110kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課 題 名 稱(chēng) 110kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 曾歡悅 學(xué) 號(hào) 0741227079 系、年級(jí)專(zhuān)業(yè) 電氣工程系07級(jí)電氣工程及其自動(dòng)化 指 導(dǎo) 教 師 王曉芳 職 稱(chēng) 副教授 2011年 5月20日邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容提要變電站綜合自動(dòng)化是在變電站常規(guī)二次系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它是將變電站的二次設(shè)備利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)經(jīng)過(guò)功能的重新組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)變電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。它是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,涉及通信、測(cè)量、保護(hù)、控制等諸多方面。本文結(jié)合一個(gè)新建110kV變電站工程，首先對(duì)國(guó)內(nèi)外變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本概念，現(xiàn)狀及發(fā)展

2、的幾個(gè)階段進(jìn)行了初步總結(jié)；然后詳述了分散分布式結(jié)構(gòu)的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，如應(yīng)用了IEC60870-5-103規(guī)約和IEC60870-5-104規(guī)約對(duì)在變電站綜合自動(dòng)化數(shù)據(jù)通信進(jìn)行設(shè)計(jì)；還對(duì)變電站的監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以滿足變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能；對(duì)變電站抗電磁干擾的措施做了設(shè)計(jì)，可以保證變電站的正常工作；再對(duì)遙視系統(tǒng)方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，它是實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班的必備條件；針對(duì)IEC60870系列規(guī)約在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中不可互操作的缺點(diǎn)，最后介紹了IEC61850系列規(guī)約制定的背景、特點(diǎn)、內(nèi)容，并對(duì)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)過(guò)渡階段的應(yīng)用進(jìn)行了初步的探討。關(guān)鍵詞：110kV

3、變電站；自動(dòng)化；數(shù)據(jù)通信；103規(guī)約；IEC61850規(guī)約Summary The transformer substation integrated substation automation is on the basis of the conventional second system,it is the second equipment utilization substation modern computer technology, communication technology, network technology after function and the optimiz

4、ation design of the new combination, thus realize substation integrated automation system.It is a complicated system engineering, involve communication, measurement, protection, control, and other aspects. This article with a new project 110 kv substations,first of all,sum up preliminarythe substati

5、on integrated automation system at home and abroad, the current situation and the basic concept of the several development stages;Then cover the decentralized distributed structure of substation integrated automation system design, such as applied IEC60870-5-103 statute and IEC60870-5-104 statute in

6、 substation integrated automation data communication design;Also devise the substation surveillance system, in order to satisfy the design of substation automation system of remote monitoring, and other functions;The substation of anti-electromagnetism interference measures, can assure substation de

7、sign to work properly;Again to remote viewing system scheme design, it is to realize nobody on-duty prerequisite;Beacause IEC60870 series stipulation for substation automation system in not interoperable shortcomings, at last, the paper introduces the statute of IEC61850 series background, features,

8、 formulated IEC61850 standards and content of substation integrated automation system in the application of transitional stage are primarily discussed.Keywords:110kV substation; automation; Data communication; 103 stipulation; IEC61850 stipulationII目錄內(nèi)容提要ISummaryII1 緒論11.1 變電站自動(dòng)化的基本概念11.2 變電站自動(dòng)化的現(xiàn)狀1

9、1.3變電站自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)22 110kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成及設(shè)計(jì)總體要求和原則52.1變電站自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成及功能52.2 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體要求62.3 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則73 110kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體方案83.1 變電站規(guī)模概況83.2 變電站保護(hù)配置83.3 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)93.4 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)功能114 110kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信144.1 概述144.2 110kV變電站數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的通信內(nèi)容及特點(diǎn)144.3 間隔層與變電站層之間的串行通信系統(tǒng)164.4 變電站層與調(diào)度之間基于以太網(wǎng)的通信系統(tǒng)194.5保護(hù)與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)205 1

10、10kV變電站的監(jiān)控系統(tǒng)及抗電磁干擾235.1 監(jiān)控系統(tǒng)235.2 抗電磁干擾的措施256 110kV變電站遙視系統(tǒng)設(shè)計(jì)296.1 遙視系統(tǒng)簡(jiǎn)介296.2 基本設(shè)計(jì)思路306.3 遙視系統(tǒng)組成306.4 遙視系統(tǒng)通信方案的選擇317 IEC61850標(biāo)準(zhǔn)在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用探討337.1 IEC61850的產(chǎn)生背景及組成337.2 IEC61850的目標(biāo)和技術(shù)特點(diǎn)357.3 從現(xiàn)有系統(tǒng)過(guò)渡到IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的探討368 結(jié)論40參考文獻(xiàn)42致 謝44邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1緒論變電站是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其安全優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求變電站實(shí)行綜合的調(diào)度控制和管理的自動(dòng)化。變電站綜

11、合自動(dòng)化系統(tǒng)是由多個(gè)子系統(tǒng)組成的有機(jī)整體，缺一不可，它將變電站的繼電保護(hù)、控制、測(cè)量、信號(hào)和遠(yuǎn)動(dòng)等綜合為一體，是一項(xiàng)涉及范圍廣、實(shí)現(xiàn)難度大的系統(tǒng)工程。變電站實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化，由計(jì)算機(jī)完成運(yùn)行監(jiān)視、控制、保護(hù)、正常操作和順序事件記錄等功能,由通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息交換,近年來(lái)已成為提高變電站自動(dòng)化水平的發(fā)展方向。變電站能否正確運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)的運(yùn)行和安全問(wèn)題。因此變電站的監(jiān)控和保護(hù)具有十分重要的意義。1.1 變電站自動(dòng)化的基本概念變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是一項(xiàng)多專(zhuān)業(yè)性綜合技術(shù)，是電網(wǎng)運(yùn)行管理中的一次變革。它是將變電站的二次設(shè)備（包括控制、測(cè)量、保護(hù)、自動(dòng)裝置及遠(yuǎn)動(dòng)裝置等）經(jīng)過(guò)功能組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用計(jì)算機(jī)

12、技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)，對(duì)變電站執(zhí)行自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、控制和協(xié)調(diào)及微機(jī)保護(hù)的一種綜合性的自動(dòng)化系統(tǒng)。變電站綜合自動(dòng)化可以采集比較齊全的數(shù)據(jù)和信息，利用計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算能力和判斷能力，監(jiān)視和控制變電站內(nèi)各種設(shè)備的運(yùn)行及操作。變電站綜合自動(dòng)化將現(xiàn)代微機(jī)保護(hù)技術(shù)、基于網(wǎng)絡(luò)的遙測(cè)、遙控、遙信技術(shù)、視頻技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、光電子技術(shù)等緊密結(jié)合，利用網(wǎng)絡(luò)化的通用硬件平臺(tái)和層次化的結(jié)構(gòu)軟件平臺(tái)，把變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)打造成一個(gè)基于分層分布式網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用化、簡(jiǎn)易化、智能化系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)廣范圍深層次的信息集成，以及對(duì)各層次數(shù)據(jù)資源的充分挖掘利用。它的出現(xiàn)為變電站的小型化、智能化、擴(kuò)大監(jiān)控范圍及變電站安全可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)

