35KV变电所微机监控与保护系统一次方案的设计毕业设计说明书1.doc
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1、前 言本设计为鲍店35KV变电所微机监控与保护系统一次方案的设计。全设计共分5章内容,全面系统地讲述了变电所方面的改造方法和步骤。本设计力求在文字叙述上深入浅出,通俗易懂,紧紧抓住理论联系实际这一原则,满足实际生产的要求,以变电所的最佳运行为基础,尽量采用最优方案。为了贯彻和推广国家标准,本设计使用的所有电气符号和文字代号一律采用国家最新标准。由于基础设施、专业队伍、一次设备质量等具体条件的限制,国内变电所的综合自动化仍处于探索试用阶段,有关部门一直保持慎重态度。随着微机技术、通信技术等高科技技术的迅猛发展,设计一种廉价、实用的微机监控与保护系统取代变电所的常规监控与保护系统,以逐步实现变电所
2、的综合自动化与无人值班。本文讨论变电所集中分布式微机监控与保护系统设计中的内容、步骤及其技术问题,特别是可靠性技术与智能化方法的应用。由于本人学识浅薄,水平有限,初次进行设计,缺乏经验,考虑问题不一定很全面,加之时间上的仓促,还有其它的原因,设计中难免出现错误和缺点,敬请老师批评指正。 第1章 概述1.1 变电所的现状和需要解决的问题鲍店35KV变电所位于兖矿集团焦化厂的南侧,焦化厂位于邹城市的西郊,东靠津浦铁路及城区营公路,南临岚济公路,沙河在变电所北侧流过。该所已运行了17年之久,设备老化,控制室拥挤不堪,特别是监控和保护系统基本停留在七八十年代的水平上。老的电磁式继电保护,故障多、可靠性
3、差、时限误差大,又因实际各级保护时差较小,经常造成越级跳闸,扩大了事故范围,已经不能适应大型铝厂供电的需要。另外,济宁电业局也要求压缩保护时限级差,将原有的电磁继电器保护改为微机保护。因此,有必要对35KV变电所的控制及保护系统进行改造。随着计算机及信息技术的发展,自动控制系统已在我国铝厂行业得到广泛应用。近年来,鲍店铝厂在改进供配电装备,应用新技术成果的同时,不断强化对人员素质的管理,厂矿供电系统的可靠性得到了提高。但是,人为因素给供电系统带来不必要的事故隐患,影响了厂矿的安全生产,每天用于值班和线路维护的工作人员较多,降低了劳动生产率。鲍店35KV变电所高低压系统接线方式为以下所述,35K
4、V系统采用桥形接线,选用6300KVA变压器两台;6KV系统短路器分段单母线接线,并与焦化厂6KV配电系统联络,由降压变电所采用6KV电缆放射式向电煅烧炉整流机组及各车间变压器供电。针对上述问题,我们可以利用国内外先进的微机监控和微机保护技术及设备,设计适用于鲍店35KV变电所的综合保护自动化装置,实现变电所的监控与保护一体化。1.2 变电所实现微机监控和保护的意义电网系统运行的可靠性以及供应电能的质量,与其自动化系统的水平有着密切得联系。电力系统的自动化系统由两个系统构成,信息就地处理的自动化系统和信息集中处理的自动化系统。信息就地处理的自动化系统的特点是能对电力系统的情况作出快速的反应,如
5、高压输电线上发生短路故障时,要求继电保护要在20ms左右动作,以便快速切除故障,而同步发电机的励磁自动控制系统,在电力系统正常运行时,可以保证系统的电压质量和无功出力的分配,在故障时可以提高系统的稳定水平,有功功率自动调节装置,能跟踪系统负荷的随机波动,保证电能的频率质量,按频率自动减负荷装置能在系统事故情况,电力系统出现严重的有功缺额时,快速的切除一些较为次要的负荷,以免造成系统的频率崩溃,以上这些信息就地处理装置,其重要的优点是能对系统中的情况作出快速的反应,尤其在电力系统发生故障时,其作用更为明显,但由于其获得的信息有局限性,因而不能从全局的角度来处理问题,例如通过自动频率调节,虽然可以
