设备及通信管理机集中组屏，布置在中控室内，其余设备则就地安装在高压柜中。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材2.42.4变电站自动化系统的典型配置变电站自动化

22、系统的典型配置一、主控室布置：后台计算机系统配置PC机（两台）、打印机、音响各一套，安装监控系统软件，完成变电站当地监控、自动控制、故障分析、设备维护等功能。五防及两票系统：东山风电场变电站采用与监控机共用的一体五防系统，具备办理工作票、操作票并进行操作顺序校验的五防功能。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材2.42.4变电站自动化系统的典型配置变电站自动化系统的典型配置一、主控室布置：变压器保护测控屏每台主变配置一套主变测控装置（RCS978)，另外独立配置变压器主保护、后备保护和非电量保护。主变测控装置同时完成档位和温度采集，以及档位调节的遥控。公共信息屏 配置通信管理机(RCS9698D)、

23、公共测控装置、GPS装置、逆变电源，网络交换设备、故障录波装置。通讯管理机完成于远方系统的信息交互，公共测控装置完成直流屏、交流屏等设备的信号采集。GPS屏完成全站IED设备的对时，以网络或串行通信完成监控主机的对时。网络交换机，完成站控层设备的通讯。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材2.42.4变电站自动化系统的典型配置变电站自动化系统的典型配置二、33KV开关室布置33KV出线间隔（11套）11套馈线保护测控一体化装置，就地安装在开关柜上，完成相关的保护、测控、录波、远传等功能33KV电容器间隔（3套） 3套电容器保护装置，就地安装在开关柜上，除完成常规的保护、测控、录波、远传等功能外，每套

24、还需实现完成两路零序过压保护。33KV PT间隔（3套）除完成常规的测控功能外，还提供消弧消谐功能。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材第第3 3章监控系统的操作和使用章监控系统的操作和使用3.1监控系统的任务和要求3.2监控系统的基本功能 3.3监控系统软件的体系结构和运行环境3.4监控系统实例介绍职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材3.1 3.1 监控系统的任务和要求监控系统的任务和要求监控系统的任务：完成一次设备的监视、控制、数据采集、事件顺序记录及显示、使值班人员把握安全控制、事故处理的主动性，减少和避免误操作，缩短事故停电时间，提高运行管理水平，减少变、配电损失。监控系统的基本要求：n实时性

25、强（及时获得关注的数据，并显示出来）n可靠性高（满足全天候实时监视和控制）n维护性好（方便参数修改，增删间隔，系统组态 ）n人机交流方便（友好的界面，人性化的设计）n通讯可靠（通讯可靠是系统正常运行的保障）n信息接入容量庞大（不限变电站规模，扩建方便）n可编程资源丰富（提供一系列工具实现特殊要求）职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材3.2 3.2 监控系统的基本功能监控系统的基本功能实时数据的采集和处理 模拟量、数字量或状态量、电能量的采集、折算回一次值、显示并保存到历史库人机界面功能主接线、数据、报文、报表、曲线、记录显示运行监视和报警 越限报警、事故报警、设备状态监视和记录、工况监视操作控制功

26、能 开关分合、电容投退、档位调节、保护投退。具备多级权限管理和电气闭锁、防误操作等功能数据处理和统计需量记录、电压合格率、主变负载率、开关动作次数、事故状况统计、操作记录等职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材3.2 3.2 监控系统的基本功能监控系统的基本功能事故记录和追忆保护报文、SOE记录、开关变位记录、事故前后的电压电流采样值故障分析故障录波波形显示、运算、分析、故障电压、电流显示、故障测距制表打印对报表、报文、定值、曲线、日志等进行手动或自动打印数据查询对历史数据、统计数据、历史报文、操作记录等检索系统维护参数定义、设备增删、限值设置、报表制作职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材3.3 监控系