13、行提供了數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控支持，在其基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)高水平的無(wú)人值班變電站管理?？梢哉f(shuō)，一個(gè)完整、先進(jìn)、可靠的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)一個(gè)高水平的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的基礎(chǔ)。1.2 變電站自動(dòng)化的現(xiàn)狀國(guó)外變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究工作始于70年代，最早是用微機(jī)型遠(yuǎn)動(dòng)裝置代替布線邏輯型的遠(yuǎn)動(dòng)裝置；同時(shí)供配電系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的功能在擴(kuò)大，供電網(wǎng)的監(jiān)控功能正以綜合自動(dòng)化為目標(biāo)迅速發(fā)展。如1975年日本用于供配電系統(tǒng)的SDCS-1數(shù)字控制系統(tǒng)。80年代以后，研究變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的國(guó)家和公司越來(lái)越多，如德國(guó)西門(mén)子公司研制生產(chǎn)的LSA678系統(tǒng)；美國(guó)ABB公司研制生產(chǎn)的SCS100、SCS200供配電系統(tǒng)綜合自動(dòng)

14、化系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)供配電系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)及綜合自動(dòng)化的研究始于80年代中期，但真正意義上的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究還剛起步，在實(shí)際工程應(yīng)用中還存在很多問(wèn)題，主要表現(xiàn)在：缺乏統(tǒng)一化、全局化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以一種“拼湊”功能的方式構(gòu)成系統(tǒng)，使整個(gè)系統(tǒng)性能指標(biāo)不高，部分功能及系統(tǒng)指標(biāo)無(wú)法實(shí)現(xiàn)；功能重復(fù)建設(shè)，增加了投資，使現(xiàn)場(chǎng)造成復(fù)雜性，影響系統(tǒng)的可靠性；工程設(shè)計(jì)缺乏規(guī)范性的要求，從而導(dǎo)致各系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)將來(lái)的維護(hù)及運(yùn)行都帶來(lái)了極大的不便，進(jìn)而影響了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的投入率。對(duì)于系統(tǒng)硬件的組織結(jié)構(gòu)，變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展分為三個(gè)階段：第一階段：面向功能設(shè)計(jì)的集中式RTU加常規(guī)保護(hù)模式，第二階段：面向功能設(shè)計(jì)的分布

15、式測(cè)控裝置加微機(jī)保護(hù)模式，第三階段：面向間隔、面向?qū)ο?Object-Oriented)的分層分布式結(jié)構(gòu)模式?，F(xiàn)在普遍趨于采用分層分布式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)一般采用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線RS-485及CAN工業(yè)局域網(wǎng)，對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)分級(jí)控制管理，使數(shù)據(jù)采集與機(jī)械控制實(shí)現(xiàn)集散控制集中管理，真正做到控制過(guò)程的實(shí)時(shí)在線，完成柔性化管理。并且分層分布式系統(tǒng)有很好的兼容性、可靠性和可觀測(cè)性，且互換性強(qiáng)，容易優(yōu)化。國(guó)內(nèi)供配電系統(tǒng)綜合自動(dòng)化的現(xiàn)狀是：從全局來(lái)看，發(fā)展水平不盡相同，在國(guó)內(nèi)各地區(qū)，供配電系統(tǒng)自動(dòng)化水平也參差不齊。總的看來(lái)，沿海經(jīng)濟(jì)開(kāi)放地區(qū)發(fā)展速度較快。內(nèi)陸地區(qū)雖比不上沿海經(jīng)濟(jì)區(qū)的發(fā)展速度，但在自動(dòng)化方而

16、也取得了很大進(jìn)展。為了進(jìn)一步提高電力自動(dòng)化水平，各省局目前也在逐步擴(kuò)大無(wú)人值守二次變和220kV供配電系統(tǒng)綜合自動(dòng)化試點(diǎn)范圍，這些都將推動(dòng)各省供配電系統(tǒng)自動(dòng)化的迅猛發(fā)展。從有關(guān)供配電系統(tǒng)自動(dòng)化產(chǎn)品方面看，國(guó)內(nèi)目前己有眾多廠家能生產(chǎn)微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)、微機(jī)保護(hù)等設(shè)備，絕緣在線監(jiān)測(cè)及微機(jī)故障處理設(shè)備也不斷涌現(xiàn)，大部分都己達(dá)到能投入實(shí)際運(yùn)行的水平，有些產(chǎn)品如微機(jī)保護(hù)己躋身國(guó)際先進(jìn)行列。綜上所述，目前國(guó)內(nèi)供配電系統(tǒng)自動(dòng)化工作正處于飛速發(fā)展、蒸蒸日上階段。但目前的自動(dòng)化水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，我們還必須考慮電力系統(tǒng)自動(dòng)化今后的發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)有關(guān)此方面材料介紹及調(diào)查所掌握的情況，供配電系統(tǒng)自動(dòng)化今后應(yīng)向綜合化

17、方向發(fā)展，即所謂供配電系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)及綜合自動(dòng)化。目前國(guó)內(nèi)己有相當(dāng)多的生產(chǎn)廠家著手做這方而的工作，普遍認(rèn)為適合我國(guó)國(guó)情發(fā)展方向，是提高配電系統(tǒng)自動(dòng)化水平的有效途徑，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守二次變的基礎(chǔ)。因?yàn)楣┡潆娤到y(tǒng)綜合自動(dòng)化包含整個(gè)供配電系統(tǒng)的所有監(jiān)測(cè)、監(jiān)控信息，所以它能滿足無(wú)人值守供配電系統(tǒng)的要求。1. 3變電站自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)字化變電站是變電站自動(dòng)化發(fā)展的下一個(gè)階段，科技數(shù)字化變電站指信息采集、傳輸、處理、輸出過(guò)程完全數(shù)字化的變電站，基本特征為設(shè)備智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化、運(yùn)行管理自動(dòng)化等。數(shù)字化變電站有以下主要特點(diǎn)：一次設(shè)備智能化：采用數(shù)字輸出的電子式互感器、智能開(kāi)關(guān)（或配智能終端的傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)）等

18、智能一次設(shè)備，一次設(shè)備和二次設(shè)備間用光纖傳輸數(shù)字編碼信息的方式交換采樣值、狀態(tài)量、控制命令等信息；二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化：二次設(shè)備間用通信網(wǎng)絡(luò)交換模擬量、開(kāi)關(guān)量和控制命令等信息，取消控制電纜；運(yùn)行管理系統(tǒng)自動(dòng)化：應(yīng)包括自動(dòng)故障分析系統(tǒng)、設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和程序化控制系統(tǒng)等自動(dòng)化系統(tǒng)，提升自動(dòng)化水平，減少運(yùn)行維護(hù)的難度和工作量。數(shù)字化變電站的主要技術(shù)特征：(1)數(shù)據(jù)采集數(shù)字化：數(shù)字化變電站的主要標(biāo)志是采用數(shù)字化電氣量測(cè)系統(tǒng)（如光電式互感器或電子式互感器）采集電流、電壓等電氣量，實(shí)現(xiàn)了一、二次系統(tǒng)在電氣上的有效隔離，增大了電氣量的動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍并提高了測(cè)量精度，從而為實(shí)現(xiàn)常規(guī)變電站裝置冗余向信息冗余的轉(zhuǎn)變