6、跟踪负荷的变化,但总还存在与额定频率的偏差,更不能实现出力的经济分配。另外,信息就地处理自动装置,只能“事后”的处理出现的事件,而不能“事先”的系统的安全性作出评价,因而有其局限性。信息集中处理的自动化系统(即电网调度自动化系统),可以通过设置在各发电厂和变电所的远动终端采集电网运行的实时信息,通过信道传输到主站,主站根据全网的信息,对电网的运行状态进行安全性分析,符合预测,以及自动发电控制、经济调度等控制。当系统发生故障,继电保护动作切除故障线路后,调度自动化系统便可将继电保护的短路器的状态采集后送到调度员的监视器屏幕和调度模拟屏显示器上。调度员在掌握这些信息后可以知道故障的情况及原因,并采
7、取相应的措施,使电网恢复正常供电,但是由于信息的采集、传输需要一定的时间,所以系统的故障不可能依靠信息集中处理系统来作为切除故障的手段。信息就地处理系统和信息集中处理系统各自有其特点,互相不能替代。但以往这两个系统往往互相独立,联系较少。随着微机保护、变电站综合自动化等技术的发展,两个信息处理系统之间互相渗透,更重要的是这些微机装置,尽管功能不同,但硬件均大同小异,而所采集的量和所控制的对象还有许多是共同的促进研制者思考,如果打破原来的二次设备框框,从变电所的全局出发,着手研究全微机化的变电所二次部分的优化设计,这就是变电所自动化系统的由来。 电力系统自动化是供电系统的核心,而自动化的方向是计
8、算机和电子技术的应用;变电所既是高压配电网的负荷,又是下一级配电网的电源,其正常运行是下一级负载正常运行的根本保证,在配电系统的地位十分重要,作为煤矿变电所其正常运行则是矿山安全生产的根本保障。因此变电所的微机应用是电力系统自动化的重点。随着电力系统管理水平迅速发展,对供电系统的检测精度、可靠性、保护时限的要求越来越高,供电系统计算机和电子 技术的应用已经刻不容缓。煤矿企业的特殊性,要求变电所供电安全、可靠、经济。采用微机技术对变电所实施技术改造,适合矿山供电需要,符合电力系统的技术标准,有利于提高供电系统的可靠性,预防事故的发生、故障后的及时处理,以及避峰就谷、科学管理。 该微机监控与保护系
9、统通过测控装置、微机保护及所内其它设备采集和处理变电所运行的各种数据,对变电所参数自动监视,按照运行人员的指令和预先设定的条件对变电所进行控制,为变电所运行维护人员提供变电所运行和监视所需的各项功能。减轻运行维护人员的工作强度,提高系统运行的稳定性和可靠性。同时该项目的研究和实施,可以实现变电所的无人值守,缩短故障处理时间,减少停电时间,提高劳动生产率,提高供电系统的可靠性和经济指标,促进供电系统的管理现代化,为矿井安全生产提供有力保障,有着重要的现实意义。1.3 微机监控和保护系统的主要性能A、检测功能、模拟量: 高压侧进线电压、电流、有功功率、无功功率、有功电度、无功电度、功率因数,高压各
10、支路出线电流、有功功率、无功功率,变压器温度、变压器侧电流,母线电压、分段电流、功率因数,各支路出线电流,补偿电容器电流,备用柴油机发电机组电压、电流、有功功率、无功功率、频率、油压、油温、水温、蓄电池电压、电压及电压不平衡度等参数检测。、开关量: 高压进出线开关(断路器) 、主变分接头开关、主变低压侧总开关、分段开关、各支路出线开关、补偿电容器开关、柴油发电机回路开关、励磁开关、馈电线路的高压开关、隔离开关工作位置状态检测、以及过流、过压、欠压、过负荷、速断、变压器纵联差动、轻重瓦斯保护等电气保护状态检测。B、显示功能作为变电所人机联系的主要桥梁和手段的CRT显示器,不仅可以取代常规的仪器、
11、仪表,而且可实现许多常规仪表无法完成的功能。它可以实现就地指示、多画面显示,内容包括:显示采集和计算的实时运行参数。监控系统所采集和通过采集信息所计算出来的有功电能、无功电能及主变压器温度、系统频率等,都可以在CRT的屏幕上实时显示出来,同时在潮流等运行参数的显示画面上应显示日期和时间(年、月、日、时、分、秒)。屏幕刷新周期可在210s间(可调);显示实时主接线图。主接线图上断路器和隔离开关的位置要与实际状态相对应。进行对断路器或隔离开关的操作时,在所显示的主接线图上,对所要操作的对象应有明显的标记(如闪烁等)。各项操作都应有汉字提示;事件顺序记录显示。显示所发生的事件内容及发生事件的时间;越