27、统的体系结构和运行环境职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材n操作系统qUnix（Solaris, AIX, HP UX, Tru64）qLinux（多种发行版本）qWindows（XP/2003/Vista/2007）n数据库qOracle（9i/10g/11g）qMicrosoft SQL Server（2000/2005/2008）qMysql3.3 监控系统的体系结构和运行环境职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材3.4 监控系统实例介绍南瑞继保RCS9700 自动化系统 RCS-9700系列分层分布式变电站自动化系统保护和测控既相对独立又相互融合，保护装置工作不受测控和外部通信的影响，确保保护的

28、安全性和可靠性，同时又实现信息共享，为变电站综合自动化提供一个完整的解决方案。RCS-9700变电站综合自动化系统不仅支持各种电压等级变电站所需的保护、监视、控制功能，还提供变电站自动化所需的各种高级应用功能，如，高压变电站中所需的故障信息、录波信息分析和处理功能，为变电站安全、稳定、经济运行提供了坚实的基础。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材3.4 监控系统实例-菜单界面职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材3.4 监控系统实例-告警设置界面职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材3.4 监控系统实例-报表编辑职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材3.4 监控系统实例-保护显示职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材3.

29、4 监控系统实例-故障分析职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材操作票界面3.4 监控系统实例-集成两票管理职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材 SCADA视图CIM视图3.4 监控系统实例-对象编辑界面职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材从画面上调对象操作面板3.4 监控系统实例-无处不在的对象操作面板职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材从告警中调对象操作面板3.4 监控系统实例-无处不在的对象操作面板职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材3.4 监控系统实例-数据库维护职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材3.4 监控系统实例-属性配置职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材变压器图元的参数3.4 监控系统实例-参数化图元职业

30、技能鉴定教材职业技能鉴定教材3.4 监控系统实例-曲线定义与查询职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材3.4 监控系统实例-实时告警职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材3.4 监控系统实例-事故追忆职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材第第4 4章变电站章变电站IEDIED的硬件介绍的硬件介绍4.1 变电站IED的硬件的组成4.2 模拟量采集回路 4.3 开关量采集回路4.4 继电器输出回路4.5 CPU核心系统回路4.6 IED的电源系统4.7 保护装置操作回路4.8 IED机箱设计职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材4.1 变电站IED的硬件的组成变电站IED的硬件的基本组成n模拟量采集回路 n开关量采集回路

31、n继电器输出回路nCPU核心系统回路n液晶显示和键盘n通讯接口n开关电源职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材4.1 变电站IED的硬件的组成一个IED的硬件原理框图职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材4.2 模拟量采集回路两种不同的模拟量采集和比较 1. 直流量采样 直流采样是指将现场不断连续变化的模拟量先转换成直流电压信号，再送至AD转换器进行转换；即AD转换器采样的模拟量为直流信号。直流量采样适用于低速、缓慢变化的信号。 直流量采样实现电气隔离困难、易受高频干扰、零漂检测和消除困难。对快速变化的信号，实现高精度采样难度高。 2. 交流采样 交流采样是相对直流采样而言，即指对交流电流和交流电压采集时

32、，输入至AD转换器的是与电力系统的一次电流和一次电压同频率，大小成比例的交流电压信号。在交流采样方式中，对于有功功率和无功功率，是通过采样所得到的u，i ,计算出P，Q。 交流量采样尤其适用于电力系统工频变化信号。可采用互感器实现隔离，容易消除检测到直流零漂并实现软件，需要采取措施实现双极性采样，对工频信号易实现高精度采样。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材4.2 模拟量采集回路模拟量采集回路的组成 1. 传感器2. 信号处理环节3. 多路模拟开关 4. 采样保持器 5. 模/数（A/D）转换器 现代实际IED设计时，往往采用模拟开关、采样保持、A/D转换为一体的A/D器件，以提升硬件的可靠性。

33、例如AD7865、MAX125、AD7656、ADS8364等 职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材交流电压电流输入通道结构框图交流电压电流输入通道结构框图4.2 模拟量采集回路职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材采样定理采样定理 一个随时间连续变化的物理量一个随时间连续变化的物理量f(t)f(t)，下图，下图a a，经过采样后，得到一系，经过采样后，得到一系列的脉冲序列列的脉冲序列f f* *(t)(t)，它是离散的信号，被称为采样信号，如图，它是离散的信号，被称为采样信号，如图c c 。 根据香农（根据香农（ShannonShannon）定理：如果随时间变化的模拟信号（包括噪声）定理：如果随时间变

