ch1-变电站综合自动化概述

1、变电站综合自动化原理第一章第一章 变电站综合自动化概述变电站综合自动化概述孙 抗第一章 变电站综合自动化概述1.1 1.1 变电站综自的变电站综自的概念概念1.2 1.2 变电站综自的变电站综自的基本功能基本功能1.3 1.3 变电站综自的变电站综自的结构形式结构形式1.4 1.4 变电站综自的发展方向变电站综自的发展方向1.1 变电站综合自动化的基本概念二次系统：对一次系统进行二次系统：对一次系统进行测量、监视、控制和保护测量、监视、控制和保护 为了掌握系统运行状态，需要对有关电气量进行为了掌握系统运行状态，需要对有关电气量进行连续测量连续测量，供运行，供运行监视、监视、记录记录 为了保障变

2、压器、输电线路安全运行，需要实现过流、过压等故障的为了保障变压器、输电线路安全运行，需要实现过流、过压等故障的安安全保护全保护 为了提供合格的电能，需要进行有关的为了提供合格的电能，需要进行有关的控制调节控制调节 为了向电网调度提供系统运行状态，需要将运行信息为了向电网调度提供系统运行状态，需要将运行信息向上级调度传送向上级调度传送四大部分：继电保护、故障录波四大部分：继电保护、故障录波 、当地监控、远动、当地监控、远动自动完成自动完成1 1、变电站及其自动化、变电站及其自动化 变电站：电力系统的重要组成部分变电站：电力系统的重要组成部分，完成，完成电能的传输、分配，电压变换电能的传输、分配，

3、电压变换（一次系统）（一次系统）存在的问题：存在的问题： 四大部分分属不同专业和技术管理部门，硬件设备按各自功能四大部分分属不同专业和技术管理部门，硬件设备按各自功能单独单独配置配置，独立运行独立运行，且设备之间，且设备之间互不兼容，信息难以共享，缺乏整体互不兼容，信息难以共享，缺乏整体协调和功能优化。协调和功能优化。 二次系统硬件设备繁多，大量电缆及端子排的使用二次系统硬件设备繁多，大量电缆及端子排的使用增加了投资增加了投资，设设计、配线、安装、调试复杂计、配线、安装、调试复杂。1.1 变电站综合自动化的基本概念2 2、变电站综合自动化的概念、变电站综合自动化的概念 n 将变电站二次设备（包

4、括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远将变电站二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置）经过功能的动装置）经过功能的组合和优化组合和优化设计，利用先进的设计，利用先进的计算机技术计算机技术、通信技术通信技术和信号处理技术，实现对全变电站主要设备和输、配电线路的和信号处理技术，实现对全变电站主要设备和输、配电线路的自动监视、自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等等综合性综合性的自动化功能。的自动化功能。n 自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电

5、站领域的综合应用。1.1 变电站综合自动化的基本概念1 1、监视和控制功能、监视和控制功能2 2、微机保护功能、微机保护功能3 3、自动控制装置功能、自动控制装置功能4 4、远动及数据通信功能、远动及数据通信功能1.2 变电站综合自动化系统的基本功能四大类基本功能：四大类基本功能：1. 监视和控制功能：监视和控制功能： 数据采集：数据采集：1.2 变电站综合自动化系统的基本功能1、模拟量的采集：、模拟量的采集： 交流模拟量：交流模拟量：U、I、P、Q 直流模拟量：直流模拟量：T、DC220V、DC5V 有有直流采样直流采样（有效值、均值）和（有效值、均值）和交流采样交流采样（瞬时值）两种方式；

