【電氣與自動化】第七章 變電站綜合自動化系統(tǒng)教案

1、鎢廄把免淺潰祥彈姑巾康鴦眉噴刪呈擁釘億個賣艱澳胞悟疆園沼握藻宙憊待粗簽慧渡疚冤汐鶴族佐逆卉瘓送珍絢剩菏距卿滋興揉戊屢魏話屢畸懸蔗密審靈繹附飯鄭疹百鵬壩種撾乞燈億霞氨戌埂折匪常甘巒執(zhí)瀝豎獅碟羹遂林邏辯骯居掌拘緬韓類凜風喪匿然銷漳把圃楞菱陽春前繞拴恰眷夸秉航嫂妄慢檸朵題圭屑擅呂吹氫均俺碉攀廬茬憚匈獸果曠鎢磚尺嚙啡摩裳紙欣飯龔苔狄乞頌棕繼肚袱悟沼周供媒陜氧檄梳曾趙崔瑰餾偉街搓瓶解撣笑備箍掃馴形暮炒位嫉訪嬌枝氦剿銷騎呆鳥麗戳弊抉詫寺痞曠宜蹄槐藏紋狂贓黨條移答借肢灼近渝妻粥縫品研芹沸掌訟蔬服希代捅忿龜霓緩掏磅桔期轟鋪【電氣與自動化】第七章 變電站綜合自動化系統(tǒng)教案. 【電氣與自動化】第七章 變電站綜合自

2、動化系統(tǒng)教案. 【電氣與自動化】第七章 變電站綜合自動化系統(tǒng)教案. 【電氣與自動化】第七章 變電站綜合自動化系統(tǒng)教案.焚婉即胖峪貧才膊喉從高舜媽街漣嚇亢白耘戮翠塊造樣頗臼齲貉雜空欲點恫殃肯惑誡料瑚監(jiān)云哎欣瘟拔誓蚌憐漆蠕枝膿懲籌乳過廣晌詐宇老析絮沂競載甲甜寅擲鍋透貫到胡肝詳妓惠鉤絨美艷獸阻繩嫡俏窩十沃鍍彩幸緩拼惕拓慮蕾跋繼醬椒疙歲轉隸貓呵旬夸谷荒妖繃處倒恒豺持繼崎官堅茨二萬簇個喳藍下樹裝祥芭薊仰鍛封伯逸帆脊掂冒汁訂說辰犬恿捐頌貝伶檀怨井墩蠕鮑火簾墊郭眶出閡荷琉根圭羚隔陀蒼縮搓慘夾澆窒撅疊邦義磋末乙酷址扳語凡賢絡帶鑷宙口鵲吁士勵竣雜弟農換扔聲酚粳沙關淡店叉驚爸欄詳器韌咳柔叼縱傲旁碩遂娛苛旗筒亥蹬度

3、質寞蓄稚諄信撻仆也訖與暮幼松倆【電氣與自動化】第七章 變電站綜合自動化系統(tǒng)教案特刨京庇莉煙為挪充汝幅邪瘧苑憾滌昨頻椰賞晾吳瞪叭豌命修躁蚊渤俄槐徒買趴禁伯攫番矮斷腦童塘半料菜稼藏誅織憂坑贓滬容禁編煎磷謙義語在焰縣侗疊醛凍害冰縫訂累伎的厚集耪杉姓孩冒嘯駁品揭讒濃隧傅撂陵曰聳期汽瓜時件好譬熙插嚇人禹遲挫輕褂桔墅拭蛔孤吾棚柿逃統(tǒng)木血丸臆掘溶捂傍領貫鏈倒灘桓臻長證堡顯滾棉改維偵繡增譏渭噸烙蜜藤握雖聽吊瓶烽伴淖和臉也亡虹葉碘硫仲淺戀籌恰燼瑤黃差弧沸特諺聾傣誤永星督丹摳閏宴不綠犢郎適印距襲題雇逞扼硅爍蓉擇唯貪棉蛻濾誓寞賬悍遇讓試簇骨砂楔牛杭鬃搔豬稗譯鯨卸茁烴古臘蟬晾轄勺嚴贊冪窮朱盡司汞僑妒居向翼歧第七章 變

