第一章變電站綜合自動(dòng)化的基本知識(shí)

變電站綜合自動(dòng)化的基本知識(shí)

SubstationAutomation

變電站的一次部分VacuumCircuitBreaker真空斷路器概念回顧一次設(shè)備一次系統(tǒng)電氣主接線二次設(shè)備二次系統(tǒng)二次接線問(wèn)題二次系統(tǒng)在電力運(yùn)行中的作用？測(cè)量用交流電流回路電能計(jì)量燈光監(jiān)視的斷路器控制回路線路的電流保護(hù)事故信號(hào)回路ControlandRelayPanelwithSubstationAutomationSystem控制繼電器與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)面板NumericalRelays數(shù)字繼電器SubstationAutomationSystem(SAS)TheSASisacollectionofanumberofintegratedapplicationsoftwareandhardwaresuitableformonitoring,analysis,protectandcontrolofElectricSubstationresources.本課程主要特色

mainfeatures《變電站綜合自動(dòng)化》是一門綜合性的課程

本課程需要computertechnic

計(jì)算機(jī)技術(shù)（特別是singlechip

單片機(jī)技術(shù)）、現(xiàn)代通訊communication技術(shù)、電力系統(tǒng)protectiverelay繼電保護(hù)與automationequipments自動(dòng)裝置、電氣設(shè)備等知識(shí)的支撐，同時(shí)又是這些知識(shí)的綜合，是建立在專業(yè)課基礎(chǔ)之上的理論與實(shí)踐相結(jié)合的綜合性課程。

綜合自動(dòng)化技術(shù)涉及到：autocontrol

自動(dòng)控制、遠(yuǎn)動(dòng)remoteaction、通信communication、繼電保護(hù)protectiverelay、測(cè)量measurement、計(jì)量metering、信號(hào)signal及控制control等專業(yè)涉及到：自動(dòng)化automatization

、繼電保護(hù)、變電運(yùn)行變電站綜合自動(dòng)化的定義變電站綜合自動(dòng)化：利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站主要設(shè)備和輸、配電線路的自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、控制、保護(hù)以及與調(diào)度通信等綜合性自動(dòng)化功能。*以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)*以數(shù)據(jù)通訊為手段*以信息共享為目標(biāo)*實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、測(cè)量、控制、保護(hù)以及與調(diào)度通信功能返回變電站綜合自動(dòng)化的定義變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)：變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)：利用多臺(tái)微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路組成的自動(dòng)化系統(tǒng)，可以收集到所需要的各種數(shù)據(jù)和信息，利用計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算能力和邏輯判斷能力，監(jiān)視和控制變電站的各種設(shè)備。傳統(tǒng)變電站自動(dòng)化的缺點(diǎn)傳統(tǒng)的二次設(shè)備、繼電保護(hù)、自動(dòng)和遠(yuǎn)動(dòng)裝置大多采取電磁型和小規(guī)模集成電路，缺乏自檢和自診斷能力，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低二次設(shè)備主要依賴大量的電纜，通過(guò)觸點(diǎn)、模擬信號(hào)來(lái)交換信息，信息量小、靈活性差、可靠性低傳統(tǒng)變電站占地面積大、使用電纜多，TA、TV負(fù)擔(dān)重，二次設(shè)備冗余配置多遠(yuǎn)動(dòng)功能不夠完善，提供給調(diào)度中心的信息量少、精度差，且變電站內(nèi)自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)手段不全，缺乏協(xié)調(diào)和配合能力，難以滿足電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求調(diào)試和維護(hù)工作量大，自動(dòng)化程度低，不能遠(yuǎn)方修改保護(hù)及自動(dòng)裝置的定值和檢查其工作狀態(tài)各設(shè)備按功能配置，彼此之間相關(guān)性很少，相互之間協(xié)調(diào)困難?，F(xiàn)有的變電站有三種類型傳統(tǒng)的變電站部分實(shí)現(xiàn)微機(jī)管理、具有一定自動(dòng)化水平的變電站全面微機(jī)化的綜合自動(dòng)化變電站變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程分立元件的自動(dòng)裝置階段以MPU[MicroProcessorUnit（微處理器）]為核心的智能化自動(dòng)裝置階段變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)階段分立元件的自動(dòng)裝置階段自動(dòng)重合閘裝置、低頻減載裝置、備用電源自動(dòng)投入裝置、繼電保護(hù)裝置各裝置獨(dú)立運(yùn)行，互不相干體積大、耗電多、維修周期短、缺乏智能性，沒(méi)有故障自診斷能力，不能提供告警信息。以MPU為核心的智能化自動(dòng)裝置階段