6、（瞬时值）两种方式；2、状态量的采集：、状态量的采集：各种开关状态、位置（开关、刀闸的位置信号）各种开关状态、位置（开关、刀闸的位置信号）国际电工委员会国际电工委员会IEC标准标准,以以“0”表示断开状态，以表示断开状态，以“1”表示闭合状态。表示闭合状态。3、脉冲量的采集：、脉冲量的采集：主要是电能量的采集，目前也可用软件计算。主要是电能量的采集，目前也可用软件计算。 事件顺序记录事件顺序记录SOE ：包括断路器跳合闸记录、保护动作顺序记录包括断路器跳合闸记录、保护动作顺序记录 故障录波与测距、故障记录：故障录波与测距、故障记录： (1) 故障录波与故障测距（故障录波与故障测距（110kV以

7、上线路）以上线路） 输电线路长，故障影响大，须尽快查找出故障点以缩短修复时间输电线路长，故障影响大，须尽快查找出故障点以缩短修复时间 两种方法：微机保护装置兼作故障记录和测距；采用专用的微机故障录波器两种方法：微机保护装置兼作故障记录和测距；采用专用的微机故障录波器 (2) 故障记录（故障记录（6-35kV） 记录继电保护动作前后与故障有关的电流量和母线电压记录继电保护动作前后与故障有关的电流量和母线电压 操作控制功能：操作控制功能： 操作人员都可通过人机接口（键、鼠、显示器）对断路器和隔离开关进行操作人员都可通过人机接口（键、鼠、显示器）对断路器和隔离开关进行分、合操作；分、合操作； 对变压

8、器分接开关位置进行调节控制；对变压器分接开关位置进行调节控制； 对电容器进行投、切控制；对电容器进行投、切控制； 为防止计算机系统故障，在设计上应保留人工直接跳、合闸手段；为防止计算机系统故障，在设计上应保留人工直接跳、合闸手段； 断路器操作应有闭锁功能。断路器操作应有闭锁功能。1.2 变电站综合自动化系统的基本功能1. 监视和控制功能：监视和控制功能： 安全监视功能：安全监视功能： 越限监视（电流、电压、主变温度、频率等）越限监视（电流、电压、主变温度、频率等） 监视保护装置是否失电监视保护装置是否失电 自控装置工作是否正常等自控装置工作是否正常等 人机联系功能：人机联系功能：1.2 变电站

9、综合自动化系统的基本功能变电站有人值班时，人机联系功能在当地监控系统的后台机（监控主机）上实现；无人值班时，在远方调度中心或操作控制中心的主机或工作站上实现。 (1)人机联系桥梁：CRT显示器、鼠标和键盘。 (2)CRT显示画面的内容 ：1)显示采集和计算的实时运行参数 2)显示实时主接线图 3)事件顺序记录(SOE) 4)越限报警 5)值班记录 6)历史趋势 7)保护定值和自控装置的设定值 (3)输入数据：变比、定值、密码等1. 监视和控制功能：监视和控制功能： 数据处理与记录功能数据处理与记录功能 ： 谐波分析与监视：谐波分析与监视： 谐波源的监视、谐波的治理。谐波源的监视、谐波的治理。1

10、.2 变电站综合自动化系统的基本功能 历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容，包括上级调度中心、变电管理和继电保护要求的数据。 主变和输电线路有功和无功功率每天的最大值和最小值以及相应的时间；母线电压每天定时记录的最高值和最低值以及相应的时间；计算受配电电能平衡率；统计断路器动作次数；断路器切除故障电流和跳闸次数的累计数；控制操作和修改定值记录。 打印功能打印功能 ： 定时打印报表和运行日志；开关操作记录打印；事件顺序记录打印；越限打印；召唤打印；抄屏打印；事故追忆打印。1. 监视和控制功能：监视和控制功能： 包括全变电站主要设备和输电线路的全套保护：包括全变电站主要设备和输电线路的全套保护

11、： 1、高压输电线路的主保护和后备保护；、高压输电线路的主保护和后备保护； 2、主变压器的主保护和后备保护；、主变压器的主保护和后备保护； 3、无功补偿电容器组的保护；、无功补偿电容器组的保护； 4、母线保护；、母线保护； 5、配电线路的保护；、配电线路的保护； 6、不完全接地系统的单相接地选线。、不完全接地系统的单相接地选线。 1.2 变电站综合自动化系统的基本功能2. 微机保护功能：微机保护功能： 电压、无功综合控制：电压、无功综合控制：造成系统造成系统电压下降的主要原因是系统的无功功电压下降的主要原因是系统的无功功率不足或无功功率分布不合理率不足或无功功率分布不合理。对发电厂来说，主要的

