ch6供电系统变电所的综合自动化

1、第六章 变电所的综合自动化主要内容概念、特征基本功能结构、硬件配置微机保护常规变电电所的二二次系统统维护工作作量大6.1 概述缺点：安全性、可靠性性不高；电能质量量可控性性不高；占地面积积大；实时计算算和控制制性不高高；配置类似工作重复变电站综综合自动动化由来机电式继电保护就地监控远动装置录波装置微机型继电保护微机监控微机远动微机录波微机型计算机技术优化设计共享软硬件资源变电站综综合自动动化系统统概概念通过监控控系统的的局域网网通信，将微机机保护、微机自自动装置置、微机机远动装装置采集集的模拟拟量、开开关量、状态量量、脉冲冲量及一一些非电电量信号号，经过过数据处处理及功功能的重重新组合合，按照

2、照预定的的程序和和要求，对变电电站实现现综合性性的监视视和调度度。通域信络网局综合自动动化结构构示意图图自动监控控系统微机保护微机自动装置微机远动功能变电站综综合自动动化系统统基本配配置时钟系统统调制解调调装置调度综合测控控装置自动装置置远动装置置继电保护护模拟/开开关量采采集装置置保护单元元1保护单元元n工作站工作站主控机外设中心处理理机网络1、功能能综合化化综合了变变电所内内除一次次设备和和交直流流电源以以外的所所有二次次设备。微机监控控系统综综合了仪仪表屏、操作屏屏、模拟拟屏、变变送器屏屏、中央央信号系系统，远远动装置置RTU，电压压及无功功自动调调节等功功能。微机保护护综合了了故障录录

3、波、故故障测距距、小电电流接地地选线、自动按按频率减减负荷、自动重重合闸等等功能。变电所综综合自动动化特特征2、结构构分布、分层化化分布式结结构：结构上采采用主从从CPU协同工工作方式式，各功功能模块块（从CPU）间采用用网络技技术或串串行方式式实现通通信。优点：多CPU提高了了处理并并行多发发事件的的能力，方便系系统扩展展与维护护，局部部故障不不影响其其它模块块的正常常运行。分层式结结构监控主机机打印机显示器综合监控单元前置机数据采集集TA/TVTA/TV综合监控单元线路保护单元主变保护单元电容器保护单元间隔层站控层管理层在变电站站综合自自动化系系统中，通常把把继电保保护、自自动重合合闸、故

4、故障录波波、故障障测距等等功能综综合在一一起的装装置称为为保护单元元，而把测测量和控控制功能能综合在在一起的的装置称称为控制或I/O单单元。两者通称称为间隔级单单元(baylevelunit)。各种类类型的间间隔级单单元与变变电站的的中央单单元(central unit)相结合合，并利利用间隔隔级单元元搜集到到的状态态量和测测量值，通过软软件来实实现各种种保护闭闭锁，取取消或大大大简化化传统设设计中为为实现闭闭锁功能能所需要要的二次次回路，以组成成变电站站综合自自动化系系统。间隔层按按一次设设备组织织，一般般按断路路器的间间隔划分分，具有有测量、控制和和继电保保护部分分。测量量、控制制部分负负

5、责该单单元的测测量、监监视、断断路器的的操作控控制和闭闭锁及事事件顺序序记录等等；保护护部分负负责该单单元线路路或变压压器或电电容器的的保护、各种录录波等。间隔层本本身是由由各种不不同的单单元装置置组成，这些独独立的单单元装置置直接通通过总线线接到站站控层。综合自动动化系统统使变电电站的值值班人员员完全是是面对大大屏幕显显示器进进行变电电站的全全方位监监视与操操作。3、操作作监视屏屏幕化指针式仪仪表模拟屏跳、合闸闸操作数据显示示实时主接接线画面面画面文字字语言报报警光字牌报报警鼠标键盘盘操作 原来的二二次设备备只能监监视一次次设备；综合自动动化系统统：监测一次次设备；常规自动动化功能能；在线自