19、以及信息集成化應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。(2)系統(tǒng)分層分布化：變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了從集中式向分布式的轉(zhuǎn)變，第二代分層分布式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)大多采用成熟的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和開(kāi)放式互連規(guī)約，能夠更完整地記錄設(shè)備信息并顯著地提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。數(shù)字化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在物理上可分為兩類(lèi)，即智能化的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化的二次設(shè)備；在邏輯結(jié)構(gòu)上根據(jù)IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)定義，可分為“過(guò)程層”、“間隔層”、“站控層”三個(gè)層次。各層次內(nèi)部及層次之間采用高速網(wǎng)絡(luò)通信。(3)信息交互網(wǎng)絡(luò)化與信息應(yīng)用集成化：數(shù)字化變電站采用低功率、數(shù)字化的新型互感器代替常規(guī)互感器，將高電壓、大電流直接變換為數(shù)字信號(hào)。站內(nèi)設(shè)備之間通過(guò)

20、高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互，二次設(shè)備不出現(xiàn)功能重復(fù)的I/O 接口，常規(guī)的功能裝置變成了邏輯的功能模塊，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及資源共享。目前國(guó)際上已確定IEC61850 為變電站自動(dòng)化通信標(biāo)準(zhǔn)。此外，數(shù)字化變電站對(duì)原來(lái)分散的二次系統(tǒng)裝置進(jìn)行了信息集成及功能優(yōu)化處理，因此可以有效地避免常規(guī)變電站的監(jiān)視、控制、保護(hù)、故障錄波、量測(cè)與計(jì)量等裝置存在的硬件配置重復(fù)、信息不共享及投資成本大等問(wèn)題的發(fā)生。(4)設(shè)備操作智能化：新型高壓斷路器二次系統(tǒng)是采用微機(jī)、電力電子技術(shù)和新型傳感器建立起來(lái)的，斷路器系統(tǒng)的智能性由微機(jī)控制的二次系統(tǒng)、IED 和相應(yīng)的智能軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，保護(hù)和控制命令可以通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)到達(dá)非常規(guī)變電站的二次回路系

21、統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)與斷路器操作機(jī)構(gòu)的數(shù)字化接口。(5)設(shè)備檢修狀態(tài)化：在數(shù)字化變電站中，可以有效地獲取電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)以及各種IED 裝置的故障和動(dòng)作信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)操作及信號(hào)回路狀態(tài)的有效監(jiān)視。數(shù)字化變電站中幾乎不再存在未被監(jiān)視的功能單元，設(shè)備狀態(tài)特征量的采集沒(méi)有盲區(qū)。設(shè)備檢修策略可以從常規(guī)變電站設(shè)備的“定期檢修”變成“狀態(tài)檢修”，從而大大提高系統(tǒng)的可用性。(6)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊化和建模標(biāo)準(zhǔn)化：數(shù)字化電氣量測(cè)系統(tǒng)具有體積小、重量輕等特點(diǎn)，可以將其集成在智能開(kāi)關(guān)設(shè)備系統(tǒng)中，按變電站機(jī)電一體化設(shè)計(jì)理念進(jìn)行功能優(yōu)化組合和設(shè)備布置。在高壓和超高壓變電站中，保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、故障錄波及其他自動(dòng)裝置的I/O 單元作

22、為一次智能設(shè)備的一部分，實(shí)現(xiàn)了IED 的近過(guò)程化（process- close）設(shè)計(jì)；在中低壓變電站可將保護(hù)及監(jiān)控裝置小型化、緊湊化并完整地安裝在開(kāi)關(guān)柜上。目前隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化變電站正在興起。與傳統(tǒng)變電站相比，數(shù)字化變電站具有以下優(yōu)勢(shì)：減少二次接線，提升測(cè)量精度，提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?，避免電纜帶來(lái)的電磁兼容、傳輸過(guò)電壓和兩點(diǎn)接地等問(wèn)題，解決設(shè)備間的互操作問(wèn)題，變電站的各種功能可共享統(tǒng)一的信息平臺(tái)，避免設(shè)備重復(fù)，自動(dòng)化運(yùn)行和管理水平進(jìn)一步提高，數(shù)字化變電站是變電站自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向。2 110kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成及設(shè)計(jì)總體要求和原則2.1變電站自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成及功能變電站綜合自動(dòng)

23、化系統(tǒng)是以通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，由變電站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和變電站控制保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成。每個(gè)系統(tǒng)又由許多功能完全獨(dú)立的子系統(tǒng)組成，用一臺(tái)（或幾臺(tái)）工業(yè)控制機(jī)作為主機(jī)來(lái)統(tǒng)一管理全站各子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)通過(guò)通信端口，按一定的協(xié)議進(jìn)行通信，從而連接成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，任何一個(gè)子系統(tǒng)既可獨(dú)立運(yùn)行又有相互連鎖，構(gòu)成了一個(gè)相互依托、有機(jī)結(jié)合的整體。2.1.1變電站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)處理模擬量測(cè)量值、信號(hào)及測(cè)量、保護(hù)和調(diào)整功能的整定值；完成電網(wǎng)在線計(jì)算、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析報(bào)表，遠(yuǎn)傳和保護(hù)電能質(zhì)量的自動(dòng)監(jiān)控調(diào)整工作。系統(tǒng)一般包括：(1)微機(jī)數(shù)據(jù)通信監(jiān)控裝置。一般有實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換、完成全站數(shù)

24、據(jù)匯總并調(diào)度系統(tǒng)按標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)等功能。(2)人機(jī)接口（HMI）及其監(jiān)控軟件。一般有數(shù)據(jù)采集與顯示、電能計(jì)量、實(shí)時(shí)電網(wǎng)安全控制功能；有強(qiáng)大的交互式圖形功能，提供電網(wǎng)系統(tǒng)畫(huà)面及信號(hào)顯示，提供各種單線圖、波形圖、實(shí)時(shí)圖、歷史圖以及趨勢(shì)圖；有事件記錄、報(bào)警、事故跳閘過(guò)程參數(shù)自動(dòng)記錄和自動(dòng)錄波、事故按時(shí)排序、事故處理提示、快速事故處理、報(bào)表及打印輸出功能；數(shù)據(jù)分析功能，協(xié)波分析及各種用于分析的工具軟件包。此外，應(yīng)提供任務(wù)設(shè)定，操作控制，在線自檢、自診斷、自恢復(fù)，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換及網(wǎng)絡(luò)通信等功能。2.1.2變電站控制保護(hù)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)隨時(shí)在線監(jiān)視正常運(yùn)行情況的運(yùn)行參數(shù)及設(shè)備運(yùn)行狀況；自檢、自診斷設(shè)備本身