34、化的模拟信号（包括噪声干扰在内）的最高频率为干扰在内）的最高频率为f fmaxmax，只要按照采样频率，只要按照采样频率f2 ff2 fmaxmax进行采样，那进行采样，那么所给出的样品系列么所给出的样品系列, ,，就足以代表（或恢复）就足以代表（或恢复）f(t)f(t)了，实际应用中常了，实际应用中常采用采用f(5f(510)f10)fmaxmax。4.2 模拟量采集回路职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材A/D转换器的主要技术性能转换器的主要技术性能（1）分辨率：分辨率反映）分辨率：分辨率反映A/D转换器对输入模拟信号微小变转换器对输入模拟信号微小变化响应的能力，通常以数字量输出的最低位（化响

35、应的能力，通常以数字量输出的最低位（LSB）所对应的）所对应的模拟输入电平值表示。模拟输入电平值表示。N位位A/D转换能反映转换能反映1/2n满量程的模拟满量程的模拟量输入电压。量输入电压。一般用一般用A/D转换器输出数字量的位数来表示分辨率。转换器输出数字量的位数来表示分辨率。A/D位数 分辨率 8 10 12 14 16 1/28=1/256 1/210=1/1024 1/212=1/4096 1/214=1/16384 1/216=1/65536 4.2 模拟量采集回路职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材4.3 开关量采集回路开关量的采集的几个注意事项1、信号输入推荐采用DC110/220V

36、高电压输入以提升抗干扰能力2、输入端提供低通滤波和反向旁路抑制高频干扰3、应实现内外信号电气隔离4、应设定合适的开关量动作检出阈值，例如DC220V输入的开关量，阈值设定在110V。5、从时间或阀值上具备一定的迟滞特性来过滤抖动职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材采用光电隔离的开关量输入方式采用光电隔离的开关量输入方式4.3 开关量采集回路采用继电器隔离的开关量输入方式采用继电器隔离的开关量输入方式职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材两种输入方式的优缺点对比两种输入方式的优缺点对比1、采用光耦隔离的开关量输入方式节省空间、功耗低(一般设定2mA)、速度快(几十us)、成本低廉、抗扰动性能不如继电器，但

37、电气隔离能力优于继电器2、采用继电器隔离的开关量输入方式 具有天然的迟滞特性，抗扰动能力强。但所占空间大、功耗大（一般至少为510mA）、速度慢（几ms）,成本高4.3 开关量采集回路职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材4.3 开关量采集回路职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材CPU对开关量、数字量采集的处理方式对开关量、数字量采集的处理方式1、状态变化申请中断方式采样实时性极高（us级响应），采样电路复杂，丢失中断时将监测不到变化的信号，故仅用于高速信号捕捉时才使用。2、采用定时扫描方式采样 采样电路简单，采集方式性能可靠，可与交流采样中断中顺带实现，实时性也能满足一般遥信量的需要。例如在每周波24

38、点下，时间分辨率为0.833ms。但高于扫描周期高速变化信号则无法捕捉。常用于遥信量采集。4.3 开关量采集回路职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材软件的防抖处理软件的防抖处理软件处理时应捕捉第一次状态变化时间，但应延时判别后才能确认状态是否变化4.3 开关量采集回路判有变位，记录事件放于暂存中复杂滤波时间到，变位有效，正式记录此事件T职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材4.4 开关量输出回路开关量输出回路的几个注意事项1、继电器线圈去激励时的瞬变干扰抑制2、多重闭锁措施防止误出口3、根据控制对象的特点设计印制板走线4、应实现内外信号电气隔离5、推荐两级隔离抑制源于输出回路的传导干扰职业技能鉴定教材职

