变配电所综合自动化.ppt

变配电所综合自动化,09-11,第一节 变配电所综合自动化概述,09-11,一、概念,变电所综合自动化系统利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，对变电所的二次设备(包括测量、信号、保护、控制、自动和远动装置等)进行功能的组合和优化设计，从而实现对变电所的主要设备(变压器、电容补偿装置和输、配电线路等)进行自动监视、测量、控制和保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。,一、概念,2.优越性,(1)变电所综合自动化系统利用计算机技术和通信技术，改变了传统二次系统模式，实现了信息共享，简化了系统，减少了连接电缆，减少了占地面积，降低了造价，改变了变电所的面貌。(2)提高了变电所的自动化水平，减轻了值班员和技术人员的工作量。(3)先进的通信功能为各级调度提供了更多变电所的信息，以便调度中心及时掌握复杂电网及变电所的运行情况，实现对电力电能的合理调配。(4)为无人值班管理模式提供了更好的条件，提高了劳动生产率，减少了人为误操作的可能。(5)全面提高了变电所运行的可靠性和经济性。,二、变配电所综合自动化的基本功能,变电所综合自动化系统的基本功能体现在下面5个子系统中。（一）监控子系统的功能利用计算机最擅长的数据处理能力及其网络技术，完成数据采集、事件顺序记录、故障记录录波及测距、操作控制、安全监视、人机联系、打印、数据处理与记录、谐波分析与监视九种功能。,二、变配电所综合自动化的基本功能（一）监控子系统的功能,1.数据采集变电所的二次系统需要采集大量的数据，用来完成对一次系统进行保护、测量、控制等功能。数据采集是综合自动化系统最基本的功能。,二、变配电所综合自动化的基本功能（一）监控子系统的功能,2.事件顺序记录SOE 事件顺序记录SOE(Sequence of Events)包括断路器跳合闸记录、保护动作顺序记录等，是监控子系统重要的功能之一。微机保护或监控系统必须有足够的内存，能存放足够数量或足够长时间段的事件顺序记录，确保当后台监控系统或远方集中控制主所通信中断时，不丢失事件信息，并应记录事件发生的时间(应精确至毫秒级)，为故障分析提供最直接的资料。,二、变配电所综合自动化的基本功能（一）监控子系统的功能,3.故障记录、故障录波和测距（1）故障录波与测距。1lOkV及以上的重要输电线路和一些特殊电力线路（如：电气化铁路的接触网）距离长、发生故障影响大，必须尽快查找出故障点，以便缩短修复时间，尽快恢复供电，减少损失。设置故障录波和故障测距是解决此问题的最好途径。变电所的故障录波和测距可采用两种方法实现，一是由微机保护装置兼作故障记录和测距，再将记录和测距的结果送监控机存储及打印输出或直接送调度主所，这种方法可节约投资，减少硬件设备，但故障记录量及测量精度有限；另一种方法是采用专用的微机故障录波器，并且故障录波器应具有串行通信功能，可以与监控系统通信。,二、变配电所综合自动化的基本功能（一）监控子系统的功能,3.故障记录、故障录波和测距（2）故障记录。35kV及以下电压等级配电线路很少专门设置故障录波器，可设置简单故障记录功能。故障记录是记录继电保护动作前后与故障有关的电流量和母线电压，故障记录量的选择可以按以下原则考虑:如果微机保护子系统具有故障记录功能，则该保护单元的保护启动同时，便启动故障记录，这样可以直接记录发生事故的线路或设备在事故前后的短路电流和相关的母线电压的变化过程；若保护单元不具备故障记录功能，则可以采用保护启动监控数据采集系统，记录主变压器电流和高压母线电压。记录时间一般可考虑保护启动前2个周波(即发现故障前2个周波)和保护启动后10个周波以及保护动作和重合闸等全过程的情况，在保护装置中最好能保存连续3次的故障记录。对于大量中、低压变电所，没有配备专门的故障录波装置，而lOkV馈出线较多、故障率高，在监控系统中设置了故障记录功能，对分析和掌握情况、判断保护动作是否正确很有好处。,二、变配电所综合自动化的基本功能（一）监控子系统的功能,4.操作控制功能综合自动化变电所中，操作人员都可通过CRT屏幕对断路器和电动隔离开关进行分、合闸操作，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，同时能接受遥控操作命令，进行远方操作；为防止计算机系统故障时无法实现遥控操作命令，在设计时，应保留人工直接跳、合闸的操作方法。