第四章 變電站自動化

第四章變電站自動化主題：一、變電站自動化的背景二、變電站自動化的基本要求三、變電站自動化的發(fā)展方向四、變電站自動化的基本功能五、變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式六、變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)的通信技術(shù)1鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室.七、變電站無人值班八、變電站無功—電壓綜合控制九、變電站防誤操作閉鎖系統(tǒng)十、低頻減負荷控制十一、小電流接地系統(tǒng)單相接地選線十二、故障錄波與測距十三、遙視與遙測2鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室一、變電站自動化的背景1.常規(guī)變電站二次系統(tǒng)的問題（1）常規(guī)變電站二次系統(tǒng)由繼電保護、自動裝置、測量儀表、操作控制屏、中央信號屏和遠動裝置幾部分分立組成。繼電保護—多個機械式繼電器的組合體積大、分散、接線多、功能不全、無通信自動裝置—模擬式、無通信功能遠動裝置(許多變電站沒有遠動裝置)—模擬式3鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室操作控制屏—多屏、模擬式顯示儀表、無遠方操作功能中央信號屏—光字牌通信--各種裝置間無通信（2）特點這些部分的功能、采用的技術(shù)及裝置各不相同，相互之間獨立運行，缺乏智能，沒有故障自診斷能力。同時，分立元件的裝置可靠性不高，體積大；二次電纜使用多，連接繁雜，易出現(xiàn)故障。4鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室2.微機型自動裝置階段隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，20世紀8、90年代出現(xiàn)了微機型保護裝置、自動裝置、遠動裝置和監(jiān)控系統(tǒng)。這些微機型裝置采用數(shù)字電路，體積縮小；利用微處理器的智能和計算能力，應(yīng)用新的算法，提高了測量的準確度和控制的準確性；擴充了新的功能，還具有裝置本身的故障自診斷能力；提高了變電站自動控制的能力和可靠性。5鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室這些微機型裝置基本上維持了原有的功能邏輯關(guān)系，只是組成的硬件結(jié)構(gòu)由微處理器及其接口電路代替。各種微機型裝置的硬件結(jié)構(gòu)大同小異，采集和控制的量大多相同，但設(shè)備重復(fù)，模板種類多，數(shù)據(jù)與通道不共享，實際上形成了變電站的自動化孤島。而且二次電纜依舊繁多，故障隱患較大。變電站的自動化孤島問題必須依靠科學(xué)技術(shù)的發(fā)展來解決。6鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室3.變電站自動化階段20世紀90年代以來計算機與通信技術(shù)迅猛發(fā)展，更高性能微處理器、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)的廣泛應(yīng)用使變電站進入自動化階段。其初步實現(xiàn)的特征是將保護和測量控制綜合考慮配置，監(jiān)控系統(tǒng)除完成遠動功能外，還能與微機保護和小電流接地裝置交換信息，站內(nèi)有通信系統(tǒng)，有監(jiān)控計算機。7鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室二、變電站自動化的基本要求

1.變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)能全面代替常規(guī)的二次設(shè)備。集變電站的繼電保護、測量、監(jiān)視、控制和通信于一個分級分布式系統(tǒng)中。2.變電站微機保護的軟硬件設(shè)置與監(jiān)控系統(tǒng)既要相對獨立，又要相互協(xié)調(diào)。系統(tǒng)中任何其它環(huán)節(jié)故障只影響局部功能的實現(xiàn)，不影響保護子系統(tǒng)的正常工作。8鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室3.微機保護裝置具有串行接口或現(xiàn)場總線接口，向計算機監(jiān)控系統(tǒng)或RTU提供保護動作信息或保護定值信息。4.變電站自動化系統(tǒng)的功能和配置，滿足無人值班的要求。5.具有可靠、先進的通信網(wǎng)絡(luò)及合理的通信協(xié)議，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。9鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室6.具有高可靠性和強抗干擾能力。各子系統(tǒng)具有獨立的自診斷和自恢復(fù)功能，任一部分發(fā)生故障時，能發(fā)出告警指示，并迅速將自診斷信息送往控制中心。7.系統(tǒng)的標準化程度和可擴展性、適應(yīng)性、開放性能好。10鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室三、變電站自動化的發(fā)展方向一些新技術(shù)的應(yīng)用使變電站自動化系統(tǒng)有可能出現(xiàn)重大突破，同時，在技術(shù)突破的過程中需要面對一系列新的挑戰(zhàn)。1.非常規(guī)互感器（1）傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)式電壓、電流互感器隨著系統(tǒng)容量和電壓的不斷升高，不可避免地帶來絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、磁飽和、鐵磁諧振及動態(tài)范圍小等缺點，影響繼電保護的可靠性和靈敏性，這也是目前測量和保護不容易實現(xiàn)數(shù)據(jù)完全共享的主要原因。11鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室（2）非常規(guī)互感器如電子式和光電式互感器OTA的優(yōu)點：具有優(yōu)良的絕緣性能，體積小，成本低；不含鐵心，沒有磁飽和、鐵磁諧振等問題；動態(tài)范圍大，測量精度高，其額定電流可由幾十安到幾千安，過電流范圍大幾十萬安，一個互感器可同時滿足計量與繼電保護的需要，節(jié)省投資。12鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室頻率范圍寬，可測出高壓線路的諧波電流，還可進行暫態(tài)電流、高頻大電流與直流電流的測量。其信號處理部分采用先進的數(shù)字信號處理DSP技術(shù)，具有實時性、快速性和便于進行復(fù)雜算法處理等特點?？垢蓴_能力強。13鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室（3）非常規(guī)互感器對變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展具有革命性意義非常規(guī)互感器的最大特點是可以輸出低電平模擬量和數(shù)字量信號，直接用于微機保護和電子式計量設(shè)備，省去了許多中間環(huán)節(jié)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。非常規(guī)互感器響應(yīng)速度快，動態(tài)范圍大，可以根據(jù)故障時瞬變過程的波形，發(fā)展新原理的繼電保護裝置。14鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室非常規(guī)互感器抗干擾能力強，絕緣性能優(yōu)秀，可分散安裝于高壓設(shè)備附近，利用光纖和局域網(wǎng)聯(lián)系起來，構(gòu)成完全分散的自動化系統(tǒng)。15鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室2.IEC61850標準—從專用設(shè)備到統(tǒng)一平臺IEC61850《變電站網(wǎng)絡(luò)與通信協(xié)議》標準是世界統(tǒng)一標準，使變電站信息建模標準化成為可能，信息共享具有了可實施的前提，便于不同廠家實現(xiàn)相互接口和維護。3.網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)通過光纖和以太網(wǎng)技術(shù)構(gòu)成基于網(wǎng)絡(luò)控制的分布式變電站自動化系統(tǒng)。16鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室4.智能斷路器技術(shù)—從傳統(tǒng)控制向綜合智能控制發(fā)展電氣設(shè)備比如斷路器，將控制、保護系統(tǒng)與一次設(shè)備就近安裝在一起，向智能型裝置發(fā)展。非常規(guī)互感器及計算機技術(shù)的發(fā)展，使得對于斷路器設(shè)備內(nèi)部的電、磁、溫度、動作狀態(tài)的監(jiān)測成為可能，通過收集分析檢測數(shù)據(jù)，判斷斷路器運行的狀況及趨勢，安排檢修和維護，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的定期檢查和實驗，減少了運行成本。17鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室四、變電站自動化的基本功能

變電站自動化的基本功能體現(xiàn)在七個子系統(tǒng)：1．監(jiān)控子系統(tǒng)2．微機保護子系統(tǒng)3．電壓、無功功率綜合控制子系統(tǒng)4．五防子系統(tǒng)5．其它自動裝置功能子系統(tǒng)6.遙視及檢測子系統(tǒng)7.遠動及數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)18鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室1．監(jiān)控子系統(tǒng)（一）數(shù)據(jù)采集模擬量的采集—母線，線路的電壓、電流、功率及相位、功率因數(shù)等。開關(guān)量的采集—斷路器狀態(tài)：循環(huán)中斷方式，采樣分辨率在5ms以內(nèi)。隔離開關(guān)狀態(tài)和有載調(diào)壓變壓器分接頭位置：定時查詢方式繼電保護動作信號：串行通信

電能計量—脈沖計量或軟件計算19鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室（二）事件順序記錄SOE：遙信量（三）故障錄波、事故追憶和測距事故追憶：事故前后一段時間的變電站內(nèi)一些主要模擬量的連續(xù)記錄。故障錄波與測距：110kV及以上的重要線路距離長，故障影響大。設(shè)置故障錄波與測距以盡快找出故障?？捎晌C保護裝置兼做故障錄波與測距，并將結(jié)果送往監(jiān)控，但記錄數(shù)量有限；也可采用專用設(shè)備。20鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室故障記錄：35kV和10kV線路可利用微機保護裝置設(shè)置簡單故障記錄功能，或采用保護啟動監(jiān)控數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄主變壓器電流和高壓母線電壓。（四）控制及安全操作閉鎖