12、限报警显示。显示越限设备名、越限值和发生越限的时间;值班记录显示;历史趋势显示。显示主变压器负荷曲线、母线电压曲线等;保护定值和自控装置的设定值显示;其他。包括故障记录显示、设备运行状况显示等。C、人机界面友好、方便 画面完善、操作简单、具有语音报警,清晰明了,使用电子表格,系统生成简单、易于修改、方便统计;详实的技术及使用资料和灵活的在线帮助为使用者带来了方便。既能通过鼠标或键盘进行模拟操作,又能直接用手指通过触摸屏操作,就可对全站的运行工况和运行参数一目了然,可对全站的断路器和隔离开等进行分、合操作,彻底改变了系统的依靠指针式仪表和依靠模拟屏或操作屏等手段的操作方式。 各高压柜所带用户名称
13、,能根据现场实际变动情况,由具备操作资格的人员变更。一次接线图应根据现场实际的变动情况,由具备操作资格的人员变更、扩展。例如:在某段母线终端备用位置增加高压柜,需要变更一次接线图,相应的其他窗口、画面、控制等均能自动或人工做相应变更。在上位机改变各种设置、变更用户名称以及功能扩展时,必须有二位持不同密码的人员正确输入密码后方能进入修改、变更或功能扩展画面。D、事故报警、记录 声、光报警兼备,同时 在CRT 及大型显示屏上以醒目的方式显示故障回路及故障性质、类别。E、数据记录 实现重要模拟量、开关量和操作输出(按有关规定列出变量明细)的历史事件记录,以及累计变量的自动累加,记录安全运行天数,同时
14、可以打印有关报表及运行日志,以便于事故处理、经验分析和科学管理。事件顺序记录(常量存储及故障记录)。F、保护功能单元设备及线路微机保护,实现微机对主设备和输电线路的全套保护:高压输电线路的主保护和后备保护、变压器的主保护、后备保护以及非电量的保护、母线保护、低压配电线路保护、无功补偿装置如电容器组保护、所用变保护等。提高矿井供电系统的可靠性、选择性以及保护时限的精确度,降低保护配合时限差,有效避免越级跳闸。 灵敏度、可靠性、反应时间等各方面性能有明显的提高。G、遥控遥调功能电力系统中,电压和无功功率的调整对电网的输电能力、安全稳定运行水平和降低电能损耗有极大影响。通过微机监控实现远方控制、远方
15、输出信号、远方设定,一方面减轻操作负担,另一方面给出提示,保证可靠操作。H、联网通讯功能通讯包括两方面的内容:一是变电所内部各部分之间的信息传递,如保护动作信号传给中央信号系统报警;二是变电所与操作控制中心的信息传递,即远动通信。向控制中心传递变电所的实时信息,电压、电流、工绿的数值大小、开关位置状况、事件记录等;接受控制中心的开关操作控制命令以及查询和其他操作控制命令。现场过程控制单元、集中监控单元和上位集中管理单元之间实时通信;可以与上级网站联网,向上级管理部门转发信息。I、模拟功能可以进行微机上模拟操作和打印操作票,便于现场培训和保证正确操作。J、技术指标装置的检测精度达到或超过国家有关
16、标准,在今后一定的时期内保持技术先进。K、打印功能 定时打印报表和运行日志; 开关操作记录打印; 事件顺序记录打印; 越限打印; 召唤打印; 抄屏打印; 事故追忆打印; 显示画面(历史曲线、实时画面)拷屏。L、数据处理和管理功能 完成各类实时统计计算(功率总加、电度计算、功率因数计算、求限值); 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; 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; 计算受配电电能平衡率; 统计断路器动作次数; 断路器切除故障电流和跳闸次数的累计值; 控制操作和修改定值记录; 建立实时系统运行数据库; 各管理数据统计(线路倒闸次数、负荷保证率、平
17、均功率因数、参数越限次数及时间累计、总电量、各时段百分比电流均方根等),各类指标合格率统计; 在线校对时钟; 在线人工置数。M、大型模拟屏 需要的遥测(模拟量)、遥信(状态量)数据及CRT上显示的内容由模拟屏显示,直观简练。N、预防误操作 微机操作和现场操作过程实现微机监控闭锁,以防误操作。O、详细功能*35KV进线保护测控系统(1)设置方向定时限过流保护;(2)设置过电流保护;(3)设置三相一次重合闸;(4)专用测量回路,测量U、I、P、Q、COS;(5)五路以上的遥信量输入;(6)多路遥脉输入;(7)采用集中组屏方式。*35KV电厂进线保护测控系统(1)设置光纤电流纵差保护;(2)设置过电