断路器操作应有闭锁功能，操作闭锁应包括以下内容:（1）断路器操作时，应闭锁自动重合闸功能。（2）当地操作和远方操作要互相闭锁，保证只有一种操作方式，以免互相干扰。（3）根据实时信息，自动实现断路器与隔离开关间的闭锁操作功能。（4）无论当地操作或远方操作，都应有防误操作的闭锁措施，即要收到返校信号后，才执行下一项；必须有对象校核、操作性质校核和命令执行三步，以保证操作的正确性。,二、变配电所综合自动化的基本功能（一）监控子系统的功能,5.安全监视功能监控系统在运行过程中，对采集的电流、电压、频率、主变压器油温等量，要不断进行越限监视，如发现越限，立刻发出告警信号，同时记录和显示越限时间和越限值，另外，还要监视保护装置是否失电，自控装置工作是否正常等。,二、变配电所综合自动化的基本功能（一）监控子系统的功能,6.人机联系功能变电所采用微机监控系统后，可以通过CRT显示器、鼠标和键盘观察全站的运行状况和运行参数，亦可对全站的断路器和隔离开关等进行分、合操作，彻底改变传统的依靠指针式仪表进行测量，和依靠模拟屏或操作屏进行操作的控制方式。特别要强调指出的是:对无人值班变电所也必须设置必要的人机联系功能，以便当巡视或检修人员到现场时，能通过液晶显示器、七段显示器或CRT显示器或便携机观察站内各设备的运行状况和运行参数，对断路器等开关设备控制应具有人工当地紧急操作的功能设施,二、变配电所综合自动化的基本功能（一）监控子系统的功能,7.打印功能对于有人值班的变电所，监控系统可以配备打印机，完成必要的打印记录功能；对于无人值班变电所，可不设当地打印功能，各变电所的运行报表集中在调度中心打印输出。,二、变配电所综合自动化的基本功能（一）监控子系统的功能,8.数据处理与记录功能监控系统除了完成上述功能外，数据处理和记录也是很重要的环节。历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容。此外，为满足继电保护专业和变电所管理的需要，必须进行一些数据统计，其内容包括:（1）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；（2）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；（3）计算受配电电能平衡率；（4）统计断路器动作次数；（5）断路器切除故障电流和跳闸次数的累计数；（6）控制操作和修改定值记录。,二、变配电所综合自动化的基本功能（一）监控子系统的功能,9.谐波分析与监视电力系统中的谐波含量是电能质量的重要指标。随着非线性器件和设备的广泛应用，电气化铁路的发展和家用电器的不断增加，电力系统的谐波含量显著增加，并且有越来越严重的趋势。目前，谐波“污染”成为电力系统的公害之一。因此，在变电所自动化系统中，要重视对谐波含量的分析和监视，对谐波污染严重的变电所应采取适当的抑制措施。,二、变配电所综合自动化的基本功能,（二）微机保护子系统微机保护是综合自动化系统的关键环节，可以说综合自动化系统是从微机保护的研究开始的。微机保护既可以用于综合自动化系统中，也可以单独代替传统保护用于传统变电所技术中。关于微机保护子系统在本章第五节有专门介绍。,二、变配电所综合自动化的基本功能,（三）电压、无功综合控制子系统电压水平和功率因数是两个重要电气参数。当变电所一次系统的这两项指标不符合标准时，电压、无功综合控制子系统启动，自动控制变压器和无功补偿装置分接头的控制开关，使电压水平和功率因数恢复到要求值。,二、变配电所综合自动化的基本功能,（四）备用电源自投控制功能备用电源自投装置(APD)是因电力系统故障或其他原因使工作电源被断开后，能迅速将备用电源或备用设备或其他正常工作的电源自动投人工作，使失去工作电源的用户能迅速恢复供电的一种自动控制装置。在传统的变电所中，APD装置是由继电器和断路器辅助接点设计完成的，在前面第八章已经学习过了，而变电所综合自动化系统的APD装置的作用和传统的变电所中的基本是一样的。,二、变配电所综合自动化的基本功能,(五)变电所综合自动化系统的通信功能变电所综合自动化系统通讯网络的任务体现在两个方面，一方面，各个单一功能的子系统(或称单元模块)间应具有很强的通信功能；另一方面，先进的自动化系统应该能替代远程终端 简称RTU(Remote Terminal Unit)的全部功能，与调度中心具有很强的通信功能。因此，综合自动化系统的通信功能包括系统内部的现场级间的通信和自动化系统与上级调度的通信两部分。