35KV變電站綜合自動化系統(tǒng)畢業(yè)設計(論文)說明書

I 摘 要電網(wǎng)系統(tǒng)運行的可靠性以及供應電能的質(zhì)量，與其自動化系統(tǒng)的水平有著密切的聯(lián)系。電力系統(tǒng)的自動化系統(tǒng)由兩個系統(tǒng)構成，信息就地處理的自動化系統(tǒng)和信息集中處理的自動化系統(tǒng)。信息就地處理的自動化系統(tǒng)的特點是能對電力系統(tǒng)的情況作出快速的反應，如高壓輸電線上發(fā)生短路故障時，要求繼電保護要在 20ms 左右動作，以便快速切除故障，而同步發(fā)電機的勵磁自動控制系統(tǒng)，在電力系統(tǒng)正常運行時，可以保證系統(tǒng)的電壓質(zhì)量和無功出力的分配，在故障時可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定水平，有功功率自動調(diào)節(jié)裝置，能跟蹤系統(tǒng)負荷的隨機波動，保證電能的頻率質(zhì)量，按頻率自動減負荷裝置能在系統(tǒng)事故情況，電力系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重的有功缺額時，快速的切除一些較為次要的負荷，以免造成系統(tǒng)的頻率崩潰，以上這些信息就地處理裝置，其重要的優(yōu)點是能對系統(tǒng)中的情況作出快速的反應，尤其在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，其作用更為明顯，但由于其獲得的信息有局限性，因而不能從全局的角度來處理問題，例如通過自動頻率調(diào)節(jié)，雖然可以跟蹤負荷的變化，但總還存在與額定頻率的偏差，更不能實現(xiàn)出力的經(jīng)濟分配。另外，信息就地處理自動裝置，只能“事后”的處理出現(xiàn)的事件，而不能“事先”的對系統(tǒng)的安全性作出評價，因而有其局限性。信息集中處理的自動化系統(tǒng)（即電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)） ，可以通過設置在各發(fā)電廠和變電站的遠動終端（RTU）采集電網(wǎng)運行的實時信息，通過信道傳輸?shù)街髡?，主站根?jù)全網(wǎng)的信息，隨著微機保護，變電站綜合自動化等技術的發(fā)展，兩個信息處理系統(tǒng)之間互相滲透，更重要的是這些微機裝置，如打破原來的二次設備柜框架。關鍵詞：變電所，防爆型，礦用變壓器，采區(qū)供電，保護裝置 II 目 錄摘 要 .1目 錄 .II第一章 變電站綜合自動化系統(tǒng)概況 .11.1 國內(nèi)外變電站綜合自動化的發(fā)展及應用狀況.21.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢.51.3 本文研究的主要內(nèi)容.5第二章 35KV 變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能和結構 .72.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能要求.72.1.1 保護系統(tǒng)功能 .82.1.2 監(jiān)控系統(tǒng)功能 .92.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構.132.3 集中式結構.132.4 分布式結構.142.5 分散（層）分布式結構.14第三章變電站綜合自動化的通信 .163.1 通信的相關介紹.163.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的任務.173.3 數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)的構成.173.3.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡連接 .183.3.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)常用的網(wǎng)絡設備 .203.4 變電站內(nèi)的信息采集傳輸內(nèi)容.213.4.1 變電站的數(shù)據(jù)模擬量、開關量和電能量 .223.4.2 安全監(jiān)視功能 .23 III 第四章 以新建平煤八礦 35KV 變電站為研究對象 .244.1 概述.244.2 設計原則和系統(tǒng)技術參數(shù).244.2.1 系統(tǒng)性能指標 .254.2.2 通信指標 .264.2.3 裝置技術指標 .264.2.4 硬件平臺 .284.3 系統(tǒng)實施方案.294.5 小結.30第五章 綜合自動化系統(tǒng)在實際應用中存在的問題 .32總結展望 .356.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)在實際應用中存在的共性問題.356.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的展望.35致 謝 .36參考文獻 .37 第 1 頁第一章 變電站綜合自動化系統(tǒng)概況隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，電力用戶對供電質(zhì)量的要求愈來愈高，加強電網(wǎng)建設和改造成為電力系統(tǒng)新的工作重點，而依靠科技的進步，采用先進的技術和現(xiàn)代化的管理手段是電網(wǎng)建設和改造的出發(fā)點，實現(xiàn)電網(wǎng)自動化則是重要手段。變電站是電力系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，它的運行情況直接影響到電力系統(tǒng)的可靠、經(jīng)濟運行。要提高變電站運行的可靠性及經(jīng)濟性，一個最基本的方法就是要提高變電站運行管理的自動化水平，實現(xiàn)變電站綜合自動化。變電站綜合自動化是指變電站二次系統(tǒng)通過利用計算機技術、現(xiàn)代控制技術、網(wǎng)絡通信技術和圖形顯示技術，實現(xiàn)將常規(guī)變電站的控制、測量、信號、保護、計量、安全自動裝置、遠動等功能整合于一體的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，這項技術涉及多個技術領域，是自動化技術、計算機技術和通信技術等高科技在變電站領域的綜合應用。依據(jù)大電網(wǎng)會議 WG34.03 工作組的分析，變電站自動化系統(tǒng)較為嚴格的定義為心：（1）遠動功能（四遙功能） ；（2）自動控制功能（如有載調(diào)壓變壓器分接頭和并聯(lián)補償電容器的綜合控制（voc） 。電力系統(tǒng)低頻減載、靜止無功補償器控制、配網(wǎng)系統(tǒng)故障分段隔離非故障段恢復供電與網(wǎng)絡重組等） ；(3)測量表計功能（如三相智能式電子電費計量表等） ；(4)繼電保護功能；(5)與繼電保護有關的功能（如故障錄波、故障測距、小電流接地選線等）：(6)接口功能（如與微機五防、繼電保護、電能計量、全球定位系統(tǒng)（Gps）等 IED的接口） ；(7)系統(tǒng)功能（與主站通信，當?shù)?SCADA 等） 。所有能實現(xiàn)這些功能的設備，目前統(tǒng)稱為智能式電子儀表（IED） 。變電站自動化 第 2 頁的目的，就是實現(xiàn)這些 IED 的信息共享，由此可減少變電站使用的電纜數(shù)量和造價，提高變電站的運行和安全可靠性，并減少維護工作量和提高維護水平。隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術和通信技術的發(fā)展及其在電力系統(tǒng)中的廣泛應用，變電站綜合自動化系統(tǒng)的技術水平也在不斷提高。