变电站综合自动化系统设计模板

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。1.1实现变电站自动化的意义变电站自动化自20世纪90年代以来一直是中国电力行、IT中的热点之一。因此成为热点,是建设的需要,日前全国投入电网运行的35-110kV变电站18000座(不包括用户变),220kV变电站有1000多座,500kV变电站大约有70座。而且每年变电站的数量以3%-5%的速度增长,也就是说每年都有数千座新家建变电站投入电网运行。同时,根据电网的要求,特别是自上个世纪末在中国全范围内开始的大规模城乡电网改造,不但要新建许多变电站,现有将近一半以的建设于上世纪六、七年代、甚至还有五年代的老旧变电站因设备陈旧老化而面临改造。1.2变电站综合自动化发展概述传统的35kV及以上电压等级的变电站的二次回路部分是由继电保护、当地监控、远动装置、故障录波和测距、直流系统与绝缘监视及通信等各类装置组成的,以往它们各自采用独立的装置来完成自身的功能,而且均自成系统,由此小可避免地产生各类装置之间功能相互覆盖,部件重复配置,耗用大量的连接线和电缆.分散式系统的特点是将现场输入输出单元部件分别安装在中低压开关柜或高压一次设备附近,现场单元部件是保护和监控功能的二合一装置,用以处理各开关单元的继电保护和监控功能,亦能够是现场的微机保护和监控部件,分别保持其独立性。在变电站控制室内设置内计算机系统－－该系统也可布置在远方的集控站,对各现场单元部件进行通信联系。2.110kV变电站综合自动化系统概况2.1变电站综合自动化分层配置的基本结构本变电站自动化是应用自动控制技术、信息处理和传输技术,经过计算机硬软件系统代替人工对变电站进行监控、测量、运行操作的自动化系统。具体的说就是将变电站的二次设备(包括控制、信号、测量、保护、自动装置等),利用微机及网络技术,经过功能的重新组合和优化设计,对变电站执行自动监控、测量、运行和操作。2.2电气本体主变:SFSZ8-2*31500KVA进出线:110KV溃线2回,配电装置选择常规设备,户外中型布置,开关为六氟化硫断路器,单母线分段带旁路;10KV溃线12回,配电装置为户内开关柜,开关真空断路器,单母分段接线。所用变:S7－100/10一台直流系统:智能型产品,有数据通讯接口,带一组免维护蓄电池的220KV直流系统。变电站的一次系统图如下:图2－1一次系统示意图2.3继电保护及二次回路(1)变压器保护主保护:采用二次谐波制动的差动保护、瓦斯保护、不带延时的差流速断作为差动保护作为变压器的主保护。后备保护:采用10.5kV相间低压闭锁的一次过电流保护,有选择跳分段或主变及电容器开关。(2)变压器备自投装置启动条件:在二台主变一工一备的运行状态下,运行主变差动、瓦斯保护动作跳变压器及电容器开关。运行主变二次无电压、一次无电流。自投备用主变两侧开关,并保证自投一次。(3)10.5kV分段开关备自投装置启动条件:在二台主变二次侧分裂运行状态下,一台主变差动、瓦斯保护动作,跳变压器及本侧电容器开关。主变二次无电压、一次无电流。检另一台主变二次有电压,自投分段开关,并保证自投一次。3变电站综合自动化系统设计3.1设计目标变电站微机监控和管理系统能对变电站的一次设备进行监视、测量、保护、控制和记录,并能与其它保护或智能设备等相连接,实现变电站综合自动化。变电站运行值班方式为少人或无人值班方式,在变电站级可经过监控系统对变电站高压设备进行监视、测量、控制并记录处理各种信息而且可由位于远方的控制中心对该站高压设备进行监视、测量、控制并记录处理各种信息。3.2硬件系统设计综合自动化系统中的计算机监控与管理部分采用标准化设计、灵活可靠的计算机网络体系,且功能分布、结构分布、开放性好的成熟产品。它所用的主要如计算机、打印机、计算机网络等应为在国际市场上著名的、占有一定市场产品,符合计算机产业的发展方向和适应电力工业应用环境,应具有较好的技术支持。3.2.1智能单元与站级主控制计算机本系统基本配置为一台标准的微型计算机作为站级控制计算机。现场智能单元采用南京电力设备总厂的HSX5010通信处理装置与保护装置配合使用。