變電站綜合自動化的研究與設計

畢業(yè)設計（論文）題目變電站綜合自動化的研究與設計班級姓名指導教師摘要隨著高新技術的發(fā)展和應用，對電能質量和供電可靠提出了新的要求，高壓、超高壓變電站的控制和保護系統(tǒng)必須適應這種新形勢，因此，改善電網(wǎng)結構，提高供電能力與可靠性以及綜合自動化程度，以滿足日益增長的社會需求是電力企業(yè)的首要目標。變電站綜合自動化系統(tǒng)是在計算機和網(wǎng)絡通信技術基礎上發(fā)展起來的，在我國近幾年發(fā)展迅速，產(chǎn)品的更新?lián)Q代及定型也越來越快。從這幾年應用和實踐看，變電站綜合自動化給變電站設計安裝、調(diào)試和運行、維護、管理等方面都帶來了一系列自動化技術的變革。但是，目前國內(nèi)還沒有出臺變電站綜合自動化系統(tǒng)的詳細要求和制造標準，國內(nèi)市場上變電站綜合自動化產(chǎn)品的類型及系統(tǒng)結構也各不相同，因此，選擇一種理想的自動化系統(tǒng)，合理組態(tài)是工程設計和應用的重點。本文通過對一重點電力工程的全過程設計，提出了一系列滿足現(xiàn)場實際和工程需要的技術要求，分析了變電站綜合自動化所具備的功能以及發(fā)展過程和方向，在對市場和產(chǎn)品充分調(diào)研下，提出了基于總線型的分散分布式綜合自動化系統(tǒng)是一種比較成熟和實用的系統(tǒng)，并進行了合理選型和組態(tài)，改良了產(chǎn)品中不符合現(xiàn)場需要的部分，完成了該變電站綜合自動化系統(tǒng)的設計和實施。關鍵詞：變電站綜合自動化，通信協(xié)議，微機保護，硬件配置。目錄目錄 3第1章緒論 51.1變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究 51.1.1變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究意義 51.1.2變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 61.2國外變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展 71.3我國變電站綜合自動化技術的發(fā)展 71.4變電站實現(xiàn)綜合自動化的優(yōu)越性 81.5變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展前景 81.6小結 8第2章變電站綜合自動化系統(tǒng)的結構，功能與保護配置 92.1變電站綜合自動化系統(tǒng)的結構 92.1.1集中式綜合自動化系統(tǒng) 92.1.2分散式綜合自動化系統(tǒng) 102.1.3分布集中式綜合自動化系統(tǒng) 112.1.4集中和分散結合式綜合自動化系統(tǒng) 112.2變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能 122.2.1監(jiān)測 122.2.2監(jiān)控 122.2.3遠傳 132.2.4保護 132.3變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件配置 132.3.1綜合自動化系統(tǒng)變電站主控室的結構分為三類 132.3.2硬件的配置原則 152.3.3變電站綜合自動化系統(tǒng)微機保護的硬件結構 162.4小節(jié) 19第3章繼電保護設備和綜自設備的設置 203.135KV開關柜智能保護單元 203.210KV開關柜智能保護單元 203.2.1變壓器后備保護 203.2.2電容器保護 213.2.3配電變壓器保護 263.2.4饋線保護 273.2.5備自投保護 273.2.6測控及自檢功能的配置 273.3小結 28第4章變電站綜合自動化設計 294.1變電站自動化的功能設計原理 304.1綜合自動化變電所調(diào)試 38第1章緒論1.1變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究1.1.1變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究意義電力系統(tǒng)變電站的安全，可靠和經(jīng)濟運行再很大程度上依賴于變電站繼電保護，控制和監(jiān)控技術的完善程度以及它們的可靠性，技術特性指標和經(jīng)濟性等多方面的因素。計算機技術的發(fā)展，推動了電力系統(tǒng)計算機自動化技術的發(fā)展，變電站綜合自動化技術也日趨完善。它為調(diào)度中心提供了廠站端的運行情況，通過控制操作和閉鎖，可以實現(xiàn)變電站當?shù)睾瓦h方的監(jiān)視和控制；為遠方的遙調(diào)，遙測，遙控，遙信和反事故措施提供了可靠的技術保障；無人職守的變電站提高了供電的可靠性又實現(xiàn)了減員增效。通過對變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究，對于電力系統(tǒng)的運行可靠，保護和控制以及對變電站的設計更加的合理，布局更加緊湊都有很重要的意義。變電站綜合自動化系統(tǒng)是一種以計算機為主，將變電站的一，二次設備經(jīng)過功能組合形成的標準化，模塊化，網(wǎng)絡化的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。變電站的綜合自動化，是將變電站的二次設備經(jīng)過功能的重新組合和優(yōu)化設計，利用先進的計算機技術，自動化技術和通信技術，實現(xiàn)對全變電站的主要設備和輸配電線路的自動監(jiān)視，測量，控制和微機保護，以及調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。變電站綜合自動化系統(tǒng)代替了常規(guī)的測量和監(jiān)視儀表，代替了常規(guī)控制屏，中央信號系統(tǒng)和遠動屏，用微機保護代替了常規(guī)的繼電保護屏，解決了常規(guī)的繼電保護裝置不能與外界通信的問題。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，可以方便的監(jiān)視和控制變電站內(nèi)的各種設備的運行和操作，它具有功能綜合化，結構微機化，操作監(jiān)視屏幕化，運行管理智能化等顯著特點。通過利用先進的綜合自動化技術，提高了供電質量，提高了電壓合格率，提高了變電站的安全可靠性和系統(tǒng)的運行管理水平，縮小了變電站占地面積，降低了造價，減少了總投資，減少了維護工作量，減少了值班員勞動強度。變電站綜合自動化系統(tǒng)是在計算機技術和網(wǎng)絡通信技術的基礎上發(fā)展起來的。與傳統(tǒng)的繼電保護相比較，微機保護具有許多優(yōu)點：（1）改善和提高了繼電保護的動作特性和性能，動作正確率高。（2）可以方便的擴充其他的輔助功能。（3）工藝結構條件優(yōu)越。體現(xiàn)在硬件比較通用，制造容易統(tǒng)一標準。（4）可靠性提高。（5）使用靈活方便。（6）可以進行遠方監(jiān)控。微機保護裝置具有串行通信功能，與變電所微機監(jiān)空系統(tǒng)的通信聯(lián)絡使微機保護具有遠方監(jiān)控特性。1.1.2變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢（1）保護監(jiān)控一體化這種方式在35KV及以下的電壓等級中已普遍采用，它的好處是功能按一次單元集中化，利于穩(wěn)定的進行信息采集以及對設備狀態(tài)進行控制。極大的提高了性能效率比。它的缺點是對運行的可靠性要求極高，任何形式的檢修維護都將迫使一次設備的停止。可靠性和穩(wěn)定性要求很高。(2)設備安裝就地化，戶外化綜合自動化裝置將和一次設備整合在一起，其電氣的抗干擾性能，設備抗熱，抗寒，抗雨雪，防腐蝕等各項環(huán)境指標將達到極高的地步。目前的綜合自動化裝置都是安裝在低電壓的中置柜上和室內(nèi)的開關室內(nèi)，戶外的僅是一些實現(xiàn)簡單功能的柱上設備。隨著高電壓等級的推廣，其設備都將就地安裝在戶外的端子箱上，對環(huán)境條件要求高。這種方式最終將帶來無人值班變電站沒有建筑小室或僅設一個控制小室，它最多也就是一臺控制顯示終端。這將極大的減少整個變電站的二次電纜，使變電站的建設簡化，快速，設備調(diào)試簡單。同時也極大的提高了變電站的運行穩(wěn)定性，可靠性。(3)人機操作界面接口統(tǒng)一化，運行操作無線化無人無建筑小室的變電站，變電運行人員如果在就地查看設備和控制操作，將通過一個手持式可視無線終端，邊監(jiān)視一次設備邊進行控制操作，所有相關的量化數(shù)據(jù)將顯示在可視無線終端上。(4)就地通訊網(wǎng)絡協(xié)議標準化強大的通訊接口能力，主要通訊部件雙備份冗余設計（雙CPU，雙電源等），采用光纖總線等等，使現(xiàn)代化的綜合自動化變電站的各種智能設備通過網(wǎng)絡組成一個統(tǒng)一的，互相協(xié)調(diào)工作的整體。(5)全站數(shù)據(jù)標準化變電站的智能監(jiān)控裝置將無電壓等級劃分，只是下載參數(shù)設置版本不同。全站統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一維護組態(tài)工具軟件，分類分單元下載參數(shù)設置數(shù)據(jù)。其實時運行數(shù)據(jù)庫可通過嚴密的安全防護措施與整個電力系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)連在一起(6)數(shù)據(jù)采集和一次設備一體化除了常規(guī)的電流電壓，有功無功，開關狀態(tài)等信息采集外，對一些設備的在線狀態(tài)檢測量化值，直接采集到監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫中。高技術的智能化開關。光電式電流電壓互感器的應用，必將給數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)帶來全新的模式。1.2國外變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展70年代末80年代初，國外開始了對于ISA技術的研究，這是由于電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，要求電網(wǎng)及變電站的控制和保護系統(tǒng)必須運行安全、可靠、經(jīng)濟。因此，各級調(diào)度中心需要更多的信息，以便及時掌握電網(wǎng)及變電站的運行情況。同時，采用無人值班管理模式，進行遠方控制，減少人為誤操作的可能性，提高運行可靠性，降低變電站的造價和運行維護費用。