39、业技能鉴定教材常用数字量输出接口电路常用数字量输出接口电路输出接口电路可直接由输出接口电路可直接由CPU IO引脚内部寄存器锁引脚内部寄存器锁存输出，也可由外部控制总线锁存输出。存输出，也可由外部控制总线锁存输出。两则的区别仅仅在于锁存器在两则的区别仅仅在于锁存器在CPU片内还是片外。片内还是片外。显然片内锁存可靠性更高些，但显然片内锁存可靠性更高些，但CPU IO资源往往有资源往往有限，无法满足大规模开关量输出需要。限，无法满足大规模开关量输出需要。4.4 开关量输出回路职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材第第5 5章变电站综合自动化其它章变电站综合自动化其它IEDIED设备设备5.1 故障录波

40、器5.2 电压无功自动控制器（VQC）5.3 测控装置5.4 总控装置或通讯管理机 5.5 在线监测设备职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材故障录波器概念： 是电力系统发生故障及振荡时能自动记录的一种装置, 它可以记录因短路故障、系统振荡、频率崩溃、电压崩溃等大扰动引起的系统电流、电压及其导出量, 如有功、无功以及系统频率的全过程变化现象。故障录波器的启动方式 起动方式的选择，应保证在系统发生任何类型故障时，故障录波器都能可靠的启动。一般包括以下启动方式：负序电压、低电压、过电流、零序电流、零序电压。5.15.1故障录波器职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材5.15.1故障录波器故障录波器的启动判据

41、相电压和零序电压突变量启动U=5%Un, U0=2%Un电压越限启动U90%Un, U110%Un,U2=3%Un, U0=2%Un主变中性点电流越限启动 3I0=2%In频率越限和滑差越限启动f50.5Hz, df/dt0.1Hz/s系统振荡启动0.5s内 I波动大于10%In保护跳闸接点启动人工启动职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材n(1)系统发生故障，继电保护装置动作正确，可以通过故障录波器记录下来的电流量电压量对故障线路进行测距，帮助巡线人员尽快找到故障点，及时采取措施，缩短停电时间，减少损失。n(2)线路不明原因跳闸，通过对故障录波器记录的波形进行分析，可以判断出开关跳闸的原因。 从而

42、采取相应措施，将线路恢复送电或者停电检修，避免盲目强送造成更大的损失，同时为检修策略提供依据。n(3)判断继电保护装置的动作行为。当系统由于继电保护装置误动造成无故障跳闸或系统有故障但保护装置拒动时，就要利用故障录波器中记录的开关量动作情况来判断保护的动作是否正确，并可以据此得出有问题的部分，对于较复杂的故障可以通过记录下来的电流电压量对故障量进行计算，从而对保护进行定量考核。故障录波器的作用5.15.1故障录波器职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材n（1）采样速率： 采样速率的高低决定了录波器对高次谐波的记录能力，在系统发生故障之初， 故障波形的高次谐波非常严重，因此，为了较真实地记录故障的暂态

43、过程，录波器要有较高的采样速率。根据实际使用情况 采样速率一般设定为 3 200 Hz 即每周期采样 64 点。n（2）A/D 转换位数： A/D 转换器的位数决定了录波器记录数据的准确度，对于不同位数的 A/D 转换器在量度同一个幅值的模拟量时，显然高位数A/D 转换器的每格所代表的值要比低位数 A/D 转换器小，也就是说分辨率比较高，这样就可以具有较高的精度保证所有通道采样的一致性。n（3）最大故障电流记录能力：该指标用来保证在系统最大短路电流下能够完整地记录故障过程，不发生削波，同时在极小电流时又要能用一定的精度。该指标有时还影响到录波器启动定值的灵敏度。n（4）录波记录时间：故障录波器

44、被触发后，将根据事先设定的录波时间采集数据、存储数据。这几个时段有：故障前记录时间，这部分录波数据主要是用来进行故障定位计算时使用。触发时段：这部分录波数据记录的是故障发生的前期过程，含有较多的暂态分量，故障后进行故障定位和其他电气量计算使用的主要是这部分数据。故障后时段：这个时段主要记录系统在故障结束后系统的情况，这段数据主要关心的是变化过程。5.15.1故障录波器故障录波器的主要参数故障录波器的主要参数职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材 由电压互感器、电流互感器提供的电流经A/D转换器, 将模拟量变为数字量, 再送入计算机, 由CPU 处理后存入存储器, 进行检测计算,探测故障。断路器位置及