25、的異常運(yùn)行；發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備異常變化或裝置內(nèi)部異常時(shí)，立即自動(dòng)報(bào)警并相應(yīng)的閉鎖出口動(dòng)作，以防事態(tài)擴(kuò)大；電網(wǎng)出現(xiàn)事故時(shí)快速采樣、判斷、決策，迅速消除事故，使故障限制在最小范圍內(nèi)。系統(tǒng)一般包括：(1)微機(jī)線路保護(hù)：有定時(shí)限與反時(shí)限電路保護(hù)、電流速斷保護(hù)、接地保護(hù)、電壓偏移保護(hù)、過(guò)頻與欠頻保護(hù)以及錄波等功能；(2)微機(jī)變壓器保護(hù)：有高低壓側(cè)定時(shí)限與反時(shí)限電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、高低壓側(cè)零序電流保護(hù)、過(guò)電壓與欠電壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、接地保護(hù)，還有輕瓦斯報(bào)警、重瓦斯跳閘以及溫度保護(hù)等功能；(3)微機(jī)電容器保護(hù)：有定時(shí)限與反時(shí)限電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、中性點(diǎn)電流不平衡保護(hù)、過(guò)電壓與欠電壓保護(hù)、零序電壓保護(hù)、還有

26、電抗器瓦斯動(dòng)作聯(lián)鎖跳閘、電容器組自動(dòng)投切以及自動(dòng)調(diào)整等功能；(4)微機(jī)電動(dòng)機(jī)保護(hù)：有定時(shí)限與反時(shí)限電流保護(hù)、電流速斷保護(hù)、熱過(guò)載保護(hù)、不平衡保護(hù)、過(guò)電壓與欠電壓保護(hù)、負(fù)序保護(hù)、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、接地保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、還有旋轉(zhuǎn)方向判斷、溫度保護(hù)、反向有功功率以及無(wú)功功率過(guò)大保護(hù)等功能；(5)微機(jī)備用電源自投監(jiān)控裝置：有分段斷路器速斷過(guò)流保護(hù)、檢同期、備用電源自動(dòng)投入、自動(dòng)同期合閘及跳閘等功能；(6)微機(jī)電壓互感器監(jiān)控：有單相接地保護(hù)、過(guò)電壓與欠電壓保護(hù)等功能。2.1.3 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫褪街饕捎每偩€型式，也有采用環(huán)形或星型。一般來(lái)說(shuō)環(huán)形和星形網(wǎng)絡(luò)要較總線型網(wǎng)絡(luò)更安全可靠，但總線型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單

27、，易于實(shí)現(xiàn)；根據(jù)變電站綜合自動(dòng)化得規(guī)模、功能、通信速率要求，網(wǎng)絡(luò)型式一般可以采用Modbus、Canbus、Profibus或Ethernet等；對(duì)于通信協(xié)議不同得網(wǎng)絡(luò)型式也不同，主要有令牌環(huán)協(xié)議（IEEE802.5）、FMS協(xié)議，TCP/IP協(xié)議，與自動(dòng)化儀表兼容得hart協(xié)議等，現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)接口大多采用RS485接口，也有部分采用RS232、RS422等接口；對(duì)于小型的網(wǎng)絡(luò)其通信介質(zhì)一般選用細(xì)同軸電纜（細(xì)纜），而較為大型、通信速率要求較高的網(wǎng)絡(luò)可選用粗同軸電纜（粗纜），當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小且采用星型拓?fù)鋾r(shí)，較多采用非屏蔽雙絞線（UTP）作為網(wǎng)絡(luò)的通信介質(zhì)，對(duì)于要求高或網(wǎng)絡(luò)傳輸距離較遠(yuǎn)的場(chǎng)合越來(lái)越

28、多的采用光纜。2.2 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體要求由于繼電保護(hù)的重要性及無(wú)人值班變電站設(shè)計(jì)規(guī)程的嚴(yán)格要求, 應(yīng)意識(shí)到變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)不單單是為了實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班,更主要是為了提高變電站的技術(shù)水平、運(yùn)行管理水平及調(diào)度自動(dòng)化水平。據(jù)此, 設(shè)計(jì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求:（1）采用先進(jìn)的繼電保護(hù)和自動(dòng)控制技術(shù), 滿足電網(wǎng)及變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求, 裝置具有很高的可靠性；（2）滿足集中監(jiān)視和控制的要求, 盡可能提供變電站內(nèi)來(lái)自電氣一次及二次設(shè)備的各種信息, 提高保護(hù)和控制功能的辨別能力,滿足電網(wǎng)監(jiān)控和管理信息化、智能化的要求；（3）簡(jiǎn)化一次回路, 節(jié)省電纜；（4）保護(hù)測(cè)控裝置可以靈活安裝；（

29、5）具有良好的抗電磁干擾能力；（6）利用網(wǎng)絡(luò)通信, 高速、安全、可靠地傳輸數(shù)據(jù)；（7）以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班為目標(biāo), 可快速進(jìn)行控制和操作；（8）可擴(kuò)充, 方便維護(hù), 最大限度減少擴(kuò)建工作和投資, 降低維護(hù)費(fèi)用。2.3 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則（1）變電站自動(dòng)化系統(tǒng)作為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的一個(gè)子系統(tǒng)，應(yīng)服從電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的總體設(shè)計(jì)，其配置、功能包括設(shè)備的布置應(yīng)滿足電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及信息分層傳輸、資源共享的原則；（2）分散式系統(tǒng)的功能配置宜采用下放的原則，凡可以在間隔層就地完成的功能如保護(hù)、備用電源自投、電壓控制等，無(wú)須通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)去完成；（3）對(duì)于無(wú)人值守的變電站，有一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)、調(diào)試和應(yīng)

30、急處理的問(wèn)題，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮遠(yuǎn)方與就地控制操作并存的模式；（4）站內(nèi)自動(dòng)化及無(wú)人值班站的接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)從技術(shù)上保證站內(nèi)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件接口滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)的支撐軟件符合ISO(International Organization for Standardization)開(kāi)放系統(tǒng)規(guī)定，系統(tǒng)的各類(lèi)數(shù)據(jù)、通訊規(guī)約及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的定義、格式、編程、地址等與相應(yīng)的電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)保持一致，以適應(yīng)電力工業(yè)信息化的發(fā)展要求；（5）要積極而慎重地推行保護(hù)、測(cè)量、控制一體化設(shè)計(jì)，確保保護(hù)功能的相對(duì)獨(dú)立性和動(dòng)作可靠性，分布式系統(tǒng)的事故順序記錄SOE分辨率可通過(guò)保護(hù)單元來(lái)實(shí)現(xiàn)，保護(hù)、測(cè)量、控制原則上可合用電壓互感

31、器（TV），對(duì)電量計(jì)費(fèi)、功率總加等有精度要求的量可接量測(cè)電流互感器（TA），供監(jiān)測(cè)用的量可合用保護(hù)TA；（6）變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先采用交流采樣技術(shù)，減輕TA，TV的負(fù)載，提高測(cè)量精度，簡(jiǎn)化控制屏，由計(jì)算機(jī)承擔(dān)信號(hào)監(jiān)視功能，使任一信息做到一次采集、多次使用，提高信息的實(shí)時(shí)性、可靠性，節(jié)省占地空間，減少屏距，二次電纜和設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)工作量。3 110kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體方案3.1 變電站規(guī)模概況主變：SFSZ8-2*31500kVA(110/35/10kV三圈有載調(diào)壓變壓器)，本期上一臺(tái)，中性點(diǎn)運(yùn)行方式為110kV直接接地，35kV經(jīng)消弧圈接地，10kV不接地。進(jìn)出線：110kV

