变电站和开关站的综合自动化.ppt

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1、,第 四 章 变电站和开关站的综合自动化,一、变电站综合自动化的基本概念变电站综合自动化是将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）经过功能组合和优化设计，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，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。变电站综合自动化是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用,第一节 概述,变电站综合自动化系统，即利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，用

2、微机保护代替常规的继电保护屏，改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。变电站综合自动化系统具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。,二、变电站综合自动化系统的基本功能,（1）模拟量变电所的进线电压、电流和功率值，各段母线的电压、电流，各馈线回路的电流及功率值。此外还有变压器的油温，电容器室的温度，直流电源电压等。（2）状态量变电所内各高压断路器和高压隔离开关的位置状态；变电所内一次设备运行状态及报警信号，变压器分接头位置信号，无功补偿电容器的投切开关位置状态等。（3）脉冲量脉冲量是指脉冲电度表输出的以脉冲信号表示的电度量。,（一）数据采集,（1）变电所运行参数的统

3、计、分析与计算。（2）变电所内各种事件信息的顺序记忆并登录存档（3）变电所内运行参数和设备的越限报警及记录。,（二）数据处理与记录,（1）操作出口具有跳、合闭锁功能。（2）操作出口具有并发性操作闭锁功能。（3）根据实时信息，实现断路器、隔离开关操作闭锁功能。（4）适应一次设备现场维修操作的“电脑五防操作及闭锁系统”。即：防止带负荷拉、合隔离开关；防止误入带电间隔；防止误分、合断路器；防止带电挂接地线；防止带地线合隔离开关。（5）CRT屏幕操作闭锁功能只有在输入正确的操作口令和监护口令才有权进行操作控制。,（三）控制与操作闭锁,微机保护主要包括线路保护、变压器保护、母线保护、电容器保护；自动装置

4、主要是备用电源自动投入装置和自动重合闸装置等。作为综合自动化重要环节的微机保护及自动装置应具有以下功能：（1）故障记录，且断电保持。（2）存储多套整定值；并能显示及就地修改整定值。（3）实时显示保护主要状态（功能投入情况及输入量值等）。（4）与监控系统通信。,（四）微机保护与自动装置,本功能即常规的远动功能或扩充的远动功能，在实现遥测、遥信、遥调、遥控的基础上增加了远方修改整定保护定值等。当用户供电系统及变电所的运行参数需要向电力调度传送时，可通过相应的接口和通道，按规定的通信规约向电力调度部门传送数据信息。,（五）与远方操作控制中心（或电力部门调度中心）通信,（1）屏幕显示（2）通过键盘输入

5、数据（3）人工操作控制（4）运行参数及信息的打印记录,（六）人机联系功能,综合自动化系统的各单元模块应具有自诊断功能，自诊断信息也像数据采集一样周期性地送往后台机操作控制中心,（七）自诊断功能,变电站综合自动化系统的数据库是用来存储整个供电系统所涉及到的数据信息和资料信息。对供电系统而言，其数据库中的类型一般可分为基本类数据、对象类数据、归档类数据。,（八）变电站综合自动化系统的数据库,三、变电站综合自动化系统的结构,采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能。,把变电所内各回路的数

6、据采集单元、控制单元和保护单元分别集中安装在变电所控制室内的相应屏（柜）中。,将变电所内各回路的数据采集，微机保护及监控单元综合为一个装置，就地安装在数据源现场的开关柜上。,按变电所内的回路设计的，每个单元模块对应于一条回路或按变电所内的一次设备对应分布配置。,（一）集中式变电站综合自动化系统,集中式变电站综合自动化系统框图,（1）能实时采集变电所中各种电气设备的模拟量、脉冲量、开关状态量，并建立实时数据库，通过处理产生各种所需要信息。（2）完成对变电站主要设备和进、出线的保护任务。（3）集中式结构紧凑、体积小，可大大减少占地面积。（4）造价低，尤其是对35kV或规模较小的变电站更为有利。（5

7、）系统信息集中处理，需要敷设大量电缆、投资和工程量大。（6）该系统内信号采集后以模拟量传输为主，系统精度低，易受外界干扰信号影响，可靠性较低。（7）集中式装置系统调试麻烦、维护工作量大、扩容灵活性较差。,集中式综合自动化系统的主要特点,变电站的一、二次设备分层结构示意图,打印或其他接口,调度所/控制中心,分布分散式综合自动化系统结构示意图,TV/TA状态信号,操作回路,保护回路,TV/TA状态,保护出口,保护出口,（1）变电站自动化系统的配置、功能以及设备的布置应满足电网安全、优质、经济运行和信息分层传输、资源共享的原则（2）分散式系统的功能配置宜采用下放的原则（3）设计时应考虑远方与就地控制