45、保护动作情况经开关量输入接口变成电信号, 再经隔离之后, 成组进入CPU 处理存储。在正常情况下, 对电压电流只进行采集, 对开关只进行扫描。当有故障发生时,CPU 采集到电流电压突变量, 或过电流、 过电压、零序电流、 开关状态变化等信号时, 启动故障录波。 由于数据采集是连续的, 故可将故障前一定时段的数据和故障后的全部数据采集, 送入RAM。然后存入磁盘, 由离线分析程序显示出波形曲线图、 一次/二次录波值等。动作原理5.15.1故障录波器职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材5.15.1故障录波器n单相接地故障n 单相接地故障，故障相电流和零序电流大小相等且同相位，故障相电压有一定程度减小，

46、同时有零序电压出现，如图 1 所示。 根据分析的单相接地短路故障录波图得出以下特点：根据分析的单相接地短路故障录波图得出以下特点：（1 1） 一相电流增大，一相电压降低；出现零序电流、零序电压；一相电流增大，一相电压降低；出现零序电流、零序电压；（2 2） 电流增大、电压降低为相同相别；电流增大、电压降低为相同相别；（3 3） 零序电流向位与故障电流同向，零序电压与故障相电压反向。零序电流向位与故障电流同向，零序电压与故障相电压反向。 根据以上分析，判断为单相接地故障，故障相为接地电流明显根据以上分析，判断为单相接地故障，故障相为接地电流明显增大的那一相增大的那一相。职业技能鉴定教材职业技能鉴

47、定教材5.15.1故障录波器n两相接地故障n 两相接地故障，2 个故障相的电流突变增大，但2 个电流之间的相位有角度差，变化范围随过渡电阻的不同在 60 o180 o之间变化，但有零序电流出现，如图 2 所示。根据分析两相接地短路故障录波图得出以下特点：（1） 两相电流增大，两相电压降低；出现零序电流、零序电压；（2） 电流增大、电压降低为相同两个相别；（3） 零序电流向量为位于故障两相电流间。根据以上特点分析判断故障性质为两相接地短路，故障相为接地电流明显增大的那两相。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材5.15.1故障录波器n三相故障n 三相接地故障或不接地故障，三相电流同步增，没有零序电流和

48、零序电压，如图 3 所示 根据分析三相短路故障录波图得出以下特点：（1） 三相电流增大，三相电压降低；（2） 没有零序电流、零序电压。根据以上特点判断故障性质为三相短路故障职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材5.15.1故障录波器故障录波器的记录格式 分时段记录 至少为扰动前、扰动初期、扰动中期、扰动后期、恢复期五个时段，前2个时期为原始波形，后3个时期可为有效值波形不定长录波 录波长度由启动次数和故障性质决定故障录波器的数据输出格式符合暂态数据交换格式-COMTRADE格式职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材5.25.2电压无功自动控制器变电站调压的主要手段有载调压变压器UL=UH/Kt 调节变比K

49、t实现调压补偿电容器 U=US-U=P*RS+(Q-QC)*XS/U投退电容器，改变系统压降VQC的目标n维持供电电压在规定范围内n保持系统稳定和无功平衡n保证电压合格前提下网损最小职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材5.25.2电压无功自动控制器VQC装置的基本要求n自动识别运行方式，并采取相应的控制策略n能灵活设定电压允许偏差和功率因素上下限n能闭环检测控制输出，不成功则采取相应对策，并保存记录n变压器的分接头控制和电容器组的投切考虑各种条件的限制；职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材5.25.2电压无功自动控制器cos0UU0cosHcosLQ 0区目标区8区先切电容再降压1区，只降压2区先降压