出現(xiàn)了微機(jī)型繼電保護(hù)裝置、微機(jī)監(jiān)控和微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置智能化、計(jì)算能力強(qiáng)，且裝置本身具有故障自診斷能力設(shè)備重復(fù)設(shè)置多數(shù)裝置間仍然是各自獨(dú)立運(yùn)行，不能相互通信和共享資源變電站綜合自動(dòng)化發(fā)展階段20世紀(jì)70年代末，日本研制出世界第一套綜合數(shù)字式保護(hù)和控制系統(tǒng)SDCS-I20世紀(jì)80年代初，美國(guó)研制了IMPac模塊化保護(hù)和控制系統(tǒng)美國(guó)Westhouse公司和EPRI聯(lián)合研制了SPCS變電站保護(hù)和控制綜合自動(dòng)化系統(tǒng)1984年瑞士BBC公司首次推出了他們的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)1985年德國(guó)西門子公司推出了第一套變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)LSA678我國(guó)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始研制，到70年代初，便先后研制出集中控制裝置和集保護(hù)、控制、信號(hào)為一體的裝置80年代中期，清華大學(xué)研制的35KV變電站微機(jī)保護(hù)、監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)在威海望島變電站投入運(yùn)行南京自動(dòng)化研究院開(kāi)發(fā)出了220KV梅河口變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)２００４年中國(guó)運(yùn)行中的５００千伏輸變電線路保護(hù)統(tǒng)計(jì)顯示：南瑞繼保占國(guó)內(nèi)全部保護(hù)的４０％，占國(guó)產(chǎn)保護(hù)的７４％以上，比例排名第一。而在１０年前，我國(guó)在這個(gè)行業(yè)９０％都要依賴進(jìn)口。２００５年４月１日，葛洲壩至南橋±５００千伏直流輸電線路雙極運(yùn)行，南瑞繼保為其提供了國(guó)內(nèi)第一套完全國(guó)產(chǎn)化的直流控制保護(hù)系統(tǒng)。同年９月２６日，我國(guó)第一個(gè)７５０千伏輸變電示范工程投入運(yùn)行，南瑞繼保是該工程唯一提供輸電線路保護(hù)、變壓器保護(hù)和電抗器保護(hù)在內(nèi)的全部各類保護(hù)的制造商。主要的公司北京四方CSC2000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)南京南瑞集團(tuán)公司BSJ-2200監(jiān)控系統(tǒng)上?；莅睵owerComm2000變電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)南京南瑞繼電保護(hù)電氣有限公司的RCS-9000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)國(guó)電南自PS6000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)許繼電氣CBZ8000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)階段最初的自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)際上是在RTU（RemoteTerminalUnit遠(yuǎn)程終端設(shè)備）基礎(chǔ)上加上以一臺(tái)微機(jī)中心的當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)，未涉及繼電保護(hù)，甚至保留了原有的傳統(tǒng)的控制屏臺(tái)。RTU方案保護(hù)RTUAI板DI板DO板保護(hù)保護(hù)保護(hù)返回變電站綜合自動(dòng)化結(jié)構(gòu)圖實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化的優(yōu)越性提高供電質(zhì)量提高變電站的安全、可靠運(yùn)行水平提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平降低造價(jià)，減少總投資促進(jìn)無(wú)人值班變電站管理模式的實(shí)行變電站綜合自動(dòng)化的基本功能繼電保護(hù)功能操作控制功能測(cè)量與監(jiān)視功能事件順序記錄與故障錄波和測(cè)距功能人機(jī)聯(lián)系功能電壓、無(wú)功綜合控制功能低頻減載控制備用電源自投控制通信功能綜合自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的功能保護(hù)和重合閘功能四遙功能電度采集五防功能自動(dòng)裝置(VQC,接地選線,