32、饋線3回，本期2回，配電裝置選擇常規(guī)設(shè)備，戶外中型布置，開(kāi)關(guān)為六氟化硫斷路器，單母分段；35kV饋線6回，本期4回，配電裝置選擇常規(guī)設(shè)備，戶外中型布置，開(kāi)關(guān)為六氟化硫斷路器，雙母線接線；10kV饋線12回，本期6回，配電裝置為戶內(nèi)開(kāi)關(guān)柜，開(kāi)關(guān)為真空斷路器，單母分段接線。所用電：S7-100/35一臺(tái)，SC-50/10一臺(tái)，本期都上，低壓側(cè)備用自投。直流系統(tǒng)：智能型產(chǎn)品，有數(shù)據(jù)通訊接口，帶一組免維護(hù)蓄電池的220V直流系統(tǒng)。圖3.1 系統(tǒng)主接線圖3.2 變電站保護(hù)配置 根據(jù)電力行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，及本變電站的規(guī)模、裝機(jī)容量等相關(guān)信息，決定給本變電站選用以下保護(hù)配置。主變部分保護(hù)配置：(1) 間斷角

33、原理閉鎖的比率差動(dòng)保護(hù)；(2) 差動(dòng)速段保護(hù)；(3) 主變瓦斯保護(hù)；(4) 復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流保護(hù)；(5) 間隙零序電流保護(hù)；(6) 零序電壓保護(hù)；(7) 過(guò)負(fù)荷保護(hù)；(8) 10kV側(cè)定時(shí)過(guò)流保護(hù)。110kV線路保護(hù)配置：(1) 設(shè)有光纖閉鎖高頻距離保護(hù)，后備保護(hù)為三段式相間距離，三段式接地距離、四段式零序方向保護(hù)，并具有同期三相一次重合閘功能；(2) 110kV母線電壓并列裝置，可在就地或遠(yuǎn)方實(shí)現(xiàn)TV并列或分開(kāi)運(yùn)行。35kV母線分段保護(hù)配置：(1) 限時(shí)速切保護(hù)；(2) 定時(shí)過(guò)流保護(hù)。 35kV出線保護(hù)配置：(1) 電流速斷保護(hù)；(2) 限時(shí)速切保護(hù)；(3) 定時(shí)過(guò)流保護(hù)；(4) 三相一次自

34、動(dòng)重合閘；(5) 低周減載。10kV母線分段保護(hù)配置：定時(shí)過(guò)流保護(hù)。10KV出線保護(hù)配置：(1) 限時(shí)速切保護(hù)；(2) 定時(shí)過(guò)流保護(hù)；(3) 三相一次自動(dòng)重合閘；(4) 低周減載。3.3 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本套變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)按無(wú)人值班站設(shè)計(jì), 采用面向間隔的分層分布式模塊化結(jié)構(gòu), 擴(kuò)展方便，系統(tǒng)具有很好的可擴(kuò)展性和維護(hù)性，適合在各種電壓等級(jí)的變電站中應(yīng)用，而且在高壓變電站中應(yīng)用將合理，經(jīng)濟(jì)效益更好，最大限度地壓縮了二次設(shè)備及電纜，節(jié)省投資，整個(gè)系統(tǒng)分為2層: 站級(jí)層和間隔層。3.3.1. 系統(tǒng)的構(gòu)建110kV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.2所示： 圖3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（1） 間隔

35、層的構(gòu)成及功能間隔層由各種保護(hù)裝置和智能設(shè)備構(gòu)成，他們都具有485接口。主變保護(hù)屏、線路保護(hù)屏、母差保護(hù)屏等保護(hù)裝置通過(guò)屏蔽雙絞線接入智能通訊裝置。他們主要完成各種模擬量的采集，比如電壓、電流、有功電度、無(wú)功電度等；遙信量的采集，比如斷路器位置、地刀位置、變壓器溫度等和完成各種保護(hù)控制功能。（2）變電站層的構(gòu)成及功能變電站層由一臺(tái)工程師站和一臺(tái)后臺(tái)監(jiān)控機(jī)構(gòu)成了雙機(jī)熱備的后臺(tái)結(jié)構(gòu)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與以太網(wǎng)相連。后臺(tái)監(jiān)控機(jī)負(fù)責(zé)與通訊管理機(jī)的數(shù)據(jù)交換，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，并根據(jù)需要存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)接收工作站的指令，根據(jù)工作站的要求傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。同時(shí)還提供系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理功能。工程師站完成綜合自

36、動(dòng)化系統(tǒng)所要求的人機(jī)界面功能。提供遙測(cè)、遙信、遙脈數(shù)據(jù)、接線圖、曲線的顯示；實(shí)現(xiàn)遙控、遙調(diào)、召喚查看修改保護(hù)定值及保護(hù)壓板投退，并對(duì)執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行監(jiān)視；事故時(shí)聲光報(bào)警；查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)，查看、打印報(bào)表；查詢(xún)、分析故障數(shù)據(jù)等功能。通訊管理機(jī)在這里起到了承上啟下的作用，具備多種通訊規(guī)約的并發(fā)采集與轉(zhuǎn)發(fā)功能，可以從通訊規(guī)約級(jí)實(shí)現(xiàn)串口（包括RS232/485/422）、以太網(wǎng)等通訊網(wǎng)絡(luò)的相互轉(zhuǎn)換，與其它設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換，同時(shí)完成各個(gè)網(wǎng)絡(luò)上所有測(cè)量、控制、保護(hù)、信號(hào)等數(shù)據(jù)匯總工作。（3）通訊系統(tǒng)方案變電站從控制層次和對(duì)象上可以可分變電站層和間隔層二級(jí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)也采用二級(jí)分層

37、分布式網(wǎng)絡(luò)。變電站層通訊網(wǎng)由于信息流量大、開(kāi)放性要求高故采用以太網(wǎng)。通訊媒介采用光纖或電纜雙絞線、同軸電纜，通信網(wǎng)的通訊媒介占用控制方式采用載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)（CSMA/CD）方式，采用TCP/IP通信協(xié)議。間隔層通訊網(wǎng)由于信息流量較小、通信速率要求不高、投資費(fèi)用要求低，故采用485網(wǎng)絡(luò)，通訊媒介采用光纖或屏蔽電纜，通信網(wǎng)的通訊媒介占用控制方式為主從問(wèn)答方式，通信規(guī)約采用103通信規(guī)約。3.4 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)功能變電站自動(dòng)化需完成的功能大概有63種，歸納起來(lái)可分為以下幾種功能組：控制、監(jiān)視功能；自動(dòng)控制功能；測(cè)量表記功能；繼電保護(hù)功能；與繼電保護(hù)有關(guān)功能；接口功能；系統(tǒng)功能。綜合我國(guó)