12、调压手段是调对发电厂来说，主要的调压手段是调整发电机的励磁；变电站主要的调压手段是调节有载调压变压器分接整发电机的励磁；变电站主要的调压手段是调节有载调压变压器分接头位置和控制无功补偿电容器；头位置和控制无功补偿电容器；1.2 变电站综合自动化系统的基本功能 低频减负荷控制低频减负荷控制 ：电力系统的频率是反映系统电力系统的频率是反映系统有功功率是否平衡有功功率是否平衡的指的指标。标。系统有功功率有盈余时，频率上升系统有功功率有盈余时，频率上升 。负荷变化幅度小，变化周期。负荷变化幅度小，变化周期短所引起的频率偏移，由发电机的调速器进行调整（一次调整）；负短所引起的频率偏移，由发电机的调速器进

13、行调整（一次调整）；负荷变化幅度大，变化周期长所引起的频率偏移，须由调频器参加调整荷变化幅度大，变化周期长所引起的频率偏移，须由调频器参加调整（二次调整）；事故情况下（大型发电机组突然切除），必须采取紧（二次调整）；事故情况下（大型发电机组突然切除），必须采取紧急的低频减负荷控制措施。急的低频减负荷控制措施。 备用电源自投控制：备用电源自投控制：明备用、暗备用明备用、暗备用 3. 自动控制装置功能：自动控制装置功能： 通信功能：通信功能： 1、现场级通信；、现场级通信； 2、与上级调度通信；、与上级调度通信； 3、符合部颁的通信规约、符合部颁的通信规约 。支持最常用的。支持最常用的Pollin

14、g和和CDT规约规约1.2 变电站综合自动化系统的基本功能 时钟功能：时钟功能： 与调度中心对时，统一时钟与调度中心对时，统一时钟4. 远动及数据通信功能：远动及数据通信功能： 变电站综合自动化系统的结构形式通常可分为变电站综合自动化系统的结构形式通常可分为2种：种：1.3 变电站综合自动化系统的结构形式n集中式集中式n分层分布式分层分布式n 集中式结构：集中式结构：1.3 变电站综合自动化系统的结构形式上级调度或监控中心上级调度或监控中心监控主机监控主机显示、打印显示、打印总控单元总控单元高压高压微机微机保护保护RS232、 RS422、 RS485中压中压微机微机保护保护遥测遥测单元单元遥

15、信遥信单元单元电能电能单元单元遥控遥控单元单元交、交、直流直流单元单元VQC单元单元时钟时钟单元单元 集中采集集中采集变电站的模拟量、开关量、数字量等信息，变电站的模拟量、开关量、数字量等信息，集中进行计算与处集中进行计算与处理理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。 所有二次设备以遥测、遥信、电能计量、遥控、保护等功能划分成不同所有二次设备以遥测、遥信、电能计量、遥控、保护等功能划分成不同的子系统，的子系统，每个或多个子系统功能由一台或两台计算机集中实现每个或多个子系统功能由一台或两台计算机集中实现。1.3 变电站综合自动化系统的结构形式

16、 每台计算机的功能较集中，如果一台计算机出故障，影响面大，因每台计算机的功能较集中，如果一台计算机出故障，影响面大，因此必须采用此必须采用双机并联运行双机并联运行的结构才能提高可靠性；的结构才能提高可靠性； 软件复杂，修改工作量大，系统调试复杂；软件复杂，修改工作量大，系统调试复杂； 组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件都必须组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件都必须另行设计，工作量大；另行设计，工作量大；p 缺点：缺点： 早期的变电站综合自动化系统。早期的变电站综合自动化系统。n 分层分布式结构：分层分布式结构：1.3 变电站综合自动化系统的结构形式 分层结构