在综合自动化系统中，由于综合、协调工作的需要，网络技术、通信协议标准、分布式技术、数据共享等问题，其通信网络的构成必然成为研究综合自动化系统的关键问题。,21,被控端或远方终端（RTU,Remote Terminal Unit)RTU主要配置有:主控单元;电源单元;通信单元;各类I/O单元,三、变电所综合自动化与变电所实现无人值班制的关系,(一)变电所无人值班制度早在四、五十年代，上海、广州、天津等大城市，对一些35kV（10kV）变电所，实行无人值班制度，变电所的门平时是锁起来的，一旦出现故障，保护跳闸切断用户电源，用户会用电话或其他方式要求供电局去检修，恢复供电。供电局在确认停电事故后，便派出检修人员去查找并修复故障，恢复供电。变电所无人值班制度沿用到今天，得到了大力发展，是因为变电所实行无人值班有明显的经济效益和社会效益，特别是提高了运行的可靠性，减少人为事故，保障系统安全，提高了劳动生产率，降低了建设成本，推动了电力行业的科技进步。,三、变电所综合自动化与变电所实现无人值班制的关系,（二）变电所综合自动化与变电所实现无人值班制的关系 无人值班和有人值班是两种不同的管理模式，它与变电所一、二次系统技术水平的发展，与变电所是否实现自动化没有直接关系。一、二次设备可靠性的提高和采用先进技术，可以为无人值班提供更为有利的条件，但不是必备的条件。早期的无人值班变电所的一、二次设备与有人值班变电所完全一样，没有任何信息送往调度室。其一、二次设备的运行工况如何，只能由检修人员到现场后，才能知道，因此这类无人值班只适合于重要性不高的变电所。到了60年代，由于远动技术的发展，在变电所开始应用遥测、遥信技术，从而进人了远方监视的无人值班阶段，在调度中心，调度人员可以了解到下面无人值班所的运行工况，这是最早的变电所自动化技术。但是，这个阶段的遥测、遥信功能还是很有限的，例如遥信只传送事故总信号和一些开关位置信号。调度值班员通过事故总信号知道变电所发生故障，可及早派人到变电所或线路寻找故障和进行检修，这对及早恢复供电无疑是很有好处的，但是调度无法对开关进行远距离操作。80年代中后期以后，随着微处理器和通信技术的发展，利用微型机构成的远动系统的功能和性能有很大提高，具有遥测、遥信和遥控功能，有的还有遥调功能，这使无人值班技术又上了一个台阶。随着电网装备技术和运行管理水平及人员素质都有了很大提高，一次设备可靠性提高，遥控技术逐步走向成熟。特别是“八五”期间，全国电网调度自动化振兴纲要的实施，电网调度自动化实用化工作的开展取得了很好的经验，为全国特别是中心城市实行无人值班工作制度奠定了扎实的基础。因此，1995年国家电力调度通信中心要求现有35kV和1lOkV变电所，在条件具备时逐步实现无人值班，新建变电所可根据调度和管理需要以及规划要求，按无人值班设计。可见，变电所综合自动化技术对无人值班制起着重要的推动作用。,第二节 变配电所综合自动化系统的结构形式,一、分类,从国内外变电所综合自动化系统的发展过程来看，其结构形式有集中式、分布集中式、分散与集中相结合和全分散式等四种类型。集中式结构的产品已经被淘汰，在这里不再介绍。,二、变配电所设备分层,二、变配电所设备分层,1.设备层(0层)设备层主要指变电所的变压器和断路器、隔离开关、电流、电压互感器等一次设备。2.间隔层（1层）变电所综合自动化系统主要位于间隔层（1层）和变电所层（2层），和传统变电所的二次设备相同，间隔层一般按断路器间隔划分，具有测量、控制部件和继电保护部件，各间隔之间通过现场总线或局域网联系。,二、变配电所设备分层,3.变电所层（2层）变电所层除完成全所性的监控任务外，并通过监控机和上层管理（如调度中心）进行通信。变电所层设局域网（如以太网）供各主机之间和监控主机与间隔层之间交换信息。变电所层的监控机或称上位机，通过局部网络与保护管理机和数据控制机通信。监控机的作用，在无人值班的变电所，主要负责与调度中心的通信，使变电所综合自动化系统具有RTU的功能，完成四遥的任务；在有人值班的变电所，除了仍然负责与调度中心通信外，还负责人机联系，使综合自动化系统通过监控机完成当地显示、制表打印、开关操作等功能。,三、分层(级)分布式系统集中组屏的结构形式,这种结构的综合自动化系统，可以简单地解释为传统的二次设备功能采用单片机（主要由CPU及其外围设备构成）完成，变电所的一次设备保持了原貌，变电所的结构形式和传统的变电所相比几乎没有改变。