隨著微處理器技術、計算機網(wǎng)絡技術、數(shù)字通信技術的發(fā)展，人們可以利用現(xiàn)代先進的技術和設備來組成一個自動化的控制和保護系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)二次設備模式，做到設備簡化，信息共享，減少變電站的造價和運行維護費用。世界發(fā)達國家率先研制出成熟系統(tǒng)，并推廣應用，大大提高了變電站管理的自動化水平，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟運行。目前，日本日立、三菱、東芝公司，德國西門子公司（SIEMENS）、AEG公司，瑞士ABB公司，美國通用電氣公司（GE）、西屋電氣公司（Westinghouse），法國阿爾斯通公司（ALSTHOM），瑞士Landis&Gyr公司等國際著名大型電氣設備制造公司都開發(fā)和生產(chǎn)了變電站綜合自動化系統(tǒng)（或稱保護與控制一體化裝置），并取得了較為成熟的運行經(jīng)驗1.3我國變電站綜合自動化技術的發(fā)展我國變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展階段：變電站內(nèi)二次設備傳統(tǒng)按功能可分為五類：繼電保護，自動裝置,故障錄波，當?shù)乇O(jiān)控和遠動。五大類產(chǎn)品的不斷發(fā)展及其功能相互滲透，推動了變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展，產(chǎn)生了多種多樣的系統(tǒng)模式，按系統(tǒng)模式出現(xiàn)的時間順序可將變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展分為三個階段：第一階段：面向功能設計的集中式RTU加常規(guī)繼電保護模式

80年代是以RTU為基礎的遠動裝置及當?shù)乇O(jiān)控為代表。該類系統(tǒng)是在常規(guī)的繼電保護及二次接線基礎上增設RTU裝置，功能主要為完成與遠方調(diào)度主站通信實現(xiàn)“四遙”(遙測，遙信，遙調(diào)，遙控)，繼電保護及自動裝置與系統(tǒng)聯(lián)結采用硬接點狀態(tài)接入。此類系統(tǒng)特點是功能簡單，整體性能指標較低，系統(tǒng)聯(lián)結復雜，不便于運行管理與維護，為自動化系統(tǒng)的初級階段。第二階段：面向功能設計的分布式測控裝置加微機保護模式

90年代初期，微機保護及按功能設計的分布測控裝置得以廣泛應用，保護與測控裝置相對獨立，通過通信管理單元能夠將各自信息送到當?shù)乇O(jiān)控計算機或調(diào)度主站。此類系統(tǒng)的出現(xiàn)是由于當時國內(nèi)電力系統(tǒng)保護和遠動分屬于不同部門和專業(yè)，另外對繼電保護與測控裝置在技術上如何融和沒有達成一致的認識，故相當一部分尤其是110KV及以下電壓等級自動化系統(tǒng)采用此類模式。該模式?jīng)]有做到面向對象設計，信息共享程度不高，另外系統(tǒng)的二次電纜互聯(lián)較多，擴展性不好，不利于運行管理和維護。第三階段：面向間隔和對象(object-oriented)的分層分布式結構模式

90年代中期，隨著計算機技術、網(wǎng)絡和通信技術的飛速發(fā)展，行業(yè)內(nèi)對計算機保護與測控技術不斷爭論和探討達成了一致的認識，采用面向設備或間隔為對象設計的保護及測控單元，采用分層分布式的系統(tǒng)結構，形成了真正意義上的分層分布式自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)特點是針對110KV以下電壓等級的設備或間隔采用保護測控一體化設計的裝置，針對110KV及以上電壓等級的設備或間隔采用繼電保護裝置與測控裝置分別獨立設計但共同組屏的原則，故障錄波功能下放至各間隔或設備的繼電保護裝置中去，采用先進的網(wǎng)絡通信技術，系統(tǒng)配置靈活，擴展方便，非常方便運行管理和維護。1.4變電站實現(xiàn)綜合自動化的優(yōu)越性（1）提高供電質量，提高電壓合格率（2）提高變電站的安全，可靠運行水平。（3）減少維護工作時間，減少值班人員的勞動強度，并達到減員增效（4）縮小變電站占地面積，減少總投資。5：提高電力系統(tǒng)的運行管理水平1.5變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展前景隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，電力工業(yè)作為很重要的國家戰(zhàn)略企業(yè)，十分重視電力系統(tǒng)綜合自動化技術的發(fā)展，實現(xiàn)變電站綜合自動化，這是電力工業(yè)發(fā)展的趨勢。對電力技術的發(fā)展來說，具有重要的意義，也是電力工業(yè)發(fā)展的顯著標志。雖然變電站綜合自動化技術在80年代后才被開發(fā)應用。但由于在技術性能上的潛在能力，必將被廣泛的應用于祖國各個城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)中。應用前景十分的巨大。1.6小結本章先是介紹了什麼是電力系統(tǒng)綜合自動化，以及變電站綜合自動化系統(tǒng)研究的意義和發(fā)展趨勢。下來介紹了國內(nèi)外變電站綜合自動化的發(fā)展過程和巨大的前景應用。第2章變電站綜合自動化系統(tǒng)的結構，功能與保護配置2.1變電站綜合自動化系統(tǒng)的結構變電站綜合自動化系統(tǒng)的組成在結構上主要可以分成：集中式，分布集中式，集中和分散式，分散式四種。2.1.1集中式綜合自動化系統(tǒng)它是按功能要求配置相應的繼電保護裝置和遠動裝置并安裝在變電站的中央控制室內(nèi)。變壓器。各進出線以及其他電氣設備的運行狀態(tài)通過ct,pt，開關輔助觸點有電纜傳送到變電站的中央控制室的保護裝置和遠動裝置內(nèi)。經(jīng)初步處理后送到I/O通信控制器進行數(shù)據(jù)格式的變換，并將變電站所有保護，測量，信號和控制信息統(tǒng)一處理，與當?shù)氐暮笈_機和遠方調(diào)度中心進行信息交換。它的特點是將變電站中所有的信息統(tǒng)一集中處理，形成一個系統(tǒng)，并符合傳統(tǒng)的變電站運行模式。它實際上是微機保護和微機遠動的系統(tǒng)集成。缺點是組屏多，占地面積大，而且需要鋪設大量的電纜，投資量和工程量大，接線復雜，獨立單元較多，維護工作量大，運行不可靠。如圖所示：2.1.2分散式綜合自動化系統(tǒng)該系統(tǒng)按回路進行設計，每一個開關柜上或其他一次設備上就地安裝微機保護單元和單回路的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控單元，這樣不但可以節(jié)省大量的光電纜，同時也提高了抗干擾能力。微機保護單元和單回路的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控單元與I/O通信控制器相互之間用網(wǎng)絡電纜連接起來，僅做數(shù)據(jù)信息的傳送。分布式綜合自動化系統(tǒng)的優(yōu)點除了減少了大量的電纜，抗干擾能力增強，并大大的簡化了二次設備，減小了占地面積。缺點是運行時仍不是很穩(wěn)定。2.1.3分布集中式綜合自動化系統(tǒng)整個變電站的一，二次設備分為三層，變電站層，單元層和設備層。設備層為0層，單元層為1層，變電站層為2層。設備層主要是指變電站內(nèi)的變壓器，斷路器，隔離開關以及輔助接點，電流，電壓互感器等一次設備。單元層一般按斷路器間隔劃分，具有測量，控制部件或繼電保護部件。單元層本身是有各種不同的單元裝置組成，這些獨立的單元裝置直接通過局域網(wǎng)絡或串行總線與變電站層聯(lián)系，也有可能設有數(shù)據(jù)采集管理機或保護管理機，分別管理各測量，監(jiān)視單元和各保護單元，然后集中由數(shù)采管理機和保護管理機與變電站層通信。單元層本身就是兩級系統(tǒng)的結構。變電站層包括全站性的監(jiān)控主機，遠動通信機等。變電站層設現(xiàn)場總線或局域網(wǎng)，供各主機之間和監(jiān)控主機和單元層之間交換信息。變電站綜合自動化系統(tǒng)主要集中在單元層和變電站層。2.1.4集中和分散結合式綜合自動化系統(tǒng)隨著單片機技術和通信技術的發(fā)展，特別是現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)絡技術的應用，一種發(fā)展趨勢是按每個電網(wǎng)元件，比如一臺變壓器，一臺斷路器等為對象，集測量，保護，控制為一體，設計在同一機箱內(nèi)。至于高壓線路保護裝置和變壓器保護裝置，仍然可以按照集中組屏安裝在主控室內(nèi)。這種結構方式介于集中式和分散式之間。目前國內(nèi)應用較多的是分散式結構集中式組屏。這種結構方式具有分散式結構的全部優(yōu)點，并且由于采用了集中式組屏，有利于系統(tǒng)的設計，安裝以及維護管理。但是這種結構比較適合用于中低壓變電站。2.2變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能主要包括監(jiān)測，監(jiān)控，遠傳，保護四部分。2.2.1監(jiān)測綜合自動化系統(tǒng)通過對變電站的數(shù)據(jù)進行采集，處理，顯示和打印，使運行人員了解變電站的運行工況，并采取相應的措施。所采集的數(shù)據(jù)分為三大類：模擬量，開關量和脈沖量。(1)模擬量：變電站需要監(jiān)測的各種模擬量包括主變一次，二次和各線路的電流，各段母線及重要線路的電壓，各線路零序電流，母線零序電壓，主變溫度和室溫。(2)開關量：變電站內(nèi)需要監(jiān)測的各種開關量，包括各個開關，刀閘，變壓器分接頭，繼電保護動作信息，開關機構運行狀態(tài)，交直流電源運行狀態(tài)，各微機運行狀態(tài)等。(3)脈沖量：變電站需要監(jiān)測的各種脈沖量，包括線路，主變一次和二次的有功電度量和無功電度量，電容器的無功電度量，所用電的有功電度量等。2.2.2監(jiān)控綜合自動化系統(tǒng)提供方便可靠的人機對話，運行人員利用鍵盤和顯示器操作開關，刀閘和變壓器分接頭。該系統(tǒng)還可以根據(jù)電網(wǎng)運行情況自動控制開關或變壓器分接頭。所有操作的可靠性在軟硬件設計中都應符合雙重化原則。操作方式分為手動操作和遙控執(zhí)行。手動操作分為三種方式：鍵盤操作，把手操作，保護柜操作。正常時利用鍵盤操作，非正常時通過模擬屏把手操作或保護柜操作。保護柜操作可通過保護機鍵盤或柜上按扭實現(xiàn)。遙控執(zhí)行：當調(diào)度端發(fā)出遙控開關或遙調(diào)變壓器分接頭的命令后，該系統(tǒng)能可靠的執(zhí)行。變電站監(jiān)控的內(nèi)容主要有以下幾個方面：(1)跳閘統(tǒng)計：統(tǒng)計開關跳閘次數(shù)。分為有事故跳閘次數(shù)和手動跳閘次數(shù)兩種。(2)接地選相：對于中性點不接地系統(tǒng)，當電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地故障時利用零序電壓，零序電流增量以及壓降可判斷接地線路及相別，也可以利用功率方向等其它方法來判別。也可利用功率方向法等其他方法來判別。為了保證可靠性，應多次采樣后才能確定。確定后，主機報警，并顯示和打印。運行人員按照提示，用人工檢除方法跳開開關自動重合，驗證主機的判斷。(3)無功電壓自動控制：根據(jù)電網(wǎng)無功，電壓計算和判斷是投切電容器，還是調(diào)節(jié)變壓器分接頭位置。以使無功和電壓滿足要求。在變壓器。電容器。或電網(wǎng)故障時不應該誤動。當電容器檢修時，不應參與控制。2.2.3遠傳當變電站正常運行或發(fā)生事故及報警等事件時，遠傳機會實時的向上級調(diào)度傳送該站信息，使調(diào)度人員了解該站的運行情況。2.2.4保護微機保護不僅有較高的可靠性和靈敏性，而且使用方便。其特點：(1)用鍵盤和八段顯示器（LED）顯示采樣值（電流，電壓，和開關狀態(tài)）和整定值，并可修改整定值。(2)具有事故追憶功能。能夠記錄事故前后的線路電流和母線電壓。(3)具備實時自檢功能。能夠對保護柜包括主機在內(nèi)的各元件進行在線檢查。變電站保護分為以下幾種類型：(1)線路保護：包括電流速斷保護，定時限過電流保護，方向性電流保護，零序電壓，電流及方向保護，反時限過流保護，高頻保護，距離保護。雙回線方向橫差保護和低周減載保護。(2)變壓器保護：包括差電流速斷保護，帶二次諧波制動的比例差動保護。本體保護（重瓦斯，輕瓦斯，有載重瓦斯，有載輕瓦斯等），過流保護（包括低壓啟動，復合電壓啟動），過負荷保護。零序保護，高壓側備用電源自投和低壓側備電源自投。(3)電容器保護：包括電流速斷保護，過流保護，反時限過流保護，相間過電壓保護，相間低電壓保護和零序過電壓保護。4：母線保護：包括完全電流差動母線保護和電流比相式2.3變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件配置2.3.1綜合自動化系統(tǒng)變電站主控室的結構分為三類(1)模擬屏式：在主控室模擬屏前設微機臺，臺內(nèi)裝微機及UPS電源，臺上放主機顯示器CRT，鍵盤和打印機。模擬屏主接線圖上安裝儀表和操作把手。其他如保護柜，變送器柜，電度表柜，監(jiān)控柜，交直流電源柜等均放在模擬屏后，或分置于其他房間。

