变电站综合自动化系统201112

变电站综合自动化系统

7/7/20231监控子系统数据采集模拟量的采样方式数据采集途径安全监控功能操作与控制功能人机联系功能运行记录功能对时功能7/7/20232数据采集

（1）模拟量的采集

（2）开关量的采集（3）事件顺序记录（SOE）（4）电能量的采集

7/7/20233模拟量的采样方式*电力系统和电厂、变电站中的模拟量有三种类型。*采样方式:一般可分为直流采样和交流采样两种类型。1.直流采样

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A／D转换器进行转换；即A／D转换器采样的模拟量为直流信号。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，输入至A／D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。如下页图2.1。

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。

7/7/20234图2.1交流电压电流输入通道结构框图（a）电压输入通道（b）电流输入通道7/7/20235图2.2采样过程7/7/20236安全监控功能1.对采集的模拟量不断进行越限监视，如发现越限，立刻发出告警信息，同时记录和显示越限时间和越限值，并将越限情况远传给调度中心或控制中心。2.对微机保护装置和其它各种自动装置的工作状态进行监视。3.将监视结果及时传送给调度中心，并接收和执行调度中心下达的各种命令。7/7/20237操作与控制功能

无论当地操作或远方操作，都应有防误操作的闭锁措施。 断路器的操作闭锁应包括以下内容:(1）断路器操作时，应闭锁重合闸；（2）当地进行操作和远方控制操作，要互相闭锁。

（3）根据实时信息，自动实现断路器与隔离开关必要的闭锁操作。(4)其他7/7/20238人机联系功能1.人机联系桥梁：显示器、鼠标和键盘。2．CRT或液晶显示器显示画面的内容（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）越限报警显示（5）值班记录显示（6）历史趋势显示（7）保护定值和自控装置的设定值显示。（8）其它：故障记录显示、设备运行状况显示等。3.输入数据（1）TA、TV变比（2）保护定值和越限报警定值（3）自控装置的设定值（4）运行人员密码7/7/20239

运行记录功能对于有人值班的变电站，监控系统可以配备打印机，完成以下打印记录功能:①定时打印报表和运行日志；②开关操作记录打印；③事件顺序记录打印； ④越限打印；⑤召唤打印；⑥抄屏打印；⑦事故追忆打印。

对于无人值班变电站，可不设当地打印功能，各变电站的运行报表，集中在控制中心打印输出。

对时功能

配备GPS卫星同步时钟装置、与调度统一时钟。7/7/202310微机保护子系统继电保护的基本任务对继电保护的基本要求微机保护子系统内容微机保护的优越性7/7/202311继电保护的基本任务有选择性地将故障元件从电力系统中快速、自动地切除，使其损坏程度减至最轻，并保证最大限度地迅速恢复系统中无故障部分的正常运行。反应电气设备的异常运行工况，根据运行维护的具体条件和设备的承受能力，发出报警信号，减负荷或延时跳闸信号。根据实际情况，尽快自动恢复停电部分的供电。

7/7/202312对微机保护子系统要求

（1）满足可靠性、选择性、快速性、灵敏性的要求（2）软、硬件结构要相对独立；它的工作不受监控系统和其它子系统的影响。（3）具有故障记录功能（4）察看和授权修改保护整定值方便

（5）具有故障自诊断、自闭锁和自恢复功能

（6）具有对时功能（7）具有通信功能和标准的通信规约。

7/7/202313微机保护子系统的内容

在变电站综合自动化系统中，微机保护应包括全变电站主要设备和输、配电线路的全套保护。

微机保护优越性（1）灵活性强（2）稳定性好（3）利用微机的记忆功能，可改善保护性能（4）体积小，功能全。7/7/202314电能量计算子系统

电能量包括有功电能和无功电能。电能量的采集和管理是变电站综合自动系统的重要组成部分。

7/7/202315微机型电能表 按其原理分，主要有两大类型。（1）利用单片机或DSP（数字信号处理器）为核心，利用高精度的A/D转换器和采样保持器，采集u和i,通过软件计算P、Q，以及kWH和kVarH等量。（2）采用专用的电能芯片和单片机构成的数字电能表这些电能计量专用芯片内含有16位、18位的高分辨率A/D转换器，因此计量准确度高。7/7/202316

变电站自动化系统对电能量计量系统的管理模式

设置专用电能质量管理机串行接口管理模式一般新建的变电站或220kV及以上变电站，多采用微机型电能表，它们一般都具有RS232/RS485串行通信接口，因此可直接将这些电能表利用屏蔽双绞线或同轴电缆组成RS485网络。监控机可直接通过串口与电能表的485网相联接，对电能计量进行管理。现场总线网络管理模式 上述串行接口模式接口简单，投资少，但一个RS485网能联接的电能表有限。对于规模较大的变电站，监控机可以通过现场总线网络，管理各电能表。