微型计算机应包括:主机1台,操作键盘1个,鼠标1个,彩色显示器1台,宽行针式打印机一台,调制解调器一台。3.2.2音响报警装置选AWE64系列声卡,可安装在主控制计算机上,并配有高保真有源音箱,由计算机驱动音响报警,音量可调,语音文件可根据现场情况录制定义。3.2.3计算机网络综合自动化系统经过网络部件将控制设备、保护设备连成一个计算机局域网,它具有高速传输能力和极高的可靠性,包括网络通信的连接装置。通信媒介采用光缆、同轴电缆。3.3计算机监控系统软件设计3.3.1操作系统变电站监控和管理系统经常要同时执行几项任务,例如与通讯网管设备通信,系统登陆、为I/O点记录历史信息、报警生成、画面更新、报表打印等多任务环境下,每项任务或线程都运行在自己的环境下,并有自己的优先级,由操作系统安排CPU来执行。3.3.2应用软件及支持软件环境设计(1)数据库及数据库管理系统系统采用标准的中文ACCESS97做为历史数据库的存取和处理,同时系统也使用基于内存的实时数据库管理系统,具有以下特点:=1\*GB3①实用性:即对数据库的快速访问,对数据库的访问时间短,即使在并发操作下也能满足实时功能要求。=2\*GB3②灵活性:系统可提供多种访问数据库的方式,系统SQL接口支持微软公司的开放数据库连接(ODBC)接口,允许系统存取各种常见的数据库系统文件。=3\*GB3③可维护性:提供数据库维护和转换工具,用户可在线监视和修改数据库内的各种数据,并能把历史数据库转存成其它数据格式。(2)网络系统变电站级网络采用成熟可靠的以太网络,通讯协议选用标准TCP/IP协议,管理综合自动化通讯处理装置之间的数据通信,保证它们地有效传送、不丢失。它支持光纤通讯网络和双总线网络,自动检测网络总线和各个节点的工作状态,并能自动选择、协调各个节点的工作和网络通信。3.3.3监视与控制模块设计(1)监控操作设计操作模块主要完成RTU各种定值的设定及(遥控)断路器的开、合以及调整无功补偿及电压调节及变压器有载分接开关的操作。=1\*GB3①遥控(遥调)操作分以下几个步骤:集控站向RTU发出遥控(遥调)选择指令;RTU向集控站返回返校命令,以验证选择对象着却与否;如果选择正确,集控站向RTU发送遥控(遥调)执行指令,RTU执行应操作。=2\*GB3②RTU定值的读取与设定:根据通信规约,能够读取、设定RTU参数的通讯数据。当调度方或继电保护、远动工程师在远方(本功能仅限定专业人员应用)实现成功记录后,系统自检命令缓冲区是否为空,读取缓冲区命令,然后检查命令是否发出。根据接收情况返回接收信号,远方确认命令指示无误后执行操作,当有确认打印的时候还能够实现打印等进行核对,确认无误后执行,并反馈执行情况。(2)报表输出模块设计报表是变电站后台机监控系统不可缺少的部分,利用ACCESS97本身所具有的报表设计工具,结合相应的原始数据表,能够制作具有一定灵活性的报表。不过由于ACCESS97自身的局限性,只能制作样式较为简单的报表,对于复杂些的报表,系统就无法满足。3.4系统设备(1)变电站层(站用控制层)站用控制层负责全站各主要电气设备的监视、测量和报警等功能,同时与调度系统进行通信,实现遥测、遥信、遥控、遥调等远动功能。变电站各设备布置在变电站主控制室内。主机采用工控机:CPU:P42GHz内存:1G硬盘:120G网卡:1G另外标准鼠标、键盘,全套软件(包括所有系统软件、支持软件、应用软件)远动工作站:CPU:P42GHz内存:1G硬盘:120G网卡:1G另外标准鼠标、键盘,全套软件(包括所有系统软件、支持软件、应用软件)(2)间隔层设备间隔层负责对相应的电气设备进行监控、控制和保护,它将所采集到的控制、保护、测量、报警等信号进行处理,然后将数据信息经现场总线网络传至站控层。当站用控制级故障或退出运行时,不影响各就地控制和保护单元的功能。间隔层各控制单元相互独立,互不影响,功能上不依赖与通信网和监控主机,增强整个系统的可靠性和可用性。间隔层所需要的阻隔成套设备如下:10kV组:10kV出线柜24面10kV母联柜1面10kV电容器柜4面10kV接地变柜2面110kV组:110kV进线柜1面1＃主变保护测控柜1面2＃主变保护测控柜1面主控柜1面组屏图如下:图3－1组屏示意图根据以上的变电站综合自动化的要求,系统所采用的设备见附录采购单。