可通過監(jiān)視器屏幕用鍵盤操作斷路器和隔離開關(guān)可接受遙控操作命令，進行遠方操作所有操作均能就地與遠方控制，就地與遠方控制相互閉鎖，自動與手動相互閉鎖。操作管理按權(quán)限分層：有專用密碼的操作口令與監(jiān)護口令。21鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室（五）運行監(jiān)視與人機聯(lián)系通過狀態(tài)量變位監(jiān)視，可監(jiān)視變電站各種斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、變壓器分接頭的位置和動作情況，繼電保護和自動裝置的動作情況以及它們的動作順序等。CRT顯示器，其顯示畫面的內(nèi)容不僅可以取代常規(guī)的儀器、儀表，而且可實現(xiàn)以下許多常規(guī)儀表無法完成的功能。22鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室1．顯示內(nèi)容(1)顯示采集和計算的實時運行參數(shù)。同時在潮流等運行參數(shù)的顯示畫面上應(yīng)顯示出日期和時間(年、月、日、時、分、秒)。屏幕刷新周期可在2～10s間(可調(diào))。(2)顯示實時主接線圖。變電站主接線圖上斷路器和隔離開關(guān)的位置要與實際狀態(tài)相對應(yīng)。進行對斷路器或隔離開關(guān)的操作時，在所顯示的主接線圖上，對所要操作的對象應(yīng)有明顯的標記(如閃爍等)。各項操作都應(yīng)有漢字提示。23鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(3)事件順序記錄(SOE)顯示。顯示所發(fā)生的事件內(nèi)容及發(fā)生事件的時間。(4)越限報警顯示。顯示越限設(shè)備名、越限值和發(fā)生越限的時間。(5)值班記錄顯示。(6)歷史趨勢顯示。顯示主變壓器負荷曲線、母線電壓曲線等。(7)保護定值和自控裝置的設(shè)定值顯示。(8)其他，包括故障記錄顯示、設(shè)備運行狀況顯示等。24鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室2．輸入數(shù)據(jù)變電站投入運行后，隨著送電量的變化，保護定值、越限值等需要修改，甚至由于負荷的增長，需要更換原有的設(shè)備，如更換TA變比。因此在人機聯(lián)系中，必須有輸入數(shù)據(jù)的功能。需要輸入的數(shù)據(jù)至少有以下幾項內(nèi)容：25鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(1)TA和TV變比。(2)保護定值和越限報警定值。(3)自控裝置的設(shè)定值。(4)運行人員密碼。對無人值班變電站也必須設(shè)置必要的人機聯(lián)系功能，以便當巡視或檢修人員到現(xiàn)場時，能通過液晶顯示或便攜機觀察到站內(nèi)各設(shè)備的運行狀況和運行參數(shù)，對斷路器等的控制應(yīng)具有人工當?shù)鼐o急操作的設(shè)施。

26鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(六)安全監(jiān)視和報警監(jiān)控系統(tǒng)在運行過程中，對采集的電流、電壓、主變壓器溫度、頻率等量，要不斷進行越限監(jiān)視，如發(fā)現(xiàn)越限，立刻發(fā)出告警信號，同時記錄和顯示越限時I'日-J和越限值。另外，還要監(jiān)視保護裝置是否失電，自控裝置工作是否正常等。27鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室當變電站有非正常狀態(tài)發(fā)生和設(shè)備異常時，監(jiān)控系統(tǒng)能及時在當?shù)鼗蜻h方發(fā)出事故音響或語音報警，并在CRT顯示器上自動推出報警畫面，為運行人員提供分析處理事故的信息，同時可將事故信息進行打印記錄和存儲。28鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室

對于一個典型的變電站，應(yīng)報警的參數(shù)有：母線電壓報警，即當電壓偏差超出允許范圍且越限連續(xù)累計時間達到30s(或該時間按電壓監(jiān)視點要求)后報警；線路負荷電流越限報警，即按設(shè)備容量及相應(yīng)允許越限時間來報警；主變壓器過負荷報警，按規(guī)程要求分正常過負荷、事故過負荷及相應(yīng)過負荷時間報警；29鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室系統(tǒng)頻率偏差報警，即在系統(tǒng)解列有可能形成小系統(tǒng)時，當其頻率監(jiān)視點超出允許值時報警；消弧線圈接地系統(tǒng)中性點位移電壓越限及累計時間超出允許值時報警；母線上的進出功率及電能量不平衡越限報警；直流電壓越限報警。30鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室越限報警的各個參數(shù)量中，有一個允許運行時間限額，因此除越限報警外還應(yīng)向上級調(diào)度(控制)人員提供當前極限運行時間，即允許運行時間減去越限運行的累計時間。異常狀態(tài)報警的是非正常操作時，斷路器變位信號、保護故障動作信號、監(jiān)控和保護設(shè)備異常狀態(tài)信號以及數(shù)據(jù)采集的狀態(tài)量中其他報警和異常信號。31鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室報警方式主要有自動推出畫面、報警、音響提示(語音或可變頻率音響)、閃光報警和信息操作提示，如控制操作超時等。對無人值班的變電站，通過設(shè)置攝像平臺，配置視頻圖像識別系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對不明物入侵的監(jiān)視。通過設(shè)置紅外攝像儀，配置紅外圖像識別系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對設(shè)備溫度過高和火警的監(jiān)視與告警。通過就地圖像識別以及把視頻圖像和告警信息上傳至調(diào)度側(cè)的功能實現(xiàn)，稱之為“遙視”。32鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(七)打印功能對于有人值班的變電站，監(jiān)控系統(tǒng)可以配備打印機，完成以下打印記錄功能：①定時打印報表和運行日志；②開關(guān)操作記錄打??；③事件順序記錄打印；④越限打印；⑤召喚打印、抄屏打??；⑦事故追憶打印。對于無人值班變電站，可不設(shè)當?shù)卮蛴」δ?，各變電站的運行報表集中在控制中心打印輸出。33鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(八)數(shù)據(jù)處理與記錄歷史數(shù)據(jù)的形成和存儲也是數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容。此外，為滿足繼電保護和變電站管理的需要，必須進行一些數(shù)據(jù)統(tǒng)計，其內(nèi)容包括：①主變壓器和輸電線路有功和無功功率每天的最大值和最小值以及相應(yīng)的時間；②母線電壓每天定時記錄的最高值和最低值以及相應(yīng)的時間；34鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室③計算售配電電能平衡率；④統(tǒng)計斷路器動作次數(shù)；⑤斷路器切除故障電流和動作次數(shù)的累計數(shù)；⑥控制操作和修改定值記錄。35鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室

(九)諧波分析與監(jiān)視保證電力系統(tǒng)的諧波在國標規(guī)定的范圍內(nèi)，也是電能質(zhì)量的重要指標。隨著非線性器件和設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電氣化鐵路的發(fā)展和家用電器的不斷增加，電力系統(tǒng)的諧波含量顯著增加，并且有越來越嚴重的趨勢。目前，諧波“污染”也成為電力系統(tǒng)的公害之一。因此，在變電站自動化系統(tǒng)中，要重視對諧波含量的分析和監(jiān)視。對諧波污染嚴重的變電站采取適當?shù)囊种拼胧档椭C波含量，是一個不容忽視的問題。36鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室2.微機保護子系統(tǒng)（1）包括變電站主要設(shè)備和輸電線路的全套保護，有：高壓輸電線路的主保護和后備保護；主變壓器的主保護和后備保護；無功補償電容器組的保護；母線保護；配電線路的保護；不完全接地系統(tǒng)的單相接地選線等變電站自動化系統(tǒng)不能降低繼電保護的可靠性。37鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室（2）繼電保護還必須具備以下附加功能：與監(jiān)控系統(tǒng)通信的功能；故障記錄功能；與統(tǒng)一時鐘對時功能；存儲多種保護整定值；當?shù)仫@示與多處觀察和授權(quán)修改保護整定值；故障自診斷、自閉鎖和自恢復(fù)功能；設(shè)置保護管理機或通信管理機，溝通監(jiān)控系統(tǒng)與各保護單元間的聯(lián)系。38鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室3.電壓、無功綜合控制子系統(tǒng)變電站自動化系統(tǒng)必須具有保證安全、可靠供電和提高電能質(zhì)量的自動控制功能。電壓是衡量電能質(zhì)量的一個重要指標，保證用戶的電壓接近額定值是電力系統(tǒng)運行調(diào)整的基本任務(wù)之一。對電壓和無功功率進行合理的調(diào)節(jié)，不僅可以提高電能質(zhì)量和電壓合格率，而且可以降低網(wǎng)損。39鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室電壓和無功功率的調(diào)整對電網(wǎng)的輸電能力、安全穩(wěn)定運行水平和降低電能損耗有極大影響。因此電壓、無功功率綜合控制也是變電站自動化系統(tǒng)的一個重要組成部分。4.“五防”子系統(tǒng)對任何一個變電站都有進行遠方操作或就地操作的任務(wù)要求。由于變電站設(shè)備繁多，操作的準確性又要求很高，因此單純強調(diào)提高操作人員的認識是遠遠不夠的。利用計算機的邏輯分析功能強的特點，配套一些閉鎖裝置及動作閉鎖回路的改造，構(gòu)成防止誤操作的“五防”閉鎖子系統(tǒng)。

40鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室5.其他自動裝置功能子系統(tǒng)（1）低頻減負荷控制當電力系統(tǒng)因事故導(dǎo)致有功功率缺額而引起系統(tǒng)頻率下降時，低頻減負荷裝置應(yīng)能及時自動斷開一部分負荷，防止頻率進一步降低，以保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行和重要負荷(用戶)的正常工作。當系統(tǒng)頻率恢復(fù)到正常值之后，被切除的負荷可逐步遠方(或就地)手動恢復(fù)或可選擇延時分級自動恢復(fù)。41鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室