變電站自動化技術和變電站自動化系統(tǒng)的內(nèi)涵還在不斷的豐富之中。1.1 國內(nèi)外變電站綜合自動化的發(fā)展及應用狀況國際上對于變電站綜合自動化的研究，已經(jīng)進行了多年，并取得了令人矚目的進展。早在七十年代末，日本就研制出了世界上第一套綜合數(shù)字式保護和控制系統(tǒng) SDCS-I。此后，美國、英國、法國、德國等一些發(fā)達國家也相繼在此領域內(nèi)取得不同程度的進展。在八十年代初，美國一家電力公司研制了 IMPAC 模塊化保護和控制系統(tǒng)。PRI 聯(lián)合研制出了 SPC 美國西屋公司和 ES 變電站保護和控制綜合自動化系統(tǒng)。到 1984 年，瑞士的 BBC 公司首次推出了他們的變電站綜合自動化系統(tǒng)。1985 年，德國的西門子公司又推出了他們研制的第一套變電站綜合自動化系統(tǒng) LSA678。變電站綜合自動化目前在國外已得到了較普遍的應用。例如美國、德國、法國、意大利等國家，在他們所屬的某些電力公司里，大多數(shù)的變電站都實現(xiàn)了綜合自動化及無人值班方式。我國的變電站自動化技術起步于 50 年代。1954 年，我國從前蘇聯(lián)引進了 RTU 技術，東北安裝了 16 套遙測遙信裝置。此后，國內(nèi)開始了系列遠動產(chǎn)品的研制工作。到七十年代初，便先后研制出了電氣集中控制裝置和集保護、控制及信號為一體的”四合一”裝置。在八十年代中期，國內(nèi)許多高等院校及科研單位也在這方面做了大量的工作，推出一些不同類型、功能各異的自動化系統(tǒng)，為國內(nèi)的變電站自動化技術的發(fā)展起到了卓有成效的推動作用。我國經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展階段：(1)傳統(tǒng)的變電站運行方式20 世紀 80 年代早期，傳統(tǒng)的變電站自動化系統(tǒng)是由許多安裝在控制室內(nèi)的單項自動化裝置組成，主要包括各種繼電保護裝置、自動重合閘、故障錄波裝置、變送器和 第 3 頁遠動裝置、模擬盤和各類儀表，還需大量電纜將現(xiàn)場分合閘線圈以及位置信號觸點一一對應地聯(lián)到上述各種自動化裝置。除保護動作信號、電能表脈沖信號送至遠動裝置外，各種保護、自動裝置和儀表基本獨立工作，微機保護和遠動裝置之間無計算機通信。保護定值的整定、故障錄波和故障數(shù)據(jù)的收集，基本由現(xiàn)場人工進行。需要一個大控制室來放置各種自動裝置和儀表，占地面積大，需要大量電纜管線，施工、安裝和調(diào)試工作量大，遠動裝置的本地功能和測量儀表功能重復，各種自動裝置和儀表種類、數(shù)量較多，工耗、備品備件及運行維護量大。變電站二次設備均按傳統(tǒng)方式布置：控制屏實現(xiàn)站內(nèi)監(jiān)控，保護屏實現(xiàn)電力設備保護，遠動設備實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集。它們各司其職、互不相聯(lián)。(2)遠動 RTU 方式20 世紀 80 年代中、后期，隨著微處理器和通信技術的發(fā)展，利用微型機構成的遠動裝置簡稱 RTU的功能和性能有很大提高。該方式在原常規(guī)有人值班變電站的基礎上在 RTU 中增加了遙控、遙調(diào)功能，站內(nèi)仍保留傳統(tǒng)的控制屏、指示儀表、光字牌等設備。所有信號由 RTU 集中采集，遙控、遙調(diào)指令通過 RTU 裝置硬接點輸出，由控制電纜引入控制回路，與數(shù)字保護不能交換信息，保護動作信號仍需通過繼電器接點采集。采用這種方式使二次設備增加，二次回路更復雜。(3)綜合自動化方式1）集中式自動化系統(tǒng)20 世紀 90 年代數(shù)字保護技術（即是微機保護）的廣泛應用，使變電站自動化取得實質(zhì)性的進展。20 世紀 90 年代初研制出的變電站自動化系統(tǒng)是在變電站控制室內(nèi)設置計算機系統(tǒng)作為變電站自動化的心臟，另設置一數(shù)據(jù)采集和控制部件用以采集數(shù)據(jù)和發(fā)出控制命令。微機保護柜除保護部件外，每個柜有一個管理單元，其串行口和變電站自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制部件相連，傳送保護裝置的各種信息和參數(shù)，整定和顯示保護定值，投停保護裝置。此類集中式變電站自動化系統(tǒng)結構緊湊、體積小、造價低，尤其適合 35KV 或規(guī)模較小的變電站。 第 4 頁2）分散式自動化系統(tǒng)由于集中式結構存在軟件復雜，系統(tǒng)調(diào)試麻煩、精度低，維護工作量大，易受干擾，擴容靈活性差等不足；隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術及通信技術的飛躍發(fā)展，同時結合變電站的實際情況，各類分散式變電站自動化系統(tǒng)紛紛研制成功和投入運行。分散式系統(tǒng)的特點是各現(xiàn)場輸入輸出單元部件分別安裝在中低壓開關柜或高壓一次設備附近，現(xiàn)場單元部件可以是保護和監(jiān)控功能的二合一裝置，用以處理各開關單元的繼電保護和監(jiān)控功能，也可以是現(xiàn)場的微機保護和監(jiān)控部件分別保持其獨立單元部件進行通信聯(lián)系。通信方式大多數(shù)通過 rs232rs485 通信接口相連。但近年來推出的分散式變電站自動化系統(tǒng)更多地采用了網(wǎng)絡技術，如現(xiàn)場總線及以太網(wǎng)等。至于變電站自動化的功能，如遙測、遙信、采集及處理，遙控命令執(zhí)行和繼電保護功能等均由現(xiàn)場單元部件獨立完成，并將這些信息通過網(wǎng)絡送至后臺主計算機，而變電站自動化的綜合功能均由后臺主計算機系統(tǒng)承擔。分散式面向?qū)ο蟮淖冸娬揪C合自動化系統(tǒng)由于大大縮小了主控室的面積，可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便，降低總投資，目前已成為發(fā)展趨勢?？v觀我國七、八十年代的變電站自動化發(fā)展狀況，可以看到，初期的變電站自動化，只是在常規(guī)二次設備配置的基礎上增加了計算機管理功能。如 CRT 屏幕監(jiān)視、數(shù)值計算、自動巡檢打印及自動報表等。所增加的這些計算機功能并不能取代常規(guī)的操作監(jiān)視設備，因而這種自動化方式只能稱作計算機輔助管理。八十年代以后，由于微機技術的發(fā)展，使變電站自動化技術得到了進一步的提高，但是此時的自動化管理仍未涉及到繼電保護、故障錄波等功能。只是在原有基礎上增加了以微機為控制中心的就地功能。這種初期的自動化管理方式，各專業(yè)在技術上相互獨立，資源不能共享，設備設置重復，功能交叉覆蓋，無論在技術上或是經(jīng)濟上都不盡合理。進入九十年代后，由于數(shù)字保護技術的發(fā)展，才使得變電站綜合自動化技術產(chǎn)生了一個飛躍，使這項技術在我國進入了實質(zhì)性發(fā)展階段。 第 5 頁1.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢變電站自動化技術伴隨著現(xiàn)代科學技術發(fā)展，尤其是網(wǎng)絡技術、計算機軟、硬件技術及超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展而不斷進步，自動化系統(tǒng)以按對象設計的全分層分布式為潮流，朝著二次設備功能集成化，一次設備智能數(shù)字化方向發(fā)展：同時經(jīng)濟性和可靠IC618 性也是變電站自動化技術發(fā)展所要考慮的實際問題。E50 標準的實施應用，電能質(zhì)量監(jiān)測管理，一次設備的在線監(jiān)測，以及網(wǎng)絡安全技術，變電站綜合自動化將更多地融入當今流行的各種新觀念、新技術，其發(fā)展結果也使整個系統(tǒng)更加安全、高效、經(jīng)濟和可靠?？