8、操作并存的模式（4）站内自动化及无人值班站的接入系统设计应从技术上保证站内自动化系统的硬件接口满足国际标准。（5）要积极而慎重地推行保护、测量、控制一体化设计，确保保护功能的相对独立性和动作可靠性。（6）应优先采用交流采样技术，减轻TA，TV的负载，提高测量精度。（7）建议采用局域网(LAN)通信方式（8）在选择通信介质时可优先采用光纤通信方式,四、变电站自动化系统设计原则,（1）提高了电压合格率，保证了供电质量。（2）提高了变电站的安全、可靠运行水平。（3）提高电力系统的运行，管理水平。（4）缩小变电站占地面积，降低造价，减少总投资。（5）减少维护工作量，减少值班员劳动强度，实现减人增效。,

9、五、变电站实现综合自动化的优越性,第二节 微机远动装置简介,（一）集中式微机远动装置集中式微机远动装置是整个变电站只采用一个RTU，集中布置于一个机箱或机柜中，把全站所有的遥测、遥信、遥控、遥调量都集中到它身上。（二）分布式微机远动装置分布式微机远动装置模式是按照功能或者结构来构成分布式布置。,二、微机远动装置的结构模式,集中式微机远动装置的典型体系结构,遥测模块,遥信模块,遥调模块,开关组态模块,监视定时器模块,遥控模块,电能脉冲量采集模块,键盘与显示器模块,（二）分布式微机远动装置分布式微机远动装置模式是按照功能或者结构来构成分布式布置。,LON WORKS现场总线,60年代后期：提出利用

10、计算机构成继电保护的设想。70年代初：有关继电保护算法方面的研究工作开始进行，并发表了大量论文。70年代中期：大规模集成电路和数字技术的飞速发展，引起广大继电保护工作者的兴趣和关注。80年代初：国内第一套WXB-01型微机保护问世。目前，国内已经研制出多种类型的微机保护装置，大量的投入现场运行，并已取得成功的现场运行经验。,第三节 微机保护装置简介一、微机型继电保护装置的应用和发展概况,1维护调试方便2可靠性高3灵活性高4多功能,二、微机型继电保护装置特点,微机保护硬件示意框图,三、微机保护硬件系统组成及作用,数据采集系统的作用:完成输入信号的预处理。即对取自被保护元件的连续模拟信号进行必要的

11、处理并将其变成离散信号，最后转换成数字信号，输入给微处理机。CPU主系统的作用:由微处理器执行存放在EPROM中的程序，对由数据采集系统输入至RAM区的原始数据进行分析处理，以完成各种继电保护的功能。开关量输人输出系统的作用:完成各种保护的出口跳闸、信号警报、外部开关量的输入及人机对话等功能。,各组成部分作用,2023/10/22,沈阳工程学院,28,一、正弦电压、电流和阻抗的计算 1采样值积算法（曲线拟合法）2半周积分法（面积法）3导数法(二)傅氏算法（三）解微分方程法 二、保护功能算法（一）相电流突变量元件；（二）相电流差突变量元件（三）电流元件；(四)方向元件；(五)移相算法（六）负序分

12、量算法；(七)阻抗元件,第四节 数字式继电保护算法,根据输入电气量两个点的采样值，通过一定的数学式或方程式计算出输入电气量的数值。,一、两采样值积算法,2023/10/22,沈阳工程学院,30,设被采样的正弦电压和电流：,电流、电压采样值,2023/10/22,沈阳工程学院,31,用两采样值计算电流和电压幅值的公式,2023/10/22,沈阳工程学院,32,二、相电流突变量元件算法反映电流增量,工作原理：,2023/10/22,沈阳工程学院,33,第五节 变电站综合自动化系统举例一、厦门湖里工业区10kV开关站综合自动化系统,CAN,配网中心站,10kV开关站监控系统,（1）系统采用分布式结构

13、，结构简洁，易于改造。（2）由于装置均安装在高压柜中，省去了集中组屏和屏柜之间的二次电缆，并且保护随同升级，有较高的经济效益。（3）利用微机保护的快速采样和越限保持功能，记录故障穿越部位，为系统重构、自动事故处理等应用提供依据。（4）遥测量可以在电能表或者保护装置上获得，综合误差在没有电能表的地方小于4%。（5）采用在保护装置内进行软件校验，以达到遥控反较的目的，遥控可靠性也得到了保证。（6）保护测量精度综合误差比监控要求低，因此该模式只能适用于测量精度要求不高的配电网开关站所。（7）微机保护兼容监控功能，增加了保护单元CPU的负担，对微机保护独立性有一定影响。,厦门湖里工业区10kV开关站综