,三、分层(级)分布式系统集中组屏的结构形式（一）分层(级)分布式系统集中组屏的结构形式,三、分层(级)分布式系统集中组屏的结构形式（一）分层(级)分布式系统集中组屏的结构形式,分层分布式系统集中组屏的结构，是把整套综合自动化系统按其不同的功能将间隔层按对象划分组装成多个屏(或称柜)，例如:主变压器保护屏(柜)、线路保护屏、数采屏、出口屏等。一般来说，这些屏都集中安装在主控室中，这种结构形式简称为“分布集中式结构”。保护用的微机大多数采用16位或32位单片机，保护单元是按对象划分的，即一条馈出线路或一组电容器各用一台单片机，再把各保护单元和数采单元分别安装于各保护屏和数采屏上，由监控主机集中对各屏(柜)进行管理，然后通过调制解调器与调度中心联系 在多数传统变电所的改造初期,只是采用微机保护装置代替电磁型或晶体管保护装置，其自动化功能非常有限。随着综合自动化技术的发展,对各间隔采用微机技术构成保护、测量、监控等功能，这些独立的间隔装置直接通过局域网络或串行总线相互联系，同时也和变电所层联系，从而实现在线监控功能。,（二）分层分布式系统集中组屏结构的特点,1.分层(级)分布式的配置为了提高综合自动化系统整体的可靠性，图9-所示的系统采用按功能划分的分布式多CPU系统，其功能单元有:各种高、低压线路保护单元；电容器保护单元；主变压器保护单元；备用电源自投控制单元；低频减载控制单元；电压、无功综合控制单元；数据采集与处理单元；电能计量单元等等。每个功能单元基本上由一个CPU组成，多数采用单片机，也有一个功能单元由多个CPU完成的，例如主变压器保护，有主保护和多种后备保护，因此往往由2个或2个以上CPU完成不同的保护功能，这种按功能设计的分散模块化结构具有软件相对简单、调试维护方便、组态灵活、系统整体可靠性高等特点。,（二）分层分布式系统集中组屏结构的特点,2.继电保护相对独立继电保护装置是电力系统中对可靠性要求非常严格的设备，在综合自动化系统中，继电保护单元宜相对独立，其功能不依赖于通信网络或其他设备。各保护单元要有独立的电源，保护的输人应仍由电流互感器和电压互感器通过电缆连接，输出跳闸命令也要通过常规的控制电缆送至断路器的跳闸线圈，保护的启动、测量和逻辑功能独立实现，不依赖通信网络交换信息。保护装置通过通信网络与保护管理机传输的只是保护动作信息或记录数据。为了无人值班的需要，也可通过通信接口实现远方读取和修改保护整定值。,（二）分层分布式系统集中组屏结构的特点,3.具有与系统控制中心通信功能综合自动化系统本身已具有对模拟量、开关量、电能脉冲量进行数据采集和数据处理的功能，也具有收集继电保护动作信息、事件顺序记录等功能，因此不必另设独立的RTU装置，不必为调度中心单独采集信息，而将综合自动化系统采集的信息直接传送给调度中心，同时也接受调度中心下达的控制、操作命令和在线修改保护定值命令。,（二）分层分布式系统集中组屏结构的特点,4.模块化结构，可靠性高由于各功能模块都由独立的电源供电，输人/输出回路都相互独立，任何一个模块故障，只影响局部功能，不影响全局，而且由于各功能模块基本上是面向对象设计的，因而软件结构相对集中式的简单，因此调试方便，也便于扩充。,（二）分层分布式系统集中组屏结构的特点,5.室内工作环境好，管理维护方便分级分布式系统采用集中组屏结构，全部屏(柜)安放在室内，工作环境较好，电磁干扰与开关柜附近相比较弱，而且管理和维护方便。对于351OkV中、低压变电所，一次设备都比较集中，有不少是组合式设备，分布面不广，所用控制电缆不太长，因此采用集中组屏虽然比分散式安装增加电缆，但其优点是集中组屏，便于设计、安装、调试和管理，可靠性也比较高，尤其适合于老所改造。,（二）分层分布式系统集中组屏结构的特点,这种结构形式的主要缺点是安装时需要的控制电缆相对较多，增加了电缆及其辅助投资。多数传统变电所改造成综合自动化结构时，因为无需一次设备的再投资，相比之下，采用分层(级)分布式系统集中组屏的结构形式比较经济，所以在老所改造时是首选方案。,二、分布分散式与集中相结合的结构形式,（一）分布分散式与集中相结合的结构形式由于分布集中式的结构，虽具备分级分布式、模块化结构的优点，但因为采用集中组屏结构，因此需要较多的电缆。按每个电网元件(例如:一条馈出线)为对象，集测量、保护、控制为一体，设计在同一机箱中。对于635kV的配电线路，可以将这个一体化的保护、测量、控制单元分散安装在各个开关柜中，然后由监控主机通过光纤或电缆网络，对它们进行管理和交换信息，这就是分散式的结构。高压线路保护装置和变压器保护装置，仍可采用集中组屏安装在控制室内。