偟陌l(fā)展趨勢可從以下幾個不同角度來描述：1.3 本文研究的主要內(nèi)容本論文將在總結本人從事變電站設計工作五年來的經(jīng)驗基礎上，結合本課題完成如下工作：1首先介紹變電站綜合自動化的定義，對變電站綜合自動化在國內(nèi)外的發(fā)展及應用情況進行介紹。2提出變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能要求，對變電站綜合自動化系統(tǒng)常用組網(wǎng)結構和各自特點進行分析研究。3變電站綜合自動化的通信介紹。4以新建平煤八礦 35KV 變電站為研究對象5分析研究變電站綜合自動化系統(tǒng)存在的共性問題，并提出改進意見。 第 6 頁第二章 35KV 變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能和結構本章先提出了變電站綜合自動化系統(tǒng)應滿足的基本要求，接著從保護系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)兩方面對其功能進行了詳細介紹和研究。并對變電站綜合自動化系統(tǒng)幾種常用的組網(wǎng)結構：集中式、分布式、分散分布式結構進行了介紹，對目前應用較廣的分散分布式結構進行重點研究。2.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能要求變電站自動化系統(tǒng)的具體功能要求主要決定于變電站在電力系統(tǒng)中的地位、作用和變電站的規(guī)模、電壓等級及一次設備狀況。高壓、超高壓變電站自動化系統(tǒng)的主要功能要求，概括起來有個方面?？刂葡到y(tǒng)：運行人員監(jiān)視與控制、自動控制、電力系統(tǒng)緊急控制與當?shù)睾髠淇刂?、故障錄波與事件記錄、測量與計量、自動數(shù)據(jù)分析；保護系統(tǒng)：變壓器保護、線路保護及自動重合閘、母線保護、電容器保護；運行支持系統(tǒng)：設備維修支持、設備非正常狀態(tài)的恢復支持、電力系統(tǒng)故障恢復支持、自動故障恢復。每個變電站自動化的功能將隨原來系統(tǒng)的運行經(jīng)驗、成本和性能的要求不同而變化，但它們都要適應以下基本要求：1)當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，繼電保護系統(tǒng)準確檢測故障，跳開相應開關，迅速切除故障，不造成故障連鎖反應，使故障造成的影響限制在盡可能小的范圍；2)收集、處理各種設備的運行信息和數(shù)據(jù)，按要求發(fā)送到集控中心和遠方調(diào)度控制中心，滿足調(diào)度部門對電力系統(tǒng)的監(jiān)視、控制和運行操作；3)收集設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，支持設備的狀態(tài)維修和可靠性為中心的維修系統(tǒng)，提高設備可用率和使用壽命；4)在集控中心或調(diào)度控制中心對變電站失去監(jiān)控的情況下，變電站的后備控制能對變電站進行控制；5)收集并及時傳送電力市場實時交易所需的技術數(shù)據(jù)，促進安全交易，減少交易 第 7 頁風險。針對以上基本要求，在做變電站綜合自動化系統(tǒng)設計時，可靠、實用、技術先進和利于推廣是系統(tǒng)設計的基本指導思想。變電站綜合自動化系統(tǒng)設計過程中，可靠性與系統(tǒng)總體設計及軟硬件結構和工藝關系密切，考慮軟硬件總體方案時，可靠性必須放在第一位。其次應強調(diào)性能價格比這個重要指標，機型選擇、硬件配置上，應從應用對象實際情況出發(fā)，特別重視性能價格比。同時還應考慮操作方便，具有完備的防誤提示和措施。2.1.1 保護系統(tǒng)功能保護裝置是綜合自動化系統(tǒng)的重要組成部分，以被保護的一次設備為對象，直接由相關的和輸入電氣量，動作后由接點輸出，直接作用于相應斷路器的跳閘線圈。要求和自動化系統(tǒng)保持相對獨立，一般要求保證電磁兼容指標，設置專用電源回路（電壓等級以上） ，保護與測量分開，可遠方投退壓板和控制字，在線修改定值，帶簡短的事故采樣數(shù)據(jù)和動作記錄等。當監(jiān)控系統(tǒng)異?；蚴ヂ?lián)系時，保護系統(tǒng)能夠獨立地完成它的使命，做電力系統(tǒng)的守護神。從功能上可分為線路保護、母線保護、變壓器保護、電容器保護及備用電源自投、故障錄波、低周低壓減載等安全自動裝置。微機保護應具有與監(jiān)控系統(tǒng)通信的功能，包括：接受監(jiān)控系統(tǒng)查詢，若返回正確應答信號，則表明保護裝置通信接口完好；若超時無應答或應答錯誤，則表明通信接口或保護裝置本身出現(xiàn)故障；傳送事件報告，包括跳閘時間（分辨率） 、跳閘元件、相別、測距、故障波形等，且掉電后信息能保留：傳送自檢報告，包括裝置內(nèi)部自檢和對輸入信號的檢查；修改時鐘及對時，目前至少要有通信廣播對時及分秒中斷對時，并能 GPS 外部對時；修改保護定值，定值要經(jīng)過上傳、下裝、反校、確認等環(huán)節(jié)后，保護裝置才予以修改；接受投退保護命令，保護信號應具有掉電白保持，能夠遠方或就地復歸；接受查詢定值并送出定值；實行顯示保護主要狀態(tài)（功能投入情況輸入量值等） 。與監(jiān)控系統(tǒng)通訊，主動上傳故障信息、動作信息、動作值及自診斷信息， 第 8 頁接受監(jiān)控系統(tǒng)命令上傳整定值及歷史事件，與監(jiān)控系統(tǒng)通訊應采用標準規(guī)約。2.1.2 監(jiān)控系統(tǒng)功能（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集裝置采集現(xiàn)場所有狀態(tài)量、模擬量及脈沖量，并可從各保護裝置采集保護運行狀態(tài)、保護動作信息、保護定值信息、保護故障信息、保護電源及保護裝置自檢信息。1）狀態(tài)量采集包括斷路器狀態(tài)、隔離開關狀態(tài)、接地刀閘狀態(tài)、變壓器分接頭位置等，這些信號大部分采用光電隔離方式的開關量中斷輸入。對重要的狀態(tài)量（如斷路器位置）采用雙位置接點進行采集，即 11,00 分別表示二個狀態(tài)，以保證正確無誤地反映斷路器位置，防止繼電器觸點的失效與抖動而引起的狀態(tài)誤報。2）模擬量采集采樣各段母線電壓、各進出線回路的電流和功率值；電網(wǎng)頻率與相位等電量參數(shù)以及變壓器的瓦斯值、溫度、壓力等非電量參數(shù)。目前各種電量參數(shù)在綜合自動化系統(tǒng)中均采用交流采樣，直接采集由電流互感器與電壓互感器提供的交流參數(shù)，常規(guī)變送器加變換方式只用于對非電量參數(shù)如變壓器油溫、主控室溫的采集。3）脈沖量采集采集由全電子電能表輸出的電量脈沖值，也可直接采集電能量。4）繼電保護數(shù)據(jù)采集包括保護動作信號、保護狀態(tài)、保護定值等。（2）事件記錄及故障錄波事件記錄包括保護動作序列記錄 soe（seuenceofevents）開關跳合記錄，事件分辨率可根據(jù)不同電壓等級的要求確定，一般為 1.3ms，能存放 100 個以上的事件順序記錄。當出現(xiàn)電網(wǎng)故障時 00ms 以及故障后 3s 的波形， （如接地短路故障） ，能記錄故障前min 供事故分析。對高壓變電站故障錄波可根據(jù)需要采用兩種方式實現(xiàn)：一是配置 第 9 頁專用微機故障錄波器，并能與監(jiān)控系統(tǒng)通訊；另一種則由微機保護裝置兼作記錄及測距計算，再將數(shù)字化的波形及測距結果送監(jiān)控系統(tǒng)，由監(jiān)控系統(tǒng)存儲及打印波形。對低壓變電站可給出故障報告，包括故障類型、動作類型及開關遮斷電流大小。（3）遠方整定保護定值對各保護裝置，可在當?shù)鼗蜻h方設置一組或多組保護定值，并可在當?shù)鼗蜻h方顯示、切換整定值。