6、诊诊断；与控制中中心通信信。4、运行行管理智智能化无人值守守变电站站无人值班班变电站站：调度值值班员借借助微机机远动技技术替代代变电所所现场值值班员来来控制和和管理的的变电所所。是变电所所的一种种先进管管理模式式。调度员在在主站端端设备的的键盘上上进行必必要的遥遥控、遥遥调操作作。并非任何何操作都都无须人人员现场场进行。不必再配配置单独独RTU，模拟量和和开关状状态信息息，通过过通信管管理单元元直接送送往调度度。各微机保保护单元元将动作作信息送送给调度度，并通通过通信信管理单单元转发发或执行行调度下下达的命命令。6.2变变电电所综合合自动化化系统的的基本功功能1、数据据采集是在线采采集供电电系

7、统的的运行参参数，主主要包括括：模拟量，状态量和脉冲量。模拟量采集进线线的电压压、电流流和功率率值，馈馈线回路路的电流流及功率率值，还还包括变变压器的的温度，电容器器的温度度，直流流电源电电压等。状态量采集变电电所里的的开关、断路器器的位置置状态等等。脉冲量脉冲电度度表输出出的脉冲冲信号等等。电力部门门和用户户内部生生产调度度需要的的数据。变电所运运行参数数的统计计、分析析与计算算。变电所内内各种事事故信息息的顺序序记录并并登录存存档。变电所运运行参数数和设备备越限报报警及记记录。2、数据据处理与与记录变电所内内的各高高压断路路器，隔隔离开关关可以通通过过变电电所综合合自动化化系统CRT屏屏幕

8、进行行操作，也可以以对变压压器的分分接头进进行调节节控制，可对电电容器组组进行投投切。为了防止止计算机机系统故故障时无无法操作作被控设设备。应应保留人人工直接接跳合闸闸手段。3、控制制与操作作闭锁a、操作出口口具有跳跳、合闭闭锁功能能。b、操作出口口具有并并发性操操作闭锁锁功能，c、根据实时时信息，实现断断路器、隔离开开关操作作闭锁功功能。d、适应一次次设备现现场维修修操作的的“电脑脑五防操操作及闭闭锁系统统”。即即：防止止带负荷荷拉、合合隔离开开关；防防止误入入带电间间隔；防防止误分分、合断断路器；防止带带电挂接接地线；防止带带地线合合隔离开开关。e、CRT屏屏幕操作作闭锁功功能，只只有输入

9、入正确的的操作口口令和监监护口令令才有权权进行操操作控制制。操作闭锁锁的内容容4、微机机保护微机保护护主要包包括线路路保护、变压器器保护、母线保保护、电电容器保保护、备备用电源源的自动动投入装装置和自自动重合合闸装置置等。a 、故障记录录，且断断电保持持。b 、存储多套套整定值值；并能能显示及及当地修修改整定值。c 、实时显示示保护主主要状态态。d 、与监控系系统通信信。“四遥”远方修改改定值向电力调调度部门门传送数数据信息息5、与远远方操作作控制中中心通信信（1）屏幕显示示（2）通过键盘盘输入数数据（3）人工操作作控制（4）运行参数数及信息息的打印印记录6、人机机联系功功能 综合自动动化系统

10、统的各单单元模块块应具有有自诊断断功能，自诊断断信息也也像数据据采集一一样周期期性地送送往后台台机操作作控制中中心。7、自诊诊断功能能1、供电电系统对对变电所所综合自自动化系系统结构构的原则则要求可靠性实用性先进性6.3变变电电所综合合自动化化系统的的结构构和硬件件配置2、变电站站综合自自动化系系统结构构系统为多多微机、多层次次结构形形式。最上层设设在电力力系统控控制中心心；13层均设在在变电站站内。结构形式式：集中式、分布集中中组屏和分布分散散式。集中式采用计算算机，扩扩展其外外围接口口电路，集中采采集变电电站的模模拟量、开关量量和数字字量等信信息，集集中进行行计算与与处理，分别完完成微机机

11、监控、微机保保护和一一些自动动化功能能。微机保护护、微机机监控和和与调度度等通信信的功能能由不同同的微机机完成。模入接口开入接口输出接口A/D模块输入接口输出接口主变TV与 TA线路TV与TA断路器状态保护出口模拟量输入断路器和隔离开关状态继电保护信息输入出口继电器各保护装置监控主机MODEM显示器打印机键盘调度中心集中式结结构框图图缺点：可靠性差差。软件复杂杂，调试试麻烦，修改工工作量大大。组台不灵灵活。不直观。分布分散散式每个回路路均实现现保护测控控一体化化各回路通通过网络络电缆连连接，独独立与监监控主机机通信。减少了所所内的二二次设备备及信号号电缆系统中任任一部分分故障时时，只影影响局部