(2)控制臺式：再主控室前部設控制臺，無模擬屏。在控制臺對面設保護柜，變送器柜，監(jiān)控柜，電度表柜和交直流電源柜等設備?？刂婆_上或旁邊放主機顯示器CRT。打印機和鍵盤。模擬主接線，操作把手，必要的儀表和光字均安裝在控制臺面上。(3)微機臺式：在主控室前部設微機臺，無模擬憑，無控制臺。主控室后部設保護柜，變送器柜，監(jiān)控柜，電度表柜，交直流電源柜等設備。微機臺內(nèi)裝主機和微機電源，微機臺上放CRT，打印機和鍵盤。2.3.2硬件的配置原則綜合自動化系統(tǒng)硬件配置應遵循下列原則：(1)各自獨立，相互配合。不同功能的硬件之間只能有信息交換，不應有電的直接聯(lián)系。采用光電隔離和繼電器接點閑離的方法實現(xiàn)。保護柜內(nèi)各單元應有獨立的交流輸入，獨立電源，獨立出口，應有可靠的抗干擾措施。監(jiān)控部分在監(jiān)控機，電度機，采樣機，遠傳機任一故障情況下，應不影響其他機正常工作。(2)軟硬件模塊化，方便維護和擴展。各單元應具有模塊化的主機板，開出板。開入板，模入板等，方便維護，并可在此基礎上進一步開發(fā)。(3)具有較強的抗干擾能力。滿足在強電場，高頻影響和諧波沖擊等環(huán)境下可靠工作，并能防止雷電沖擊。微機保護裝置的發(fā)展大致可以分為以下幾個階段：第一階段是以單cpu的硬件結構為主，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由逐次逼近式A/D模數(shù)轉換器構成，硬件和軟件的設計符合四統(tǒng)一設計標準，其代表產(chǎn)品為微機高壓輸電線路保護裝置。第二階段以多單片機構成的多cpu硬件結構為主，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為電壓頻率轉換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，硬件軟件的設計吸取了第一代微機保護裝置的成功運行經(jīng)驗，利用多cpu的特點，強化了自檢和互檢功能，使硬件故障可以定位，對保護的跳閘出口回路，具有完善的抗干擾措施以及防止拒動和誤動的措施。第三階段以高性能的16位單片機構成的硬件結構為主，具有總線不需引出芯片，電路結構簡單的特點，抗干擾能力進一步加強，并且完善了通信功能，為實現(xiàn)變電站自動化提供了方便。再現(xiàn)階段，在一些微機繼電保護裝置中，個別產(chǎn)品也采用了性能更好，功能更強大的工業(yè)控制計算機。2.3.3變電站綜合自動化系統(tǒng)微機保護的硬件結構(1)處理器分為單片機和數(shù)字信號處理器兩種單片機通過大規(guī)模集成電路技術將CPU,ROM,RAM,和I/O接口電路封裝在一塊芯片中，具有可靠性高，接口設計簡單，運行速度快，功耗低，性價比高的優(yōu)點。使用單片機的微機保護具有較強的針對性，系統(tǒng)結構緊湊，整體性能和可靠性高，但通用性和可擴展性相對較差。而且某些保護算法需要使用乘法，除法或是開平方運算，而早期的片內(nèi)資源有限，實際應用時常常需要對其功能進行補充和外部擴展。新型高性能的單片機性能得到了很大的提高。運行能力也得到了大大的加強，出現(xiàn)了無須進行外部擴展的所謂總線不出芯片的新型微機保護。此保護采用了高集成度16位單片機，其內(nèi)部包含了124KEPROM，4KRAM，接近10個內(nèi)部計數(shù)器，定時器和中斷口，2個全雙工的串行口，以及整個內(nèi)部A/D轉換器。其高效豐富的指定系統(tǒng)使得編程及其應用即靈活又簡潔。高性能單片機包含了微機保護所需要的各種硬件功能，使新型微機保護的電路設計異常簡單可靠。由于單片機價格低廉，因此，微機保護由當初的單CPU的硬件結構為主發(fā)展到為多單片機構成的多CPU硬件結構為主。大量使用單片機的微機保護在電力系統(tǒng)中得到了成功的應用，也由于新型單片機的卓越性能，現(xiàn)階段使用單片機的微機保護仍將是我國微機保護的主流產(chǎn)品。數(shù)字信號處理器DSP：它與目前通用的CPU不同，是一種為了達到快速運算而具有特殊結構的微處理器。DSP具有強大的處理功能，在相同的主頻率下，甚至比目前最先進的個人計算機快10—50倍?？焖俚闹噶钪芷?，哈佛結構，流水操作，專用的乘法器，特殊的指令，加上集成電路優(yōu)化設計，可以使DSP的指令周期達到200ns。DSP的突出特點是計算能力強，精度高，總線速度快，吞吐量大，尤其是采用專用硬件實現(xiàn)定點和浮點加乘運算，速度非常的快。將數(shù)字信號處理器應用于微機繼電保護，極大的縮短了數(shù)字濾波。濾序和傅立葉變換算法的主要時間，不但可以完成數(shù)據(jù)采集，信號處理的功能，還可以完成以往主要由COU完成的運算功能，甚至完成獨立的繼電保護功能。隨著數(shù)字信號處理器芯片和開發(fā)工具的價格下降，可以預期數(shù)字信號處理器將會在微機繼電保護裝置中發(fā)揮重要的作用。(2)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)變電站綜合自動化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為三種：逐次逼近式A/D轉換器構成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，電壓頻率轉換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)①逐次逼近式A/D轉換器構成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)早期的微機保護線路中，考慮到A/D轉換器價格昂貴，因此采用多個通道共用一個A/D轉換器的方案。每個通道各有一個采樣保持器，其采樣脈沖輸入端并聯(lián)后聯(lián)到CPU插件上的定時器輸出端，以實現(xiàn)對各通道的同時采樣。模擬量多路轉換開關采用硬件電路控制記數(shù)自動進位切換通道號。為了節(jié)省CPU的工作時間，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在變化完成后的得到的數(shù)字輸出不需要經(jīng)過CPU控制，而經(jīng)DMA控制直接存入本插件的RAM中。再同一時刻采樣的全部通道轉換完成并存入RAM后，才由DMA請求中斷，由CPU做出相應的處理。這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用的芯片比較多，電路復雜，抗干擾能力差，因此，在其改進型產(chǎn)品中使用了電壓頻率轉換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。②電壓頻率轉換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)第2代微機線路保護的VFC(電壓頻率保護)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，為了提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集速度，每個模擬輸入通道都需要使用單獨的電壓頻率轉換/光耦合器，其輸出頻率信號送至可編程計數(shù)器8255進行頻率測量，在每個數(shù)據(jù)采集周期由CPU讀取可編程計數(shù)器的計數(shù)值，并進行標度變換以獲得實際的采樣植。主要優(yōu)點是：通過光電耦合器與CPU接口，因此抗干擾能力強，容易實現(xiàn)多單片機系統(tǒng)的多CPU接口。③高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)近幾年來。以ANN為代表的人工智能技術和小波分析理論，以及行波保護，暫態(tài)保護等概念逐步引入繼電保護領域，對采樣速度提出了更高的要求。