此功能應具有遠方、當?shù)亻]鎖，操作權限閉鎖措施。（4）控制和操作閉鎖可對斷路器、隔離開關的分、合進行操作，對變壓器分接頭進行調(diào)節(jié)控制，對電容器組進行換切。這些控制和操作可在遠方的調(diào)度中心或變電站內(nèi)的后臺監(jiān)控系統(tǒng)的及鍵盤上發(fā)命令完成（具有操作密碼和操作者及操作內(nèi)容歸檔功能） ，也可在裝置面板上進行操作，以保證系統(tǒng)的更高的使用靈活性。為確保操作的準確可靠，操作步驟按“選擇一返送校核一執(zhí)行”來進行，并具備邏輯閉鎖功能，每次操作均有打印輸出。操作閉鎖應包括以下內(nèi)容：1）操作出口應具有跳、合閉鎖功能。2）操作出口應具有并發(fā)性操作閉鎖功能。3）根據(jù)實時信息，實現(xiàn)斷路器、刀閘操作閉鎖功能。4）CRT 屏幕操作閉鎖功能。只有輸入正確的操作口令和監(jiān)護口令才有權進行操作控制。（5）電壓無功綜合控制在上級調(diào)度直接控制時，變壓器分接頭調(diào)整和電容器組的投切直接接受上級調(diào)度的控制；當給定電壓曲線的情況下，則由變電站自動化系統(tǒng)進行控制，按系統(tǒng)電壓與功率因數(shù)變化自動調(diào)節(jié)變壓器分接頭位置或投切電容器，保證電壓質(zhì)量和優(yōu)化無功補償。（6）與遠方調(diào)度中心通信實現(xiàn)遠動裝置的常規(guī)的遙測、遙信、遙控和遙調(diào)四遙功能，即將采集的數(shù)字量和 第 10 頁狀態(tài)量實時地送往調(diào)度中心，并接受上級調(diào)度中心的控制和調(diào)節(jié)操作命令。若有事故發(fā)生，如開關變位等事故發(fā)生或數(shù)字量越限時則插入優(yōu)先發(fā)送，及時向調(diào)度中心報警。此外還將故障錄波和其他繼電保護信息送往調(diào)度中心，同時接受調(diào)度中心發(fā)來的修改繼電保護整定值的命令等。傳送通道可以是電力載波、微波、光纖或?qū)Ｓ猛ǖ?。通信波特率隨所選用通信通道及通信方式來決定。通信規(guī)約可以采用遠動標準規(guī)約或計算機通信規(guī)約，視調(diào)度中心的要求而定。（7）數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計記錄系統(tǒng)將采集來的狀態(tài)量、數(shù)字量和脈沖量按規(guī)定的要求進行處理，送往當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的后臺機和上級調(diào)度中心。這些數(shù)據(jù)主要有：線路、變壓器的電流、有功和無功，母線電壓定時記錄的最大值、最小值及其時間等；整點數(shù)據(jù)的日報表；每日的峰值和谷值，并標以時間；斷路器動作次數(shù)、斷路器切除故障時的故障電流和跳閘操作次數(shù)統(tǒng)計；控制操作及修改整定值的記錄及有關操作者；獨立負荷有功無功每天的峰值、最大值及其時間，并保存歸檔。歷史數(shù)據(jù)在監(jiān)控系統(tǒng)的后臺機內(nèi)至少能保存年以上。（8）人機聯(lián)系功能當變電站有人值班時，人機聯(lián)系功能在當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的后臺機上進行。當變電站無人值班時， 。則在遠方的調(diào)度中心或集控中心的調(diào)度或監(jiān)視主機上進行。操作人員的人機聯(lián)系界面是屏幕與鍵盤或鼠標器，可實現(xiàn)下列主要功能：CRT 屏幕上可顯示各種畫面、數(shù)據(jù)和表格，包括主接線圖、開關狀態(tài)、潮流信息、報警畫面與提示信息、事故記錄、負荷曲線、系統(tǒng)的配置和工作情況、保護整定值、日運行報表等，并可將顯示畫面和表格拷貝打印記錄下來。實施遠方控制和操作，包括保護裝置的投入和退出、斷路器以及隔離開關的操作、變壓器分接頭位置控制等。輸入或修改數(shù)據(jù)，包括遠方操作的密碼、操作人員的代碼及密碼、保護定值的設置和修改、報警值設置和修改、遠方當?shù)夭僮鞯脑O置、控制閉鎖與允許等。 第 11 頁顯示系統(tǒng)各設備的診斷自檢結果。無人值班站應保留一定的人機聯(lián)系功能，以保證變電站現(xiàn)場檢修或巡視的要求，能顯示站內(nèi)各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)量；操作出口回路具有人工當?shù)鼐o急控制設施；變壓器分接頭應備有當?shù)厝斯ふ{(diào)節(jié)手段。（9）系統(tǒng)的自診斷檢測功能系統(tǒng)的各裝置如保護裝置、數(shù)據(jù)采集裝置、控制裝置等都具有自診斷功能，所有數(shù)據(jù)采集、控制、保護等主要單元模塊故障，應能自診斷出故障部位；具有失電保護、失電自檢、自復位至原運行狀態(tài)的能力。當數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)非法錯誤時，應能輸出出錯信息，進行報警和閉鎖故障單元，保證其它部分的正常工作。當系統(tǒng)在線診斷出故障時，應能自動報警，并將故障內(nèi)容及發(fā)生時間登錄在事件一覽表中。診斷結果周期性地送當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的后臺機和遠方調(diào)度中心，故系統(tǒng)中各裝置的狀態(tài)一目了然，無需定期檢修。（10）對時系統(tǒng)對時要求是變電站自動化系統(tǒng)的最基本要求。110樞紐以上站要求系統(tǒng)具有GPS 對時功能，能夠?qū)ψ冸娬緦釉O備和間隔層）設備（包括全電子電能表等）實現(xiàn) GPS 對時，并具有時鐘同步網(wǎng)絡傳輸校正措施。110終端站、35變電站不要求對時功能，但要求具有一定精度的站內(nèi)系統(tǒng)對時功能，定時完成由系統(tǒng)主機或由調(diào)度端發(fā)出的對站內(nèi)間隔層設備的對時功能。（11）同期檢測和同期合閘由于實現(xiàn)電網(wǎng)互聯(lián)是必然趨勢，所以負責系統(tǒng)聯(lián)絡線聯(lián)絡變壓器的樞紐變電站仍需配置自動同期裝置，使待并列的兩個系統(tǒng)在電壓、頻率、相位角都能滿足條件的情況下能夠進行并列操作，分為手動和自動兩種方式實現(xiàn)，一般應具有兩種方式供選擇，這部分功能也應納入自動化系統(tǒng)。 第 12 頁2.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構變電站自動化系統(tǒng)的組成可分為個層次，即間隔級和變電站級，也稱間隔層和站控層。間隔級的集成是構筑一個通用的硬件和軟件平臺，將間隔內(nèi)的控制、保護、測量等功能集成在這個通用的平臺上。通用的硬件平臺指的是由一組元件組成一個多功能裝置，用于各個間隔。通用的軟件平臺指的是在多功能裝置內(nèi)建立一個通用的功能軟件庫和數(shù)據(jù)庫。通過通用的硬件和軟件采集各功能需要的數(shù)據(jù)和狀態(tài)量，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。這樣，原來控制、保護等功能將不再需要專用的硬件裝置和專用的輸入、輸出通道，而是由合理的軟件設計來實現(xiàn)。站級的集成是將變電站自動化需在站級處理的各個功能通過信息網(wǎng)絡組合在一個系統(tǒng)中。這樣，原來站級各個分隔的系統(tǒng)及其多個通信網(wǎng)絡將不再需要，從而簡化了網(wǎng)絡結構和通信規(guī)約。目前，國內(nèi)外變電站綜合自動化系統(tǒng)大體可分為三種結構：集中式、分布式以及分散（層）分布式。2.3 集中式結構集中式的變電站綜合自動化系統(tǒng)結構按信息類型劃分功能。