实际上，各国的习惯不同，西欧国家习惯于将保护装置安装在控制楼中，理由是环境好，检修方便。这种将配电线路的保护和测控单元分散安装在开关柜内，而高压线路保护和主变压器保护装置等采用集中组屏的系统结构，称为分布和集中相结合的结构，这是当前综合自动化系统的主要结构形式。,（一）分布分散式与集中相结合的结构形式,（二）分布分散式与集中相结合的结构特点及优越性,1.1035kV馈线保护采用分散式结构，在开关柜中就地安装二次设备，通过现场总线与主控室的保护管理机交换信息，可以节约控制电缆。2.高压线路、变压器和电容器保护采用集中组屏结构，保护屏安装在控制室或保护室中，这样通过现场总线与保护管理机通信，使这些重要的保护装置处于比较好的工作环境，可以提高供电的可靠性。3.其他自动装置中，备用电源自投控制装置和电压、无功综合控制装置采用集中组屏结构，安装于控制室或保护室中。4.电能计量采用集中组屏结构，安装于控制室或保护室中。,三、全分散式结构形式,（一）全分散式结构特点全分散式结构将每个电网元件(包括高压、低压线路、变压器、电容器)的测量、保护、控制设计成和高压设备在同一机箱中，并分散安装在各个开关柜中，然后由监控主机通过光纤或电缆网络，对它们进行管理和交换信息，这就是全分散式的结构。,（一）全分散式结构特点,（一）全分散式结构特点,主控室中只有监控用的微机和直流操作电源及网络信号集中转换的几面柜，主控室结构简单，设备环境好，检修更方便。全分散式结构能更大程度地减少施工和设备安装工程量，减少电缆的数量，便于现场施工、安装和调试，是今后的发展方向。,（二）全分散式结构优越性,1.简化了变电所二次部分的配置，大大缩小了控制室的面积。由于配电线路的保护和测控单元，分散安装在各开关柜内，因此主控室内减少了保护屏，加上采用综合自动化系统后，原先常规的控制屏、中央信号屏和所内模拟屏可以取消，因此使主控室面积大大缩小，也有利于实现无人值班。2.减少了施工和设备安装工程量。由于安装在开关柜的保护和测控单元在开关柜出厂前己由厂家安装和调试完毕，再加上敷设电缆的数量大大减少，因此现场施工、安装和调试的工期随之缩短。,（二）全分散式结构优越性,3.简化了变电所二次设备之间的互连线，节省了大量连接电缆。4.分层分散式结构可靠性高，组态灵活，检修方便。分层分散式结构，由于分散在高压设备附近安装，减小了TA的负担。各模块与监控主机间通过局域网络或现场总线连接，抗干扰能力强，可靠性高。分层分散式的结构可以降低总投资，是变电所综合自动化系统的主流发展方向。,第三节 综合自动化系统的数据处理,变电所的二次系统需要采集大量的数据，用来完成对一次系统进行保护、测量、控制等功能。所采集的数据可以分为三大类：模拟量、开关量和脉冲量，其中模拟量和开关量的采集量最大。因为计算机只能识别“0”和“1”的数字量，所以采集得到的模拟量数据必须经A/D转换器转换成数字量。对开关量和脉冲量也需进行适当处理后，方能输送到计算机进行计算比较，得出结论，最后输出执行。综合自动化系统的数据处理包含两方面的任务：数据采集及数据处理。,第三节 综合自动化系统的数据处理,A/D转换器是模拟信号源与计算机的连接桥梁，它的作用是将模拟量转换成数字量。在综合自动化系统的数据处理中，是不可缺少的核心组成部分。A/D转换器的主要技术性能有分辩率、转换速度和输入量程。A/D转换器的分辩率可以以位数表示，位数越高分辩率越高。,第三节 综合自动化系统的数据处理,表是A/D转换器位数与分辩率的关系。A/D转换器的转换速度有高、中、低之分，转换速度越高价格越贵，可根据需要选择。A/D转换器的量程是指所能转换的模拟输入电压的范围，分单极性、双极性两种，单极性量程有0+5V、0+10V、0+20V三种，双极性量程有-2.5V+2.5V、-5V+5V、-10V+10V三种。,一、模拟量数据处理,（一）变电所的数据通道结构所谓模拟量，指的是变电所的进线电压、电流、有功功率、无功功率和各段母线电压，主变压器电流、有功功率和无功功率，电容器的电流、无功功率，馈出线的电流、电压、功率以及频率、相位、功率因数、主变压器油温、直流电源电压、交流电流、电压、功率、直流母线的电压等有数值变化的参数。,一、模拟量数据处理（一）变电所的数据通道结构,一、模拟量数据处理（一）变电所的数据通道结构,一、模拟量数据处理（一）变电所的数据通道结构,虚框1是模拟量输入通道。变电所的模拟量经互感器（或温度传感器等）进入信号处理环节，经此环节的变换，模拟量被处理成能被A/D转换器接受的电压值。