38、的情況，具體來(lái)說(shuō)，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能體現(xiàn)在下述5個(gè)子系統(tǒng)的功能中。3.4.1 監(jiān)控系統(tǒng)的功能 監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)取代常規(guī)的測(cè)量系統(tǒng)，取代指針式儀表；改變常規(guī)的操作機(jī)構(gòu)和模擬盤(pán)，取代常規(guī)的告警、報(bào)警、中央信號(hào)、光字牌等；取代常規(guī)的遠(yuǎn)動(dòng)裝置等等。總之，其功能應(yīng)包括以下幾部分內(nèi)容（1）數(shù)據(jù)采集 變電站的數(shù)據(jù)包括：模擬量、開(kāi)關(guān)量和電能量模擬量的采集。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(wú)功功率，主變壓器電流、有功功率和無(wú)功功率，電容器的電流、無(wú)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。此外，模擬量還有主變壓器油溫、直流電源電壓、站用變壓器電壓等。對(duì)模擬

39、量的采集，有直流采樣和交流采樣兩種方式。開(kāi)關(guān)量的采集。變電站的開(kāi)關(guān)量有：斷路器的狀態(tài)、隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)、有載調(diào)壓變壓器分接頭的位置、同期檢測(cè)的狀態(tài)、繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、運(yùn)行告警信號(hào)等。這些信號(hào)都以開(kāi)關(guān)量的形式，通過(guò)光電隔離電路輸入至計(jì)算機(jī)。電能計(jì)量。電能計(jì)量即指對(duì)電能（包括有功電能和無(wú)功電能）的采集。下面介紹兩種測(cè)量的方法。a. 電能脈沖計(jì)量法。這種方法的實(shí)質(zhì)是傳統(tǒng)的感應(yīng)式的電能表與電子技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，即對(duì)原來(lái)感應(yīng)式的電能表加以改造，使電能表轉(zhuǎn)盤(pán)每轉(zhuǎn)一圈便輸出一個(gè)或兩個(gè)脈沖，用輸出的脈沖數(shù)代替轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，計(jì)算機(jī)可以對(duì)這個(gè)輸出脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，將脈沖數(shù)乘以標(biāo)度系數(shù)，便得到電能量。b. 軟件計(jì)算方法。

40、軟件計(jì)算方法并非不需要任何硬件設(shè)備，其實(shí)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(guò)軟件計(jì)算出有功電能和無(wú)功電能。（2）事件順序記錄SOE 事件順序記錄SOE包括斷路器跳合閘記錄、保護(hù)動(dòng)作順序記錄。微機(jī)保護(hù)或監(jiān)控系統(tǒng)采集環(huán)節(jié)必須有足夠的內(nèi)存，能存放足夠數(shù)量或足夠長(zhǎng)時(shí)間段的事件順序記錄，確保當(dāng)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)或遠(yuǎn)方集中控制主站通信中斷，不丟失事件信息，并記錄事件發(fā)生的時(shí)間。（3）故障記錄、故障錄波和測(cè)距 故障錄波與測(cè)距。110kV及以上的重要輸電線路距離長(zhǎng)、發(fā)生故障影響大，必須盡快找出故障點(diǎn)，以便縮短修復(fù)時(shí)間，盡快恢復(fù)供電，減少損失。設(shè)置故障錄波和故障測(cè)距是解決此問(wèn)題的最好途徑。變電站的故障

41、錄波和測(cè)距可采用兩種方法實(shí)現(xiàn)，一是由微機(jī)保護(hù)裝置兼作故障記錄和測(cè)鋸，再將記錄和測(cè)距的結(jié)果送監(jiān)控機(jī)存儲(chǔ)及打印輸出或直接送調(diào)度主站；另一種方法是采用專(zhuān)用的微機(jī)故障錄波器，并且故障錄波器應(yīng)具有串行通信功能，可以與監(jiān)控系統(tǒng)通信。故障記錄。故障記錄是記錄繼電保護(hù)動(dòng)作前后與故障有關(guān)的電流量和母線電壓。對(duì)于大量中、低壓變電站，沒(méi)有配備專(zhuān)門(mén)的故障錄波裝置，而10kV出線數(shù)量大、故障率高，在監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置了故障記錄功能，對(duì)分析和掌握情況、判斷保護(hù)動(dòng)作是否正確很有益處。（4）操作控制功能 無(wú)論是無(wú)人值班還是少人值班變電站，操作人員都可以通過(guò)CRT屏幕對(duì)斷路器和隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行投、切控制，同時(shí)要能接受遙控操作命令，進(jìn)行

42、遠(yuǎn)方操作；為防止計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障時(shí)無(wú)法操作被控設(shè)備，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保留人工直接跳、合閘手段。（5）安全監(jiān)視功能 監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)采集的電流、電壓、主變壓器溫度、頻率等量，要不斷的進(jìn)行越限監(jiān)視，如發(fā)現(xiàn)越限，立刻發(fā)出告警信號(hào)，同時(shí)記錄和顯示越限時(shí)間和越限值，另外，還要監(jiān)視保護(hù)裝置是否失電，自控裝置是否正常等。（6）人機(jī)聯(lián)系功能人機(jī)聯(lián)系橋梁。CRT 顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤(pán)。操作人員或調(diào)度員只要面對(duì)CRT顯示器的屏幕，通過(guò)操作鼠標(biāo)或鍵盤(pán)，就可以對(duì)全站的運(yùn)行情況和運(yùn)行參數(shù)一目了然，可以對(duì)全站的斷路器和隔離開(kāi)關(guān)等進(jìn)行分、合操作，徹底改變了傳統(tǒng)的依靠指針式儀表和依靠模擬屏或操作屏等手段的操作方式。CRT顯示

43、畫(huà)面的內(nèi)容。歸納起來(lái)，顯示的內(nèi)容有：采集和計(jì)算的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)；實(shí)時(shí)主接線圖；事件順序記錄；越限報(bào)警顯示；值班記錄顯示；歷史趨勢(shì)顯示；保護(hù)定值和自控裝置的設(shè)定顯示；其他（故障記錄顯示、設(shè)備運(yùn)行狀況顯示）輸入數(shù)據(jù)。變電站投入運(yùn)行后，隨著送電量的變化，保護(hù)定值、越限值等需要修改，甚至由于負(fù)荷的增長(zhǎng)，需要更換原有的設(shè)備。因此在人機(jī)聯(lián)系中，必須有輸入數(shù)據(jù)的功能。（7）打印功能 對(duì)于有人值班的變電站，監(jiān)控系統(tǒng)可以配備打印機(jī)，完成下列記錄功能：定時(shí)打印報(bào)表和日志；開(kāi)關(guān)操作記錄打??；事件順序記錄打??；越限打?。徽賳敬蛴?；抄屏打??；事故追憶打印。（8）數(shù)據(jù)處理與記錄功能 歷史數(shù)據(jù)的形成和存儲(chǔ)是數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容

44、。此外，為滿足繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)和變電站管理的需要，必須進(jìn)行一些數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，其內(nèi)容包括：主變和輸電線路有功功率和無(wú)功功率每天的最大值和最小值以及相應(yīng)的時(shí)間；母線電壓每天定時(shí)記錄的最高值和最低值以及相應(yīng)的時(shí)間；計(jì)算受配電電能平衡率；統(tǒng)計(jì)斷路器動(dòng)作次數(shù)；斷路器切除故障電流和跳閘次數(shù)的累計(jì)數(shù)；控制操作和修改定值記錄。(9)諧波分析與監(jiān)視 目前，諧波污染已經(jīng)成為電力系統(tǒng)的公害之一。、因此，在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中，要重視對(duì)諧波含量的分析和監(jiān)視。對(duì)諧波污染嚴(yán)重的變電站采取適當(dāng)?shù)囊种拼胧?，降低諧波含量，是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。3.4.2 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的功能 微機(jī)保護(hù)應(yīng)包括全站主要設(shè)備和輸電線路的全套保護(hù)，具體有：高壓輸