備自投,低周減載)故障錄波專家系統(tǒng)CSL系列,CST系列,CSBD系列CSD系列,CSI系列CSN系列博瑞CSM系列采用分散錄波基于WIZCON平臺(tái)返回變電站綜合自動(dòng)化的特點(diǎn)功能綜合化分層、分布化結(jié)構(gòu)操作監(jiān)視屏幕化運(yùn)行管理職能化通信手段多元化測(cè)量顯示數(shù)字化集中式自動(dòng)化系統(tǒng)90年代初研制的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)是在變電站控制室內(nèi)設(shè)置計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為變電站自動(dòng)化的核心，另設(shè)置一數(shù)據(jù)采集和控制部件，用以采集數(shù)據(jù)和發(fā)出控制命令；微機(jī)保護(hù)柜除保護(hù)部件以外，每柜有一管理單元，其串口與數(shù)據(jù)采集與控制部件相連，傳送保護(hù)裝置的各種信息和參數(shù)，整定和顯示保護(hù)定值，投、停保護(hù)裝置。全集中式方案DIDOAI返回分層分布式方案StationAB8B9C1T1T2B1B2B3B4B5B6C7C2B7DEC3000AXPAlpha1252123123123123123123123123123123123123123123123IEDIEDIEDIED管理機(jī)模式（分布分散式系統(tǒng)框圖）保護(hù)測(cè)量控制保護(hù)測(cè)量控制保護(hù)測(cè)量控制保護(hù)測(cè)量控制RS232/484CONTROLCENTREStationAB8B9C1T1T2B1B2B3B4B5B6C7C2B7DEC3000AXPAlpha1252123123123123123123123123123123123123123123123網(wǎng)絡(luò)返回分散式自動(dòng)化系統(tǒng)90年代中期，各類分散式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)相繼投入運(yùn)行，其特點(diǎn)是，，現(xiàn)場(chǎng)單元部件分別安裝在中低壓開(kāi)關(guān)柜或高壓一次設(shè)備附近；這些部件可以是綜合裝置也可以是獨(dú)立的裝置，控制室內(nèi)設(shè)置的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，對(duì)各現(xiàn)場(chǎng)單元部件進(jìn)行通訊聯(lián)系。遙信、遙測(cè)量的采集及處理，遙控命令的執(zhí)行和繼電保護(hù)等功能均由現(xiàn)場(chǎng)單元獨(dú)立完成，并將信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)送至后臺(tái)計(jì)算機(jī)。兩層式結(jié)構(gòu)CONTROLCENTRESUBSTATIONCONTROLGStationAB8B9C1T1T2B1B2B3B4B5B6C7C2B7DEC3000AXPAlpha1252123123123123123123123123123123123123123123123現(xiàn)場(chǎng)總線

返回IEC61850的三層結(jié)構(gòu)PROCESSINTERFACEPROCESSINTERFACE保護(hù)監(jiān)控其他保護(hù)監(jiān)控其他StationAB8B9C1T1T2B1B2B3B4B5B6C7C2B7DEC3000AXPAlpha1252123123123123123123123123123123123123123123123StationAB8B9C1T1T2B1B2B3B4B5B6C7C2B7DEC3000AXPAlpha1252123123123123123123123123123123123123123123123CONTROLCENTREStationAB8B9C1T1T2B1B2B3B4B5B6C7C2B7DEC3000AXPAlpha1252123123123123123123123123123123123123123123123至調(diào)度所保護(hù)裝置故障錄波當(dāng)?shù)乇O(jiān)控遠(yuǎn)動(dòng)計(jì)費(fèi)電表高壓開(kāi)關(guān)場(chǎng)常規(guī)變電所二次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖至調(diào)度所至公用電話網(wǎng)工程師站站內(nèi)通訊網(wǎng)遠(yuǎn)動(dòng)功能終端就地監(jiān)控終端間隔功能終端#1變電站層網(wǎng)絡(luò)層間隔層間隔功能終端#2變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖面向功能的設(shè)計(jì)面向間隔的設(shè)計(jì)返回