7/7/202317谐波分析与监视功能正弦波形畸变指标谐波源分析电力系统谐波监测方法电力系统中谐波的抑制7/7/202318为定量表示电力系统正弦波形的畸变程度，采用以各次谐波含量及谐波总量大小表示电压和电流波形的畸变指标。

我国谐波国家标准《电能质量公用电网谐波》（GB/T14549－93）规定我国公用电网谐波电压的允许值见表2-1。

正弦波形畸变指标7/7/202319表2-1公用电网谐波电压（相电压）的允许值电压标称电压（KV）电压总畸变率（%）各次谐波含有率（100%）奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.87/7/202320谐波源分析电网谐波主要来自两大方面：一是输配电系统产生谐波；二是用电设备产生谐波。（1）电网的主变压器和配电变压器配电变压器中励磁电流的谐波含量与硅钢片的材料有关。如表2.2所示。（2）电气化铁路

电力机车是大谐波源，又是单相大负荷，造成三相负荷不平衡。（3）

电弧炼钢炉炼钢炉电弧电流不规则地急剧变化，使电流波形产生严重畸变，引起电网电压波形严重畸变。（4）

家用电器

家用电器如收音机、电视机、电风扇、空调等都会产生谐波，彩色电视机产生的谐波比黑白电视机更严重，主要是3，5，7，9次谐波。（5）晶体管整流设备晶闸管整流设备在工矿企业越来越广泛应用，给电网造成大量的谐波。（6）

变频装置7/7/202321谐波的危害严重的谐波电流和谐波电压对电力系统本身的发输电设备、对接入电力系统的用电设备都产生不良的影响，甚至影响电力系统的自动装置、继电保护装置和测量装置的正常工作。

（1）

谐波对交流电机的危害（2）谐波对变压器和输电线路的危害（3）

谐波对电容补偿装置的危害（4）

谐波对继电保护和自动控制的干扰（5）

谐波影响计量仪表与检测仪表误差增大。（6）

谐波对通信系统的影响。。

7/7/202322电力系统谐波的监测

谐波监测是研究分析谐波问题和研究对谐波治理和抑制的主要依据。（1）

谐波监测的主要目的 （2）

谐波监测点的选择 （3）

谐波的测量 基于傅里叶变换的谐波测量是当今应用最广泛的一种方法。7/7/202323变电站综合自动化系统的通信功能

(1)综合自动化系统的现场级通信主要解决自动化系统内部各子系统与上位机（监控主机）间的数据通信和信息交换问题。(2)自动化系统与上级调度通信

综合自动化系统必须兼有RTU的全部功能，应该能够将所采集的模拟量和开关状态信息，以及事件顺序记录等远传至调度端；同时应该能接收调度端下达的各种操作、控制、修改定值等命令。即完成新型RTU等全部四遥功能。

7/7/202324变电站综合自动化系统的特点功能综合化分级分布式、微机化的系统结构测量显示数字化操作监示屏幕化运行管理智能化总之，变电站实现综合自动化，可以全面提高变电站的技术水平和运行管理水平，使其能适应现代化的大电力系统运营的需要。7/7/202325变电站自动化系统的结构7/7/2023267/7/202327（1）过程层（Processlevel）功能过程层的功能实际上是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接口的功能。（2）间隔层（Baylevel）功能变电站自动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）变电站层（Stationlevel）变电站的功能有2类：与过程有关的站层功能：与接口有关的站层功能：7/7/202328自动化系统的硬件结构模式

集中式的综合自动化系统分层（级）分布式系统集中组屏的结构模式

分布分散式与集中相结合的自动化系统结构模式

分布分散式的变电站自动化系统结构模式

7/7/202329集中式结构7/7/202330分层分布式系统集中组屏的结构模式分层分布式自动化系统的功能在逻辑上仍可分为程层、间隔层和变电站层三层结构。分层分布式自动化系统的最大特点体现在“功能的分布化”上，即对智能电子设备的设计理念上由以前在集中式自动化系统中的面向厂、站转变为面向对象，即面向一次设备的一个间隔。分层（级）分布式系统集中组屏的结构模式实质上是把这些面向间隔设计的变电站层和间隔层的智能电子设备，按它们的功能组装成多个屏（柜），例如：主变保护屏（柜）、线路保护屏（柜）、数据采集屏等等，这些屏（柜）一般都集中安装在主控室中，我们把这种结构模式简称为“分布集中式”结构模式。7/7/202331分层分散式与集中组屏相结合的结构