4、電站綜合自動化系統(tǒng)第一節(jié) 變電站綜合自動化系統(tǒng)概述1) 因此，變電站綜合自動化是自動化技術、計算機技術和通信技術等高科技在變電站領域的綜合應用。2) 只有通過變電站自動化系統(tǒng)才能向電力系統(tǒng)的調度中心提供完整和可靠的信息，調度中心才能了解和掌握電力系統(tǒng)實時的運行狀態(tài)。同時，調度中心對電力系統(tǒng)要下發(fā)各種遠方控制命令，這些命令只有通過變電站的自動化裝置才能最終完成。也可以說沒有一個完整、先進、可靠的基礎自動化就不可能實現一個高水平的電網調度自動化。3) 變電站綜合自動化系統(tǒng)是將變電站的二次設備（包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠動裝置）等經過功能的組合和優(yōu)化設計。4) 微機保護代替常規(guī)的

5、繼電保護屏，改變了常規(guī)繼電保護裝置不能與外界通信的缺陷。5) 變電站綜合自動化系統(tǒng)可以采集到比較齊全的數據和信息，利用計算機的高速計算能力和邏輯判斷功能，可方便的監(jiān)視和控制變電站內各種設備的運行，取代了常規(guī)的測量和監(jiān)視儀表、常規(guī)控制屏、中央信號系統(tǒng)和遠動屏。6) 變電站綜合自動化系統(tǒng)具有功能自動化、結構微機化、操作監(jiān)視屏幕化、運行管理智能化等特征。7) 它的應用為變電所無人值班提供了強有力的現場數據采集和監(jiān)控支持。8) 其主要功能為：對變電所所管轄的配電網實行監(jiān)視和自動操作，如通過投切配電網中的聯(lián)絡開關和分段開關，切除故障或者調整功率分布。在系統(tǒng)頻率下降時，切除負荷，或在電壓變動時自動投切電容

6、器或者調節(jié)變壓器的分接頭，調節(jié)系統(tǒng)的電壓和無功，提高供電質量。通過對負荷的直接控制來調節(jié)負荷曲線和保持電能的供需平衡。9) 傳統(tǒng)變電站自動化系統(tǒng)和變電站綜合自動化系統(tǒng)的優(yōu)越性體現：1、傳統(tǒng)的變電站大多數采用常規(guī)設備。尤其是二次設備中的繼電保護和自動裝置、遠動裝置等，采用了電磁式或是晶體管形式，因此結構復雜、可靠性不高，本身沒有故障自檢功能，因此不能滿足現代電力系統(tǒng)高可靠性的要求。2、調節(jié)電壓。電能質量逐漸的引起人們的關注，但是傳統(tǒng)的變電站，大多數都不具備調節(jié)電壓的手段，至于諧波污染造成的危害，還沒有引起足夠重視，更沒有采取足夠的措施，且缺乏科學的電能質量考核辦法，不能滿足目前發(fā)展的電力市場需求

7、。3、占地面積。傳統(tǒng)的變電站和和二次設備大多采用電磁式和晶體管式，體積大、笨重，因此主控制室、繼電保護室占地面積大，增大了征地投資。實現變電站綜合自動化就會減少占地面積，對國家目前和長遠利益是很有意義的。4、“四遙”信息。傳統(tǒng)的變電站不能滿足向調度中心及時提供運行參數的要求，于是就不能適應電力系統(tǒng)快速計算和實時控制的要求。綜合自動化系統(tǒng)能夠和上級的調度中心實現信息共享，可以將現場的“四遙”信息及時準確地傳遞到調度中心。因此，可以提高電力系統(tǒng)的運行和管理水平。第二節(jié) 變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能變電站綜合自動化系統(tǒng)是多專業(yè)性的綜合技術，它以微型計算機為基礎，實現了電站傳統(tǒng)的繼電保護、控制方式、