17、：分层结构：按照按照IECIEC推荐的标准，将推荐的标准，将整个变电站的一次、二次设备分为整个变电站的一次、二次设备分为3 3层，层，即即过程层过程层（设备层）、（设备层）、间隔层间隔层（或单元层）和（或单元层）和变电站层变电站层。1.3 变电站综合自动化系统的结构形式n过程层是一次和二次设备的结合面或者是智能化电气设备的智能化部分n主要功能：电力运行实时的电气量检测、运行设备的状态参数检测、操作控制的执行与驱动（分接头调节控制，电容器、电抗器投切控制，断路器分、合控制等）。 1.3 变电站综合自动化系统的结构形式n间隔层：利用IED对过程层进行监视、控制和保护；并与站控层进行信息的交换，完成

18、对过程层设备的遥测、遥信、遥控、遥调等“四遥”功能。 1.3 变电站综合自动化系统的结构形式n 间隔层IED1.3 变电站综合自动化系统的结构形式n站控层：借助通信网络完成与间隔层之间的信息交换，实现对全站一次设备的当地监控、管理和控制功能（当地监控主站、工程师主站）；通过通信设备（远动主站）完成与调度中心的信息交换，实现远方监控。n 分层分布式结构：分层分布式结构：1.3 变电站综合自动化系统的结构形式 电气间隔电气间隔：发电厂或变电站一次接线中一个完整的电气连接。如母线间：发电厂或变电站一次接线中一个完整的电气连接。如母线间隔、母联间隔、出线间隔、发电机间隔、互感器间隔等；隔、母联间隔、出

19、线间隔、发电机间隔、互感器间隔等； 对对主变压器主变压器：一般以变压器本体为一个电气间隔、各侧断路器各为一个：一般以变压器本体为一个电气间隔、各侧断路器各为一个电气间隔；电气间隔； 开关柜开关柜等以等以柜盘柜盘形式存在，一般以一个柜盘为一个电气间隔。形式存在，一般以一个柜盘为一个电气间隔。 分布结构：分布结构：由以前在集中式自动化系统中的由以前在集中式自动化系统中的面向厂、站面向厂、站转变为转变为面向一次设面向一次设备的一个间隔备的一个间隔布置针对该间隔的测量、控制、保护等布置针对该间隔的测量、控制、保护等智能电子装置智能电子装置(IED)，将同一类功能分散给多台计算机来完成。将同一类功能分散

20、给多台计算机来完成。1.3 变电站综合自动化系统的结构形式电气主接线及分层分布式结构电气主接线及分层分布式结构逻辑（电气）逻辑（电气）上的结构上的结构 分层分布式结构优点：分层分布式结构优点： 可靠性高可靠性高 :每台计算机只完成分配给它的部分功能，一台计算机故障，每台计算机只完成分配给它的部分功能，一台计算机故障，只影响局部；只影响局部； 便于扩展：间隔层各便于扩展：间隔层各IED硬件结构和软件都相似，对不同主接线和规硬件结构和软件都相似，对不同主接线和规模不同的变电站，只需增、减部分模不同的变电站，只需增、减部分IED，修改站控层部分设置即可；，修改站控层部分设置即可； 便于实现间隔层设备

21、的就地布置，节省大量二次电缆；便于实现间隔层设备的就地布置，节省大量二次电缆； 调试及维护方便。调试及维护方便。 1.3 变电站综合自动化系统的结构形式n 分层分布式自动化系统的分层分布式自动化系统的组屏及安装方式：组屏及安装方式： 是指：是指：间隔层各间隔层各IED及及站控层各计算机站控层各计算机以及通信设备以及通信设备如何组屏和安装如何组屏和安装。 站控层站控层主要设备布置在主要设备布置在主控室内主控室内； 间隔层间隔层中的中的电能计量单元、备用电源自动投入装置、故障录波装置电能计量单元、备用电源自动投入装置、故障录波装置等等公共单元公共单元均分别组合为均分别组合为独立的一面屏柜独立的一面