采用這類結構的系統(tǒng)其功能模塊與硬件無關，各功能模塊的連接通過模塊化軟件實現(xiàn)，信息是集中采集、處理和運算的。受計算機硬件水平的限制，該結構在早期自動化系統(tǒng)中應用較多，圖是一種較典型的集中式結構。此類結構對監(jiān)控主機的性能要求較高，且系統(tǒng)處理能力有限，開發(fā)手段少，系統(tǒng)在開放性、擴展性和可維護性等方面較差，抗干擾能力不強。系統(tǒng)結構如圖 2-1 所示： 第 13 頁圖 2-1 集中式結構2.4 分布式結構分布式結構則按功能設計，如按保護和監(jiān)控等功能劃分單元，分布實施。其結構采用主從協(xié)同工作方式，各功能模塊如智能電子設備之間采用網(wǎng)絡技術或串行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。分布式結構有助于其它模塊正常運行。安裝方式有集中組屏和分層組屏兩種方式，較適合于中低壓變電站。系統(tǒng)結構如圖 2-2 所示。圖 2-2 分布式結構2.5 分散（層）分布式結構分散（層）分布式結構采用“面向?qū)ο笤O計。所謂面向?qū)ο螅褪敲嫦螂姎庖淮位芈吩O備或電氣間隔設備，間隔層中數(shù)據(jù)、采集、控制單元（I/O 單元）和保護單元就地分散安裝在開關柜上或其他一次設備附近，相互間通過通信網(wǎng)絡相連，與監(jiān)控主機通信。 。目前，此種系統(tǒng)結構在自動化系統(tǒng)中較為流行，主要原因是：現(xiàn)在的設備大多是按面向?qū)ο笤O計的，如專門的線路保護單元、主變保護單元、小電流接地選線單元等，雖然有將所有保護功能綜合為一體的趨勢，但具體在保護安裝接 第 14 頁線中仍是面向?qū)ο蟮?；利用了現(xiàn)場總線的技術優(yōu)勢，省去了大量二次接線，控制設備之間僅通過雙絞線或光纖連接，設計規(guī)范，設備布置整齊，調(diào)整擴建也很簡單，成本低，運行維護方便；系統(tǒng)裝置及網(wǎng)絡性強，不依賴于通信網(wǎng)和主機，主機或臺IED 設備損壞并不影響其它設備的正常工作，運行可靠性有保證。系統(tǒng)結構如圖 2-3 所示：圖 2-3 分散（層）分布式結構系統(tǒng)結構的特點是功能分散，管理集中。分散（層）分布有兩層含義：其一，對于中低壓電壓等級，無論是單元還是保護單元皆可安裝在相應間隔的開關盤柜上，形成地理上的分散分布；其二，對于及以上的電壓等級，即使無法把間隔單元裝在相應的開關柜上，也應集中組屏，在屏柜上明確區(qū)分相應間隔對應的單元，在物理結構上相對獨立，以方便各間隔單元相應的操作和維護。 第 15 頁第三章變電站綜合自動化的通信3.1 通信的相關介紹通信是變電站綜合自動化系統(tǒng)中十分重要的基礎功能。借助于通信，各開關間隔中保護測控單元、變電站計算機系統(tǒng)、電網(wǎng)控制中心自動化系統(tǒng)得以相互交換信息，信息共享，提高了變電站運行可靠性，減少了連接電纜和設備數(shù)量，實現(xiàn)變電站遠方監(jiān)視和控制。變電站自動化系統(tǒng)通信主要涉及：各保護測控單元與變電站計算機系統(tǒng)通信；各保護測控單元之間相互通信；變電站自動化系統(tǒng)與電網(wǎng)自動化系統(tǒng)通信；其他智能化電子設備 IED 與變電站計算機系統(tǒng)通信；變電站計算機系統(tǒng)內(nèi)部計算機間相互通信。通信控制單元在變電站自動化系統(tǒng)中，承擔著保護測控單元、自動化設備和輔助設備與變電站計算機系統(tǒng)以及電網(wǎng)自動化系統(tǒng)通信的控制、協(xié)調(diào)、監(jiān)視和管理作用。通過通信控制單元的控制和協(xié)調(diào)，使得各保護測控單元、其他智能化電子設備 IED 可實時、有序、可靠地與變電站計算機系統(tǒng)、電網(wǎng)自動化系統(tǒng)交換信息，傳遞變電站各種運行數(shù)據(jù)、設備狀態(tài)、保護動作情況，接收各種控制命令，完成變電站計算機系統(tǒng)和電網(wǎng)自動化系統(tǒng)所要求的各種操作和控制。通過監(jiān)視和管理，隨時了解各設備、單元通信狀態(tài)以及通信網(wǎng)絡狀態(tài)，對異常情況及時報警，甚至采取必要措施，如通道切換，以維持系統(tǒng)正常的通信。變電站綜合自動化系統(tǒng)對通信控制單元要求：1）具有較高的可靠性、穩(wěn)定性；2）滿足實時性的要求；3）支持多種、多路通信接口； 第 16 頁4）支持多種通信方式，包括網(wǎng)絡通信方式；5）提供通信信息編輯、修改手段；6）提供通信檢查和維護手段3.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的任務變電站綜合自動化系統(tǒng)：是利用先進的計算機技術、現(xiàn)代電子技術、通信技術和信息處理技術等實現(xiàn)對變電站二次設備（包括繼電保護、控制、測量、信號、故障錄波、自動裝置及遠動裝置等）的功能進行重新組合、優(yōu)化設計，對變電站全部設備的運行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動化系統(tǒng)。通過變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)各設備間相互交換信息，數(shù)據(jù)共享，完成變電站運行監(jiān)視和控制任務。變電站綜合自動化替代了變電站常規(guī)二次設備，簡化了變電站二次接線。變電站綜合自動化系統(tǒng)是利用多臺微型計算機和大規(guī)模集成電路組成的自動化系統(tǒng)，代替常規(guī)的測量和監(jiān)視儀表，代替常規(guī)控制屏、中央信號系統(tǒng)和遠動屏，用微機保護代替常規(guī)的繼電保護，改變常規(guī)的繼電保護裝置不能與外界通信的缺陷。因此，變電站綜合自動化是自動化技術、計算機技術和通信技術等高科技在變電站領域的綜合應用。變電站綜合自動化系統(tǒng)可以采集到比較齊全的數(shù)據(jù)和信息，利用計算機的高速計算能力和邏輯判斷功能，可方便的監(jiān)視和控制變電站內(nèi)各種設備的運行和操作。它的出現(xiàn)為變電站的小型化、智能化、擴大控制范圍及變電站安全可靠、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟運行提供了現(xiàn)代化手段和基礎保證。3.3 數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)的構成通訊系統(tǒng)的構成有：通訊介質(zhì)、通訊接口、通訊控制器、通訊規(guī)約等，如圖 3-1所示。 第 17 頁通 訊規(guī) 約通 訊控制器通 訊接 口通 訊規(guī) 約通 訊控制器通 訊接 口通訊介質(zhì)圖 3-1 數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)綜自系統(tǒng)常用的通訊接口標準主要有：通用串行通訊接口、現(xiàn)場總線、以太網(wǎng)等?，F(xiàn)場總線：WorldFip、CanBus、LonWork 等。以太網(wǎng)：雙絞線以太網(wǎng)、光纖以太網(wǎng)、同軸電纜以太網(wǎng)等。專用通訊控制器集基本功能與擴展功能與一體，通訊能力提高了，但通用性降低了，如以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線的通訊控制器就屬于此類。3.3.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡連接目前綜合自動化系統(tǒng)所采用的均為分層分布式結構，站控層、間隔層之間的數(shù)據(jù)通信由網(wǎng)絡層來實現(xiàn)，即網(wǎng)絡層是站控層與間隔層的數(shù)據(jù)傳輸通道。如圖 3-2 所示。