图2.1分级分布式系统集中组屏的自动化系统结构框图(一)7/7/202332分布分散式的变电站自动化系统结构模式

7/7/202333

变电站自动化系统的数据通信 变电站自动化系统的通信分两大部分： 1)变电站内的信息传输。 2)变电站自动化系统与调度中心或控制 中心的通信。7/7/202334变电站内的信息传输

在具有变电站层――间隔层（单元层）――过程层（设备层）的分层分布式自动化系统中，需传输的信息有以下几部分:

过程层与间隔层的信息交换 过程层提供的信息主要有两种：

★模拟量

★状态信息，主要为断路器或间隔刀闸的辅助触点。

间隔层内设备间的通信 间隔层设备间内部通信，主要解决两个问题：

★数据共享

★互相闭锁7/7/202335变电站内的信息传输

间隔层与变电站层的通信 间隔层和变电站层的通信内容很丰富，概括起来有以下4类：

★测量信息

★状态信息

★操作信息

★参数信息

变电站层的内部通信 变电站层不同设备间的通信，根据各设备任务和功能的特点，传输所需的测量信息、状态信息和操作信息等。7/7/202336变电站自动化系统的信息传输网络

变电站自动化系统通信网络的要求

★快速的实时响应能力

★高的可靠性

★优良的电磁兼容性能

★分层式结构7/7/202337变电站自动化系统的信息传输网络

串行通信接口EIA-RS-232C和EIA-RS-422/485 1.EIA-RS-232C接口标准 EIA-RS-232接口标准是早期串行通信接口标准。是美国电子工业协会（EIA）于1973年制定的数据传输标准接口。因接口简单，因此也广泛应用于变电站综合自动化系统内部的通信，但其主要缺点是易受干扰，故传输距离短，速率低，最大传输距离为15米。而在距离15米时，最大传输速率为20Kbps。 2.EIA-RS422/485接口标准 RS422对RS323C的电路进行改进，采用了平衡差分的电气接口，RS422加强了抗干扰能力，使传输速率和距离比RS232有很大的提高。由RS422标准变形为RS485。RS422用4根传输线，工作于全双工，RS485只有两根传输线，工作于半双工，它们的传输距离可到1200M，传输速度100K。7/7/202338变电站自动化系统的信息传输网络

表6-1几种常用的串行通信标准接口的主要性能7/7/202339变电站自动化系统的信息传输网络

RS422/485的优点： ①接口简单，仅需一根信号电缆（双绞线、同轴电缆），便可实现多节点互联。 ②可采用标准传输规约，例如：IEC60870-5-103协议（我国行标为DL/T667-1999） 由于以上优点，间隔层设备间的通信以前常采用RS-232或RS-485串行接口。 RS422/485缺点： ①能连接的通信点数≤32个。 ②通信多为查询方式7/7/202340远动无缝传输协议IEC61850

主要特征： 2001年6月1日在挪威召开SPAG会议，正式确定标准的名称为：变电站――控制中心通过IEC61850通信。并制定出电力系统的无缝远动通信体系结构的统一传输协议IEC61850。 未来电力系统的无缝远动通信体系结构如图6-2。从图6-2可看出： ①IEC60870-6TASE.2用于控制中心之间通过网络进行通信。 ②变电站内的网络采用IEC61850＋。 ③控制中心和变电站之间采用IEC61850＋进行通信。这样从控制中心到变电站的过程层可以采用统一的通信协议。 ④变电站和控制中心的配置、事故追忆、特殊应用计算机之间，采用IEC61850＋。7/7/2023417/7/202342 IEC61850变电站通信网络和系统的特点 ①应用层传输协议是面向对象自我描述的，数据对 象是分层的，定义了收集这些信息的方法，数据 对象，逻辑结点和逻辑设备的代号，并规定了名 字的造句法，使任何对象的标识成为唯一的。 ②IEC61850可根据电力系统的特点来归纳所需的服务类，定义抽象通信服务接口且与所采用的网络无关。

③根据数据对象分层和数据传输有优先级的特点定 义了一套收集和传输数据的服务。 ④涵盖了IEC60870-5-101和IEC60870-5-103的数据 对象。7/7/202343变电站实现无人值班的目的和意义(1)国民经济发展形势的需要

不仅发达地区、人口密集经济发展的地区需要发展无人值班变电站；人口密度少、经济不甚发达的边远地区，发展无人值班也很重要。(2)

提高运行的可靠性，减少误操作率。(3)提高经济效益和劳动生产率(4)降低变电站建设成本。7/7/202