（2）備用電源自投控制當工作電源因故障不能供電時，自動裝置應(yīng)能迅速將備用電源自動投入使用或?qū)⒂脩羟袚Q到備用電源上去。典型的備用電源自投有單母線進線備投、分段斷路器備投、備用變壓器備投、進線及橋斷路器備投。42鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室（3）小電流接地選線控制小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，接地保護應(yīng)能正確地選出接地線路(或母線)及接地相，并予以報警。對于不接地系統(tǒng)，可采用零序功率方向、零序電流大小和方向等零序分量判據(jù)；對于經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)還應(yīng)考慮其他判據(jù)(如5次諧波判據(jù)等)進行綜合判斷。43鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室6.遙視及檢測子系統(tǒng)運用攝像儀和紅外熱像儀對變電站的重要部位進行巡視攝像，經(jīng)遠方通道傳至調(diào)度側(cè)進行遠方監(jiān)視。子系統(tǒng)能夠完成對所攝圖像進行對比識別，當有危害物體侵入時，發(fā)出告警及遙信信息；對紅外熱像儀所取圖像進行分析，當變電站中存在某區(qū)域溫度過高時，發(fā)出告警及遙信信息，防止設(shè)備溫升過高和火災(zāi)。44鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室7.遠動及數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)變電站自動化系統(tǒng)是由各個子系統(tǒng)組成的，必須把變電站各個單一功能的子系統(tǒng)(或稱單元自控裝置)組合起來，使上位機與各子系統(tǒng)或各子系統(tǒng)之間建立起數(shù)據(jù)通信或互操作。因此網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信協(xié)議標準、分布式技術(shù)、數(shù)據(jù)共享等均是關(guān)鍵問題。

45鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室另外，先進的自動化系統(tǒng)應(yīng)該能替代RTU的全部功能，也即與調(diào)度主站應(yīng)具有強的通信功能。因此，綜合自動化系統(tǒng)的通信功能包括系統(tǒng)內(nèi)部的現(xiàn)場級間的通信和自動化系統(tǒng)與上級調(diào)度的通信兩部分。46鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室（1）綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部的現(xiàn)場級間的通信綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部的現(xiàn)場級間的通信主要解決自動化系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)與上位機(監(jiān)控主機)和各子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信和信息交換問題，它們的通信范圍是變電站內(nèi)部。對于集中組屏的綜合自動化系統(tǒng)來說，實際是在主控室內(nèi)部；47鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室對于分散安裝的自動化系統(tǒng)來說，其通信范圍擴大至主控室與子系統(tǒng)的安裝地，最大的可能是開關(guān)柜間，即通信距離加長了。綜合自動化系統(tǒng)現(xiàn)場級的通信方式有并行通信、串行通信、局域網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場總線等多種方式。48鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室（2）綜合自動化系統(tǒng)與上級調(diào)度的通信自動化系統(tǒng)必須兼有遠方終端的全部功能，應(yīng)該能夠?qū)⑺杉哪M量和開關(guān)狀態(tài)信息，以及事件順序記錄等調(diào)度有關(guān)的信息遠傳至調(diào)度端；同時應(yīng)該能接收調(diào)度端下達的各種操作、控制、修改定值等命令。49鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室五、變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)目前在變電站中的具體應(yīng)用，主要有集中式、分布式和分散(層)分布式；從安裝物理位置來劃分，有集中組屏、分散組屏和全部分散在一次設(shè)備間隔上安裝等形式。

50鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室1．集中式變電站自動化結(jié)構(gòu)模式集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng)，指采用不同檔次的計算機，擴展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進行計算與處理，分別完成微機監(jiān)控、微機保護和一些自動控制等功能。51鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室集中式結(jié)構(gòu)的變電站自動化系統(tǒng)示意圖如圖4—1所示。52鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室

集中式結(jié)構(gòu)是根據(jù)變電站的規(guī)模，配置相應(yīng)容量的集中式保護裝置和監(jiān)控主機及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它們安裝在中央控制室內(nèi)。主變壓器和各進出線及站內(nèi)所有電氣設(shè)備的運行狀態(tài)，通過TA、TV經(jīng)電纜傳送到中央控制室的保護裝置和監(jiān)控主機(或遠動裝置)。繼電保護動作信息往往取保護裝置的信號繼電器的觸點，通過電纜送給監(jiān)控主機(或遠動裝置)。53鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室在舊站改造的中、低壓變電站中常用傳統(tǒng)的遠動終端(RTU)加上當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)(又稱當?shù)毓δ?組成自動化系統(tǒng)，如圖4—2所示。54鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室一般保護系統(tǒng)獨立配置，保護裝置的信息可通過遙信輸入回路(即硬件方法)進人RTU，也可通過串行口按規(guī)約通信(即軟件方法)進入RTU。根據(jù)用戶不同層次的要求，其功能的配置可以是一臺主機，也可以是一個完整的計算機網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，即利用傳統(tǒng)的集中式RTU實現(xiàn)變電站自動化功能。55鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室集中式結(jié)構(gòu)的缺點是：必須采用雙機并聯(lián)運行的結(jié)構(gòu)才能提高可靠性；軟件復(fù)雜，系統(tǒng)調(diào)試麻煩；組態(tài)不靈活。2．分布式系統(tǒng)集中組屏的變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式將微機保護單元和數(shù)據(jù)采集單元按一次回路對象設(shè)計，分別配置。這種系統(tǒng)雖有多種不同形式，但歸納起來實質(zhì)均屬于分層分布式的多CPU的體系結(jié)構(gòu)。56鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室每一層由不同的設(shè)備或不同的子系統(tǒng)組成，完成不同的功能。變電站分為變電站層、間隔層和過程層三層。過程層主要指變電站內(nèi)的變壓器和斷路器、隔離開關(guān)及其輔助觸點，電流、電壓互感器等一次設(shè)備。目前，變電站自動化系統(tǒng)主要位于間隔層和變電站層。57鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室間隔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。測量、控制部件負責(zé)該單元的測量、監(jiān)視、斷路器的操作控制和連鎖及事件順序記錄等；保護部件負責(zé)該單元線路或變壓器或電容器的保護、故障記錄等。因此，間隔層本身是由各種不同的單元裝置組成，這些獨立的單元裝置直接通過網(wǎng)絡(luò)或串行總線與變電站層(主RTU)聯(lián)系，如圖4—3所示。58鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室圖中采用RS-485星形結(jié)構(gòu)構(gòu)成的分布式測控單元(分布式RTU)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的RTU，集中配屏安裝在控制室?？捎糜谂f站分布式RTU改造模式。

59鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室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(shè)現(xiàn)場總線或局域網(wǎng)，供各主機之間和監(jiān)控主機與間隔層之間交換信息。變電站層的有關(guān)自動化設(shè)備一般均安裝于控制室，將間隔層的設(shè)備也集中安裝在控制室，以減少控制電纜長度。在較大型的變電站中采用數(shù)據(jù)采集管理機或繼電保護管理機，分別管理各測量、監(jiān)視單元和各保護單元，然后集中與變電站層通信，如圖4-4所示。

60鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室61鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室為了提高綜合自動化系統(tǒng)整體的可靠性，分布式系統(tǒng)集中組屏結(jié)構(gòu)采用按間隔劃分的分布式多CPU系統(tǒng)。每個功能單元基本上由一個CPU組成，多數(shù)采用單片機，也有一個功能單元由多個CPU完成的。這種按功能設(shè)計的分散模塊化結(jié)構(gòu)具有軟件相對簡單、調(diào)試維護方便、組態(tài)靈活、系統(tǒng)整體可靠性高等特點。62鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室在自動化系統(tǒng)的管理上，可以采取分層管理的模式，即各保護功能單元可以由保護管理機直接管理。一臺保護管理機與單元模塊之間可以采用雙絞線用RS一485接口連接，也可通過現(xiàn)場總線連接；而模擬量和開關(guān)量輸入／輸出單元也可以由數(shù)據(jù)采集管理機負責(zé)管理。63鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室保護管理機和數(shù)據(jù)采集管理機是處于變電站級和間隔功能單元間的第二層結(jié)構(gòu)。正常運行時，保護管理機監(jiān)視各保護單元的工作情況，一旦某一保護單元有保護動作信息或發(fā)現(xiàn)某一單元本身工作不正常，將保護動作信息或設(shè)備故障信息立即報告上位監(jiān)控機，并報告調(diào)度中心。調(diào)度中心或監(jiān)控機也可通過保護管理機下達修改保護定值等命令。64鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室數(shù)據(jù)采集管理機則將各數(shù)據(jù)采集單元所采集的數(shù)據(jù)和開關(guān)狀態(tài)送給監(jiān)控機和送往調(diào)度中心，并接受由調(diào)度或監(jiān)控機下達的命令?？傊@第二層管理機的作用可明顯地減輕監(jiān)控機的負擔(dān)，協(xié)助監(jiān)控機承擔(dān)對單元層的管理。65鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室3．分散與集中相結(jié)合的變電站自動化結(jié)構(gòu)模式它以每個電網(wǎng)元件(如一條出線、一臺變壓器、一組電容器等)為對象，集測量、保護、控制為一體，設(shè)計在同一機箱中。對于6～35kV的配電線路，可以將這個一體化的保護、測量、控制單元分散安裝在各個開關(guān)柜中，然后由監(jiān)控主機通過光纖或電纜網(wǎng)絡(luò)，對它們進行管理和交換信息。66鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室至于高壓線路保護裝置和變壓器保護裝置，仍可采用集中組屏安裝在控制室內(nèi)或分散的設(shè)備小間內(nèi)，通過網(wǎng)絡(luò)將這些分散的裝置或屏柜連接在一起，進行信息交換。67鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室這種將配電線路的保護和測控單元分散安裝在開關(guān)柜內(nèi)，而高壓線路保護和主變壓器保護裝置等采用集中組屏安裝在控制室內(nèi)的分散式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，常稱為分散和集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，而控制和保護仍然集中配屏。其示意圖如圖4—5所示。

68鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室69鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室對500、220kV等大型變電站，通常將各個電壓等級的間隔單元集中組屏安裝在分散的設(shè)備小間內(nèi)(一次設(shè)備附近)，就近管理，節(jié)省電纜；而分散的不同電壓等級設(shè)備小間再通過通信系統(tǒng)和主控制室變電站層單元組成整個變電站自動化系統(tǒng)，如圖4—6所示。

70鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室71鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室4．全分散的變電站自動化結(jié)構(gòu)模式以一次主設(shè)備如開關(guān)、變壓器、母線等為安裝單位，將控制、I／O、閉鎖、保護等單元分散就地安裝在一次主設(shè)備(屏柜)上，站控單元(在控制室內(nèi))通過串行口(光纖通信)與各一次設(shè)備屏柜(在現(xiàn)場)相連，組成以太網(wǎng)與上位機和遠方調(diào)度中心通信，如圖4—7所示。具體實施，可以保護獨立，控制、測量合一；也可以保護、控制、測量合一。該方式適合于要求節(jié)省占地面積和二次電纜的35～110kV中低壓變電站，如城市(市區(qū))變電站。72鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室73鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室分散式結(jié)構(gòu)的變電站自動化系統(tǒng)突出的優(yōu)點如下：(1)簡化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。由于配電線路的保護和測控單元分散安裝在各開關(guān)柜內(nèi)，因此主控室內(nèi)減少了保護屏，加上采用自動化系統(tǒng)后，原先常規(guī)的控制屏、中央信號屏和站內(nèi)模擬屏可以取消，因此使主控室面積大大縮小，也有利于實現(xiàn)無人值班。74鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(2)減少了施工和設(shè)備安裝工程量。由于安裝在開關(guān)柜的保護和測控單元在開關(guān)柜出廠前已由廠家安裝和調(diào)試完畢，再加上敷設(shè)電纜的數(shù)量大大減少，因此現(xiàn)場施工、安裝和調(diào)試的工期隨之縮短。(3)簡化了變電站二次設(shè)備之間的互連線，節(jié)省了大量連接電纜。(4)分散式結(jié)構(gòu)可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便。由于分散安裝，減小了TA的負擔(dān)。各模塊與監(jiān)控主機問通過局域網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場總線連接，抗干擾能力強，可靠性高。75鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室六、變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)的通信技術(shù)變電站自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，包括兩方面的內(nèi)容：一是綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)或各種功能模塊間的信息交換；二是變電站與控制中心間的通信。

變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)具有與電力系統(tǒng)控制中心通信的功能，不另設(shè)獨立的遠動裝置，而由自動化系統(tǒng)的上位機(或稱集中管理機)或通信控制機執(zhí)行遠動功能。76鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室變電站自動化系統(tǒng)實質(zhì)上是由多臺微機組成的分級分布式的控制系統(tǒng)，包括微機監(jiān)控、微機保護、電能質(zhì)量自動控制等多個子系統(tǒng)。在各個子系統(tǒng)中，往往又由多個智能模塊組成。例如：微機保護子系統(tǒng)中，有變壓器保護、電容器保護和各種線路保護等。77鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室在綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部，必須通過內(nèi)部數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)各子系統(tǒng)內(nèi)部和各子系統(tǒng)間的信息交換和實現(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)備所不能實現(xiàn)的問題。

78鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室1.變電站自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場級通信在具有變電站層—間隔層—過程層的分層分布式自動化系統(tǒng)中，需要傳輸?shù)男畔⒂腥缦聨追N。(1)設(shè)備層與間隔層間的信息交換間隔層的設(shè)備有控制測量單元或繼電保護單元，或兩者都具有。設(shè)備層的高壓斷路器如可能有智能傳感器和執(zhí)行器，可以自由地與間隔層的裝置交換信息。

79鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室一般間隔層的設(shè)備大多數(shù)需要從設(shè)備層的電壓和電流互感器采集正常、事故情況下的電壓值和電流值，采集設(shè)備的狀態(tài)信息和故障診斷信息。這些信息包括斷路器和隔離開關(guān)位置，主變壓器分接頭位置，變壓器、互感器、避雷器的診斷信息以及斷路器操作信息等。80鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(2)間隔層內(nèi)部的信息交換在一個間隔層內(nèi)部相關(guān)的功能模塊間，即繼電保護和控制、監(jiān)視、測量之間的數(shù)據(jù)交換。這類信息有如測量數(shù)據(jù)、斷路器狀態(tài)、器件的運行狀態(tài)、同步采樣信息等。(3)間隔層之間的通信不同間隔層之間的數(shù)據(jù)交換有主、后備繼電保護工作狀態(tài)、互鎖，相關(guān)保護動作閉鎖電壓無功綜合控制裝置等信息。81鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(4)間隔層和變電站層的通信間隔層和變電站層的通信是最主要的通信，其內(nèi)容很豐富，概括起來有以下三類：測量及狀態(tài)信息。正常、事故情況下的測量值和計算值，斷路器、隔離開關(guān)、主變壓器分接開關(guān)位置，各單元層運行狀態(tài)，保護動作信息等。操作信息。斷路器和隔離開關(guān)的分、合命令，主變壓器分接頭位置的調(diào)節(jié)，自動裝置的投入與退出等。參數(shù)信息。微機保護和自動裝置的整定值等。

82鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(5)變電站層的內(nèi)部通信變電站層可能有多臺計算機設(shè)備。不同設(shè)備之間的通信，要根據(jù)各設(shè)備的任務(wù)和功能的特點，傳輸所需的測量信息、狀態(tài)信息和操作命令等。83鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室2.變電站自動化系統(tǒng)通信的特點與要求(1)變電站通信網(wǎng)絡(luò)的要求由于數(shù)據(jù)通信在綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)的重要性，經(jīng)濟、可靠的數(shù)據(jù)通信成為系統(tǒng)的技術(shù)核心，而由于變電站的特殊環(huán)境和綜合自動化系統(tǒng)的要求，使變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)具有以下特點和要求：84鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室快速的實時響應(yīng)能力。變電站自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)要及時地傳輸現(xiàn)場的實時運行信息和操作控制信息。在電力工業(yè)標準中對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送都有嚴格的實時性指標，網(wǎng)絡(luò)必須很好地保證數(shù)據(jù)通信的實時性。

85鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室很高的可靠性。電力系統(tǒng)是連續(xù)運行的，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)也必須連續(xù)運行。通信網(wǎng)絡(luò)的故障和非正常工作會影響整個變電站自動化系統(tǒng)的運行，設(shè)計不合理的系統(tǒng)，嚴重時甚至?xí)斐稍O(shè)備和人身事故，導(dǎo)致很大的損失，因此變電站自動化系統(tǒng)的通信子系統(tǒng)必須保證很高的可靠性。

86鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室優(yōu)良的電磁兼容性能。變電站是一個具有強電磁干擾的環(huán)境，存在電源、雷擊、跳閘等強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。87鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室分層式結(jié)構(gòu)。這是由整個系統(tǒng)的分層分布式結(jié)構(gòu)所決定的，也只有實現(xiàn)通信系統(tǒng)的分層，才能實現(xiàn)整個變電站自動化系統(tǒng)的分層分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的各層次又各自具有特殊的應(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)。88鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(2)信息傳輸響應(yīng)速度的要求不同類型和特性的信息要求傳送的時間差異很大，其具體內(nèi)容如下：1)經(jīng)常傳輸?shù)谋O(jiān)視信息。①為監(jiān)視變電站的運行狀態(tài)，需要傳輸母線電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、零序電壓、頻率等測量值，這類信息需要經(jīng)常傳送，響應(yīng)時間需滿足SCADA的要求，一般不宜大于1～2s；

89鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室②為計量用的信息，如有功電能量和無功電能量，這類信息傳送的時間間隔可以較長，傳送的優(yōu)先級可以較低；③為刷新變電站層的數(shù)據(jù)庫，需定時采集斷路器的狀態(tài)信息，繼電保護裝置、自動裝置投入和退出的工作狀態(tài)信息，可以采用定時召喚方式，以刷新數(shù)據(jù)庫；

90鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室④為監(jiān)視變電站的電氣設(shè)備的安全運行所需要的信息，例如變壓器、避雷器等的狀態(tài)監(jiān)視信息，變電站保安與防火有關(guān)的運行信息。2)突發(fā)事件產(chǎn)生的信息。①系統(tǒng)發(fā)生事故的情況下，需要快速響應(yīng)的信息，例如：事故時斷路器的位置信號，這種信號要求傳輸時延最短，優(yōu)先級最高；91鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室②正常操作時的狀態(tài)變化信息(如斷路器狀態(tài)變化)要求立即傳送，傳輸響應(yīng)時間要短，自動裝置和繼電保護裝置的投入和退出信息，要及時傳送；③故障情況下，繼電保護動作的狀態(tài)信息和事件順序記錄，這些信息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；92鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室④故障發(fā)生時的故障錄波和帶時標的擾動記錄的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)量大，傳輸時占用時間長，也不必立即傳送；⑤控制命令、升降命令、繼電保護和自動設(shè)備的投人和退出命令，修改定值命令的傳輸不是固定的，傳輸?shù)臅r間間隔比較長；93鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室⑥隨著電子技術(shù)的發(fā)展，在高壓電氣設(shè)備內(nèi)裝設(shè)的智能傳感器和智能執(zhí)行器，高速地和自動化系統(tǒng)單元層的設(shè)備交換數(shù)據(jù)，這些信息的傳輸速率取決于正常狀態(tài)時對模擬量的采樣速率，以及故障情況下快速傳輸?shù)臓顟B(tài)量。

94鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(3)各層次之間和每層內(nèi)部傳輸信息時間的要求1)設(shè)備層和間隔層之間傳輸信息時間為l～lOOms。2)間隔內(nèi)各個模塊間傳輸信息時間為l～100ms。3)間隔層的各個間隔單元之間傳輸時間為l～100ms。4)間隔層和變電站層之間傳輸信息時間為lO～1000ms。5)變電站層的各個設(shè)備之間傳輸時間為大于或等于1000ms。6)變電站和控制中心之間傳輸時間為大于或等于1000ms。95鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室3.變電站自動化系統(tǒng)中的現(xiàn)場總線目前，在變電站自動化系統(tǒng)中，微機保護、微機監(jiān)控和其它微機型的自控裝置間的通信大多通過RS422／485通信接口相連，實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與微機保護和自動裝置間的相互交換數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。這與變電站原來的二次系統(tǒng)相比，已有很大的優(yōu)越性，可節(jié)省大量連接電纜，接線簡單、可靠。96鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室采用RS422／485通信接口，雖然可實現(xiàn)多個節(jié)點(設(shè)備)問的互連，但連接的節(jié)點數(shù)一般不超過32個，在變電站規(guī)模稍大時，便滿足不了綜合自動化系統(tǒng)的要求；其次，采用RS422／485通信接口，其通信方式多為查詢方式即由主計算機問，保護單元或自控裝置答，通信效率低，難以滿足較高的實時性要求；97鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室再者，使用RS422／485通信接口，整個通信網(wǎng)上只能有一個主節(jié)點對通信進行管理和控制，其余皆為從節(jié)點，受主節(jié)點管理和控制。這樣主節(jié)點便成為系統(tǒng)的瓶頸，一旦主節(jié)點出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)的通信便無法進行；特別是對RS422／485通信接口的通信規(guī)約沒有統(tǒng)一標準，使不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備很難互連，給用戶帶來不便。

98鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室

以上這些問題，不僅在變電站自動化系統(tǒng)中存在，在其它工控領(lǐng)域也存在。因此，國際上在80年代中期就提出了現(xiàn)場總線，并制定了相應(yīng)的標準。所謂現(xiàn)場總線(FieldBus)是一種全數(shù)字的雙向多站點通信系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線是基于微機化的智能現(xiàn)場儀表，實現(xiàn)現(xiàn)場儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數(shù)字化的、智能、雙向、多變量、多點、多站的通信網(wǎng)絡(luò)。

99鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室常用的有過程現(xiàn)場總線PROFIBUS(ProcessFieldBus)標準、FF(FieldBusFoundation)現(xiàn)場總線、LONWORKS總線、CAN(ControllerAreaNetwork)總線等。有關(guān)現(xiàn)場總線的具體內(nèi)容可參考相關(guān)文獻。以下僅介紹在變電站自動化系統(tǒng)中應(yīng)用的現(xiàn)場總線技術(shù)。

100鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室4.LONWORKS現(xiàn)場總線LONWORKS(LocalOperatingNetwork)是美國Echelon公司于1991年推出的一種現(xiàn)場總線。LONWORKS的核心是Neuron神經(jīng)元處理芯片，收發(fā)器模塊和LonTalk通信協(xié)議。1)Neuron芯片。有兩種型號的Neuron神經(jīng)元單片機MCl43150和MCl43120。它們的顯著特點是既能管理通信，又具有I／0和控制功能。101鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室芯片內(nèi)部有3個8位微處理器，包括媒體訪問控制處理器(MacPro—cessor)、網(wǎng)絡(luò)處理器(NetworkProcessor)和應(yīng)用處理器(ApplicationProcessor)。其中，前兩個處理器管理通信，后一個留給用戶開發(fā)程序。

MCl43120的軟件在本身的10KBROM中。MCl43120適用于比較簡單的場合，應(yīng)用程序小于2KB；102鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室MCl43150軟件在外接ROM中，該軟件實現(xiàn)LonTalk(局部通信操作協(xié)議)和所有任務(wù)調(diào)度(完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)存取對象控制)。而MCl43150適于比較復(fù)雜場合，應(yīng)用程序大于2KB。芯片內(nèi)還含有ROM、RAM和EEPROM可供用戶編程。

103鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室2)收發(fā)器模塊。LONWORKS收發(fā)器模塊在神經(jīng)元芯片和網(wǎng)絡(luò)之間提供了通信接口，有多種介質(zhì)的收發(fā)器模塊可供選擇，可以采用的網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)有雙絞線、電力線、無線電、同軸電纜和光纖等。雙絞線通信模塊的通信速率有78kb／s和1.25Mb／s兩種。104鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室3)LonTalk通信協(xié)議。LonTalk可提供0SI模型所定義的全部七層服務(wù)，這些通信和控制功能都固化在Neuron芯片中。，LONWORKS現(xiàn)場總線是一個完整的平臺，可以利用Neuron神經(jīng)元通信處理芯片與智能儀表組合一起，形成智能節(jié)點，完成各種測控功能，同時利用LonTalk協(xié)議進行通信。這些具有Neuron神經(jīng)元通信接口芯片的智能接點組合、集成，構(gòu)成由復(fù)雜功能組成的分散控制系統(tǒng)。105鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室5.CAN現(xiàn)場總線CAN(ControlAreaNetwork)技術(shù)是德國Bosch公司為分布系統(tǒng)在強電磁干擾、惡劣工作環(huán)境能可靠工作推出的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有很高的實時處理能力。CAN控制局域網(wǎng)是一種具有很高可靠性，支持分布式控制、實時控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN總線采用雙絞線串行通信方式，具有很強的檢錯功能，可在高噪聲干擾環(huán)境中使用，可以與各種微處理器連接。

106鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室CAN總線是以多主方式工作的通信網(wǎng)絡(luò)。CAN總線的傳輸介質(zhì)可用差分驅(qū)動平衡雙絞線、單線(加地線)、光纖等，最常用的是第一種。CAN總線控制器包括了所有控制CAN網(wǎng)絡(luò)通信的硬件和功能，CAN的通信協(xié)議主要由網(wǎng)絡(luò)控制器來實現(xiàn)。為了方便各種單片機與CANBUS接口，有獨立的CAN控制器，也有片內(nèi)帶有CAN控制器的單片機。107鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室6.變電站自動化系統(tǒng)的通信方案分散型變電站自動化的通信系統(tǒng)主要有總線型、星型和環(huán)型連接方式。(1)星型通信系統(tǒng)方案星型通信以安裝于控制室的站級計算機為中心，以發(fā)散的方式分別通過通信線纜與分散于每一開關(guān)柜上的監(jiān)控I／O設(shè)備和保護設(shè)備連接，形成1：N的連接形式。

108鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室星形連接方式是目前比較流行的方式之一，特別是采用光纖通信技術(shù)時，因為光纖本身難以實現(xiàn)T形連接，即不能實現(xiàn)總線結(jié)構(gòu)。除非采用光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)，而其必須用到有源的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備。因此采用光纖通信技術(shù)的變電站自動化系統(tǒng)大都采用星型連接。

109鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室星型通信系統(tǒng)的特點：1)通常用于以光纖為通信介質(zhì)，因此具有光通信的自然隔離、高抗干擾性、高安全性的特點，適合于在變電站惡劣環(huán)境下使用。2)各I／O單元及保護單元都與站級計算機獨立通信，故需要獨立的通道，互不影響，可靠性高，可維護性好。110鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室3)采用串行通信實現(xiàn)互連，簡便易行。4)星型連接連線較多，尤其是站級計算機端接線較多，施工復(fù)雜。5)各I／O單元及保護單元之間的橫向通信必須通過站級計算機進行，復(fù)雜且效率不高。

111鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(2)總線型通信系統(tǒng)方案總線型通信系統(tǒng)是為克服星形連接的不足而采用的，這種方式以一條總線連接各分散的監(jiān)控I／O設(shè)備、保護設(shè)備及站級計算機，實現(xiàn)各單元的互連。通常為考慮可靠性及性能、維護等諸因素，在一個變電站內(nèi)可以采用兩條或多條總線連接各個單元，以實現(xiàn)總線的冗余性及更大的數(shù)據(jù)傳輸能力。112鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室總線型通信系統(tǒng)因總線類型的不同而不同，在變電站自動化系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的總線型通信有以下幾種。