4系统功能说明及性能指标4.1成套设备功能说明4.1.1110KV间隔保护功能:110KV采用的是内桥接线方式,进线不需配置保护,由上一级线路保护完成或主变后备保护承担。配置一台HSF5913三相操作箱分别对应于两条进线和桥开关,具有防跳、压力闭锁等功能。测控功能:针对2回110KV进线和桥开关分别设置一台HSD5110数字式断路器测控装置,其功能如下:遥测量:Ia、Ib、Ic、Ua、Ub、Uc、Ux、Uab、Ubc、Uca、P、Q、COSΨ遥信量:16组220V/110V开入量遥控量:8路开出(4个对象的遥控可用于本间隔的断路器、刀闸的控等。自动控制功能:配置一台HSB5620数字式备用电源自投装置,其功能如下:主变间隔保护功能:主保护:配置HST5310数字式变压器主保护装置,含有纵联差动保护(进线、桥、低压侧三侧差动)、过负荷告警、过负荷启动通风、过负荷闭锁调压等功能,同时7路外部开入遥信的功能。后备保护:按侧配置,高压侧配置一台HST5420变压器后备保护装置,含有两段式复合电压方向过流保护(复合电压可取两侧电压),三段式零序方向过流保护,间隙零流保护,间隙零压保护,过负荷告警等功能,同时具有高压侧的遥测(Ia、Ib、Ic、Ua、Ub、Uc、Uab、Ubc、Uca、P、Q、COSΨ、f)、遥信(7组220V/110V开入量)等功能,低压侧配置一台HST5320变压器后备保护装置,含有三段式定时限相间过流保护,充电保护,过负荷发信,零序电压发信,低压侧操作回路等功能,同时具有高压侧的遥测(Ia、Ib、Ic、Ua、Ub、Uc、Uab、Ubc、Uca、P、Q、COSΨ、f)、遥信(7组220V/110V开入量)、遥控(本侧断路器)等功能。测控功能:针对主变间隔配置一台HSD5120数字式变压器测控装置,其功能如下:遥测量:主变分接头档位的采集,主变温度三组遥信量:16组220V/110V开入量遥控量:主变档位的调节,中性点刀闸的控制4.1.310KV间隔采用就地安装方式,配置”四合一”保护测控装置.(1)10KV出线柜针对10KV出线间隔配置一台HSL5520数字式线路保护测控装置。保护功能:三段式定时限相间过流保护反时限相间过流保护小电流接地选线自动控制功能:HSL5520装置具有接地选线功能,当3U0>10V时,装置会自动录下3U0、3I0向量与监控系统中的接地选线模块配合共同完成接地选线功能。(2)10KV母联柜针对10KV母分间隔配置一台HSB5610数字式母分保护及备投装置。保护功能:分段过流I段分段过流II段分段过流II段分段充电保护分段操作回路测控功能:遥测量:Ia、Ib、Ic、P、Q、COSΨ遥信量:7组220V/110V开入量遥控量:母分断路器的控制(3)10KV电容器柜针对10KV电容器间隔配置一台HSP5510数字式电容器保护测控装置。保护功能:两段式定时限相间过流保护电流反时限保护两段式定时限零序过流保护测控功能:遥测量:Ia、Ib、Ic、Q遥信量:7组220V/110V开入量遥控量:本侧断路器的控制。4.1.4公用间隔测控功能:针对110KV、10KV两段母线TV分别配置一台HSD5140数字式电压测控置,其功能如下:遥信量:7组220V/110V开入量遥测量:I段母线TV:Ua、Ub、Uc、3U0、Uab、Ubc、Uca(计算)II段母线TV:Ua、Ub、Uc、3U0、UabUbc、Uca(计算)遥控量:2路开出,用于TV自动并列的投入与切除公用设备:测控功能:针对全站公用信息配置一台HSD5130数字式综合测控装置,其功能如下:主要采集变电站如直流系统故障信号;直流屏交流失压;所用电切换信遥控量:8路开出(4个对象的遥控),用于变电站如大门开启等须控制的量。全站校时系统:配置一台GPS-I卫星时钟装置,其功能如下:接收卫星时钟,经过其通讯接口RS232与HSX5010通讯服务器进行通讯,经HSX5010装置转发进行网络层对时广播命令,以保证全系统时钟统一。远动功能:配置一台HSX5010通讯服务器,将网络上的数据进行筛选排序,并按调度方规约进行转发。