22、屏柜，也安装在，也安装在主控室内主控室内； 间隔层间隔层中的各个中的各个IED则根据变电站的实际情况则根据变电站的实际情况安装在不同地方安装在不同地方；1.3 变电站综合自动化系统的结构形式 集中式集中式的组屏及安装方式的组屏及安装方式 分散与集中相结合分散与集中相结合的组屏及安装方式的组屏及安装方式 全分散式全分散式的组屏及安装方式的组屏及安装方式 按照按照间隔层间隔层IED安装位置不同安装位置不同： 1.3 变电站综合自动化系统的结构形式 集中式集中式的组屏及安装方式的组屏及安装方式 将间隔层中各个保护、测控装置机箱根据其功能分别组装为将间隔层中各个保护、测控装置机箱根据其功能分别组装为变

23、压器保护变压器保护测控屏测控屏、各电压等级、各电压等级线路保护测控屏线路保护测控屏（包括（包括10kV出线）等多个屏柜，并出线）等多个屏柜，并将其全部将其全部集中安装在变电站的主控室内集中安装在变电站的主控室内。 不足不足：需要的控制电缆较多：需要的控制电缆较多1.3 变电站综合自动化系统的结构形式 分散与集中相结合分散与集中相结合的组屏及安装方式的组屏及安装方式 将将配电线路的保护测控装置配电线路的保护测控装置机箱机箱分散安装分散安装在所对应的在所对应的开关柜上开关柜上； 将将高压线路高压线路的保护测控装置机箱、的保护测控装置机箱、变压器变压器的保护测控装置机箱均采用的保护测控装置机箱均采用

24、集集中组屏中组屏安装在安装在主控室内主控室内。 比较常用比较常用1.3 变电站综合自动化系统的结构形式1.3 变电站综合自动化系统的结构形式1.3 变电站综合自动化系统的结构形式1.3 变电站综合自动化系统的结构形式1.3 变电站综合自动化系统的结构形式1.3 变电站综合自动化系统的结构形式1.3 变电站综合自动化系统的结构形式 全分散式全分散式的组屏及安装方式的组屏及安装方式 将间隔层中将间隔层中所有间隔的保护测控装置所有间隔的保护测控装置，包括低压配电线路、高压线路和，包括低压配电线路、高压线路和变压器等间隔的保护测控装置均变压器等间隔的保护测控装置均分散地安装在开关柜上或距离一次设备分散

25、地安装在开关柜上或距离一次设备较近的保护小间内较近的保护小间内； 各装置只通过通信装置（光缆或双绞线）与主控室内的变电站层设备之各装置只通过通信装置（光缆或双绞线）与主控室内的变电站层设备之间交换信息。间交换信息。显示、打印显示、打印监控主机监控主机总总控控A总总控控B 上级调度上级调度或监控中心或监控中心CANnet或或LONWORK测测量量控控制制保保护护1号开关柜号开关柜测测量量控控制制保保护护2号开关柜号开关柜测测量量控控制制保保护护N号开关柜号开关柜远方诊断远方诊断1.3 变电站综合自动化系统的结构形式1.3 变电站综合自动化系统的结构形式后台显示后台显示-主接线图主接线图1.3 变电站综合自动化系统的结构形式后台显示后台显示-主变分画面主变分画面1.3 变电站综合自动化系统的结构形式后台显示后台显示-出线分画面出线分画面1.3 变电站综合自动化系统的结构形式后台显示后台显示-通讯状态通讯状态1.3 变电站综合自动化系统的结构形式后台显示后台显示-负荷曲线负荷曲线1.3 变电站综合自动化系统的结构形式后台显示后台显示-电压棒图电压棒图1.3 变电站综合自动化系统的结构形式后台显示后台显示-电量显示电量显示1.3 变电站综合自动化系统的结构形式后台显示后台显示-遥控执行遥控执行