網(wǎng)絡層監(jiān)控機監(jiān)控機繼保工程師站圖 3-2 典型綜合自動化系統(tǒng)結構首先應該明確，變電站站控層的后臺機、繼保工程師站等計算機所構成的是一個小型的局域網(wǎng)，把多臺小型、微型計算機以及外圍設備用通信線路互連起來，并按照 第 18 頁網(wǎng)絡通信協(xié)議實現(xiàn)通信的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，各計算機既能獨立工作，又能交換數(shù)據(jù)進行通信。構成局域網(wǎng)的四大因素是網(wǎng)絡的拓撲結構、傳輸介質(zhì)、傳輸控制和通信方式。八礦降壓站用到的綜合自動化系統(tǒng)的站控層網(wǎng)絡采用以太網(wǎng)結構。即是由以太網(wǎng)構成的局域網(wǎng)。根據(jù)配置不同，可以分為單網(wǎng)和雙網(wǎng)，如圖 3-3 所示。單網(wǎng)結構簡單，可靠性比雙網(wǎng)結構低，多用于中小型 110KV 以下變電站。雙網(wǎng)結構在 A 網(wǎng)故障時，后臺機可以由 B 網(wǎng)繼續(xù)進行通訊，可靠性高，多用于 110KV 及以上變電站。 操作員站工程師站交換機 1交換機 2A 網(wǎng)操作員站工程師站交換機 1交換機 2A 網(wǎng)B 網(wǎng)（a）單網(wǎng)結構 （b）雙網(wǎng)結構間隔層的網(wǎng)絡主要完成對各電氣單元之間的實時數(shù)據(jù)采集、處理、控制量的輸出等功能。根據(jù)其設備不同，采用的網(wǎng)絡方式也不盡相同。1)直接接入以太網(wǎng)方式該方式是將微機保護測控單元直接接入以太網(wǎng)進行通信。該種方式的優(yōu)點是結構簡單、數(shù)據(jù)傳送速度較快。2)現(xiàn)場總線方式現(xiàn)場總線是應用在生產(chǎn)現(xiàn)場，在微機化測量控制設備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡。WorldFIP 現(xiàn)場總線，是現(xiàn)場總線技術中的一種，具有通信速度快、通信距離遠、介質(zhì)冗余以及良好的抗電磁干擾能力，是變電站自動化系統(tǒng)中一種十分理想的通信方式。WorldFip 現(xiàn)場總線的特點： 第 19 頁(1)通信速率高，距離長(2)通信效率高，實時性強(3)通訊可靠性高(4)通訊接口不易損壞3.3.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)常用的網(wǎng)絡設備變電站綜合自動化系統(tǒng)常用的網(wǎng)絡設備有：網(wǎng)卡、交換機、調(diào)制解調(diào)器、規(guī)約轉(zhuǎn)換器、RTU、雙絞線等。計算機通信如同兩個人相互交流，必須說同一種語言。通信規(guī)約就是計算機通信的語言。數(shù)據(jù)通信中，計算機間傳輸?shù)氖且唤M二進制“0” 、 “1”代碼串。這些代碼串在不同的位置可能有不同的含義。有的用于傳輸中的控制，有的是通信雙方的地址，有的是通信要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，還有些是為檢測差錯而附加上的監(jiān)督碼元。這些，在通信之前必須雙方約定。通信規(guī)約定義為控制計算機之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的一套規(guī)則。電力系統(tǒng)常用通信規(guī)約主要有：1.按規(guī)約來源分：國際標準規(guī)約、國內(nèi)標準規(guī)約、企業(yè)標準規(guī)約。2.按規(guī)約用途分：遠動規(guī)約、保護規(guī)約、電度表規(guī)約、智能設備互連規(guī)約。3.遠動規(guī)約：101 規(guī)約、104 規(guī)約、CDT 規(guī)約、SCI1801 規(guī)約、4F 規(guī)約。4.保護規(guī)約：103 規(guī)約、61850 規(guī)約、LFP 規(guī)約。5.電度表規(guī)約：IEC102 規(guī)約、部頒電度表規(guī)約、威盛電度表規(guī)約。智能設備互連規(guī)約：MODBUS 規(guī)約、保護規(guī)約、遠動規(guī)約、企業(yè)自定義規(guī)約3.4 變電站內(nèi)的信息采集傳輸內(nèi)容數(shù)據(jù)采集是變電站自動化系統(tǒng)得以執(zhí)行其他功能的基礎。變電站的數(shù)據(jù)采集有兩種：1)變電站原始數(shù)據(jù)采集。原始數(shù)據(jù)指直接來自一次設備，如電壓互感器（PT） 、電流互感器（CT）電壓電流信號、變壓器溫度以及開關輔助觸點、一次設備狀態(tài)信號。 第 20 頁變電站的原始數(shù)據(jù)包括：模擬量、開關量和電能量。(1)模擬量：指控制系統(tǒng)量的大小是一個在一定范圍內(nèi)變化的連續(xù)數(shù)值，如電流、電壓、溫度等。比如電流的大小不可能由 10A 突變到 100A，需要有一個連續(xù)變化的過程。(2)開關量：指控制繼電器的接通或者斷開所對應的值，即“”和“” 。進一步的說，就是一對觸點，這一對觸點之間有 2 個狀態(tài)，要么是連通的，就是閉合狀態(tài)（1） ，要么是斷開的，就是斷開狀態(tài)（0） ，這對觸點傳達的信息就是一個開關量。如斷路器的分合，隔離手車的位置、地刀的分合位置等。(3)電能量：反映的是累計變化的量，物理上對應的是電度量等。2)變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)交換或采集。典型的如：電能量數(shù)據(jù)、直流母線電壓信號、保護動作信號等。這種方式，在變電站自動化系統(tǒng)中，已基本上被計算機通信方式所替代，或者說，可以看作系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)交換。3.4.1 變電站的數(shù)據(jù)模擬量、開關量和電能量(1)模擬量的采集。變電站需采集的模擬量有：各段母線電壓、線路電壓、電流、有功功率、無功功率，主變壓器電流、有功功率和無功功率，電容器的電流、無功功率、饋出線的電流、電壓、功率以及頻率、相位、功率因數(shù)等。另外，還有少量非電量，如變壓器溫度等。模擬量采集有交流和直流采樣兩種形式。交流采樣，即來自 PT、CT 的電壓、電流信號不經(jīng)過變送器，直接接入數(shù)據(jù)采集單元。直流采樣是將外部信號，如交流電壓、電流，經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成適合數(shù)據(jù)采集單元處理的直流電壓信號后，再接入數(shù)據(jù)采集單元。在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，直流采樣主要用于變壓器溫度、氣體壓力等非電量數(shù)據(jù)的采集。(2)開關量的采集。變電站的開關量有：斷路器的狀態(tài)、隔離開關狀態(tài)、有載調(diào)壓變壓器分接頭的位置、同期檢測狀態(tài)、繼電保護動作信號、運行告警信號等，這些信號都以開關量的形式，通過光電隔離電路輸入至計算機。 第 21 頁(3)電能量的采集。電能計量是對電能（包括有功和無功電能）的采集，并能實現(xiàn)分時累加、電能平衡等功能。下面介紹兩種測量的方法。電能脈沖計量法。這種方法的實質(zhì)是傳統(tǒng)的感應式的電能表與電子技術結合的產(chǎn)物，即對原來感應式的電能表加以改造，使電能表轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一圈便輸出一個或兩個脈沖，用輸出的脈沖數(shù)代替轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，計算機可以對這個輸出脈沖數(shù)進行計數(shù)，將脈沖數(shù)乘以標度系數(shù)，便得到電能量。