45、電線路的主保護(hù)和后備保護(hù)；主變壓器的主保護(hù)和后備保護(hù)；無(wú)功補(bǔ)償電容器組的保護(hù)；母線保護(hù)；配電線路的保護(hù)；不完全接地系統(tǒng)的單相接地選線。3.4.3 電壓、無(wú)功綜合控制系統(tǒng)的功能 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)必需具有保證安全、可靠供電和提高電能質(zhì)量的自動(dòng)控制功能。電壓和頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，因此電壓、無(wú)功綜合控制也是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。4 110kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信4.1 概述數(shù)據(jù)通信的內(nèi)容很廣，計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、一個(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)內(nèi)部各部件間、CPU與存儲(chǔ)器、硬盤(pán)及人機(jī)接口設(shè)備之間的信息交換都是數(shù)據(jù)信息的范疇。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是多臺(tái)微機(jī)組成的分級(jí)分布式

46、的控制系統(tǒng)，包括微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)、電能質(zhì)量自動(dòng)裝置等多個(gè)子系統(tǒng)。在各子系統(tǒng)中，往往又由多個(gè)智能模塊組成。例如：微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)中，有變壓器保護(hù)、電容器保護(hù)和各種線路保護(hù)等。因此在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部，必須通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)內(nèi)部和各子系統(tǒng)間的信息交換和實(shí)現(xiàn)信息共享，以減少變電站二次設(shè)備的重復(fù)配置和簡(jiǎn)化各子系統(tǒng)間的互連，既減少重復(fù)投資，又提高了整體的安全性，這是常規(guī)的變電站的二次設(shè)備所不能實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。另一方面，變電站是電力系統(tǒng)中電能傳輸、交換、分配的重要環(huán)節(jié)，它集中了變壓器、開(kāi)關(guān)、無(wú)功補(bǔ)償?shù)劝嘿F設(shè)備。因此，對(duì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性、抗干擾能力、工作靈活性和可擴(kuò)展性要求很高，尤其是在

47、無(wú)人值班變電站中，不僅要求綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中所采集的測(cè)量信息、各斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的狀態(tài)信息、繼電保護(hù)動(dòng)作信息、各環(huán)節(jié)的故障信息及時(shí)上報(bào)控制中心，同時(shí)，也要接受和執(zhí)行控制中心下達(dá)的各種操作和調(diào)控命令。因此，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，包括兩方面的內(nèi)容：一是綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)間的信息交換；另一個(gè)是變電站與控制中心間的通信。4.2 110kV變電站數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的通信內(nèi)容及特點(diǎn)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)完成以下功能：(1)和上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)通信和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；(2)通信規(guī)約的轉(zhuǎn)換，并適應(yīng)多種通信規(guī)約；(3)數(shù)據(jù)傳輸通道故障統(tǒng)計(jì)和報(bào)警；(4)數(shù)據(jù)傳輸具備上下行雙向通道。4.2.1通信內(nèi)容

48、(1) 間隔層單元的信息通訊內(nèi)容 在一個(gè)間隔層內(nèi)部相關(guān)的功能模塊間，有繼電保護(hù)和控制、監(jiān)視、測(cè)量之間的數(shù)據(jù)交換。不同間隔層之間的數(shù)據(jù)交換，有主、后備繼電保護(hù)工作狀態(tài)、相關(guān)保護(hù)動(dòng)作閉鎖等信息的交換。(2)間隔層與變電站層的通信內(nèi)容測(cè)量及狀態(tài)信息：正常及事故情況下的測(cè)量值和計(jì)算值，斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、主變分接頭位置、各間隔層運(yùn)行狀態(tài)、保護(hù)動(dòng)作信息等。操作信息：斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的分、合閘命令，主變分接頭位置的調(diào)節(jié)、自動(dòng)裝置的投入與退出等。參數(shù)信息：微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)裝置的整定值等。另外，還有變電站層的不同設(shè)備之間的通信，要根據(jù)各設(shè)備的任務(wù)和功能特點(diǎn)，傳輸所需要的測(cè)量信息、狀態(tài)信息和操作命令等。(3)變電站

49、層與上級(jí)調(diào)度的通信內(nèi)容綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有與控制中心的通信功能，不另設(shè)獨(dú)立的遠(yuǎn)動(dòng)裝置，由綜自系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)執(zhí)行遠(yuǎn)動(dòng)功能，把所相關(guān)信息傳送到上級(jí)調(diào)度中心，同時(shí)，接受上級(jí)調(diào)度的數(shù)據(jù)和控制命令。該110kV變電站可通過(guò)通信系統(tǒng)向遠(yuǎn)方調(diào)度中心上傳各種遙測(cè)、遙信、遙脈數(shù)據(jù)，并可接受上級(jí)發(fā)送的遙控命令。4.2.2 通信的特點(diǎn)與要求(1)通信網(wǎng)絡(luò)的要求：由于數(shù)據(jù)通信在綜自系統(tǒng)內(nèi)的重要性，經(jīng)濟(jì)、可靠的數(shù)據(jù)通信成為系統(tǒng)的技術(shù)核心，由于變電站特殊環(huán)境和綜合自動(dòng)化的要求，使變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)和要求。快速的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力：變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)要及時(shí)地傳輸現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息和操作控制信息

50、。在電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳送都有嚴(yán)格的實(shí)行性指標(biāo)要求，因此網(wǎng)絡(luò)必須很好地保證數(shù)據(jù)通信的實(shí)時(shí)性；很好的可靠性：電力系統(tǒng)是連續(xù)運(yùn)行的，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)也必須連續(xù)運(yùn)行，通信網(wǎng)絡(luò)的故障和非正常工作會(huì)影響整個(gè)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行，設(shè)計(jì)不合理的系統(tǒng)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐稍O(shè)備和人身事故、造成很大的損失，因此變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通信必須保證很高的可靠性；優(yōu)良的電磁兼容性能：變電站是一個(gè)具有強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境，存在電源、雷擊、跳閘等強(qiáng)電磁干擾和地電位差干擾，通信環(huán)境惡劣，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)必須注意采取相應(yīng)的措施消除這些干擾的影響；分層式結(jié)構(gòu)：這是由整個(gè)系統(tǒng)的分層分布式結(jié)構(gòu)決定的，也只有實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的分層，才能實(shí)現(xiàn)整