为了节约设备成本，达到多个模拟量共用一个A/D转换器的目的，输入通道中采用了多路转换开关（MPX）和采样保持器（S/H）。模拟量在这个通道的最后经A/D转换器后，就变换成了计算机能识别的数字量。虚框2是模拟量输出通道，计算机输出的信号是数字量，而有的执行元件要求提供模拟的电流或电压，故必须采用模拟量输出通道来实现。它的作用是把微型计算机输出的数字量转换成模拟量，其核心是数/模(D/A)转换器。由于D/A转换器需要一定的转换时间，在转换期间，输入待转换的数字量应该保持不变，而输入的数据在总线上稳定的时间很短，因此在计算机与D/A转换器间必须用锁存器保持数字量的稳定。经过D/A转换器得到的模拟信号，一般要经过低通滤波器，使其输出波形平滑，同时为了能驱动受控设备，可以采用功率放大器作为模拟量输出的驱动电路。,（二）模拟量采样方式,对模拟量的采集，有直流采样和交流采样两种方式。1.直流采样直流采样是将不断变化的交流电压、电流等信号经变送器转换为适合于A/D转换器输人电平的直流信号。对于变电所的直流母线电压和直流电流的测量，可以直接利用直流电压、电流变送器，将实际的电压和电流值转换成适合A/D转换器输入电压水平0+5V的直流电压。如图9-7 所示。,（二）模拟量采样方式1.直流采样,（二）模拟量采样方式1.直流采样,对于交流电压、电流以及有功功率和无功功率等电量的采样，如果采用直流采样法，较简单的办法是采用交流电压和交流电流变送器以及有功功率和无功功率变送器。交流电流变送器的输人电流的量限为00.5A、01A和05A三种，输出05V直流电压与A/D转换器的输人电压范围相匹配；交流电压变送器的输人交流电压的量限为060V、01OOV和O12OV，输出直流电压也为05V。三相功率变送器的额定输入电压为50V、1OOV两种，额定输人电流为0.1A、lA和5A三种，输出为05V，即当被测功率为正时，变送器的输出为0+5V；若被测功率为负时，输出为0-5V。对于频率、温度、压力、水位、流量等非电量的测量，必须通过相应的传感器，把它转换成电信号，再对这些微弱的电信号经过放大、滤波等处理，然后送给数据采集系统的A/D转换器进行采样与转换。为了方便应用者的需要，不少生产变送器的厂家，己把各种传感器和信号处理环节融合在一起。,（二）模拟量采样方式,2.交流采样 交流采样，则是指输人给A/D转换器的是与变电所的电压、电流成比例关系的交流电压信号。由于一次系统的电流和电压都是大电流或高电压的信号，不能直接送至A/D转换器，必须将变电所电压互感器或电流互感器输出的强电信号，经过一个小电压互感器或小电流互感器，变换成A/D转换器所能接受的电压信号。,（二）模拟量采样方式2.交流采样,（二）模拟量采样方式,3.两种采样方式的比较两种方法的主要区别是直流采样必须把交流电流和电压经过整流和滤波，变成直流量，再送给A/D转换器进行转换。直流采样的特点如下:(1)直流采样对A/D转换器的转换速率要求不高，软件算法简单。只要将采样结果乘上相应的标度系数便可得到电流、电压的有效值，因此采样程序简单，软件的可靠性较好。(2)直流采样因经过整流和滤波环节，转换成直流信号，因此抗干扰能力较强。(3)直流采样输入回路，因要滤去整流后的波纹，往往采用R-C滤波电路，其时间常数较大(一般几十毫秒-几百毫秒)，因此采样结果实时性差，而且无法反映被测模拟量的波形，尤其不适合用于微机保护和故障录波。(4)直流采样需要变送器环节，故增加了设备投资和体积。,（二）模拟量采样方式3.两种采样方式的比较,交流采样的特点是:(1)实时性好。它能避免直流采样中整流、滤波环节的时间常数大的影响，因此在微机保护中必须采用交流采样。(2)能反映原来电流、电压的实际波形，便于对所测量的结果进行波形分析，因此在需要谐波分析或故障录波的场合，必须采用交流采样。(3)有功功率和无功功率是通过采样得到的u、i计算出来的，因此可以省去有功功率和无功功率变送器，可以节约投资并缩小测量设备的体积。(4)对A/D转换器的转换速率和采样保持器要求较高。为了保证测量的精度，一个周期内，必须保证有足够的采样点数，因此要求A/D有足够的转换速度。(5)测量准确性不仅取决于模拟量输入通道的硬件，而且还取决于软件算法，因此采样和计算程序相对复杂。,二、开关量的处理,所谓开关量，指的是变电所断路器和隔离开关的状态、有载调压变压器分接头的位置、同期检测状态、继电保护动作信号、运行告警信号等。