12、部，提高高了整个个系统的的可靠性性可扩展性性和运行行的灵活活性。分布式综综合自动动化系统统框图主变压器保护110kV进出线保护35kV出线保护低频减载110kV RTU35kV RTU 低频减载10kV馈出线保护电容器保护10kV RTU 前置机前置机当地监控计算机CRT打印机调度端(主控站)分布集中中组屏的的结构模模式，是是将变电电所内各各回路的的数据采采集单元元、控制制单元和和保护单单元分别别集中安安装在变变电所控控制室内内的数据据采集柜柜、控制制柜和保保护柜中中，相互互间通过过网络与与控制主主机相连连。分布集中中组屏的的结构便便于扩充充和维护护，其中中一个环环节故障障，不会会影响其其它部

13、分分的正常常运行。适用于主主变电所所的回路路数相对对较少，一次设设备比较较集中，从一次次设备到到数据采采集柜和和控制柜柜等所用用的信号号电缆不不长，易易于设计计、安装装和维护护管理的的(10一35)kV供电系系统变电电所。分布集中中组屏35kV变电站站自动化化系统配配置方案案110/35kV变电电站自动动化系统统配置方方案小结结变电所综综合自动动化概念变电所综综合自动动化特点功能综合合化、结结构微机机化、操操作与监监视屏幕幕化、运运行管理理智能化化变电所综综合自动动化基本功功能数据采集集、数据据处理与与记录、控制与与操作闭闭锁、微微机保护护、与远远方操作作控制中中心通信信、人机机联系、自诊断断

14、、数据据库变电所综综合自动动化系统统的结构构集中式、分布分分散式、分布集集中组屏屏变电所综综合自动动化系统统的硬件件配置一一般由中央处理理机（包括打打印仉、监视器器、通信信接口等等外围设设备）、数据采集集与处理理、微机保护护、操作与控控制、故障滤波波等各种功功能模块块及所内通信信网络组成。6.3.2变变电所所综合自自动化系系统的硬硬件配配置（一）、中央处处理机中央处理理机系统统可采用用单机系统统和多机系统统两种基本本配置。单机系统统：指变电电所综合合自动化化的全部部功能由由一台中中央处理理机来控控制和完完成。优点是系系统结构构简单，造价低低。缺点是容容量受限限制，如如检测量量较多，则响应应速度

15、会会受到影影响，且且工作可可靠性较较差。单饥系统统大多用用于中、小型变变电所。多机系统统一般分分两种配配置方式式。两台主机机一台工工作，另另一台处处于热备备用状态态。一台（或或两台）主机和和若干台台前置机机，由前前置机负负责数据据的采集集和通信信联络工工作，收收集到的的信息经经初步处处理后向向主机传传送。这这种系统统称为分布式多多机系统统。分布式多多机系统统的优点点是功能能强、容容量大、灵活、可靠，便于维维护和扩扩充。它它可以根根据现场场实际情情况灵活活地增减减前置机机的数量量，以满满足不同同供电系系统的需需要。而而且中央央处理机机可以采采用高级级语言编编程，因因此比较较容易实实现更复复杂的功

16、功能和运运算。多机系统统在变电所所系统中中数据据信息的的采集和和处理是是变电所所综合自自动化系系统的主主要功能能之一。供电系统统中数据据信息的的采集主主要有模拟量和开关量。1、模似似量的检检测与处处理在变电所所综合自自动化系系统中，模拟量量的检测测一般有有两种方方式，即即直流采样样检测和交流采样样检测。前者结构构较复杂杂，但程程序设计计简单，精度容容易满足足；后者者结构简简单，但但在实现现高精度度检测时时，技术术要复杂杂一些。（二）、数据与与信息的的采集和和处理同时采样样，同时时A/D转换顺序采样样,依次A/D转换同时采样样，依次次A/D转换直流采样样检测方方式是采采用电量量变送器器将供电电系