51、個(gè)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的分層分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的各層次又具有特殊的應(yīng)用條件和性能要求，因此每一層都要有合適的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。(2)信息傳輸響應(yīng)速度的要求：不同類(lèi)型特性的信息要求傳送的時(shí)間差異很大，具體內(nèi)容如下：經(jīng)常傳送的監(jiān)視信息：為監(jiān)控變電站的運(yùn)行狀態(tài)，需要傳輸母線電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、零序電壓、頻率等測(cè)量值，這類(lèi)信息需要經(jīng)常傳送，響應(yīng)時(shí)間需要滿足SCADA的要求，一般不宜大于1-2s；為計(jì)量用的信息，如有功電能量和無(wú)功電能量。這類(lèi)信息傳送的時(shí)間可以較長(zhǎng)，傳送的優(yōu)先級(jí)可以較低；為刷新變電站層的數(shù)據(jù)庫(kù)，需定時(shí)采集斷路器的狀態(tài)信息，繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置投入和退出的工作狀態(tài)信息，可采用

52、定時(shí)招喚方式，刷新數(shù)據(jù)庫(kù)；為監(jiān)控變電站的電氣設(shè)備的安全運(yùn)行所需要的信息，例如變壓器、避雷器等的狀態(tài)信息。突發(fā)事件產(chǎn)生的信息：系統(tǒng)發(fā)生事故的情況下，需要快速響應(yīng)的信息，例如：事故時(shí)斷路器的位置信號(hào)，這種信號(hào)要求傳輸時(shí)延最小，優(yōu)先級(jí)最高；正常操作時(shí)的狀態(tài)變化信息要求立即傳送，傳輸響應(yīng)時(shí)間要小，自動(dòng)裝置和保護(hù)裝置的投入和退出信息，要及時(shí)傳送；故障情況下，繼電保護(hù)動(dòng)作的狀態(tài)信息和SOE作為事故后分析事故之用，不需要立即傳送，待事故處理完再送即可；故障發(fā)生時(shí)的故障錄波，帶時(shí)標(biāo)的擾動(dòng)記錄的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)量大，傳輸占用時(shí)間較長(zhǎng)，不必立即傳送。4.3 間隔層與變電站層之間的串行通信系統(tǒng)在該110kV變電站綜合

53、自動(dòng)化系統(tǒng)的間隔層與變電站層之間的通信，主要是使用RS485串行通信。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的各個(gè)測(cè)量單元、自動(dòng)裝置和保護(hù)單元中，也常配有RS485總線接口，以便聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布系統(tǒng)，如圖4.1。串行通信在數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約“開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）參考模型”的七層結(jié)構(gòu)中屬于物理層。主要解決的是建立、保持和拆除數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備（DCE）之間的數(shù)據(jù)鏈路規(guī)約。圖4.1 通訊網(wǎng)絡(luò)圖4.3.1 RS485總線簡(jiǎn)介RS485適用于多個(gè)點(diǎn)之間共用一對(duì)線在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)遠(yuǎn)程通信時(shí)。當(dāng)發(fā)送使能端未高電平時(shí)發(fā)送器可以發(fā)送數(shù)據(jù)，為低電平時(shí)，發(fā)送器的兩個(gè)輸出端都呈現(xiàn)高阻態(tài)，此節(jié)點(diǎn)就從總線上脫離，好像斷開(kāi)一樣。RS4

54、85總線標(biāo)準(zhǔn)采用一對(duì)平衡差分信號(hào)線，工作于半雙工方式，由于同一對(duì)信號(hào)線在同一時(shí)間內(nèi)只允許驅(qū)動(dòng)器工作，因此在RS485系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)器均通過(guò)使能端進(jìn)行控制，使系統(tǒng)在同一時(shí)刻只有一個(gè)發(fā)送者?？偩€采用差分平衡傳輸方式進(jìn)行信號(hào)傳輸，能有效地抑制遠(yuǎn)距離傳輸中的噪聲干擾。RS485的使用，可節(jié)約信號(hào)線，僅采用一對(duì)雙絞線，同時(shí)可高速遠(yuǎn)距離傳送，傳送距離達(dá)1.2km，它的傳輸速率與距離成反比，在很短的距離下（12m以?xún)?nèi)）達(dá)到10Mbps，在1.2km時(shí)傳輸速率為100bps。RS485是工業(yè)界使用最為廣泛的雙向、平衡傳輸線標(biāo)準(zhǔn)接口，它以半雙工方式通信，支持多個(gè)接點(diǎn)，允許創(chuàng)建多達(dá)32個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，具有傳輸距離遠(yuǎn)（

55、最大傳輸距離為1200m）傳輸速率快等優(yōu)點(diǎn)。用于多站互聯(lián)時(shí)，便于組建成本低廉、可靠性高及分布范圍較大的總線網(wǎng)絡(luò)。4.3.2 基于RS485的串行通信系統(tǒng)鑒于RS485通信傳輸距離較遠(yuǎn)，成本低，且使用廣泛，技術(shù)成熟，性能可靠，因此在該110kV變電站通信也予采用。系統(tǒng)間隔層與變電站層之間的通信，以變電站層單元作為上位機(jī)，下位機(jī)為各間隔單元組成，上位機(jī)與下位機(jī)之間通過(guò)RS485總線連接，采用串行通信，進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)傳輸。上位機(jī)RS232串行口通過(guò)RS232/485轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為RS485總線，各間隔單元通過(guò)各自的RS485接口連接到總線上。間隔層單元作為通信的下位機(jī)，除了完成本機(jī)的數(shù)據(jù)輸入、存儲(chǔ)、處

56、理及顯示，還要與變電站層單元進(jìn)行通信，每個(gè)單元設(shè)有自己唯一的地址，一切通信受上位機(jī)的控制。變電站層單元的主要通信功能為讀取下位機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析和處理，發(fā)送數(shù)據(jù)給下位機(jī)。4.3.3數(shù)據(jù)通信規(guī)約傳輸規(guī)約IEC60870-5-103繼電保護(hù)設(shè)備信息接口配套標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)際電工委員會(huì)TC57技術(shù)委員會(huì)(電力系統(tǒng)控制和通信技術(shù)委員會(huì))出版,我國(guó)將其等同采用作為電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn):DL/T667-1999 IEC 60870-5-103:1997,已于1999年10月1日正式實(shí)施。IEC 60870-5-103規(guī)約(以下簡(jiǎn)稱(chēng)103規(guī)約)是用于控制系統(tǒng)與繼電保護(hù)設(shè)備信息交換中的繼電保護(hù)設(shè)備的信息接口配套標(biāo)準(zhǔn),傳送的信息主要為繼電保護(hù)的相關(guān)信息。標(biāo)準(zhǔn)的推出,在實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化的過(guò)程中,使得變電站內(nèi)一個(gè)控制系統(tǒng)的不同繼電保護(hù)設(shè)備和各種裝置達(dá)到互換,提高了繼電保護(hù)設(shè)備的安全性,有利于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)不同繼電保護(hù)設(shè)備和控制系統(tǒng)之間互聯(lián)。4.3.4數(shù)據(jù)通信的傳輸方式(1)并行數(shù)據(jù)通信與串行數(shù)據(jù)通信。 并行傳輸指利用多條數(shù)據(jù)傳輸線以字節(jié)為單位或以字為單位同時(shí)傳送數(shù)據(jù)，它的特點(diǎn)是傳輸速度快，適用于短距離通信(通常10m)，要求通信速率較高的應(yīng)用場(chǎng)合。早期的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，受通