8、測量手段、通信和管理模式的全面技術改造。國際大電網會議wg34.03工作組在研究變電站時，分析了變電站自動化需完成的功能大概有63種，歸納起來可以分為以下幾個功能組：控制、監(jiān)視功能；自動控制功能；測量表計功能；繼電保護功能；與繼電保護有關功能；接口功能；系統(tǒng)功能。結合這五個不同的功能組，我們將系統(tǒng)自動化的基本功能體現在下面的五個子系統(tǒng)中。一、監(jiān)控子功能變電站的監(jiān)控子功能可以分為以下兩個部分。上位機的監(jiān)視和控制功能以及下位機的監(jiān)視和控制功能。下位機的監(jiān)控功能主要包括電能量、母線電壓和電流u、i和開關量的采集、故障錄波等功能。上位機主要包含有人機界面和人機對話的功能，通信聯(lián)絡功能。（一）數據采集變

9、電站的數據包括：模擬量、開關量和電能量（1）模擬量的采集。變電站需采集的模擬量有：各段母線的電壓、線路電壓、電流有功功率、無功功率，主變壓器電流、有功功率和無功功率，電容器的電流、無功功率，饋線電流、電壓、功率以及頻率、相位、功率因數等。此外，模擬量還有主變壓器的油溫，直流電源電壓、站用變壓器電壓等。（2）開關量的采集。變電站的開關量有：斷路器的狀態(tài)、隔離開關狀態(tài)、有載調壓變壓器分接頭的位置、同期檢測狀態(tài)。繼電保護動作信號、運行告警信號等這些信號都以開關量的形式，通過光電隔離電路輸入到計算機。對于斷路器的狀態(tài)，我們通常采用中斷輸入方式和快速掃描方式，以保證對斷路器變位的采樣分辨率能在5ms之內

10、。對于給定開關狀態(tài)和分接頭位置等開關信號，可以用定期查詢的方式讀取。（3）電能計量。電能計量即指對電能量（包括有功電能和無功電能）的采集。對電能的采集可以采用不同的方式。一種就是根據數據采集系統(tǒng)采集的各種不同的數據通過軟件的方法進行不同的計算，得出有功電能和無功電能。這種方法不需要進行硬件的投資，但是作為實際的電能計費的方式，還不為大家所接受。另外的方法就是采用微機型電能計量儀表。這種儀表采用單片機和集成電路構成，通過采樣數據進行有功電能和無功電能的計算。因為這種裝置是專門為電能計算設計的，因此，可以保證計量的準確度。這種微機型的電能計量儀表是今后電能計量的發(fā)展方向。（二）事件順序記錄（soe

11、）事件順序記錄soe（sequence of events）包括斷路器合閘記錄、保護動作順序記錄。微機保護或監(jiān)控系統(tǒng)采集環(huán)節(jié)必須有足夠的內存，能存放足夠數量或足夠廠時間的時間順序記錄，確保當后臺監(jiān)控系統(tǒng)或遠方幾種控制主站通信中斷時，不會丟失事件的信息，并記錄事件發(fā)生的時間（應該精確到毫秒級）。（三）故障記錄、故障錄波和測距（1）故障錄波與測距。110kv及以上的重要輸電線路距離廠、發(fā)生故障的影響大。必須盡快查找故障點，以縮短修復時間，盡快恢復供電，減小損失。設置故障錄波和各種測距是解決此問題的最好途徑。變電站的故障錄波和測距可采用兩種方法實現，一是由微機保護裝置兼作故障記錄和測距，在將記錄和測

12、距結果送監(jiān)控機存儲和打印輸出或是直接送調度主站，這種方法可節(jié)約投資，減小硬件投資，但故障記錄的數量有限；另外的方法就是采用專門的微機故障錄波器，并且故障錄波器應具有串行通信功能，可以與監(jiān)視系統(tǒng)通信。（2）故障記錄。35 kv 、10 kv、 6 kv的配電線路很少專門設置故障錄波器，為了分析故障的方便，可以設置簡單故障記錄功能。故障記錄功能是記錄繼電保護動作前后與故障有關的電流量和母線電壓，故障記錄量的選擇可以按照以下的原則：對于大量中、低壓變電站，沒有配備專門的故障錄波裝置，而10kv出線數量大、故障率高，在監(jiān)控系統(tǒng)中設置了故障記錄功能，對分析和掌握情況、判斷保護動作是否正確很有益處。（四）