50、再投电容3区只投电容7区只切电容6区先升压再切电容4区先投电容再升压5区，只升压UHULVQC九区控制策略为达到更加优化的控制策略，可从九区控制演化为27区控制职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材5.25.2电压无功自动控制器主变调档应遵循以下条件和要求n多台变压器并列运行时必须保证同步调档；n确保有载调压分级进行，一次调一档，前后两次调档应有一定延时；n人工闭锁或主变保护动作或主变停运闭锁调挡；n调档命令发出后要进行校验，发现拒动、滑档闭锁调档机构n主变过负荷、母线电压太低闭锁调档。n主变故障、母线故障闭锁调压；n主变的档位已达极限或出现滑档等闭锁调压职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材5.25.2

51、电压无功自动控制器电容投切操作应满足以下条件和要求n电容器组的投切应实行轮流原则，即保证先投者先切、先切者先投；n电容器组轮换投切应考虑运行方式的影响，当多台主变既有关联又有独立性时，应各自投入本身的电容器；n人工投切的电容器组也应参加排队；n主变低压侧电压过高或过低应闭锁电容的投切；n电容器检修或保护动作应闭锁投切；n母线故障、电容器正常退出运行是闭锁投切；职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材5.35.3测控装置变电站测控装置应用范围n110KV及以上断路器需单独配置测控n主变宜单独配置测控n变电站公共设施需配置公共量测控装置变电站测控的功能n提供常规“四遥”功能n实现必要的电气逻辑闭锁功能n能

52、接入本间隔其它IED设备的信息和状态职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材5.45.4总控装置或通讯管理机总控装置或通讯管理机的主要功能n担当变电站自动化系统与调度系统间的网关设备，实现双方的物理隔离。n提供多个网口和各种串行通讯接口n支持同时与多个主站系统交互数据n支持各种常规通讯协议，可接入站内各IED设备n支持双机协同工作，实现系统冗余配置n内置大容量非易失性存储器，能够保持一段时期内的全站重要历史数据职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材5.55.5在线监测设备现行高压设备定期检修制度的弊端n停电试验，减少设备的可用时间n不能真实反映设备的运行状况。 n“过剩维修”，有时试验甚至引发维修故障n试验

53、时间集中，工作量大，造成巨大浪费职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材5.55.5在线监测设备在线监测技术的优点：n不停电进行，测量准确性高n以设备的当前运行状态为依据n可识别故障早期征兆 n确定设备的最佳维修时机，实现“状态修”n减少停机时间，延长设备的使用寿命变电站综合自动化系统第六遥-“遥诊” ： 通过在变电站安装在线监测设备，实现对电力设备的远程诊断。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材5.55.5在线监测设备监测对象监测对象监测内容监测内容电力变压器电力变压器铁芯接地电流、油中溶解气体铁芯接地电流、油中溶解气体互感器、耦合电容器、套管互感器、耦合电容器、套管末屏电流、等值电容、介损末屏电流、等

54、值电容、介损避雷器避雷器泄漏电流、阻性电流、容性电流泄漏电流、阻性电流、容性电流开关柜及母线接头、地下电开关柜及母线接头、地下电缆、隧道电缆、高压进线缆、隧道电缆、高压进线在线测温在线测温断路器断路器动作时间、累计次数、累计的触头磨损量、动作时间、累计次数、累计的触头磨损量、 开关动作时刻的电流波形等开关动作时刻的电流波形等母线母线PT母线电压、谐波电压、系统频率母线电压、谐波电压、系统频率现场环境现场环境污秽电流、环境温度、环境湿度污秽电流、环境温度、环境湿度在线监测对象及参数一览表职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材5.55.5在线监测设备在线油色谱分析通过安装在线监测设备，采用与电力油化验室

55、相同的气相色谱原理，检测出混合气体（ H2、CO、C2H2 、C2H4 ）浓度或直接得到国标规定的六组分气体（H2、CO、CH4、C2H2、C2H4、C2H6）的浓度，将以往变压器油最短半年化验一次，提升为约1小时自动检测一次，真正实现对变压器等设备的全程监视。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材5.55.5在线监测设备绝缘性能在线检测通过对CT、 CVT、MOV、耦合电容器、套管、主变铁芯的末屏电流或接地电流的在线监测，在线获得设备泄露电流、阻性电流、阻容电流比、介质损耗角、等值电容等反应设备绝缘性能的特征值、实现对高压设备绝缘性能的在线自动分析。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材5.55.5在线