軟件計算方法。軟件計算方法并非不需要任何硬件設備，其實質(zhì)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用交流采樣得到的電流、電壓值，通過軟件計算出有功電能和無功電能。3.4.2 安全監(jiān)視功能監(jiān)控系統(tǒng)在運行過程中，對采集的電流、電壓、主變壓器溫度、頻率等量，要不斷進行越限監(jiān)視，如發(fā)現(xiàn)越限，立刻發(fā)出告警信號，同時記錄和顯示越限時間和越限值，另外還要監(jiān)視保護裝置是否失電，自動控制裝置工作是否正常等。 第 22 頁第四章 以新建平煤八礦 35KV 變電站為研究對象以南瑞 RCS-9000 系統(tǒng)為例，簡介監(jiān)控系統(tǒng)結構和功能。側(cè)重于監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、畫面編輯以及應用軟件的簡介。4.1 概述RCS-9000 計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計用于綜合自動化變電站的計算機監(jiān)視、管理和控制或用于集控中心對無人值班變電站進行遠方監(jiān)控。RCS-9000 計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過測控裝置、微機保護以及變電站內(nèi)其它微機化設備（IED）采集和處理變電站運行的各種數(shù)據(jù)，對變電站運行參數(shù)自動監(jiān)視，按照運行人員的控制命令和預先設定的控制條件對變電站進行控制，為變電站運行維護人員提供變電站運行監(jiān)視所需的各種功能，減輕運行維護人員的勞動強度，提高變電站運行的穩(wěn)定性和可靠性。該計算機監(jiān)控系統(tǒng)具有如下特點：系統(tǒng)解決方案：保護、監(jiān)視和控制整體考慮，功能分布合理，設備之間無縫連接；分布式網(wǎng)絡結構：系統(tǒng)組織方式多樣，可選用單機、多機或網(wǎng)絡方式，擴展方便；商用數(shù)據(jù)庫，ANSI 標準 SQL 接口：數(shù)據(jù)管理方便可靠，有利于數(shù)據(jù)進一步處理；WindowsNT/98 環(huán)境：全新 32 位多任務、多進程（設計） ，實時性更強，更為可靠；多媒體人機界面；畫面完善明快、操作簡單；電子表格易于使用，方便統(tǒng)計；語音報警，清晰、明嘹；在線幫助，系統(tǒng)開放：支持不同廠商的設備，適應各種規(guī)模要求，保護用戶投資。4.2 設計原則和系統(tǒng)技術參數(shù)本站綜自系統(tǒng)在設計和設備選型中要統(tǒng)遵循如下原則及技術參數(shù)。 第 23 頁1）符合國家、所在地區(qū)及行業(yè)相關的規(guī)范。2）有利于全系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行和故障處理，提高運行的可靠性、經(jīng)濟性，進一步保證供電質(zhì)量。3）簡化變電站自動化設備及有關二次設備的硬件配置，避免重復，實現(xiàn)資源共享。4）減少變電站二次設備間互連線，節(jié)約控制電纜和減輕電流互感器、電壓互感器的負載。4.2.1 系統(tǒng)性能指標1）模擬量測量綜合誤差：0.52）電網(wǎng)頻率測量誤差：0.01HZ3）站內(nèi)事件順序記錄分辨率（SOE）：2ms4）遙測信息響應時間（從 IO 輸入端至遠動通信裝置出口）3S5）遙信變化響應時間（從 IO 輸入端至遠動通信裝置出口）2S6）控制命令從生成到輸出的時間：1S7）畫面實時數(shù)據(jù)更新模擬量周期：3S8）畫面實時數(shù)據(jù)更新開關量周期：2S9）控制操作正確率：10010）遙控動作成功率：99.9911）事故時遙信年正確動作率：99.9912）系統(tǒng)可用率：99.9913）系統(tǒng)平均故障間隔時間（MTBF）：20000H,BF50000H）（其中 IO 單元模件 MT14）間隔級測控單元平均無故障間隔時間：40000H15）各工作站的 CPU 平均負荷率：0H30正常時（任意 3H 內(nèi)）：電力系統(tǒng)故障（10s 內(nèi)）：50 第 24 頁16）監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡平均負荷率：正常時（任意 30min 內(nèi)）：30050電力系統(tǒng)故障（1s 內(nèi)）：17）模數(shù)轉(zhuǎn)換分辨率：16 位18）對時精度：1ms19）非電氣量變送器輸出：4-20mA 或 0-5V，可調(diào)20）歷史曲線采樣間隔：1 年21）歷史曲線日報、月報儲存時間：22）事故追憶：事故前后共追憶 1200 點23）系統(tǒng)支持靈活的組網(wǎng)，支持多通信機模式，輸入輸出的容量僅受硬件資源的限制，測點數(shù)不限。4.2.2 通信指標1）通訊速率CAN 網(wǎng)接口，波特率范圍 5k1mBPSRS-232、RS-485 和 RS-422 串口，波特率范圍 3P 以太網(wǎng)，傳輸速率為10/100Mbs。2）通訊管理機標準通信容量遙測量：2048遙信量：4096遙脈量：1024遙控量：10244.2.3 裝置技術指標裝置技術指標包括間隔層裝置、通信接口設備等。1）環(huán)境參數(shù) 第 25 頁正常工作溫度：-1055極限工作溫度：-2060貯存及運輸：-40702）額定電氣參數(shù)頻率 50HZ交流電流：5A 或 1A（額定電流）交流電壓：100V 或 200V（額定電壓）交流零序電流（不接地系統(tǒng)電容電流）：0.3A直流工作電源：220V/110V，允許偏差20數(shù)字系統(tǒng)工作電壓：+5V 允許偏差0.15V繼電器回路工作電壓：+24V，允許偏差：2V交流電壓回路：UN57.7V，每相不大于 0.5VA 交流電流回路：IN5A，每相不大于 1VA交流電流回路：IN1A，每相不大于 0.5VAIN0.3A，每相不大于 0.5VA直流電源回路：正常工作時，不大于 15W保護動作時，不大于 25W保護回路過載能力：交流電壓回路：1.2 倍額定電壓，連續(xù)工作交流電流回路：2 倍額定電流，連續(xù)工作 10S0 倍額定電源，允許 140 倍額定電流，允許 1S直流電源回路：80115額定電壓，連續(xù)工作裝置經(jīng)受上述的過載電流電壓后，絕緣性能不下降。3）主要技術指標定值精度：電流電壓定值誤差：5頻率定值誤差：0.01HZ 第 26 頁頻率滑差定值誤差：0.1HZ/S檢同期角度定值誤差：5。其他定值誤差：5方向元件邊界條件：角度下邊界誤差：+10。角度上邊界誤差：-5。激勵量1.2 倍定值時，瞬時動作段動作時間：35ms延時動作段動作時間離散誤差：30ms各保護段返回時間：25ms遙測量計量等級電流、電壓、頻率：0.2 級其他：0.5 級遙信量分辨率：小于 1ms信號輸入方式：無源接點輸出接點容量：裝置出口和信號接點單接點最大允許接通功率不小于 150W 或1250VA絕緣試驗：裝置絕緣耐壓、耐濕熱、抗振動、抗沖擊、抗碰撞性能符合國際 GBT7262000 的有關標準（絕緣20M）4）通訊接口間隔層裝置具有可選擇的雙網(wǎng)通信方式：CAN 網(wǎng)、485 網(wǎng)或工業(yè)以太網(wǎng)，通信速率可整定4.2.4 硬件平臺1）系統(tǒng)硬件平臺選擇中高檔工業(yè)控制計算機，指標如下： 第 27 頁：INTEIP42.8G 及以上1#主變保護測控單元、#變壓器有載調(diào)壓控制器、數(shù)顯溫度控制儀組屏一面，2#主變保護測控單元、2#變壓器有載調(diào)壓控制器、數(shù)顯溫度控制儀組屏一面，35KV 線路保護測控裝置、35KV 分段保護測控裝置、10KV 分段保護測控裝置、35KVPT 電壓并列裝置、10KVPT 電壓并列裝置、綜合測控裝置、通訊管理機組屏一面。