1）RS422／485低速總線通信星型通信系統(tǒng)方案簡單易行，但連線較多，且不易實現(xiàn)橫向通信，因此將星型連接用RS422／485通信總線加以擴展，可實現(xiàn)簡單的總線型通信系統(tǒng)如圖。這種方案較早應(yīng)用于變電站自動化通信系統(tǒng)，目前仍為許多產(chǎn)品所使用，它具有以下幾方面的特點：113鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室RS422/485串行總線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)方案

114鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室

(1)易于實現(xiàn)，成本低廉；(2)對于較小規(guī)模系統(tǒng)，具有足夠的通信速率，實時性可以得到保證，但隨著系統(tǒng)規(guī)模的擴大，系統(tǒng)性能急劇降低；(3)通常由于其抗干擾及安全性較差，一般只適宜于在控制室內(nèi)部使用，不能用于開關(guān)柜或開關(guān)間內(nèi)，即不適合于分散式的綜合自動化系統(tǒng)；(4)通信速率較低，且一般為主從結(jié)構(gòu)，各I／O單元之間的橫向通信仍必須通過站級計算機進行。

115鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室2）LonWorks現(xiàn)場總線通信變電站采用多Neuron芯片的網(wǎng)絡(luò)擴展方式，由每個I／O單元或保護單元處理大量數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)只能用于實現(xiàn)各單元之間的數(shù)據(jù)傳輸?；贚onWorks網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)方案如圖所示，每個間隔單元都有Neuron芯片，通過其網(wǎng)絡(luò)接口實現(xiàn)互連。主站計算機也通過LonWorks接口連接，通信網(wǎng)絡(luò)采用雙絞線。LonWorks通信網(wǎng)絡(luò)最高通信速率可達1.25Mb／s，最大通信距離可達2000m，最多可連接64個結(jié)點。典型為78kb／s；1km，完全能滿足變電站自動化系統(tǒng)的要求。116鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室LonWorks總線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)方案117鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室3）CAN現(xiàn)場總線通信由于CAN總線網(wǎng)絡(luò)上每一報文都有一個唯一的標識，所以網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不可能太大。通?？蛇_110個結(jié)點，2032種數(shù)據(jù)幀。這種規(guī)模對變電站的控制應(yīng)用是適宜的。利用CAN所提供的高速網(wǎng)絡(luò)通信能力，可以達到快速的實時數(shù)據(jù)傳送。通信速率可達1M，距離可達5km。此外，為了實現(xiàn)高可靠性，一般采用雙CAN網(wǎng)絡(luò)形式，如需要傳送故障錄波等大塊數(shù)據(jù)，還可以提供專門的錄波用的CAN網(wǎng)絡(luò)以增強性能。118鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室每個間隔單元都有CAN控制器，通過其網(wǎng)絡(luò)接口實現(xiàn)互連。主計算機也通過CAN接口連接，通信網(wǎng)絡(luò)也采用雙絞線，典型應(yīng)用為100Kb／s，1km。CAN網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場總線通信的特點是：1)易于實現(xiàn)雙網(wǎng)備用，易于通過多網(wǎng)絡(luò)提高性能；2)易于與I／O單元、保護單元集成，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)交換；3)網(wǎng)絡(luò)仲裁效率高，信息優(yōu)先級別豐富，可以確保重要信息的實時性；4)抗干擾能力強，成本低，施工簡單。119鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室CAN總線網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)方案

120鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室七、變電站無人值班1.意義110kV及以下電壓等級的變電站廣泛采用無人值班是我國電力企業(yè)的發(fā)展趨勢。世界各國特別是發(fā)達國家220kV及以下電壓等級的變電站廣泛采用了無人值班。無人值班必須建立在高可靠性的遙控操作上。一、二次設(shè)備可靠性的提高和采用先進技術(shù)，可以為無人值班提供更為有利的條件，但不是必須具備的條件。

121鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室采用常規(guī)的二次設(shè)備，沒有實現(xiàn)自動化，只要有RTU遠動設(shè)備，便可以實現(xiàn)無人值班。但變電站自動化技術(shù)的發(fā)展和自動化水平的提高，對無人值班無疑起著很大的推動作用，可以明顯地提高無人值班變電站運行的可靠性和技術(shù)水平。

122鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室無人值班有利于提高電網(wǎng)的管理水平，減少運行人員的誤操作；有利于提高電力企業(yè)的經(jīng)濟效益。2.實現(xiàn)條件必須有一個能實行遠方監(jiān)視和操作、穩(wěn)定性好、可靠性高的調(diào)度自動化系統(tǒng)，用于完成遙控命令的發(fā)送傳輸、返校、結(jié)果反饋。這是決定變電站能否實現(xiàn)無人值班的關(guān)鍵條件。123鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室其主要內(nèi)容是：(1)通過調(diào)度自動化系統(tǒng)完成對無人值班變電站的監(jiān)視和操作。(2)完成無人值班變電站運行參數(shù)的遠方調(diào)整和無人值班變電站內(nèi)的信號遠方復(fù)歸。(3)完成對無人值班變電站內(nèi)的站用電源和直流操作電源的遠方監(jiān)視和調(diào)整。124鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室3.無人值班變電站的管理模式目前無人值班變電站的管理模式一般采用集控站控制的管理模式，如圖4—8所示。

125鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室該模式建立一個集中控制的主站稱為集控站，用于對某一區(qū)域的若干個無人值班變電站的統(tǒng)一監(jiān)視、控制和巡視維護。各個無人值班變電站利用調(diào)度通信網(wǎng)絡(luò)和集控站建立通信聯(lián)系，在集控站通過“四遙”方式實現(xiàn)各變電站原有的所有監(jiān)控功能。一般一個集控站可以集中控制6～8個無人值班變電站，集控站可以單獨設(shè)置，也可以放在某一負荷中心區(qū)或被控變電站群的某一變電站內(nèi)。126鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室八、變電站無功—電壓綜合控制1.電壓無功綜合控制的目標電力系統(tǒng)中電壓和無功功率的調(diào)整對電網(wǎng)的輸電能力、安全穩(wěn)定運行水平和降低電能的損耗有極大影響，故要對電壓和無功功率進行綜合調(diào)控。其具體的調(diào)控目標如下：(1)維持供電電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)。127鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室各級供電母線電壓的允許波動范圍(以額定電壓為基準)規(guī)定如下：1)500(330)kV變電站的220kV母線，正常時0％～+10％，事故時一5％～+10％。2)220kV變電站的35～110kV母線，正常時-3％～+7％，事故時±10％。3)配電網(wǎng)的10kV母線，電壓合格范圍為10.0～10.7kV。128鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(2)保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定和合適的無功平衡。主輸電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)實現(xiàn)無功分層平衡；地區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)實現(xiàn)無功分區(qū)就地平衡，才能保證各級供電母線電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)。(3)保證在電壓合格的前提下使電能損耗為最小。為了達到以上目標，必須增強對無功功率和電壓的調(diào)控能力，充分利用現(xiàn)有的無功補償設(shè)備和調(diào)壓設(shè)備(調(diào)相機、靜止補償器、補償電容器、電抗器、有載調(diào)壓變壓器等)的作用，對它們進行合理的優(yōu)化調(diào)控。129鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室造成系統(tǒng)電壓下降的主要原因是系統(tǒng)的無功功率不足或無功功率分布不合理。2.解決方法：調(diào)壓手段：發(fā)電廠---調(diào)整發(fā)電機勵磁變電站---有載調(diào)壓變壓器的分接頭、控制無功補償電容器變電站中利用有載調(diào)壓變壓器和補償電容器組進行局部的電壓及無功補償?shù)淖詣诱{(diào)節(jié)，以保證負荷側(cè)母線電壓在規(guī)定范圍內(nèi)及進線功率因數(shù)盡可能接近1，稱為變電站電壓無功綜合控制。

130鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室注意：調(diào)壓措施本身不產(chǎn)生無功功率，但系統(tǒng)消耗的無功功率與電壓水平有關(guān)，因此在系統(tǒng)無功功率不足的情況下，不能用改變變比的辦法來提高系統(tǒng)的電壓水平；否則電壓水平調(diào)得越高，該地區(qū)的無功功率越不足，反而導(dǎo)致惡性循環(huán)。所以在系統(tǒng)缺乏無功的情況下，必須利用補償電容器進行調(diào)壓。131鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室控制無功補償電容器的投切，既能補充系統(tǒng)的無功功率，又可改變網(wǎng)絡(luò)中無功功率的分布，改善功率因數(shù)，減少網(wǎng)損和電壓損耗，從而有利于系統(tǒng)電壓水平的提高及改善用戶的電壓質(zhì)量。因此，必須把調(diào)變壓器分接頭與控制電容器組的投、切結(jié)合起來，進行合理的調(diào)控，才能起到既改善電壓水平，又降低網(wǎng)損的效果。132鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室3.電壓、無功控制的規(guī)律典型的終端變電站一般有兩臺帶負荷調(diào)節(jié)的主變壓器，低壓10kV母線分段，兩段母線上各接有一組電容器組。控制系統(tǒng)的設(shè)計必須能識別并適應(yīng)變電站的多種運行方式，保證調(diào)節(jié)正確。另外，當進線、變電站發(fā)生不正常狀態(tài)或故障時，應(yīng)閉鎖控制裝置。133鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室（1）投切電力電容器正常負載時，在變壓器低壓母線上投入電容器可以減少變電所高壓側(cè)輸入的無功功率，實現(xiàn)無功就地平衡，從而減少流經(jīng)變壓器的電流，即減少變壓器的壓降，從而提高變電所低壓側(cè)電壓。而在最小負荷或空載時，補償電容器可能引起變壓器低壓側(cè)電壓嚴重升高，并產(chǎn)生多余的有功損耗，需退出若干電容器容量。134鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室（2）有載調(diào)壓改變變壓器分接頭位置，變壓器變比改變，從而改變低壓側(cè)電壓。當?shù)蛪簜?cè)電壓降低時，同時會使負荷向系統(tǒng)吸收的無功功率也減少了?？梢姡簾o功功率調(diào)節(jié)和有載調(diào)壓并不是互相獨立的問題，在有載調(diào)壓的同時也改變了無功功率，在無功功率調(diào)節(jié)的同時電壓也發(fā)生了變化。而且在負荷發(fā)生變化時，系統(tǒng)的電壓與無功功率也都會發(fā)生相應(yīng)變化。理想的電壓與無功功率的調(diào)節(jié)應(yīng)是一種綜合性的調(diào)節(jié)。135鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室4.電壓無功綜合控制的實現(xiàn)方法（1)采用硬件裝置。采樣有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)補償電容器的數(shù)據(jù)，通過控制和邏輯運算實現(xiàn)電壓和無功自動調(diào)節(jié)，以保證負荷側(cè)母線電壓在規(guī)定的范圍之內(nèi)及進線功率因數(shù)盡可能高。通常稱這種在變電站內(nèi)實現(xiàn)無功電壓綜合調(diào)節(jié)的方法為就地VQC調(diào)節(jié)方法。136鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室這種裝置具有獨立的硬件，因此它不受其他設(shè)備的運行狀態(tài)影響，可靠性較高。但它不能做到與變電站的就地監(jiān)控裝置共享硬軟件資源的要求，不能盡可能多地采集變電站的各種信息為綜合調(diào)節(jié)電壓和無功功率服務(wù)。這種裝置適合在電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)尚不太合理、基礎(chǔ)自動化水平不高的電力網(wǎng)的變電站內(nèi)使用。

137鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(2)采用軟件VQC它是在就地監(jiān)控主機上利用現(xiàn)成的遙測、遙信信息，通過運行控制算法軟件，用軟件模塊控制方式來實現(xiàn)變電站電壓和無功自動調(diào)節(jié)。用這種方法可以發(fā)展為通過調(diào)度中心實施全系統(tǒng)電壓與無功的綜合在線控制。這是保持系統(tǒng)電壓正常、提高系統(tǒng)運行可靠性的最佳方案。這種方法的實施前提條件是電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)合理，基礎(chǔ)自動化水平較高，尤其適用于綜合自動化的變電站中。138鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(3)廠站VQC和區(qū)域VQC廠站VQC通常是在各變電站安裝一個VQC裝置，即變電站無功電壓綜合控制系統(tǒng)，根據(jù)變電站自動化系統(tǒng)采集的變電站母線電壓量、無功功率量、主變壓器分接頭位置、電容器開關(guān)狀態(tài)量等，通過分析計算執(zhí)行主變壓器分接開關(guān)以及電容器開關(guān)進行自動控制，實現(xiàn)就地?zé)o功優(yōu)化補償和電壓控制，同時確保變電站母線電壓在合格的范圍內(nèi)?？刂撇呗允鞘裁?？

139鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室區(qū)域VOC是建立在主站的一種軟件VQC系統(tǒng)，即電網(wǎng)電壓、無功優(yōu)化集中控制系統(tǒng)，是一種集中控制模式。區(qū)域VQC通常是從調(diào)度SCADA系統(tǒng)主站獲取各廠站送來的各母線節(jié)點的無功、電壓等遙信、遙測量進行分析計算，從而對全網(wǎng)各節(jié)點的無功、電壓的分布做出優(yōu)化策略，形成有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)調(diào)節(jié)指令、無功補償設(shè)備投切指令及相關(guān)控制信息，然后將控制信息交SCADA系統(tǒng)通過遙控、遙調(diào)執(zhí)行調(diào)節(jié)。140鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室考慮VQC在變電站內(nèi)實現(xiàn)和在區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)，哪種VQC模式更有效？提出區(qū)域VOC的出發(fā)點是什么?就地VQC控制裝置僅采用本變電站的信息因此僅對局部供電區(qū)域有效。從整個電力系統(tǒng)看，當發(fā)生全網(wǎng)性無功功率缺乏時，局部的調(diào)節(jié)可能產(chǎn)生有害的結(jié)果，即當就地VQC檢測到本站低壓側(cè)電壓過低時，改變變壓器分接頭，雖然提高了本站低壓側(cè)的電壓，但同時會從系統(tǒng)中吸收更多的無功功率，從而加劇了系統(tǒng)的無功功率缺乏。

141鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室5.電壓、無功綜合控制的策略VQC綜合調(diào)節(jié)首先保證供電電壓的質(zhì)量滿足要求，再投入適當?shù)碾娙萜鹘M使系統(tǒng)有功損耗最小，同時，要保證調(diào)節(jié)動作次數(shù)最少。

(1)九區(qū)域控制策略一般來說，這種策略適用于硬件VQC的電壓無功綜合控制裝置，也適用于軟件模塊的VQC控制方式。142鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室把變壓器低壓側(cè)電壓UD分為高壓區(qū)UH、低壓區(qū)UL和正常區(qū)域，把無功功率總量Q也劃為上限區(qū)QH，下限區(qū)QL及正常區(qū)域，QH相當于吸取無功總量，對應(yīng)于負荷低值功率因數(shù)；QL對應(yīng)于高值功率因數(shù)。于是U—Q平面被劃分為9個區(qū)域，如圖4-10所示。其中，只有“9”區(qū)間滿足運行條件。一旦運行參數(shù)值偏離“9”區(qū)間，則控制器就發(fā)出控制指令，使運行值返回到“9”區(qū)間。

143鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室九區(qū)圖控制策略UDUHULQLQHUHUL214357689QP/kwQ/kvarS/kVAcosφ8004008940.8980060010000.8080080011310.71例：不同負荷情況如右表144鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室

第1區(qū)域：電壓低，負荷需要的無功大。電壓與功率因數(shù)都低于下限：優(yōu)先投入補償電容器，既可以減少從系統(tǒng)中吸收無功功率，又可以減少變壓器上的電壓降，從而提高低壓側(cè)電壓。如電壓仍低于下限，則再調(diào)節(jié)變壓器分接頭，減少高壓繞組的匝數(shù)，減小變比升壓，使電壓水平滿足要求。145鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室第2區(qū)域：電壓低于下限和功率因數(shù)正常(在設(shè)定范圍內(nèi))。優(yōu)先調(diào)節(jié)變壓器分接頭升壓，如分接頭已無法調(diào)節(jié)時，則強投補償電容器，使功率因數(shù)再升高。第3區(qū)域：電壓低于下限和功率因數(shù)高于上限。應(yīng)優(yōu)先調(diào)節(jié)變壓器分接頭升壓，直到電壓正常，由于升壓的同時會增加從系統(tǒng)中吸收無功功率，有利于回歸到正常區(qū)域。如功率因數(shù)仍高于上限，則切補償電容器。

146鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室第4區(qū)域：電壓正常而負荷需要的無功大，功率因數(shù)低于下限。投入補償電容器，直到正常。第5區(qū)域：電壓正常而功率因數(shù)高于上限。切除補償電容器，直到正常。第6區(qū)域：電壓高于上限和功率因數(shù)低于下限。應(yīng)優(yōu)先調(diào)節(jié)變壓器分接頭降壓，直至電壓正常。如功率因數(shù)仍低于下限，則投入補償電容器。147鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室

第7區(qū)域：電壓高于上限，但功率因數(shù)正常。優(yōu)先調(diào)節(jié)變壓器分接頭降壓，如分接頭已調(diào)到限值，而電壓仍高于上限，則強切補償電容器，使功率因數(shù)有所降低。第8區(qū)域：電壓與功率因數(shù)都高于上限。先切補償電容器，如電壓仍高于上限，則再調(diào)節(jié)變壓器分接頭降壓，使電壓水平滿足要求。148鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室問題：實際上這類控制存在較大的時間滯后，引起時滯的原因包括數(shù)據(jù)采集、參數(shù)狀態(tài)分析、決策分析、動作元件動作時間等。其中，參數(shù)越限狀態(tài)需要超過一定的時限才能確定，否則，很容易因為系統(tǒng)參數(shù)的波動而導(dǎo)致控制裝置的頻繁動作。等到實際的補償和控制動作實現(xiàn)時，系統(tǒng)參數(shù)已經(jīng)有一段相當?shù)臅r間處于越限狀態(tài)，從而影響了電網(wǎng)供電質(zhì)量。

149鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室

有載調(diào)壓變壓器的分接頭和并聯(lián)電容器組綜合控制，經(jīng)過邊界模糊處理和區(qū)域細分后的改進后的“十七區(qū)圖”控制方案如圖4—11所示

150鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室根據(jù)調(diào)節(jié)策略，可將1、2、3區(qū)，5、6、7區(qū)，9、10、11區(qū)，13、14、15區(qū)合并成四個單一動作區(qū)I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，從而簡化決策分析過程。仍類九區(qū)圖。動作區(qū)I：電壓與功率因數(shù)都高于上限:先切電容器；動作區(qū)Ⅱ：電壓高于上限和功率因數(shù)低于下限：先調(diào)節(jié)分接頭降壓；動作區(qū)Ⅲ：電壓與功率因數(shù)都低于下限：投電容器；動作區(qū)Ⅳ：電壓低于下限和功率因數(shù)高于上限：先調(diào)節(jié)分接頭升壓。151鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室4區(qū)：電壓高于上限，但功率因數(shù)正常:先調(diào)節(jié)分接頭降壓；8區(qū)：電壓正常而功率因數(shù)低于下限：先投電容器；12區(qū)：電壓低于下限和功率因數(shù)正常：先調(diào)節(jié)分接頭升壓；16區(qū)：電壓正常而功率因數(shù)高于上限：先切除補償電容器。152鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室6.軟件VQC功能

153鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(1)多功能模塊處理。在一個復(fù)雜的具有多臺變壓器的主接線的變電站里，每臺主變壓器和每一段母線都可能獨立運行，也可能并列運行。因此VQC的調(diào)節(jié)與控制模塊必須具有多功能處理能力以適應(yīng)主接線的變化。(2)電壓與無功功率的上下限值動態(tài)變化。對應(yīng)于不同的高峰和低谷時段。

154鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(3)調(diào)節(jié)方式的多樣。(4)實現(xiàn)遠方控制VQC。就地VQC應(yīng)能接受調(diào)度端的控制。(5)完善的閉鎖條件。(6)相關(guān)信號上送調(diào)度。(7)在變壓器并列運行時，VQC應(yīng)使并列的變壓器有載分接頭開關(guān)同步操作。(8)操作記錄。每一次調(diào)節(jié)都應(yīng)有相應(yīng)的記錄，包括對象、動作類型、時間、調(diào)節(jié)結(jié)果等。155鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室1.變電站防誤閉鎖變電站防誤操作閉鎖裝置也稱“五防”閉鎖裝置，是為防止電氣一次設(shè)備發(fā)生誤操作事故而設(shè)計的一套安全閉鎖系統(tǒng)(簡稱防誤裝置)?！拔宸馈笔侵福?)防止帶負荷誤拉、誤合隔離開關(guān)；2)防止誤拉、誤合斷路器；3)防止帶地線或接地開關(guān)合閘；4)防止帶電掛接地線或合接地開關(guān)；5)防止誤入帶電間隔。九、變電站防誤操作閉鎖系統(tǒng)156鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室2.變電站防誤操作閉鎖裝置構(gòu)成閉鎖裝置是一種對電氣倒閘操作過程進行邏輯限制的物理裝置。當實際操作過程符合安全規(guī)程時，該閉鎖裝置允許值班員對一次設(shè)備進行操作，否則無法操作，從而達到防止誤操作的目的。變電設(shè)備有多種型號，配置的防誤閉鎖型式也較多，有常規(guī)的機械閉鎖、電磁閉鎖、程序閉鎖、微機防誤閉鎖等。157鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(1)機械閉鎖是靠機械制約而達到預(yù)定目的的一種閉鎖，用于隔離開關(guān)(或斷路器手車)與接地開關(guān)之間的閉鎖。一般是由固定在操作連桿上的扇形鐵片互相牽制來實現(xiàn)的：隔離開關(guān)合上(或斷路器手車處于工作位)時，接地開關(guān)不能合；接地開關(guān)合上時，隔離開關(guān)不能合(或斷路器手車不能由試驗位進人工作位)。

158鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(2)電氣閉鎖裝置分為電氣回路閉鎖和電磁鎖。利用輔助觸點串聯(lián)閉鎖可以實現(xiàn)本單元的閉鎖，且僅反映本單元的閉鎖邏輯，不能反映其他單元的信息，所以所實現(xiàn)的閉鎖邏輯是不完全的(如無法實現(xiàn)母線接地開關(guān)與線路單元母線隔離開關(guān)的閉鎖)。電磁鎖主要用于手動操作的接地開關(guān)上，防止帶電合接地開關(guān)；還可用于分割設(shè)備的網(wǎng)門上，防止誤人帶電間隔。電氣防誤閉鎖回路方式可靠，但需要接人大量的二次電纜，接線方式比較復(fù)雜，運行維護較困難。159鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(3)微機防誤閉鎖主要分測控裝置微機防誤閉鎖和后臺微機防誤閉鎖兩類。測控單元對采集的遙信信息進行判斷，當條件滿足時，其控制的閉鎖觸點才能閉合，操作才能進行。監(jiān)控后臺中的軟件對遙信信息進行判斷，當條件滿足時，監(jiān)控后臺的控制命令才能下達，否則，監(jiān)控后臺將拒絕下達命令并彈出不滿足條件的信息。160鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室3．電氣設(shè)備的閉鎖方式根據(jù)設(shè)備的操作方式，提供完備的閉鎖方案，確保設(shè)備在任何地方操作都具備完善的閉鎖措施。(1)臨時接地線、網(wǎng)門、柜門、間隔門的閉鎖。這類設(shè)備通常采用機械閉鎖的方式來實現(xiàn)閉鎖。(2)隔離開關(guān)、接地開關(guān)等手動操作機構(gòu)的閉鎖，考慮在設(shè)備上增加狀態(tài)檢測器來檢測設(shè)備是否到位，或增加驗電器來檢驗線路是否帶電。

161鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(3)斷路器、電動隔離開關(guān)等電動操作機構(gòu)的閉鎖。遠方操作(集控中心、主控室)采用串入遙控閉鎖觸點來實現(xiàn)電氣回路強制閉鎖；間隔層操作(開關(guān)柜)可采用測控單元軟件閉鎖，也可采用閉鎖盒將就地操作按鈕罩住實現(xiàn)強制閉鎖；設(shè)備級操作(現(xiàn)場操作箱、手動操作桿)可采用串入觸點閉鎖電氣回路，也可采用機械編碼鎖或電腦鑰匙閉鎖箱門的方式實現(xiàn)強制閉鎖。162鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室4.微機防誤和常規(guī)防誤技術(shù)比較(1)電氣防誤閉鎖回路是一種現(xiàn)場連鎖技術(shù)，主要通過相關(guān)設(shè)備的輔助觸點來實現(xiàn)閉鎖。這是電氣閉鎖最基本的形式，閉鎖可靠，但這種方式需要接入大量的二次電纜，接線方式較為復(fù)雜，運行維護較為困難，機械閉鎖更是如此。微機“五防”系統(tǒng)一般不直接采用現(xiàn)場設(shè)備的輔助觸點，接線簡單，通過微機防誤系統(tǒng)的規(guī)則庫和現(xiàn)場鎖具實現(xiàn)防誤閉鎖。163鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(2)電氣閉鎖回路一般只能防止開關(guān)、隔離開關(guān)和電動開關(guān)的誤操作，對誤人帶電間隔，接地線的掛接(拆除)等無能為力，不能實現(xiàn)完整的“五防”。(3)微機“五防”系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場實際情況，編寫相應(yīng)的“五防”規(guī)則，實現(xiàn)較為完整的“五防”。還可以有效地防止操作過程中漏項導(dǎo)致誤操作的問題和操作過程中的設(shè)備變位問題。

164鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室5.“微機閉鎖裝置”主要由PC機、智能模擬屏、工控機、電腦鑰匙和各種鎖具組成。通過在PC機或智能模擬屏上模擬預(yù)演，由系統(tǒng)內(nèi)預(yù)先存儲的邏輯規(guī)則和狀態(tài)對每步預(yù)演進行判斷，并通過串行接口通信將操作步驟輸入電腦鑰匙中，用電腦鑰匙打開裝于現(xiàn)場相應(yīng)設(shè)備上的編碼鎖，然后進行倒閘操作。165鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室

1)防誤主機。防誤主機上的防誤操作主軟件是整個系統(tǒng)的控制核心。一次系統(tǒng)圖為主要人機界面，可在其上進行防誤閉鎖邏輯約束下的模擬預(yù)演操作，形成順序的倒閘操作項目。通過電腦鑰匙充電座將整個倒閘操作輸?shù)诫娔X鑰匙，用于控制現(xiàn)場倒閘操作的正確進行。防誤主機不僅能與電腦鑰匙相連接，而且能與變電站自動化監(jiān)控主機通過網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)防誤主機與監(jiān)控主機的信息交互，對在監(jiān)控機上進行的一次設(shè)備倒閘操作實施防誤閉鎖，完成整個倒閘操作過程的防誤功能。166鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室

2)防誤鑰匙。防誤鑰匙采用電腦鑰匙，除了具備智能語音提示、實時電量監(jiān)測、全漢字顯示技術(shù)、操作追憶、操作票瀏覽、實時時鐘、功能菜單選擇等多種先進的技術(shù)外，還能完成各種閉鎖裝置的開鎖及檢測功能。典型防誤鑰匙外形如圖4—14所示。

167鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室3)防誤鎖具。它是實現(xiàn)對一次設(shè)備防誤閉鎖的終端執(zhí)行機構(gòu)，固定安裝在配套的一次設(shè)備上，用于完成對一次設(shè)備的鎖定及設(shè)備狀態(tài)的采集，既能自動檢測一次設(shè)備、地線樁和網(wǎng)門的分合狀態(tài)，又能自動檢測防誤鎖具自身的鎖定狀態(tài)，確保一次設(shè)備的可靠鎖定及設(shè)備狀態(tài)的可靠檢測。168鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣教研室電氣教研室(2)防誤閉鎖裝置的使用流程：1)設(shè)備對位操作：指將防