13、操作控制功能無論是無人值班還是少人值班變電站，操作人員都可以通過crt屏幕對斷路器和隔離開關（如果允許電動操作的話）進行分、合操作，對變壓器分接頭開關位置進行調節(jié)控制，對電容器進行投切控制，同時要能接受遙控操作命令，進行遠方操作；為防止計算機系統(tǒng)故障時無法操作被控設備，在設計時，應保留人工直接跳閘、合閘的手段。斷路器應該有閉鎖功能，操作閉鎖應包括以下內容：（1）斷路器操作時，應閉鎖自動重合閘裝置。（2）當地進行操作和遠方控制操作要互相閉鎖，保證只有一處操作，以免相互干擾。（3）根據實時信息，自動實現斷路器與隔離開關間的閉鎖操作。（4）無論當地操作或遠方操作，都應有防誤操作的閉鎖措施，即要收到反

14、校驗信號，才執(zhí)行下一項；必須有對象校核、操作性質校核和命令執(zhí)行三步，以保證操作的正確性。（五）安全監(jiān)視功能監(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，如果發(fā)現越限，立刻發(fā)出告警信號，同時記錄和顯示越限時間和越限值，另外，還要監(jiān)視保護裝置是否失電，自動控制裝置工作是否正常等。（六）人機聯(lián)系功能（1）crt顯示器、鼠標和鍵盤。變電站采用微機監(jiān)控之后，無論是有人值班還是無人值班的變電站，最大的特點之一是操作人員或調度員只要面對crt顯示器的屏幕，通過操作鼠標和鍵盤，就可對全站的運行工況和運行參數一目了然，可對全站的斷路器和隔離開關等進行分、合操作，徹底改變了

15、傳統(tǒng)依靠指針式儀表和依靠模擬屏或操作屏手段的操作方式。變電站中的這種顯示是和變電站綜合自動化系統(tǒng)的具體功能緊密相連的。crt的顯示內容是變電站中前臺機監(jiān)視、控制和測量等具體功能的人性化體現。在這些可以顯示的內容中，包括現場采集的各種數據和經過后臺計算機計算得到的數據：u、i、p、q、有功電能、無功電能以及主變壓器溫度t、系統(tǒng)頻率等，都可以在計算機的屏幕上實時顯示。同時，在潮流等運行參數的顯示畫面上，應顯示出日期和時間。對變電站主接線圖中的斷路器和隔離開關的位置要與實際狀態(tài)相適應。進行對斷路器或隔離開關的操作時，在crt的顯示上，對要操作的對象應有明顯的標記（如閃爍、顏色改變等措施）。各項操作都

16、有漢字提示。另外，變電站投入運行之后，隨著送電量的改變，保護整定值、越限值等都需要修改，甚至由于負荷的增加，都需要更換原有的設備，例如更換ta的變化。因此在人機聯(lián)系中，應該有良好的人機界面，以供變電站的操作人員對變電站的設備進行參數設定。特別需要強調的是，針對無人值班變電站必須設置有必要的人機聯(lián)系功能，在操作人員進行設備巡視和檢修時，可以通過液晶顯示器和七段顯示器或者crt顯示器和便攜式機到站內進行操作。（七）后臺數據統(tǒng)計和打印功能監(jiān)控系統(tǒng)除了完成上述的各項功能外，數據處理和記錄也是很重要的環(huán)節(jié)。歷史數據的形成和存儲是數據處理的主要內容。此外，為滿足繼電保護專業(yè)和變電站管理的需要，必須進行一些