17、统的的交流电电压、交交流电流流、有功功功率、无功功功率等转转换为05v（无功功为5v）的直直流电压压信号供供微机检检测。可以采用用单极性性A/D转换接接口，对对转换速速度的要要求也不不高，精精度比较较容易保保证程序序设计也也较简单单，主要缺点点是电量量变送器器投资较较大，二二次接线线、维护护复杂，且变送送器有一一定的延延时，因因此该该方式一一般适用用于检测测变化速速度比较较缓慢的的过程和和稳态量量。（ 1）直流流采样检检测及其其数据处处理将交流电电量转换换为线性性成比例例输出直直流模拟拟电量的的装置。无源型和有源型两种无源型电电量变送送器主要要有电流流变送器器和电压压变送器器两种，由于它它不需

18、要要供电电电源，从从而使安安装接线线得以简简单，价价格较低低。但无无源型电电量变送送器在小小信号输输入时，测量精精度不易易保证。目前应用用的大多多是有源源型电量量变送器器，它包包括电压压，电流流，功率率，电能能，功率率因数变变送器等等。有源源型电量量变透器器的供电电电源分分为交流流110V，220V；直流流24V,48V,110V等。1）电量量变送器器2）直流流采样检检测的数数据处理理在直流采采样检测测中某一一模拟量量经变送送器，低低通滤波波，采样样保持，AD转换被被采集到到内存还需进进行一系系列的加加工和处处理才才能成为为有用的的数据通过软软件实现现如下：a)采采样到的的数据要要重新排排队b

19、)数数字滤波波排除随随机干扰扰c)数数据合理理性检测测和越限限检测d)微微机处理理及其转转换交流采样样检测是是采用交交流变换换器将交交流电压压和交流流电流转转换成5v（峰峰值）的的交流电电压信号号，供微微机检测测，这种种方法的的特点是是结构简简单，速速度快，投资省省，工作作可靠，缺点是是程序设设计较繁繁琐，要要提高检检测精度度在技术术上比较较复杂。同时它它要A/D转换换接口是是双极性性的，对对转换速速度要求求较高。由于交流流采样所所得到的的信号是是瞬时值值，这些些量是随随时间而而变化的的交变量量人们们无法直直接识别别它的大大小和传传送方向向（指功功率）。这就需需要通过过一定的的算法把把信号的的

20、有效值值计算出出来；交交流采样样的算法法很常常用的算算法有：两点采样样算法、全周波波傅氏算算法（2）交交流采样样检测及及算法U、I为为电流电电压的有有效值，如果要是是要是复复合量输输入，即即：1）两点点采样的特点是是简单、快速。但90度样本本身无滤滤波作用用，因此此输入入信号必必须是纯纯正弦波波才不致致引起误误差。2）全周周波傅氏氏算法：当输入入信号为为含有高高次谐波波的畸变变电量时时，通常常采用多多点采样样法即全全周波的的傅氏算算法。在变电所所综合自自动化系系统中，数据采采集系统统往往要要同时采采集输入入多个信信号如如三相电电流电电压等，在每个个采样周周期中，要对多多个通道道输入信信号全部部

21、采样一一次；一一般有下下列几种种采样方方式。1）同时时采样。2）顺序序采样。（3）采采样保持持与多路路转换器器的配置置小结结变电所综综合自动动化系统统硬件配配置中央处理理机数据与信信息的采采集和处处理模拟量的的监测与与处理直流采样样检测及及数据处处理交流采样样检测及及数据处处理开关量的的检测与与识别变电所的的运行控控制与操操作6.4供供电系统统的微机机保护随着计算算机技术术的发展展和变电电所综合合自动比比系统的的实现以以及变电电所无人人值班的的运行方方，系统统对保护护的要求求更高，使现有有的模拟拟式继电电保护难难以满足足。主要要表现在在以下几几个方面面:动作速度度慢，一一般超过过0.02s。没有自诊诊断和自自检功能能，保护护装置中中的元件件损坏不不能及时时发现，易造成成严重后后果。保护的每每一种方方式都是是靠相应应的硬件件相连线线来实现现所以以保护装装置的功功能灵活活性差。对于供电电系统中中一些复复杂的保保护方式式（如变变压器的的差动保保护）。参数整整定繁琐琐，调试试工作量量大，灵灵活性差差，容易易发生误误动和拒拒动。典型的微微机保护护装置硬硬件系统统包括：（一）数据采集集系统数据采集集系统包包括交流流变换、电压形形成，模模拟滤波波，采样样保持，多路转转换以及及模数转转换等，完成模模拟输入入量到所所需