500kV/220kV/110kV變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)典型方案一主機(jī)1操作員站1主機(jī)2操作員站2工程師站1雙光纖以太網(wǎng)通訊機(jī)2上級(jí)調(diào)度通訊機(jī)1通道切換****************500kV繼電器室220kV繼電器室35kV繼電器室間隔1……N通道切換@@@@@@@@@A@@@@@@@@@保護(hù)、IEDB*********測(cè)控邏輯閉鎖裝置。。間隔1……N通道切換@@@@@@@@@A@@@@@@@@@保護(hù)、IEDB@@@*********測(cè)控邏輯閉鎖裝置。。間隔1……N。。通道切換@@@@@@@@@A@@@@@@@@@保護(hù)、IEDB*********測(cè)控邏輯閉鎖裝置GPS

現(xiàn)場(chǎng)總線

（光纖/雙絞線）通信控制器邏輯閉鎖裝置單元監(jiān)控裝置間隔層設(shè)備站控層設(shè)備*全國(guó)第一套微機(jī)保護(hù)裝置----1984華北電力大學(xué)*全國(guó)第一套分布式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)----1994大慶*全國(guó)第一套就地安裝保護(hù)裝置----1995CSL200A*全國(guó)第一套220kv綜合自動(dòng)化變電站----1996珠海南屏*全國(guó)第一套全下放式220kv綜合自動(dòng)化變電站----1999丹東*全國(guó)第一套全國(guó)產(chǎn)500kv綜合自動(dòng)化變電站----1999南昌*全國(guó)第一套將專家系統(tǒng)應(yīng)用到變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中--2000*國(guó)內(nèi)第一家引進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)總線LonWorks返回Functions

1.Supervision監(jiān)督、管理function

Datacollection(statusvalue,AC/DCanalogvalue,pulsevalue)andprocessingAlarmandeventrecordingHistorydatarecordingGraphicfunctionDisplayandprintReportfunctionPost記入disturbance干擾review檢查

2.Controlfunction

SupportselectivecontrolfunctionformultipleremotecontrolcentersLocalcontrolfunctionforcontrolroomcomputersupervisorysystemLocalcontrolfunctionforbay間隔levelequipmentSynchronizationtestingandsynchronizedswitch-onfunctionAutomaticcontrolbasedonIEC1131configurationStation-widelogicinterlocking聯(lián)鎖的basedonIEC1131configurationReactivepower無(wú)功功率voltageautomaticregulation

3.Protectionfunction

LineandfeederprotectionTransformerandreactorprotectionElectromotorprotectionGeneratorprotectionCapacitorprotection

4.Configurationfunction

SystemconfigurationGraphicconfigurationDatabaseconfigurationPLCcontrolfunctionconfigurationbasedonIEC1131-3standard

5.Communicationfunction

Multiplecommunicationinterfaces(RS232,RS422,RS485,CAN,LONWORKS,Ethernet,electricpowercarrier,cable,wirelessandfiberetc)thatsupportvariousofmediaandnetworksHighspeeddatanetworkcommunicationwithmeasuringandcontrollingunitDatanetworkcommunicationwithvariousmicroprocessor-basedrelayprotectionDatanetworkcommunicationwithvariousintelligentdevices(computer-basedDCsystem,intelligentpowermeter,intelligentfirealarm,andGPS,etc.)

6.Advancedfunctions

ReactivepowervoltageautomaticcontrolEmbeddedPC-basedmaloperationpreventionfunctionSmallcurrentneutralgroundingfault-lineselectionOperationticketandmaloperationpreventioninterlockingSystemdiagnosisandself-recoveryRemotesupervisionandmaintenanceTechnicalcharacteristicsOpenedsystembasedoninternationalstandardProvideintegratedautomationtotalsolutionforsubstationsofvariousvoltage-levelEmploy10M/100Mself-adaptiveredundantEthernetanddirectnetworklinkofbay-levelequipmenttoimprovesystemreal-timeabilityanddatatransmissionreliabilityBay-levelequipmentrealizeslogicinterlockingofstation-widecontrolandoperationnotrelyonstation-controllayerthroughnetworkdatasharingBasedonreal-timemulti-taskoperatingsystemsoftwareplatformtoimprovesystemreliabilityandreal-timeperformanceDevelopcomputersupervisorycontrolsystemthatcombinesbusinessandreal-timedatabases,isobjectorientedandwithintegratedgraphic,modelanddatabase.Thesoftware'sstructureisbothadvancedandopen.Thesystemfunctionsarepractical