在變電站的母線保護，變壓器保護和發(fā)電機保護中，由于需要進行采樣的電流通道很多，對采樣的速度也有很高的要求。采樣率的提高導致了采樣間隔的縮短，從而留給CPU進行采樣數(shù)據(jù)預處理，保護啟動計算，主保護計算的時間大大縮短。因此，必須大大的壓縮數(shù)據(jù)采集的時間。保護裝置使用公控機時，通常采用工控機智能同步數(shù)據(jù)采集模板完成采樣，再將采樣數(shù)據(jù)通過雙口RAM，F(xiàn)IFO等方式傳送給主CPU進行處理，因此并不占用主CPU的處理時間。當保護裝置使用單片機時，目前使用的VFC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)難以滿足要求，必須對此單獨進行考慮。為了進一步簡化電路設計和調(diào)試，一些半導體廠家將完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成到一塊芯片中，能夠自動完成所有輸入通道的數(shù)據(jù)采集而無須CPU干預。采用這種專用數(shù)據(jù)采集芯片，將極大簡化單片機型微機保護裝置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計，生產(chǎn)，調(diào)試方式，大大的提高其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集能力。(3)微機保護硬件的一般結構微機保護的硬件類型分為三種：高壓線路微機保護，微機元件繼點保護，低壓線路的微機保護.①高壓線路微機保護目前我國的高壓線路微機保護裝置的原理，性能，主要指標以及制造工藝方面以達到了國際先進水平，微機保護的動作正確率也已經(jīng)超過了常規(guī)保護。對于高壓和超高壓輸電線路微機保護裝置，多單片機構成的多CPU硬件結構已成為現(xiàn)行的實際標準。這種類型的微機保護裝置的基本特點是：電壓頻率轉換原理的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為整套裝置的公共部分,其頻率輸出信號分別傳送給各個保護插件，再由各個保護插件完成相應的測頻，采樣值標度變換，保護功能計算。3個保護CPU分別完成高頻保護，距離保護，零序保護功能。監(jiān)控CPU主要負責人機接口，保護定值管理。通信控制，保護CPU運行狀態(tài)監(jiān)控等功能。3個保護插件啟動元件按三取二的原則啟動各套保護裝置的出口回路，從而大大的提高了保護裝置的可靠性。但是這種多CPU微機保護裝置采用了不完全冗余技術。保護輸入和輸出通道不采用冗余技術，而只是在信號處理器部分采用。如果模擬輸入通道和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生故障，那麼輸入3個CPU插件的故障數(shù)據(jù)將不在準確，整套裝置不能正確工作；跳閘出口通道發(fā)生故障，整套裝置同樣不能正確工作。因此整個保護裝置并不因為采用了多CPU技術而使可靠性大幅度的提高。多CPU微機保護裝置除完成本線路的繼電保護功能外，同時還必須完成相鄰線路的遠后備保護功能。廣泛的使用多CPU微機保護裝置中，距離保護三段和零序保護三段，都具有遠后備的功能。在距離保護CPU插件或者零序保護CPU插件發(fā)生故障時，即使線路的主保護可以正常工作，仍將失去遠方后備保護的功能。由于以上的原因，在高壓和超高壓輸變電線路中，不但主保護必須雙重化配置，后備保護也必須雙重化配置。②微機元件繼電保護微機元件保護的種類很多，硬件結構也各有特色，基本的類型有單片機型和工控機型微機元件保護。許多廠家得宜于線路微機保護的成功開發(fā)和應用中的成功經(jīng)驗，推出了許多與微機線路保護硬件結構相似的單片機型微機元件保護。比如采用了高壓線路保護類似的VFC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和高性能單片機構成的雙CPU系統(tǒng)，變壓器主保護與變壓器各側的后備保護分別采用不同的CPU完成保護功能。為適合變電站自動化的發(fā)展，新型微機變壓器保護也提供了基于現(xiàn)場總線的通信接口功能。采用工控機實現(xiàn)的微機保護，具有小型化，低成本，高可靠性等優(yōu)點。工控機總線接口簡單，模塊化程度高，容易結合，使用維護方便，系統(tǒng)功能容易擴展?？梢源蟠罂s短微機保護裝置的開發(fā)周期，實現(xiàn)微機繼電保護裝置的系列化和標準化，便于運行部門的運行維護，必將在微機保護的發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。③低壓線路的微機保護這種類型的保護裝置可以分為兩種：一種為“一對一”方式，即一套裝置實現(xiàn)一條線路的保護；另一種為“一對N”方式，即一套裝置實現(xiàn)多條線路保護。采用“一對一：實現(xiàn)時，一套裝置負責一條線路或一臺變壓器的測量，保護和控制。使用“一對N”方式實現(xiàn)時，一套裝置負責多條線路或變壓器的測量，保護和控制。它具有分布式結構的全部優(yōu)點而且又便于設計安裝及運行維護。為中低壓變電站廣為采用。2.4小節(jié)本節(jié)介紹了變電站綜合自動化系統(tǒng)的結構形式，并介紹了各種結構形式的特點；變電站綜合自動化系統(tǒng)主要包括監(jiān)測，監(jiān)控，遠傳和保護四部分，介紹了各部分的主要功能。介紹了綜合自動化系統(tǒng)的硬件結構以及主要的配置，為下一章的通信協(xié)議做好了第3章繼電保護設備和綜自設備的設置3.135KV開關柜智能保護單元本變電站中35KV開關柜采用的是ABB公司的SF6開關柜ZX2，它的保護和控制單元柜為柜上安裝的REF542plus.它由主機和作為控制單元的人機接口HMI兩部分組成，HMI可于一個運行WINDOWSNT的PC機相連接。REF542plus具有保護，測量，控制，監(jiān)測的功能。REF542plus中的數(shù)字處理器DSP執(zhí)行測量和保護的功能，電流傳感器適用于距離保護和差動保護。3.210KV開關柜智能保護單元本變電站10KV開關柜選用的是LG公司的LV1真空開關，配置的是SIEMENS系列產(chǎn)品NSP7系列保護及測控裝置。3.2.1變壓器后備保護(1)：三段式復壓閉鎖過流保護配有三段共九時限（每段三時限）的復壓閉鎖過流保護，每段都有獨立的電流定值，時間定值和方向定值。通過定植的整定，每段過流保護可以選擇是否經(jīng)過復壓元件閉鎖，是否經(jīng)過方向元件閉鎖以及方向元件的設定。復壓閉鎖過流保護的復壓閉鎖元件，有本側復壓閉鎖和外部接入的復壓開入閉鎖或門構成。外部接入的復壓開入閉鎖方式配合復壓出口功能，可實現(xiàn)各側復合電壓的并聯(lián)方式。在PT斷線期間，可以選擇復壓閉鎖或不閉鎖。(2):三段式零壓閉鎖零序過流保護配有三段共九時限（每段三時限）的零壓閉鎖零序過流保護，作為變壓器中性點接地運行方式下的接地保護。每段可獨立投退，并且保護可以選擇是否經(jīng)過零壓元件閉鎖，是否經(jīng)過方向元件閉鎖以及方向元件的設定。零壓閉鎖元件的零序電壓，采用三相電壓計算自產(chǎn)零序電壓3Uz零序電流可選擇取自變壓器中性點零序電流或三相電流計算自產(chǎn)零序電流。(3):二段式間隙零序過流保護配有二段兩時限間隙零序電流保護。作為變壓器中性點接地運行方式下的接地保護，每段都可以獨立投退。(4):過復合保護包括過復合警告，啟動風冷，閉鎖有載調(diào)壓，各一段一時限。每個時限都可獨立投退，采用最大相電流判別。啟動風冷，過負荷告警觸點為常開觸點。閉鎖有載調(diào)壓可選擇常開或常閉觸點。(5)復合電壓出口功能：為實現(xiàn)各側復合電壓并聯(lián)的方式，本裝置配有復合電壓出口功能，有獨立的低電壓和負序電壓定值，當復合電壓滿足條件，接通復壓出口觸點，并異常告警。(6):PT斷線告警：三相電壓均小于16V，某相電流大于0。2A，判為三相失壓。