18、流保护;(3)设置三相一次重合闸;(4)专用测量回路,测量U、I、P、Q、COS;(5)五路以上的遥信量输入;(6)多路遥脉输入;(7)采用集中组屏方式。*主变保护测控系统(1)设置主变差动保护;(2)设置过电流保护;(3)设置主变非电量保护;(4)设置主变过负荷告警;(5)设置风扇自启动装置及超温告警;(6)专用测量回路,测量U、I、P、Q、COS;(7)五路以上的遥信量输入;(8)多路遥脉输入;(9)采用集中组屏方式。*6KV馈出线保护测控系统(1)设置电流速断保护;(2)设置过电流保护;(3)三相一次重合闸;(4)小电流接地选线;(5)线路开关的遥控分合;(6)线路开关、隔离刀闸变位遥测
19、;(7)线路P、Q、IA、IC、COS、模拟量遥测;(8)脉冲电度表输入接口;(9)采用就地安装。*监控系统采用开放式系统设计组态完成监控功能,整流器提供保护信息功能及保护录波分析,具有以下功能: 实时数据采集; 数据统计和处理; 操作控制; 运行记录; 报表和历史数据; 人机界面; 保护信息; 操作票打印; 事故追忆。第2章 微机监控和保护系统设计方案的确定经过对兖矿集团公司、电解铝厂以及国内电力系统微机保护及监控方面技术资料的研究,国际国内变电所计算机应用主要经历了以下几个阶段:1、单板机开发的检测装置 单板机开发的装置存在于微机应用的初期,功能追求小而全,由于技术水平低、装置可靠性差以及
20、单板机的局限性,还在试验阶段就被淘汰; 2、(工业)微机集中检测系统 (工业)微机集中检测系统体现了大而全,一台微机 担负着现场数据采集 、处理、控制运算显示、打印和操作管理等诸多功能,在功能、画面和管理上有了很大的进步,但系统的控制和规模受到限制,同时危险集中、可靠性不能满足要求;3、远动监控装置 在微机应用领域的挫折,使得不少技术人员转而开发信号的远传和开关的远控,于是出现了远动监控装置,并在电力系统得到应用;4、单片机检测和保护装置 远动监控装置仅仅是电力系统计算机应用的一个插曲,在积累了丰富的实践经验后,人们又开发了单片机检测和保护装置,主要完成一项功能,从而保证了装置的可靠性和响应速
21、度,它接近仪表化,体积小、价格适中,在变电所开始使用;5、DCS系统 随着计算机技术的发展,特别是通信技术的发展,提出了DCS集中分散型控制系统,其在电力系统有了广阔的应用。 通过调研并结合鲍店煤矿的实际情况,拟采用分散式微机保护和计算机远动监控装置,构成DCS集中分散型控制系统。它具有以下特点:将自动化系统功能分散给多台计算机来完成,各功能部分通过简单的计算机通信交换技术信息,该系统可靠性大大幅度提高,维护也相对比较方便,性能价格比也比较高,控制功能相当强,适应性及扩充性好,技术水平先进。 该方案可以解决存在和可能出现的有关问题,保障供电系统的安全、可靠,提高控制、管理水平,实现优质、经济运
22、行。 该系统是一代集测控、保护功能于一体的新型变电站综合自动化系统, 从整体上分为三层:保护层、通信层、集中监控层。保护层由微机保护装置组成,可以在恶劣环境下长期可靠运行;微机保护将保护与测控功能合二为一,减少重复设备,简化设计,可就地安装在开关柜上,减少大量的二次接线,装置仅通过通信电缆或光纤与上层系统联系,取消了大量信号测量、控制保护电缆接入主控室,节省了投资,提高了系统的可靠性;国内外均有可靠的微机保护产品,符合国家或电力行业标准,但其价格有较大差别。通信层采用电力行业标准规约,可方便地实现不同厂家的设备互连。集中监控形成局域网络,提供信息的集中监视和远方通信功能,可以同时以不同的规约向
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