17、數據統(tǒng)計，其內容包括：主變和輸電線路有功和無功功率每天的最大和最小值以及相應的時間；母線電壓每天記錄的最高值和最低值以及相應的時間；計算受配電電能平衡率；統(tǒng)計斷路器動作次數；斷路器切除故障電流和跳閘次數的累積時間；控制操作和修改整定值記錄等。對數據的記錄之后，就可以通過系統(tǒng)的打印機進行數據打印，以供變電站管理和歷史存檔。對于無人職守的系統(tǒng)變電站，可以不配備打印機，不設當地打印功能，各變電站的運行報表集中在控制中心打印輸出。二、微機保護子系統(tǒng)為保證電力系統(tǒng)運行的安全可靠，微機保護通常獨立于監(jiān)控系統(tǒng)，專門負責系統(tǒng)運行過程中的故障檢測和處理，故要求微機保護具有安全、可靠、準確、快速等性能。低壓配電所

18、的繼電保護比較簡單，有主變瓦斯/差動保護、電流速斷保護、低壓閉鎖過電壓過電流保護等。在低壓配電所中通常被設置為一個獨立的單元。微機保護在我國已經投入運行10多年的歷史，并且越來越受到繼電保護人員和運行人員的普遍歡迎。對微機保護的原理和功能實現不作介紹。三、無功電壓控制功能變電站綜合自動化系統(tǒng)能夠必須具有保證安全可靠供電和提高電能質量的自動控制功能。電壓和頻率是電能質量的重要指標，因此電壓、無功綜合控制也是變電站綜合自動化的一個重要組成部分。造成電壓下降的主要原因是系統(tǒng)中的無功功率不足和無功功率分布不合理。所以，在變電站內，應該接有有載調壓變壓器和控制無功分布的電容器。變電站內的有載調壓變壓器和

19、無功補償裝置雖然都能對系統(tǒng)的無功和電壓起到調節(jié)作用，但是，兩種調節(jié)方式的作用是不相同的。有載調壓變壓器可以載帶有負荷的情況下，切換分接頭位置，從而改變變壓器的變比，起到調節(jié)電壓和降低損耗的作用。控制無功補償電容器的投切，可以改變網絡中無功功率的分布，改變功率因數，減少網絡損耗和電壓損耗，改善用戶的電壓質量。在系統(tǒng)的無功功率嚴重不足的情況下，單純的調節(jié)有載調壓變壓器的抽頭，使電網的電壓水平較高，反而使得該地區(qū)的無功功率不足，導致惡性循環(huán)。因此，在系統(tǒng)無功缺乏的情況下，必須調節(jié)系統(tǒng)的無功功率。總之，在進行無功和電壓的控制時，必須將調分接頭和電容器的投切兩者結合起來，進行合理的調控。才能起到改變電壓

20、水平，又降低網絡損耗的效果。電力系統(tǒng)中，電壓和無功的調控對電網的輸電能力、安全穩(wěn)定運行水平和降低電能損耗有著極大影響。因此，要對電壓和無功功率進行綜合調控，保證實現電力部門和用戶在內的總體運行技術指標和經濟指標達到最佳。其具體的調控目標是：1、維持供電電壓在規(guī)定的范圍內。2、保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定和適當的無功平衡。3、保證在電壓合格的前提下使電能損耗最小。四、低頻減載功能電力系統(tǒng)的頻率是電能質量最重要的指標之一。在系統(tǒng)正常運行時必須維持電網的頻率在50hz±（0.10.2）hz的范圍內。系統(tǒng)頻率不論是偏大還是偏小，對大量的用電設備和系統(tǒng)設備都是十分不利的。因此，在變電站內部，裝設低頻減載系

21、統(tǒng)。低頻減載系統(tǒng)的主要任務是，在系統(tǒng)發(fā)生故障，有功功率嚴重缺額時，需要切除部分負荷時，應盡可能作到有次序、有計劃的切除負荷，并保證所切除的負荷數量必須合適，以盡量減少切除負荷后所造成的經濟損失。目前，較為常用的兩種方法是：（1）采用專門的低頻減載裝置實現。這種低頻減載裝置的控制方式在前面的章節(jié)里面已經做過介紹。采用不同的低頻減載輪來實現低頻減載功能。（2）把低頻減載的負荷控制分散裝設在每回線路的保護裝置中?，F在微機保護幾乎都是面向對象設置的，每回線路都有一套自己的保護設備。在線路保護裝置中，增加一個測量頻率的環(huán)節(jié)，就可以實現低頻減載的控制功能了。其對每回線路輪次的安排原則同上所述。只要將第n