三相電壓和大于8V，最大線電壓小于16V，判為二相PT斷線。三相電壓和大于8V，最大線電壓和最小線電壓差大于16V，判為單相PT斷線?；謴驼Ｒ院?，告警自動消失。3.2.2電容器保護(1)三相式相間電流保護裝置設三段相間電流保護，每段均可獨立投退。三段相間電流保護可以反映的故障類型有：電容器組引接母線，電流互感器，放電線圈電壓互感器，串聯(lián)電抗器等回路發(fā)生相間短路。或者電容器本身元件全部擊穿形成相間短路。(2)過電壓保護為避免使用相電壓在單相接地時引起過電壓保護誤動，過電壓保護采用相電壓。過電壓保護取母線電壓是為了防止母線電壓過高時損壞電容器，且切除電容器可降低母線電壓。為防止電容器未投時誤發(fā)信號或保護動作后裝置不復歸，過電壓保護中加有斷路器位置判斷(3)欠電壓保護如果母線失去電源而造成失壓，當母線電壓恢復時，可能因電容器組未放完電而使電容器承受過電壓，為此設置低電壓保護，發(fā)現(xiàn)母線電壓低于定值后帶延時，切除電容器組。在電容器組中過電壓和欠電壓保護均可通過延時來判別穩(wěn)態(tài)過電壓和欠電壓。(4)不平衡電流保護反映了電容器組內(nèi)部的故障。做為雙星性接線電容器組的內(nèi)部故障保護。當同相的兩電容器組C1和C2中發(fā)生多臺電容器故障時，即C1的電抗不等于C2的電抗，此時流過C1和C2的電流不相等，因此流過不平衡電流Iund，而當Iunb>Iset時保護系統(tǒng)動作。(5)不平衡電壓保護當雙星型接線采用不平衡電壓保護時，可用電壓互感器的一次繞組串在中性線中，當某電容器組發(fā)生多臺電容器故障時，故障電容器組所在星型的中性點電位發(fā)生偏移，從而產(chǎn)生不平衡電壓，當Uunb>Uset時，保護動作。(6)兩段式零序過流保護配有兩段式零序過流保護，可選擇投退。當Iunb>Iset時，保護動作。(7)橋差電壓保護三相橋差電壓保護為反映橋式接線電容器組中電容器內(nèi)部短路而設置。如圖所式：TV的一次繞組可以兼做電容器組的放電回路，二次繞組接成壓差式即反極性相串聯(lián)。正常運行時C1=C2，壓差為0。當電容器組C1或C2中有多臺電容器組被損壞時，由于C1和C2容抗不等，因此兩只TV的一次繞組分壓不等，壓差接線的二次繞組中將出現(xiàn)差電壓，當壓差超過定值時，保護動作。(8)橋差電流保護三相橋差電流保護為反應橋式接線電容器內(nèi)部短路而設置。電容器組為單星型接線，而每相接成四個平衡臂的橋路時，可以采用橋差接地保護方式。當正常運行時四個橋臂容抗平衡，Xc1=Xc2,Xc3=Xc4因此M和N之間無電流通過。當有一個電容器組存在多個電容器損壞時，橋臂之間因此不平衡，再橋差接線MN之間流過不平衡差電流。當差流超過定值時，保護系統(tǒng)動作。(9)PT斷線告警保護三相線電壓均小于16V，某相電流大于0.2A，判斷為三相失壓。三相電壓和大于8V，最大線電壓小于16V，判斷為二相PT斷線。三相電壓和大于8V，最大線電壓和最小線電壓差大于16V，判斷為單相PT斷線?；謴驼：螅婢詣酉?。3.2.3配電變壓器保護(1)三段式相間電流保護設有三段相間電流保護，每段均可獨立投退，電流和時間定值也分別整定，且均可帶復合電壓閉鎖，可分別投退。(2)兩段式零序過流保護各段均可獨立投退，主要考慮在小電阻接地系統(tǒng)中發(fā)生的單相接地故障。(3)過負荷保護和上面的電容器過負荷保護相同。(4)：充電保護設有一段充電相過流保護和一段充電零序過電流保護，可選擇投退。(5)小電流單相接地保護中性點不接地系統(tǒng)：零序電壓啟動，零序電流的方向和大小判別接地線路。經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)：零序電壓啟動，零序電流的五次偕波方向和大小判別接地系統(tǒng)。(6)PT斷線告警三相電壓均小于16V，某相電流大于0.2A，判斷為三相失壓。三相電壓和大于8V，最大線電壓小于16V，判斷為二相PT斷線。三相電壓和大于8V，最大線電壓和最小線電壓的壓差大于16V，判斷為單相PT斷線恢復正常后，告警自動消失3.2.4饋線保護(1)三段電流保護方向元件采用90度接線，按相啟動。方向元件具有記憶功能用來消除近處三相短路時方向元件的死區(qū)。低電壓元件檢測三個線電壓的值，過流1，2，3段來判斷邏輯是否一致。(2)三相二次重合閘啟動方式：保護啟動重合閘以及開關位置不對應啟動重合閘。抽取電壓：線電壓和相電壓。檢同期和檢無壓：閉鎖條件：控制回路斷線確認后/彈簧未儲能信號/外部閉鎖重合閘信號/低周減載元件動作/手合后加速動作/過負荷跳閘動作(3)充電保護設有充電相電流和充電零序電流保護，充電相過流可帶低壓閉鎖以及方向閉鎖。(4)小電流單相接地保護中性點不接地系統(tǒng)：零序電壓啟動，零序電流的方向和大小判別接地回路。經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)：零序電壓啟動，零序電流的五次偕波的方向和大小判別接地線路。3.2.5備自投保護裝置引入兩段母線電壓，用于進行有壓，無壓判別以及啟動備用電源自投裝置，每個進線開關各引入任一相電流，是為了防止PT全相斷線后造成備自投裝置誤投，也是為了更好的確認進線開關已斷開，如果需要自投后聯(lián)切負荷，則利用進線該相電流判別是否超過過負荷定值，以實現(xiàn)聯(lián)切功能。裝置引入單相電壓，是為了在進線互投時判別備用進線電壓是否合格；裝置引入開關和母聯(lián)位置，作為系統(tǒng)運行方式判別以及自投準備和選擇自投方式，裝置還引入閉鎖備自投開入量以及各開關的合后位置和允許備自投開入量，以便手跳時閉鎖，以及變壓器后備保護動作時閉鎖自投裝置。裝置具有多種備投方案，并有PT斷線告警功能。3.2.6測控及自檢功能的配置A：自診斷及故障記錄功能當CPU自檢到硬件故障（定值RAM故障，內(nèi)部RAM故障，外部RAM故障，ROM校驗出錯，EPROM定值出錯，采樣異常等）時，故障告警燈亮，告警繼電器觸點閉合，并閉鎖保護，同時信息遠傳。(1)遙控記錄（遠方，當?shù)兀?，定值修改記錄?2)故障記錄(3)可存儲四套定值。(4)可記錄256個SOE報文紀錄。B：測控功能(1)遙測功能：對于相電壓輸入的接線方式，裝置可以完成一條線路的測量，總共有15條線路。(2)遙信功能：共有15路開入量，可采集2路脈沖電度。(3)遙控功能：正常斷路器遙控開合。C：通訊功能(1)一個標準的RS485接口。(2)一個可選的CANBUS接口，通信速率可選。(3)一個可選的以太網(wǎng)接口。(4)一個RS232調(diào)試串行接口。(5)系統(tǒng)可以方便的拓展為雙RS485網(wǎng)絡D：特點(1)采用了先進的工業(yè)級芯片，各裝置內(nèi)部含保護CPU和管理CPU，保護CPU為32位DSP芯片，存儲定值安全可靠；管理CPU為RCM3200，硬件系統(tǒng)具有高的抗干擾能力和工作可靠性。(2)采用16位A/D采集芯片，提高了數(shù)據(jù)采集的分辨率和測量精度。(3)主要芯片采用表面貼裝技術(4)裝置電氣隔離和屏蔽按國際標準電磁兼容設計。(5)所采用的保護原理成熟可靠，并且已經(jīng)有豐富的運行經(jīng)驗。(6)裝置保護功能相對獨立。(7)具有豐富的通信接口。(8)采用大屏幕液晶顯示。(9)具有GPS硬件對時功能。(10)裝置配有大容量掉電保持的NVRAM芯片，可保存事件報文及故障濾波報文。(11)具有看門狗和電源監(jiān)測電路，系統(tǒng)安全，可靠。3.3小結本章通過對變電站二次設備的配置要求，以及變電站各種保護裝置功能。實現(xiàn)了變電站綜合自動化的硬件保護及配置功能。第4章變電站自動化的功能設計原則變電站綜合自動化的功能繼電保護功能變電站綜合自動化系統(tǒng)要具備常規(guī)變電站系統(tǒng)保護及元件保護設備的全部功能，而且要獨立于監(jiān)控系統(tǒng)，即當該系統(tǒng)網(wǎng)各軟、硬件發(fā)生故障退出運行時，繼電保護單元仍然正常運行。微機保護除了所具有的繼電保護功能外，還需具有其它功能。