为了防止电磁干扰对计算机系统的影响，开关量常通过光电隔离电路输人至计算机，如图9-9所示。,二、开关量的处理,如图9-9所示。,二、开关量的处理,1.光电隔离利用光电藕合器可以实现现场开关量与计算机总线之间的完全隔离，光电藕合器由发光二极管和光敏三极管组成。发光二极管和光敏三极管之间是绝缘的，两者都封装于同一芯片中，其原理接线如图所示。,二、开关量的处理1.光电隔离,二、开关量的处理1.光电隔离,图9-11(a)中，S打开时，U01输出为高电平(与UC相同)；当S合下时，U01输出为低电平。而图9-11(b)的情况则相反，S打开时，U02输出为低电平；S合下时，U02输出为高电平。两种接线方式，输出电平不同，可以灵活选用。实际设计电路时，A端接电源US的正极，B端接US的负极(即GNDl)，而发光管输出端电源UO和其地为GND2，必须注意GNDl和GND2不能共地,二、开关量的处理2.开关量输人方式,开关状态、继电保护动作信号、运行告警信号等开关量输人计算机的方式有区别。对于断路器的状态，需采用中断输人方式或快速扫描方式，以保证对断路器变位的采样分辨率能在5ms之内。对于隔离开关状态和分接头位置等开关信号，不必采用中断输人方式，可以用定期查询方式读人计算机进行判断。继电保护的动作信息输人计算机的方式有两种情况，常规的保护装置和早期研制成功的微机保护装置由于不具备串行通信能力，故其保护动作信息往往取自信号继电器的辅助接点，也以开关量的形式读人计算机中。近年来新研制成功的微机保护装置，大多数具有串行通信功能，因此其保护动作信号可通过串行口或局域网络通信方式输人计算机，这样可节省大量的信号连接电缆，也节省了数据采集系统的I/O接口数量，从而简化了硬件电路。,三、电能计量,电能计量即指对电能量(包括有功电能和无功电能)的采集。电能是模拟量，但与电流电压有所区别，需要经过一定的计算才能得到结果。众所周知，对电能量的采集，传统的方法是采用机械式的电能表，由电能表盘转动的圈数来反映电能量的大小。这些机械式的电能表，无法和计算机直接接口。计算机能够对电能量进行计量，有靠硬件技术完成的脉冲电能表和机电一体化电能计量仪表；也有靠软件技术完成的微机型电能计量仪表。微机型电能计量仪表，它由单片机和集成电路构成，通过采样电压和电流量，由软件计算出有功电能和无功电能，因为这种装置是专门为计算电能量而设计的，所以不仅可以保证计量的准确度比较高，而且还能保存电能值，方便地实现分时统计，并且具有串行通信功能。微机型电能计量仪表从功能、准确度和性价比上都大大优于脉冲电能表，是今后的发展方向。,第四节 变电所综合自动化系统的通信技术,一、概述变电所综合自动化系统是由三个层次组成的，即设备层、间隔层和变电所层，如果将变电所与上级调度归纳在内的话，还有一个调度层，各层次之间、各层次的内部及变电所与上级调度之间均需进行数据通信。在综合自动化系统中，其通信功能包括变电所内部的通信和自动化系统与上级调度的通信两部分。,一、概述(一)综合自动化系统的变电所内部通信,综合自动化系统的变电所内部通信，主要解决自动化系统内部各单元与上位机(监控主机)和各单元间的数据通信和信息交换问题，它们的通信范围是变电所内部。对于集中组屏的综合自动化系统来说，实际是在主控室内部；对于分散安装的自动化系统来说，其通信范围扩大至主控室与设备单元的安装地，甚至是开关柜间，此种情况下通信距离加长了。综合自动化系统变电所内部的通信方式有并行通信、串行通信，通信网络结构有局域网络和现场总线等多种形式。,(一)综合自动化系统的变电所内部通信,分层分布式自动化系统中需要传输的信息有如下几种。1.设备层与间隔层(单元层)间的信息交换间隔层的设备有控制、测量、保护等单元，或者是这些功能的合成单元，间隔层需要从设备层通过电压和电流互感器采集电压值和电流值，采集设备的状态信息和故障诊断信息，这些信息包括：断路器和隔离开关位置、主变压器分接头位置，变压器、互感器、避雷器的诊断信息以及断路器操作信息等。,(一)综合自动化系统的变电所内部通信,2.间隔层内部的信息交换间隔层内部的信息交换，是指间隔层内部相关的模块间，即保护和控制、监视、测量之间的数据交换。这类信息有测量数据、断路器状态、变压器的运行状态、电源同步采样信息等。3.间隔层之间的通信不同间隔层之间的数据交换有:主、后备继电保护工作状态、互锁，相关保护动作闭锁、电压无功综合控制装置工作状态等信息。,(一)综合自动化系统的变电所内部通信,4.间隔层和变电所层的通信间隔层和变电所层的通信内容很丰富，概括起来有以下三类。