通讯口:两路RJ45(针对监控后台和调度系统)电源:配置一台逆变电源,将直流电源逆变成交流220V,以供给后台监控主机用电。4.2监控系统功能说明4.2.1数据采集与处理经过间隔层单元采集来自生产过程的模拟量、数字量及温度量等,生产过程设备包括TA、TV、配电装置保护、直流系统、所用电系统等。对所采集的输入量进行数字滤波,有效性检查,工程值转换、故障判断、信号接点抖动消除、刻度计算等加工。从而产生出可供应用的电流、电压、有功功率、无功功率、电度、功率因数等各种实时数据,供数据库更新。统计计算对实时数据进行统计、分析、计算,例如经过计算产生电压合格率、有功、无功、电流、总负荷、功率因数、电量日／月／年最大值／最小值及出现的时间、日期、负荷率、电能分时段累计值、数字输入状态量逻辑运算值等,设备正常／异常变位次数并加以区分等,并提供一些标准计算函数,用来产生用户可定义的虚拟测点进行平均值、积分值和其它计算统计。具体算法可按工程实际提出的要求制定。画面显示(1)概述经过站级控制机的一台21英寸彩色屏幕和人机联系工具显示变电所各种信息画面,显示内容主要包括全部设备的位置状态、变位信息、保护设备动作及复归信息、直流系统及所用电系统的信息各测量值的实时数据,各种告警信息、计算机监控系统的状态信息。(2)画面显示的形式显示器上显示的各种信息以报告、图形、声光等形式及时提供给运行人员报告分类报告内容有状态变化、控制操作、测量值越限、计算机监控系统设备异常、就地控制单元异常,网络异常等。显示格式显示信息应按其发生的先后时序进行,显示条文的内容应包括检测时间、设备名称、状态变化内容、实时数据等。电气主接线图以移屏和分幅显示方式显示变电所电气主接线图或局部接线图,并可按不同的详略程度分两显示,内容包括出线、母线及其有关的断路器、隔离刀闸、主变压器、电容器、所用变等,并表出运行状态,测量参数:P、Q、COSφ、U、I、F、分接头档位位置等及所选择的”远方／就地操作的位置。以移屏和分幅显示方式显示变电所直流系统、所用电接线图。4.2.4打印记录记录功能指计算机站控系统经过打印机将各种要求的信息按指定的格式输出到打印纸上。(1)状态变化记录状态变化记录包括事故状态变化记录,响应状态变化记录和计算机监控系统异常状态记录状态发生变化时,应立即打印出变化时间和变化信息。(2)数据记录将测量值按随机、定时、日报、月报等不同形式打印输出。(3)画面记录在工作站上显示的画面可按运行人员的要求,用打印机打印出相应画面。4.2.5报警处理报警处理分两种方式,一种是事故报警,另一种是预告报警。前者包括非操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号。后者包括一般设备变位、状态异常信息、模拟量越限／复限、计算机站控系统的各个部件、间隔层单元的状态异常等。(1)事故报警事故状态发生时,公用事故报警器立即发出音响报警(报警音量可调),CRT画面上用颜色改变和闪烁表示该设备变位,同时显示红色报警条文,打印机打印报警条文,数据转发装置向远方控制中心发送报警信息。(2)预告报警预告报警发生时,其处理方式除与事故报警处理相同外,音响和提供信息颜色应区别于事故报警,能有选择地向远方发送信息。设备在检修调试时,闭锁检修单元遥信。控制功能(1)对变电所各电压等级断路器,有载调压开关,主变中性点闸刀等采用就地和远方控制方式。就地控制方式:10kV开关柜上可进行断路器分,合操作;保护操作屏上可对110KV线路、桥及主变10KV侧断路器进行分,合操作;主变有载调压开关机构箱上可进行升,降,停操作;主变中性点闸刀在闸刀机构箱上进行分、合操作(2)无功电压自动控制功能自动调节和控制是指计算机站控系统根据检测到的变电所运行状况,即对测量值和设备状态的检查结果,结合设定的各种参数指标进行判断计算,直到作出最后决策,发出对断路器投入或切除的指令,从而控制电容器的投运或停用,亦可对有载调节变压器分接头进行自动调节。(3)操作控制操作控制指运行人员在二次设备室工作站上调出操作相关的设备图后,经过操作键盘或鼠标,就可对需要控制的电气设备发出操作指令,实现对设备运行状态的变位控制。4.2.7保护功能因为变压器时变电站最重要的设备,因此对变压器保护做重点介绍。