1）模擬量的顯示功能。系統(tǒng)應能顯示電流、電壓、有功、無功、電度等模擬量參數(shù)，當通信網(wǎng)退出運行時仍能滿足運行監(jiān)視。

2）故障記錄功能。系統(tǒng)應能顯示故障時間、電流、電壓大小、開關變位、保護動作狀態(tài)等。

3）能儲存多套定值，并能當?shù)匦薷亩ㄖ岛惋@示定值。

4）與監(jiān)控系統(tǒng)通信，能接收監(jiān)控系統(tǒng)命令，選擇并修改定值，發(fā)送故障信息、保護動作情況、當時整定值及自診斷信號等。

除當?shù)赝?，還需能實現(xiàn)遠方查詢和整定保護定值，此功能還具有遠方/就地閉鎖，操作權限閉鎖等措施。

5）系統(tǒng)內(nèi)各插件具有自診斷功能。信息采集功能分布式自動化系統(tǒng)的變電站，信息由間隔層I/O單元采集。常規(guī)四遙功能的變電站，信息由RTU采集。電能量的采集宜用單獨的電能量采集裝置。系統(tǒng)對安全運行中必要的信息進行采集，主要包括以下幾個方面。

遙測量

(1)主變壓器：各側的有功功率、無功功率、電流，主變壓器上層油溫等模擬量，模擬量均采用交流采樣，以提高精度。主變壓器有載分接開關位置(當用遙測方式處理時)。(2)線路：有功功率、無功功率、電流。

(3)母線分段斷路器相電流。

(4)母線：母線電壓、零序電壓。

(5)電容器：無功功率、電流。

(6)消弧線圈零序電流。

(7)直流系統(tǒng)：浮充電壓、蓄電池端電壓、控制母線電壓、充電電流。

(8)所用變：電壓。

(9)系統(tǒng)頻率，功率因數(shù)，環(huán)境溫度等。

遙信量

(1)斷路器閘刀位置信號。

(2)斷路器遠方/就地切換信號。

(3)斷路器異常閉鎖信號。

(4)保護動作、預告信號，保護裝置故障信號。

(5)主變壓器有載分接開關位置(當用遙信方式處理時)，油位異常信號，冷卻系統(tǒng)動作信號。

(6)自動裝置(功能)投切、動作、故障信號，如：電壓無功綜合控制、低周減載、備用電源裝置等。

(7)直流系統(tǒng)故障信號。

(8)所用變故障信號。

(9)其它有全站事故總信號、預告總信號；各段母線接地總信號；各條出線小電流接地信號；重合閘動作信號；遠動終端下行通道故障信號；消防及安全防范裝置動作信號等。

根據(jù)設備特點及確保安全運行需要，可增加相應的特殊信號或對一些遙信量進行合并。

遙控量

(1)斷路器分、合。

(2)主變壓器有載分接開關位置調(diào)整。

(3)主變壓器中性點接地閘刀分、合。

(4)保護及安全自動裝置信號的遠方復歸。

(5)有條件的變電站高壓側備用電源遠方投停。

(6)有條件的變電站電壓無功綜控的遠方投停。

(7)有條件的變電站直流充電裝置的遠方投停。

電能量

(1)主變壓器各側有功電能量、無功電能量及其分時電能量。

(2)各饋電線有功電能量、無功電能量。

(3)用戶專用線有功電能量、無功電能量及其分時電能量和最大需量。

(4)所用變有功電能量。設備控制及閉鎖功能1）對斷路器和刀閘進行開合控制。

2）投、切電容器組及調(diào)節(jié)變壓器分接頭。

3）保護設備的檢查及整定值的設定。

4）輔助設備的退出和投入(如空調(diào)、照明、消防等)。

以上控制功能可以由運行人員通過CRT屏幕進行操作。在設計上保留了手動操作手段，并具有遠方/就地閉鎖開關，保證在微機通信系統(tǒng)失效時仍能夠運行和操作，包括可手動準同期和捕捉同期操作。在各間隔的每個斷路器設置按鈕或開關式的一對一“分”、“合”操作開關和簡易的強電中央事故和告警信號。

為了防止誤操作，操作閉鎖主要包括：

(1)操作出口具有跳、合閉鎖功能和具有

(3)當站內(nèi)通信網(wǎng)退出運行時，能滿足非CRT屏幕操作、五防閉鎖功能和適應一次設備現(xiàn)場維修操作的五防閉鎖功能。

(4)根據(jù)一次設備的實際運行狀態(tài)，自動實現(xiàn)斷路器、隔離開關操作閉鎖功能。4.1.4 自動裝置功能1）根據(jù)系統(tǒng)潮流進行無功自動調(diào)節(jié)控制，也可人工控制(人工操作可就地、可遠方)。自動控制時可根據(jù)電壓、潮流和無功負荷、變壓器抽頭位置信號由裝置進行自動控制調(diào)節(jié)變壓器抽頭位置或投退電容器組。

2）低周減載。110kV、10kV線路可由各自的保護裝置實現(xiàn)，不用單獨配置低周減載裝置。整定值由各條線路裝置自行整定。

3）同期檢測和同期分閘。同步檢測斷路器兩側電壓的幅值、相位和頻率，并發(fā)出同期合閘啟動或閉鎖信號。此功能可進行檢無壓同期，亦能進行手動準同期和捕捉同期。既能滿足正常運行方式下的同期，亦能滿足系統(tǒng)事故時的同期。

同期功能有手動和自動兩種方式供選擇，同期裝置與通信網(wǎng)相互獨立。

4）小電流接地選線功能?？赏ㄟ^采取3I0、3U0及其增量來判斷是否有接地故障，也可用5次諧波方式分析接地故障，小電流接地選線功能與通信網(wǎng)相互獨立，不依賴通信網(wǎng)的后臺機檢測。否則當通信網(wǎng)故障時該功能即失去檢測報警功能。而規(guī)程規(guī)定小電流系統(tǒng)當單相接地后允許2h帶故障運行，2h后要立即切除故障線路。

據(jù)有關綜合自動化站的運行記錄，在雷雨季節(jié)時雷擊曾擊壞過站內(nèi)的通信網(wǎng)。若此時雷擊又同時造成10kV線路單相接地，則運行人員不能及時發(fā)現(xiàn)線路單相接地故障。時間長了，若不及時處理，則有可能造成故障線路由單相接地發(fā)展成為兩相或三相接地短路故障。因此，小電流接地選線功能要獨立于通信網(wǎng)。