(1)测量及状态信息这类信息包括正常和事故情况下的测量值；断路器、隔离开关、主变压器分接开关位置、各间隔层运行状态、保护动作信息等。(2)操作信息这类信息包括断路器和隔离开关的分、合命令，主变压器分接头位置的调节，自动装置的投人与退出等。(3)参数信息这类信息包括微机保护和自动装置的整定值等。,(一)综合自动化系统的变电所内部通信,5.变电所层的内部通信变电所层不同设备之间的通信要根据各设备的任务和功能的特点，传输所需的测量信息、状态信息和操作命令等。,(二)综合自动化系统与上级调度通信,综合自动化系统应具有与电力系统调度中心通信的功能，不另设独立的RTU装置，综合自动化系统的上位机必须兼有RTU的全部功能。一方面把变电所所需要测量的模拟量、电能量、状态信息和SOE等信息传送至调度中心，这些信息是变电所和调度中心共用的，不必专门为调度中心单独采集；另一方面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全部四遥（遥测、遥控、遥信、遥调）的功能。,二、变电所综合自动化系统通信的特点与要求,(一)变电所通信网络的要求经济、可靠的数据通信成为系统的技术核心，而由于变电所的特殊环境和综合自动化系统的要求，使变电所综合自动化系统内的数据网络具有以下特点和要求。1.快速的实时响应能力。变电所综合自动化系统的数据网络要及时地传输现场的实时运行信息和操作控制信息。在电力工业标准中对系统的数据传送都有严格的实时性指标，网络必须很好地保证数据通信的实时性。2.很高的可靠性。电力系统是连续运行的，数据通信网络也必须连续运行，通信网络的故障和非正常运行会影响整个变电所综合自动化系统的协调工作，严重时甚至会造成设备和人身事故、造成很大的损失，因此变电所综合自动化系统的通信系统必须保证很高的可靠性。,二、变电所综合自动化系统通信的特点与要求(一)变电所通信网络的要求,3.优良的电磁兼容性能。变电所是个具有强电磁干扰的环境，存在电源、雷击、跳闸等强电磁干扰和地电位差干扰，通信环境恶劣，数据通信网络必须注意采取相应的措施消除这些干扰的影响。4.分层式结构。通信系统的分层造就了分层分布式结构的变电所综合自动化系统，系统的各层次又各自具有特殊的应用条件和性能要求，因此每一层都要有合适的网络系统。如设备层和间隔层多采用现场总线，变电所层多采用局域网。,(二)信息传输响应速度的要求,不同类型和特性的信息要求传送的时间差异很大，其具体内容如下。1.常态传输的监视信息。（1）对变电所运行状态的监视，需要采集母线电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、零序电压、频率等参数，这类信息需要经常传送，响应时间需满足SCADA系统（Supervisory Control and Date Acquistion System）的要求，一般不宜大于12s。（2）对有功电能量和无功电能量的计量用信息，传送的时间间隔可以较长，传送的优先级可以较低；（3）对于变电所层数据库的刷新，可以采用定时召唤方式，定时采集断路器的状态信息、继电保护装置和自动装置投人和退出的工作状态信息。,(二)信息传输响应速度的要求,2.突发事件产生的信息。（1）系统发生事故的情况下，需要快速响应的信息，例如:事故时断路器的位置信号，这种信号要求传输时延最小，优先级最高；（2）正常操作时的状态变化信息(如断路器状态变化)要求立即传送，传输响应时间要小，自动装置和保护装置的投人和退出信息，要及时传送；（3）故障情况下，继电保护动作的状态信息和事件顺序记录，这些信息作为事故后分析事故之用，不需要立即传送，待事故处理完再送即可；,(二)信息传输响应速度的要求2.突发事件产生的信息。,（4）故障时的故障录波，带时标的扰动记录的数据，这些数据量大，传输时占用时间长，也不必立即传送；（5）控制命令、升降命令、继电保护和自动设备的投人和退出命令，修改定值命令的传输不是固定的，传输的时间间隔比较长；（6）随着电子技术的发展，在高压电气设备内装设的智能传感器和智能执行器，高速地和自动化系统间隔层的设备交换数据，这些信息的传输速率取决于正常状态时对模拟量的采样速率，以及故障情况下快速传输的状态量。,三、数据通信的基本概念和工作方式,数据通信是计算机和通信相结合而产生的一种新的通信方式，它是各类计算机网络赖以建立的基础。信息源、受信者及传输通道是通信的三要素。所谓信息源，是指产生和发送信息的地方，如保护和测控单元；受信者是指