14、合自动化系统 特点,(一)系统概述 系统采用全分散安装的灵活系统结构 系统采用先进的CAN通讯网络，保证了系统可靠、快速的运行。系统维护方便，可靠性高，系统既可用于老变电站改造，全面替代常规系统。并可同调度自动化系统联网，实现电力调度综合自动化系统。,二、DVPS-600变电站综合自动化系统,配置：中心主计算机，DVP系列微机保护及监控装置机箱、通讯网络、网络控制器等设备1主系统配置主计算机（主，辅）配用工业标准控制计算机 高分辨率显示器 智能通讯网卡 汉字打印机,（二）系统配置、特点及功能,特点：采用分布式系统结构、硬件标准化、保护和监控即统一又独立、保护硬件双重化设计、高可靠性、全密封钢结

15、构防振机槽、超低功耗设计、开关量使用+220v电压输入、各保护及信号单独出口。,2DVP-600系列保护监控装置,主要功能：遥控投切保护和遥控复归信号 完整的电气防跳及控制回路 开放式系统设计思想 灵活的硬件组态工作方式 显示整定简单方便独立遥控跳合闸执行继电器 保护电流和监控测量电流回路独立 报警、三遥量、网络通讯采用总线式,主要功能：上传各保护装置的电流、电压、功率、频率、开关状态等实时数据。上传各分散保护装置的定值进行显示和修改。下发主机的各种命令，如跳合闸及各种调试命令等，将各种保护动作及装置故障信息及时通知主机。,CAN实时通讯网络,主要特点：专用的智能通讯卡无须主机再做通讯工作通讯

16、硬件可靠性高、抗干扰能力强 通讯软件响应快、通用性强,系统灵活方便，开放性好、功能齐全。核心部分DVP系列微机保护及监控单元己构成较为完整的变电站综合自动化系统，再加上可与其它厂家的保护及自动装置和调度端接口的接发能力，构成全面完善的电力自动化系统，适应于国内各种电力现场情况。,4DVPS-600变电站综合自动化系统配置的优点,1软件概述（1）软件系统模式DVPS-600综合自动化软件系统其核心为动态实时数据库（RDB）的生成及维护工作。软件系统模式（WINDOWS NT）是基于WINDOWS NT 计算机操作系统，实时多线程系统管理。基本特点：运行稳定、速度快、系统功能齐全，系统开发性好、操

17、作方便。,（三）DVPS-600变电站综合自动化系统软件功能介绍,（2）软件特点 DVPS-600系统软件在已确定的硬件规模范围内，用户可以随意修改各种类型的采集电量属性、处理方式、显示方式、中文名称等。（3）软件性能指标DVPS-600系统由于采用多CPU硬件结构，因而整个系统装置具有较强的实时性，数据变化响应速度快，软件系统通常画面为全图形方式256彩色，屏幕分辨率为1024768。系统SOE分辨率2毫秒，遥信变位2秒，遥控过程完成6秒，画面响应13秒，画面数据刷新160秒可设置。,系统主要性能：1）灵活的显示方式，自由图形显示（一般选择画面）2）标准控制窗显示（日、月、年历史曲线、电流柱

18、图）。3）事件报警、越限事件，报警顺序显示、查询；强大的打印功能。4）历史数据及历史报警均采用选择打印方式，灵活，方便，优化。5）历史报表以存盘记录后可选择打印，节省打印机使用寿命。6）主接线图、潮流图显示、实时数据显示均可屏幕拷贝。7）完善的自检功能，主辅机通讯自动互查，实时多任务各工作任务调度进程互检，各通讯环节工作情况实时互检，各硬件模块工作状况实时检查及报警。8）打印机工作状态实时检查并自动开放、闭锁打印功能。,系统主要功能有：1）实时显示电站各实时电量，开关状态，信号状态及动作累计数据。2）实时显示当前各模块，通讯，打印机等工作状态，出错自动报警。3）正常显示主接线图、潮流图、地理图