5）事故錄波。對于220kV變電站的主變、220kV線路除了保護裝置自帶故障錄波外，還設置了一套獨立的微機錄波屏，而110kV線路則用本身裝置記錄。4.1.5報警功能對站內(nèi)各種越限，開關合、跳閘，保護及裝置動作，上、下行通道故障信息，裝置主電源停電信號，故障及告警信號進行處理并作為事件記錄及打印。輸出形式有：音響告警、畫面告警、語音告警、故障數(shù)據(jù)記錄顯示(畫面)和光字牌告警(光字牌報警回路采用編碼設計，主要是為了保證當通信網(wǎng)故障退出時站內(nèi)仍能正常運行。光字牌數(shù)量控制在20多只)。4.1.6 設備監(jiān)視功能其中包括一次設備絕緣在線監(jiān)測、主變油溫監(jiān)測、火警監(jiān)測、環(huán)境溫度監(jiān)測等內(nèi)容。當上述各參量越過預置值時，發(fā)出音響和畫面告警，并作為事件進行記錄及打印。4.1.7 操作票自動生成功能根據(jù)運行方式的變化，按規(guī)范程序，自動生成正確的操作票，以減輕運行人員的勞動強度，并減少誤操作的可能性。4.1.8數(shù)據(jù)處理及打印功能中調(diào)、地調(diào)、市調(diào)、運行管理部門和繼保專業(yè)要求的數(shù)據(jù)可以以歷史記錄存檔，包括:

1）母線電壓和頻率、線路、配電線路、變壓器的電流、有功功率、無功功率的最大值和最小值以及時間。

2）斷路器動作次數(shù)及時間。

3）斷路器切除故障時故障電流和跳閘次數(shù)的累計值。

4）用戶專用線路的有功、無功功率及每天的峰值和最小值以及時間。

5）控制操作及修改整定值的記錄。

6）實現(xiàn)站內(nèi)日報表、月報表的生成和打印，可將歷史數(shù)據(jù)進行顯示、打印及轉儲，并可形成各類曲線、棒圖、餅圖、表盤圖，該功能在變電站內(nèi)及調(diào)度端均能實現(xiàn)。4.1.9 人機接口功能具有良好的人機界面，運行人員可通過屏幕了解各種運行狀況，并進行必要的控制操作。人機聯(lián)系的主要內(nèi)容包括：

1）顯示畫面與數(shù)據(jù)。

2）人工控制操作。

3）輸入數(shù)據(jù)。

4）診斷與維護。

當有人值班時，人機聯(lián)系功能在當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的后臺機上進行，運行人員利用CRT屏幕和鍵盤或鼠標器進行操作。當無人值班時，人機聯(lián)系功能在上級調(diào)度中心的主機或工作站上進行。程通信功能將站內(nèi)運行的有關數(shù)據(jù)及信息遠傳至調(diào)度中心及設備運行管理單位，其中包括正常運行時的信息和故障狀態(tài)時的信息，以便調(diào)度中心人員及時了解設備運行狀況及進行事故處理。

可實現(xiàn)四遙和遠方修改整定保護值、故障錄波與測距信號的遠傳等。變電站自動化系統(tǒng)可與調(diào)度中心對時或采用衛(wèi)星時鐘GPS。他功能1）具有完整的規(guī)約庫，可與各種RTU通信，滿足開放性系統(tǒng)的要求。

2）可在線設置各設備的通信參數(shù)及調(diào)制解調(diào)器參數(shù)。

3）可進行多種仿真(遙信變位、事件記錄、遠動投退)。

4）在線診斷功能、在線幫助。

5）強大的數(shù)據(jù)庫檢索功能。4.2 二次設計原則變電站二次設備按功能分為四大模塊：①繼電保護及自動裝置。②儀器儀表及測量控制。③當?shù)乇O(jiān)控。④遠動。四大模塊功能的各自不同的發(fā)展及其功能的相互滲透，為變電站自動化提供了多種多樣的實現(xiàn)模式，可概括為兩種基本實現(xiàn)模式：①保護加集中RTU模式，面向功能。②保護加分散RTU模式，面向對象。4.2.1 電器設備控制方式主變壓器、站用變壓器各側斷路器以及10kV、110kV、220kV斷路器一般情況下均集中在控制室，通過就地監(jiān)控主站的就地監(jiān)控計算機進行控制操作(但網(wǎng)絡中遠動主站亦可留有接口給地調(diào)進行遙控，根據(jù)系統(tǒng)運行規(guī)程而定)，當網(wǎng)絡中就地監(jiān)控主站退出運行時則應能分別在各元件的保護屏處進行人工控制操作。

就地監(jiān)控計算機在操作時應顯示該站的配電裝置的運行狀態(tài)、通道狀態(tài)和各種電氣量，在每個操作步驟前應給操作者提示，待確認后方能操作。

主變壓器、站用變壓器、220kV線路、110kV線路、10kV設備及其母線設備保護和10kV母聯(lián)的控制保護均采用集中保護方式，10kV開關柜上加一個“就地/遠動”選擇開關，10kV母聯(lián)斷路器的控制保護放在控制室，與10kV自投裝置放在一起(當10kV裝置能可靠地抗震、抗高溫、抗電磁干擾時，也可以將10kV裝置裝配在10kV開關柜上，以減少電纜聯(lián)接)。

10kV隔離開關采用就地手動操作(除變低處的10kV隔離開關外)。主變變低10kV隔離開關、110kV，220kV隔離開關采用就地電動操作方式，可進行就地和遙控操作，并設置“就地/遙控”選擇開關，同時設有操作閉鎖措施。專用母線接地刀閘裝設母線有電閉鎖操作裝置(采用微機五防裝置，應能與綜合自動化裝置接口)。用鍵盤或鼠標操作斷路器、刀閘時靠后臺機內(nèi)的五防系統(tǒng)閉鎖，現(xiàn)場人工操作或維護操作時則靠另一套微機五防系統(tǒng)閉鎖。測量綜合自動化的電氣測量均按部頒《電氣測量儀表設計技術規(guī)程》(SDJ9—87)的要求選擇測量點及測量內(nèi)容、測量精度。在主變220kV側增加電流方向接法相反的分時計量的脈沖式有功電度表和無功電度表各2只，供關口表用。

全站的電氣量測量除了通過監(jiān)控主站及遠動主站讀取和記錄存盤外，在各元件的保護裝置上的液晶顯示器上也應能讀取有關的電氣量，主要是為了保證當網(wǎng)絡或監(jiān)控、遠動主站退出運行時該站所有設備的測量仍能滿足安全運行。同期并列點和同期方式220kV線路斷路器、220kV旁路兼母聯(lián)斷路器、110kV線路斷路器、110kV旁路斷路器、110kV母聯(lián)斷路器及主變220kV側斷路器、110kV側斷路器處設同期并列點，同期方式為集中式和分布式手動準同期，正常情況下采用就地監(jiān)控計算機分布式手動準同期，當網(wǎng)絡監(jiān)控、遠動主站退出運行時，上述各元件的同期并列操作應能在各自的保護屏處(或中央信號屏處)手動進行。中央監(jiān)控設事故信號及預告信號。斷路器事故跳閘啟動事故音響，其它通道故障和裝置故障啟動預告音響，信息除了能在就地監(jiān)控主站和遠動主站讀取及存盤外，還能在中央信號屏上讀取及記錄。各裝置的故障信號應能在各裝置上反映出來。4.3綜合自動化變電所的現(xiàn)場調(diào)試前期準備階段一般應首先對整個站二次綜自系統(tǒng)設備進行全面的了解。包括綜自裝置的安裝方式、控制保護屏、公用屏、電度表屏、交流屏、直流屏的數(shù)量和主要功能；了解一次主結線，各間隔實際位置及運行狀態(tài)；進行二次設備外觀檢查，主要有裝置外觀是否損壞，屏內(nèi)元件是否完好，接線有無折斷、脫落等；檢查各屏電源接法是否準確無誤，無誤后對裝置逐一上電，注意觀察裝置反應是否正確，然后根據(jù)軟件組態(tài)查看、設置裝置地址；連好各設備之間通訊線，調(diào)試至所有裝置通訊正常，在后臺機可觀察裝置上送數(shù)據(jù)。調(diào)試階段這個階段包括一次、二次系統(tǒng)的電纜連接、保護、監(jiān)控等功能的全面校驗和調(diào)試。首先檢查調(diào)試一次、二次系統(tǒng)的電纜連接，主要有以下內(nèi)容：開關控制回路的調(diào)試給直流屏控制電源、儲能電源或合閘電源，檢查一次開關側儲能電源或合閘電源保險是否合上，以免合閘時燒毀合閘線圈。合上裝置電源開關和控制回路開關，手動逐一分合斷路器，檢查控制回路、斷路器位置指示燈顏色是否正確（合上斷路器后為紅色，跳開斷路器后為綠色），反應是否正常。如發(fā)現(xiàn)控制斷路器時位置指示燈熄滅或紅綠燈全亮，要立即關閉控制直流電源，查找原因。應注意如果裝置跳合閘保持回路需要與斷路器操動機構跳合閘電流配合時，繼電器保持電流是否與斷路器控制回路實際電流值匹配。如果不匹配，當繼電器保持電流比實際電流小時，將燒毀跳合閘保持繼電器；當比實際電流大時，跳合閘不可靠或跳合不成功。斷路器本身信號和操動機構信號在后臺機上的反映關于彈簧操動機構，彈簧未儲能信號及報警音響是否正確。彈簧未儲能信號應接在裝置的正確位置，且要求在未儲能時，接點閉合用以閉鎖線路重合閘，同時電鈴響。若正確，斷路器合上后裝置面板應有重合閘充電標志顯示。