差动保护:采用二次谐波制动原理,带TA断线检测和闭锁功能,具有涌流制动功能。该保护动作与跳开变压器两侧断路器并发出信号瓦斯保护:重瓦斯、调压重瓦斯保护动作于跳开变压器两侧断路器并发信号,也可改投至只发信号。轻瓦斯、调压轻瓦斯保护动作发信号。压力释放保护:改保护动作跳主变两侧断路器并发信号,也可改投至只发信号。主变油位异常保护:当主变油位过高或过低时,改保护动作于发信号。温度保护:根据变压器厂家的要求,改保护可动作于跳开变压器两侧断路器并发出信号,也可改投至只发信号。调压闭锁保护:当变压器110kV侧有故障电流时,闭锁有载调压装置。此故障电流及时间可整定。4.2.8时钟同步计算机监控系统在中心控制室接收全球卫星定位系统(GPS)的标准授时信号,对各个间隔层单元及站级计算机等,具有时钟的设备进行同步的时钟校正,保证各部件时钟同步率达到精度要求。当GPS系统故障时,可实现与地调的时钟同步。与远程调度中心的接口系统可与区调、县(市)调同时进行信息交换(1)与地区调度中心提供两个独立的通信口。(2)与县(市)调度中心提供两个独立的通信口。所采用的通信规约及连接方式由用户提供文本,用户可在线在工作站上自行定义编辑与远方通信的数据集(包括控制点设置)。4.3性能及指标4.3.1系统性能的具体实现(1)系统的可用性计算机站控系统的设计充分考虑在各个工程环境中的不同因素,以保证在现场安装后立即适用并稳定可靠运行,系统年可用率应大于99.98％。(2)系统的可维护性系统的硬件、软件设备便于维护,各部件都具有自检和联机诊断校验的能力,为工程师提供完善的检测维护手段,包括在线的和离线的,以便于准确、快速进行故障定位。(3)系统的可靠性计算机站控系统在工程现场运行具有很高的可靠性,其平均无故障时间MTBF为:大于30000小时。4.3.2主要的技术指标(1)直流电源额定电压:220V允许偏差:－20％～15％纹波系数:＜5％功耗:＜15W(2)交流参数交流电压:100V交流电流:5A频率:50HZ交流电流功耗:＜0.5VA/相(额定电流5A)＜0.1VA/相(额定电流1A)交流电压功耗:＜0.1VA/相交流电流过载能力:2倍额定电流连续工作20倍额定电流连续工作10秒40倍额定电流连续工作1秒交流电压过载能力:1.2倍额定电压连续工作(3)电流元件动作电流:0.1～20In级差:0.01A误差:＜3％浪涌(冲击)抗扰度经过GB/T17626.5－1999标准、浪涌(冲击)抗扰度3级试验。脉冲群抗扰度经过GB/T14598.13－1998标准、脉冲群抗扰度3级试验。5视频监控系统5.1简介变电站视频监控系统主要是把变电站现场的监视图象、声音、报警信号和各种设备的数据进行采集处理,采用先进的图象编码压缩技术和传输技术,集设备监控、图象采集、闭路监视、图象监视预报联动和视频图象等功能于一体的综合自动化系统。5.2基本设计思路首先,系统应能满足无人值班变电站的要求,具有高度的可靠性和工作的连续性,能够24h连续监控变电站。其次,系统应具有多画面视窗,1－16个画面任意分割方式:图象清晰,画面流畅,杜绝马赛克、图象边沿锯齿和拖动现象。在保证高品质画面的同时,降低传输码流,实现真正的海量存储。再者,系统应提供透明通道,满足多种高、低速通信通道。5.3视频监控配置变电站视频监控系统主要由三个互相衔接的部分组成:变电站现场设备(或简称分站设备)、通道传输设备和调度/集控站、供电公司集中监控终端(或简称主站设备)。监控的主要对象:变电站厂区内环境设置了视频监视器一个。主变压器外观及中性点接地刀设置监视器。具体的配置示意图见下图:图5－1视频监控系统配置示意图变电站监控系统电脑软件需要:WINDOWSNT/中文操作系统NETSERVER系统软件IE6．0WebServer(IIS,APACHE等。要求支持ASP脚本)SQLServer7.05.4视频监控系统通信方案的选择当前,视频监控系统的通信方案主要有一下几种:(1)同轴电缆方案在视频监控中,同轴电缆是传输视频图象最常见的媒介。这种方式可采用75欧的铜芯电缆。用同轴电缆方式传输时,由于衰减大,用它组成的传输网最长只能传输10km左右。(2)光纤通信光纤是能使光以最