56、监测设备设备温度的在线监测通过在高压开关柜、电力电缆及电缆头、电缆沟道、电力变压器、发电机、隔离开关、母线、电力电容器等高压电力设备的内部或表面，安装各种温度传感器，实现对这些设备温度的实时测量和监视。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材第第6 6章章变电站综合自动化系统的数据通信变电站综合自动化系统的数据通信6.1 数据通信内容和要求6.2 数据通信的传输方式6.3 远距离通讯技术6.4 数据通信的物理接口6.5 数据通信常用的网络拓扑结构6.6 数据通信常用协议6.7 变电站无缝通信体系-IEC61850职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材6.16.1数据通信内容和要求变电站数据通信任务与内容对外

57、任务：完成变电站与控制中心之间信息的信息交互上传：四遥信息、故障信息、电度信息、设备诊断信息等下达：控制命令、信息查询、参数查询和修改等对内任务：过程层与间隔层的信息传输数据采集、命令执行间隔层间的信息交互数据共享，横向操作、控制与闭锁间隔层与站控层信息交互信息上传、参数修改、命令下达职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材6.16.1数据通信内容和要求变电站数据通信对网络的要求快速的实时响应能力对计量信息、录波信息、SOE信息、正常测量和状态信息、参数修改、常规控制命令、状态变位信息、快速跳闸指令、原始采样数据、时钟同步命令等应按优先级从低到高进行排列，实现对带宽资源的合理利用。很高的可靠性功能的分

58、散化和采样与执行模块的就地化，导致对通讯网络的依赖性越来越高，要求保护动作应不依赖于通讯网络的规定已不符合最新技术标准，因此通讯的可靠性显得更加重要。优秀的电磁兼容性能电磁兼容性能直接影响通讯网络的可靠性，必须采取措施以面对强电磁干扰、高地电位差干扰。采用分层式网络结构只有分层式的网络结构，才能满足分层分布式的综合自动化系统分层式网络结构既使过程层通讯成为相对独立的子网，又使站控层网络流量大大降低，从而显著提升通讯网络的可靠性。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材6.26.2数据通信的传输方式并行通信和串行通讯并行通信数据各位以字或字节为单位并行传输，同时接收并行传输速度优于传统串行通讯，但需要提

59、供多根数据线和控制线。仅能用于超短距离通讯。随着串行通讯技术的快速发展，设备间通讯很少使用并行通信。串行通讯数据按一位一位的顺序传送，将一个字节的不同位，分时在同一数据线上传送。数据传输虽然慢，却可节约传输线，尤适用于远距离传输。千兆网的出现，使得串行通信传输速度已优于普通并行传输。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材6.26.2数据通信的传输方式异步通信和同步通讯异步通信每一个字节传输均带有起始位、停止位和可选择的奇偶校验位。在不带校验位的情况下，一个字节共占10位。停止位保证了相邻两字节间的间隙，并与下一个字节起始位构成下降沿，用于下一字节通讯同步。RS232/485即采用同步传输。同步通讯数

60、据块内部每个字节无停止位和起始位，而在数据块传输开始前使用同步字符作为传输指示。接收方先搜索同步字符，找到后根据帧长接收数据。同步通讯要求收发双方必须采取措施保证时钟同频率同相位运转。一般地，同步通讯在数据传输过程中，包含着时钟信息，接收者根据该时钟接收数据，实现同步传输。电信常用的64K、2M等通讯就是采用同步传输的。职业技能鉴定教材职业技能鉴定教材6.26.2数据通信的传输方式串行通讯的差错控制数据传输过程中经常会遇到干扰，使数据的一位或几位发生变化，或则，同步通讯中时钟的丢失造成数据滑码，因此必须及时检测到差错并在一定程度上纠正。奇偶校验在串行通讯中，常在数据位后增加一个奇偶校验位，奇校