19、等图形工况，其数据自动刷新，大于整屏画面可漫游移动。4）正常显示各主变温度、设备电压，电流，负荷棒图并定时存储相关历史数据。5）根据运行工况及现场情况，可在线修改各测量电量各种特征；优化及扩充系统。6）可动态显示及修改各保护装置内保护定值，可在线投退保护装置内各保护功能。7）对于各类检测电量的修改及功能操作，系统配有多种授权密码，整个系统操作控制方便可靠。,2画面结构,顶图区,主图区,底图区,该区是用户菜单功能选择区，反映分层的用户功能选择内容,该区是反映最终选择功能后的主要图形及信息，如主接线图、实时数据表的祥图,该区是系统功能区，反映系统运行的实时信息，事件及越限报警指示灯及查询按键等,（

20、1）主接线。电站主接线图主要用来显示变电站的电气设备接线关系，实时显示电力系统中电气设备的数目、线路数目、开关及刀闸实时状态。（2）潮流分布。电站潮流分布图用于形象地实时显示DVPS-600系统中电站的各线路的电流大小、有功功率、无功功率大小及方向、各母线相电压及线电压、主变温度、线路数目及相对分布位置、断路器状态，以便于使用户能实时监视电站负荷变化情况。,3软件系统功能,微机工况图主要显示DVPS-600系统中主计算机及外设备（打印机）、CAN通讯网络的实时工作状态，并反映DVPS-600系统中的各微机设备分布（单双机）及联络情况。微机网络工况主要显示DVPS-600系统中CAN通讯网络中D

21、VPS-600系列保护监控装置上网情况、各装置的型号、编号、线路名称等实时信息。微机装置工况图主要显示DVPS-600系统中CAN通讯网络中的DVP-600系列保护监控装置现场实时面板图（除数码管显示数据外）的信息、包括各装置的型号、编号、动作信号等实时信息。,（3）微机系统工况包括微机工况、微机网络工况和装置工况,“日历史曲线”显示变电站中模拟量一天24小时内的变化趋势，对于监测电力系统稳态运行过程十分重要。“月历史曲线”显示变电站中模拟量一个月最大31天内的变化趋势，在主画面中，横坐标为31天的时间轴，纵坐标为相关电量在一天中的最大值。电流棒形图显示变电站中，线路各相电流的大小和占其额定电

22、流的百分比情况。,（4）历史曲线,（5）装置状态以列表方式显示DVPS-600系统中DVP-600系列装置监测采集的所有装置状态量的实时值，例如：线路断路器、刀闸、小车开关状态，装置中监测与保护模块EPROM等当前状态。（6）信号状态以列表方式，显示DVPS-600系统中DVP-600系统装置监测采集的所有信号量的实时值。（7）模拟量表以列表方式显示DVPS-600系统中DVP-600系列装置监测的所有模拟量的实时值,（8）线路负荷以线路类列表方式集中显示DVPS-600系统中监控及保护的变电站所有线路各模拟量的实时变化，显示各线路各相电流、有功功率、无功功率、功率因数、线路编号等信息。（9）

23、电能量表以列表方式集中显示DVPS-600系统中所监控的电站中各线路的电能量的计量，实时显示各线路电度量名称、当前表底值、日累计电度量、电表折算系数等信息。,（10）保护定值,保护定值设定。保护定值表显示了DVPS-600系统分散监控保护装置中所有保护功能的定值设定,保护投退表。保护投退表显示功能显示了DVPS-600系统中各DVP-600系列监控及保护装置中各保护功能当前“投入”或“退出”状态。,（11）参数修改以列表方式集中显示DVPS-600系统中监测的所有模拟量的中文名称、一次二次电量折算变比系数、越限报警的上限及下限，各模拟量报警功能“允许”、“禁止”设定、工程单位等信息。,（12）

24、报表管理系统。“报表管理”主要用于处理各种定时存储的历史报表或随机管理报表、打印管理报表。,4特殊功能,用来对整个系统内部运行功能进行设定和管理，能改变系统运行功能和运行特性。,DVPS-600系统具有系统生成及修改功能，此功能能对系统中所有采集的信号量、状态量、模拟量、脉冲量、保护定值的采集、处理、折算等特性进行在线修改和设定。还能对系统负荷表、棒图、历史曲线等运行特性进行调整和修改，以适应现场设备的各种变化。,5系统生成,作用：当电站系统中某线路发生单相接地短路故障时，DVPS-600系统能自动检测出发生接地短路故障的线路，为运行人员提供快速处理故障的信息支持。,6小电流接地选线,（1）系统数据库容量：模拟量（YC）1200个状态量（YXPC）3000个控制量（YKYT）400个计算量 1000个画面数量 不少于400幅电度量 400个SOE 5000个历史数据可保存时间 2年以上（2）历史数据库、文档记录资料保存容量：存储标准周期为二年时间,（四）系统性能指标,