關于液壓操動機構，壓力信號是否齊全，后臺機SOE事件名稱、時間反應是否正確，音響報警應正確（電鈴響）。

關于SF6開關氣體壓力信號，應在后臺機上顯示SOE事件名稱、時間正確，音響報警正確（電鈴響）。4.3.5 開關量狀態(tài)在后臺機上的反映逐一拉合一次側斷路器、刀閘，查看后臺機SOE事件名稱、時間是否正確，斷路器、刀閘狀態(tài)顯示是否正確。若狀態(tài)與實際相反，必是斷路器、刀閘輔助觸點常開、常閉接反。此時，可通過更改電纜接線或后臺機遙信量組態(tài)改正，但改后臺機遙信量特性組態(tài)“常開”為“常閉”時，在調(diào)度端也應做相應改動。4.3.6主變壓器本體信號的檢查主變壓器本體瓦斯、溫度、壓力等信號在后臺機上顯示的SOE事件名稱、時間是否正確；重瓦斯信號、壓力信號應響電笛并跳主變各側斷路器，輕瓦斯、溫度高信號應響電鈴。

查主變壓器分接頭檔位和調(diào)節(jié)分接頭過程在后臺機顯示是否正確。

查變壓器溫度在后臺機顯示是否正確。一般主變壓器測溫電阻應有三根出線，一根接測溫電阻一端，另兩根共同接測溫電阻另一端用以補償從主變壓器到主控室電纜本身的電阻，提高測溫的精度。在測溫裝置上也應按此方式連接，否則測出的溫度不準，接錯時是個死值。4.4 二次交流部分的檢查4.4.1用升流器在一次側對A、B、C三相分別加單相電流，對二次電流回路進行完整性檢查。不應開路或串到其它回路，有效值、相別應正確。在裝置面板查看保護電流回路數(shù)值、相別和測量回路電流數(shù)值、相別；在電度表屏用鉗型表測量計度電流，最后在后臺機查看電流顯示。

4.4.2用升壓器在一次側對A、B、C三相分別加單相或用調(diào)壓器在PT二次側A、B、C三相分別加單相電壓57V。注意觀察該母線段所有保護、測量、計量電壓回路應都有電壓，其它母線段設備無電壓，相別反映正確。萬用表量電度表屏計度電壓，查看裝置面板、后臺機電壓顯示值是否正確。加三相電壓，用相序表測計度、測量、保護電壓相序。啟動PT切換功能，本電壓等級一二段母線均應有正確電壓顯示，而其它母線段二次側無電壓。4.5 其他需要微機監(jiān)控的量(如直流系統(tǒng))遙信量及音響報警正確,遙測量顯示正確4.5.1直流系統(tǒng)保護功能的調(diào)試

對保護裝置做試驗，檢驗裝置精度及傳動斷路器，在后臺機上應報保護動作信息、開關變位信息和顯示動作時刻數(shù)據(jù)。若裝置帶同期功能時，應找準線路側電壓和母線側電壓基準點，即當同期電壓取相電壓或線電壓時線路側UXN與母線側UN或Ub（當PT的B相接地時）短接。

4.5.2監(jiān)控部分功能的調(diào)試

遙控功能的檢查后臺遙控斷路器、主變壓器分接頭、電動刀閘應正確無誤。若遙控斷路器不成功，主要有如下原因：測控裝置或控制回路未上電；直流屏合閘電源未合或一次開關處合閘保險未給上；測控裝置未通訊；裝置遠方/就地切換開關在就地位置；裝置未采到遠方/就地切換開關位置；斷路器位置不能在后臺機上正確反映；控制回路接線不正確。

按最終完整一次系統(tǒng)圖紙做好監(jiān)控一次系統(tǒng)圖，詳細核對開關、刀閘編號，PT、CT變比，將模擬量、脈沖量系數(shù)設置正確。系統(tǒng)圖、網(wǎng)絡圖、棒圖、實時報表、歷史報表等圖表應按要求進行設計、組態(tài)，做到完整準確。

4.5.3打印功能的調(diào)試

要求打印機設置正確，打印圖形、報表完整美觀，大小合適。自動打印功能（告警信息自動打印、保護信息自動打印、和日報表、月報表的自動打?。┘皶r準確，完整美觀；手動打印功能（保護動作數(shù)據(jù)的打印；保護定值的打??；系統(tǒng)圖、網(wǎng)絡圖、棒圖、曲線、實時報表、歷史報表的打?。┩暾烙^，符合運行管理要求。

4.5.4聲音報警功能

對斷路器、刀閘等開關量加聲音報警功能；對保護動作信息加聲音報警功能。與智能直流屏、智能電度表、GPS、五防等裝置的通訊應正確，功能正常發(fā)揮。

4.5.5遠動功能的調(diào)試

國內(nèi)目前應用較多的部頒CDT規(guī)約DL451—91為例說明調(diào)試過程及注意事項。

投運遠動首先要和調(diào)度端協(xié)調(diào)以下技術內(nèi)容：通道為模擬方式或數(shù)字方式；通訊方式為同步或異步；準確的通訊速率；如通道為模擬方式，調(diào)制解調(diào)器中心頻率；調(diào)度端站址和本站站址；幀功能碼（一般按標準CDT規(guī)約即可）；調(diào)度端遙控序號為十進制或16進制；遙測量數(shù)量、順序及名稱，頻率數(shù)據(jù)采用格式（普通模擬量或BCD碼）；遙信量數(shù)量、順序及名稱；遙控量數(shù)量、順序及名稱；電度量數(shù)量、順序及名稱；向調(diào)度端提供遙測、遙信、遙控、遙脈信息表。以上各項協(xié)調(diào)內(nèi)容應與調(diào)度端完全一致，否則數(shù)據(jù)傳送有誤，嚴重時就不能進行通訊。

在調(diào)試過程中，對變電所上行信息和下行信息分別進行調(diào)試。上行信息包括調(diào)度端反映遙信量應正確，SOE量、遙信變位能正確捕捉，模擬量反映正確，電度量正確。下行信息有調(diào)度端遙控斷路器、刀閘正確，遙調(diào)主變檔位正確；需要調(diào)度端校時，校時正確。

關于遠動通道、報文調(diào)試的方法，遠動調(diào)試時，用串口調(diào)試軟件來看遠動報文。對于數(shù)字通道，直接將筆記本232口插在遠動通訊口，可直接觀察到數(shù)據(jù)報文。對于模擬通道，查看遠動信號是否上送，可采用以下方法：用交流電壓表測量應在0.4~1.3V之間，最好在0.7V左右（電壓過低信號接收不好，電壓過高則干擾載波相臨話音通道）；用數(shù)字頻率表測量時，頻率表后幾位應在MODEM中心頻率范圍內(nèi)不斷變化；用示波器觀察波形時，應有兩個清晰的波形，穩(wěn)定住一個波形，另一個則在不斷變化。若波形靜止不動，只是在不斷發(fā)“1”或“0”，調(diào)度端將解調(diào)不出信息；用喇叭聽信號，可聽到清晰而有規(guī)律的嘈雜音。

調(diào)試的最后階段是對整個綜自系統(tǒng)進行以下完善工作。

(1)綜自系統(tǒng)的防雷抗干擾處理通訊線屏蔽層可靠接地；各通訊端口可靠保護；交流電源接地正確。

(2)屏上各標簽框完整準確，任一元件應有明顯標識：控制保護屏上壓板、開關、指示燈及裝置名稱標簽框；控制保護屏后C45N開關標簽；電度表屏上標簽框；交流屏上開關標簽框；直流屏上開關標簽框；各屏后端子排按單位做標識；在計算機通訊線的插頭上做標識標明用途。4.6 試運行階段要詳細觀察系統(tǒng)的運行狀態(tài)，以便及時發(fā)現(xiàn)存在的隱患4.6.1 差動保護極性校驗主變壓器帶一定負荷之后，才能判斷出主變壓器差動極性。在監(jiān)控后臺機上，調(diào)主（差動）保護裝置采樣值，將能看到某一時刻主變電流采樣數(shù)據(jù)?？蓞⒖床蓸訑?shù)據(jù)中的差流相數(shù)據(jù)的大小判斷差動極性，也可通過對各相電流的波形分析差動極性。正常狀態(tài)下，對于兩圈變壓器在同一時刻，主變壓器高低壓側A-a，B-b，C-c相電流波形應正好相反，即高側為正半波數(shù)據(jù)，則低側應為負半波數(shù)據(jù)，且最值相加應得零。對于三圈變壓器，送電側各相電流波形與受電側各相波形相反，且最值相加得零。4.6.2帶方向保護的方向校驗線路帶一定負荷之后，在后臺機上調(diào)采樣值，通過觀察同一時刻相電壓與同相電流之間的電壓電流數(shù)據(jù)分析。例如：線路輸送功率