10KV 出線保護測控單元、電容保護測控單元分散安裝在開關柜）通信層硬件平臺：32 位。4.3 系統(tǒng)實施方案根據(jù)本站工程實際情況并遵循設備選型原則，本站選用了深圳南瑞科技有限公司的 ISA-300 變電站綜合自動化裝置心。本節(jié)將對間隔層部分設備和站控層設備進行介紹和研究。綜自系統(tǒng)設備配置如表 4-1 所列。、變壓器綜合保護測控裝置（378G）保護功能：差動速斷保護；復式比率差動保護；CT 斷線告警：差動電流越限告警；高壓側(cè)低壓側(cè)各三段復合電壓閉鎖過流保護；三段過負荷保護；兩側(cè)母線斷線告警；母線接地告警；兩側(cè)斷路器控制回路斷線告警；變壓器本體保護。表 1-2 電容器柜參數(shù)表型號BW0.4-14-3品牌山東電氣結構形式并聯(lián)自愈式低壓電力電容器容量允差0+10%額定電壓0.4kv額定容量15kva相數(shù)三相損耗正切值無勵磁調(diào)壓聯(lián)接組別號低于 0.1X耐電壓極間 1.75 倍額定電壓 10 秒鐘(3)電容器實際補償容量： = =277.97kvarcQ2.CwCUUNq(4)人工補償后的功率因數(shù)：Qac= =358.169-277.97=80.2kvarcQQ 第 28 頁Sac=306.08kVA22acQP Cosac=0.965acSPI=AUSac67.1710732. 108.3063測控功能：6 路通過操作回路采集的位置遙信；8 路本體跳閘開入；35 路空接點遙信開入，包括外部復歸、差動速斷壓板、比率差動壓板、本體輕瓦斯、有載輕瓦斯、非電量 1、非電量 2、檢修開入；多路軟遙信，包括事故總信號、保護軟壓板位置；IaH，IbH，IcH，UaH，UbH，UcH，IaL，IbL，IcL，UaL，UbL，UcL，UabH，UbcH，UcaH，UabL，UbcL，UcaL，PaH，PbH，PcH，PaL，PbL，PcL，PH，QH，SH，COStpH，PL，QL，SL，COS（Pl，F(xiàn)r，Zl1，Zl2，DW 等 36 個遙測量；9 路操作開關遙控和軟壓板遙控，并作遙控操作記錄及統(tǒng)計；事件記錄、SOE 記錄、自檢記錄、瞬時閉鎖保護記錄；諧波分析功能；具有和五防主機同規(guī)則的間隔五防閉鎖遙控功能。4.5 小結平煤八礦 35kv 變電站目前已經(jīng)投運，經(jīng)過實踐表明，系統(tǒng)性能達到設計要求，并在快速性、安全性、可靠性三方面取得了良好效果。 第 29 頁第五章 綜合自動化系統(tǒng)在實際應用中存在的問題隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，變電站綜合自動化的發(fā)展變化也日新月異，然而相關的標準和規(guī)范卻沒有及時跟上，國家尚未出臺詳細統(tǒng)一的變電站綜合自動化裝置的制造設計標準及相關規(guī)程，各研發(fā)、應用部門的基本模式和指導思想之間的差異較大，在實際工程運用中存在較多問題心。本章通過分析變電站綜合自動化系統(tǒng)在實際應用中存在的共性問題，提出相應的改進措施。1）綜合自動化裝置制造及設計的規(guī)范和統(tǒng)一綜合自動化系統(tǒng)是一個龐大的系統(tǒng)，它包括繼電保護和自動裝置的功能配置，裝置的組合、組屏方式及監(jiān)控系統(tǒng)的結構、硬件設備組成、數(shù)據(jù)采集和處理方式等等。由于至今沒有統(tǒng)一的制造設計標準和規(guī)程，目前不同自動化系統(tǒng)的繼電保護和自動裝置的功能配置不盡相同，裝置的組合及組屏更是形式多樣。不規(guī)范的綜合自動化系統(tǒng)給設計安裝及運行檢修帶來了極大的不便，也造成了備品備件的浪費。綜合自動化系統(tǒng)若能做到功能配置及裝置的外形尺寸、組屏方式的統(tǒng)一，并且做到裝置背面接線方式及端子排的規(guī)范一致，綜合自動化的各部分若能按照固定的模式做到模塊化制造，設計與安裝過程就能實現(xiàn)“流水線生產(chǎn)，這將為設計安裝帶來極大的便利，大大加快變電站建設的速度。而且運行維護起來也比較方便。2）電磁式電流互感器目前繼電保護用的電磁式電流互感器在故障發(fā)生時，由于很大的直流分量，造成互感器飽和，以致傳送到保護單元時信號嚴重失真，所以要更精確的分析故障信號就需要在故障時線性度更好的電流傳感器。目前隨著光電技術的發(fā)展，光學電流互感器已經(jīng)開發(fā)應用，其最主要的優(yōu)點是不飽和、信號傳輸距離遠、抗干擾性能好。但是光學電流傳感器是門融纖維光學、微電子學、電氣工程、精密機械和計算機等學科于一體的高新技術，這就注定它是一項技術難度大、協(xié)作配套廣的知識密集型產(chǎn)業(yè)。如 第 30 頁能大規(guī)模的應用，必將提高繼電保護的可靠性和靈敏性。3）現(xiàn)場總線通信網(wǎng)現(xiàn)場總線通信網(wǎng)是控制系統(tǒng)中最底層的通信網(wǎng)絡，而目前只是覆蓋了保護測控等間隔層設備，還未完全底層化，即一次設備與間隔層之間仍然通過二次電纜連接，而非真正意義上的數(shù)據(jù)通信。如能將現(xiàn)場總線通信網(wǎng)進一步延伸到現(xiàn)場一次設備，可省去大量的控制信號電纜，僅保留開關操作機構跳、合閘所需的高壓交、直流電源的動力電纜。這樣現(xiàn)場智能設備和智能儀表可采用低壓電源，解決因裝置采用逆變電源的許多問題，并能提高設備的抗干擾能力，提高整個變電站綜合自動化系統(tǒng)的可靠性，大大減少二次設計的工作量。4）故障錄波和接地選線目前多數(shù)變電站綜合自動化系統(tǒng)并不具備完善的故障錄波功能，有的只錄有故障前后幾個周波，而根據(jù)保護動作時間，這遠遠達不到要求，因此需要專門的故障錄波裝置。同樣，目前多數(shù)變電站綜合自動化系統(tǒng)沒有完善的接地選線功能，同樣不能取消專用的接地選線裝置。雖然已有自動化廠家在這方面做了一些工作，如有些保護測控裝置設有試驗拉路回路，仍然和實際相差較遠。如果綜合自動化系統(tǒng)能夠做到將完善的故障錄波及接地選線功能與保護測控裝置功能合一，則不需要再購置專門的故障錄波和接地選線裝置，同時省去了這部分的二次電纜。5）綜合自動化設備維護中各專業(yè)之間的協(xié)調(diào)與管理目前就我國電力系統(tǒng)管理模式而言，變電站自動化系統(tǒng)分屬保護、通信、遠動等專業(yè)部門負責。通常通信和遠動專業(yè)聯(lián)系比較緊密，它們雖與保護專業(yè)之間在工作上有很多聯(lián)系，但界面分工較清楚。調(diào)度中心無法判斷這些故障出自保護、通信、遠動的哪一系統(tǒng)，多數(shù)情況下必須幾個專業(yè)人員同時到現(xiàn)場處理。又加上這幾個專業(yè)分屬不同部門，使得工作安排和協(xié)調(diào)程序繁瑣，有時甚至延誤了故障處理時間。因此，新技術的推廣與應用對傳統(tǒng)的管理體現(xiàn)和舊有模式提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。 第 31 頁總結展望6.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)在實際應用中存在的共性問題1）研究了變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能要求，從控制系統(tǒng)、保護系統(tǒng)以及運行支持系統(tǒng)方面提出具體要求。2）研究了變電站綜合自動化系統(tǒng)的主要網(wǎng)絡結構，介紹了集中式、分散式和分散分布式三種模式，并重點分析分散分布式系統(tǒng)網(wǎng)絡結構的特點。3）從微機保護算法、軟硬件構成及功能實現(xiàn)方面對微機保護測控單元進行了詳細研究。4）以新建 35KV 八礦變電站為研究項目，完成了該站綜合自動化系統(tǒng)的總體設計，對綜自系統(tǒng)的各保護裝置構成及功能實現(xiàn)進行了深入細致的分析。目前該站已經(jīng)投