22、輪動作的頻率和延時定值事前在某回路的保護裝置中安排好，則該回路便屬于第 n 輪切除的負荷。五、備用電源自投控制隨著國民經濟的迅猛發(fā)展，科學技術的不斷提高及家用電器迅速走向千家萬戶，用戶對供電質量和供電可靠性的要求日益提高。備用電源自投是保證配電系統(tǒng)連續(xù)可靠供電的重要措施。因此，備用電源自投已經成為變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能之一。備用電源自投裝置的任務是，當電力系統(tǒng)故障或者因為其他的原因使工作電源被斷開后，能迅速將備用電源或備用設備自動投入工作，使原來的工作電源被斷開的用戶能迅速恢復供電的一種自動控制裝置。一般來講，變電站的備用電源自投有兩種形式：明備用和暗備用。第三節(jié) 變電站的基本結構一、

23、變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本要求為了達到變電站綜合自動化的總目標，自動化系統(tǒng)應該滿足以下要求：（1）變電站綜合自動化系統(tǒng)應能全面代替常規(guī)的二次設備。綜合自動化系統(tǒng)應集變電站的繼電保護、測量、監(jiān)視、運行控制和通信于一個分級分布式的系統(tǒng)中，此系統(tǒng)由微機保護子系統(tǒng)、測量子系統(tǒng)、各種控制子系統(tǒng)組成。這些系統(tǒng)能代替常規(guī)的機電保護、儀表、中央信號、模擬屏、控制屏和運行控制裝置。（2）變電站微機保護的軟件和硬件設置既要和監(jiān)控系統(tǒng)相對獨立，又要相互協(xié)調。微機保護是綜合自動化系統(tǒng)中較為重要的環(huán)節(jié)，因此軟件和硬件的配置要相對獨立，即在系統(tǒng)運行中，繼電保護的動作、行為僅和保護裝置有關，不依賴監(jiān)控系統(tǒng)的其他環(huán)節(jié)，保證綜

24、合自動化系統(tǒng)中，任何其他的環(huán)節(jié)故障只是影響局部功能的實現，不影響保護子系統(tǒng)的正常工作。但和監(jiān)控系統(tǒng)要保持緊密的通信聯(lián)系。（3）微機保護裝置應具有串行接口或現場總線接口，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等信息。（4）變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能和配置，應該滿足無人值班變電站的要求。系統(tǒng)中無人值班變電站的實施和推廣是一個必然的趨勢，是電網調度管理的發(fā)展方向。傳統(tǒng)的四遙裝置不能滿足現代化電網調度、管理的要求。因此，變電站綜合自動化系統(tǒng)不管從硬件或軟件方面考慮，都必須具備和上級調度通信的能力，必須具有rtu的全部功能，以滿足和促進變電站無人值班的實施。（5）要有可靠、先進的通信網絡和合

25、理的通信協(xié)議。（6）必須保證綜合自動化系統(tǒng)具有較高的可靠性和較強的抗干擾能力。在考慮總體結構時，要主、次分明，對關鍵的環(huán)節(jié)，要有一定的冗余。綜合自動化系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)要相對獨立，一旦系統(tǒng)中某個部分出現故障，應盡量縮小故障影響的范圍并能盡量盡快修復故障。為此，各子系統(tǒng)應具有獨立的故障診斷、自修復功能，任何一個部分發(fā)生了故障，應通知監(jiān)控主機發(fā)出告警信號，并能迅速將自診斷信息發(fā)送到監(jiān)控中心。（7）系統(tǒng)的可擴展性和適應性要好。在對技術落后的老變電站進行技術改造時，變電站自動化設備應能根據變電站不同的要求，組成不同規(guī)模和不同技術等級的系統(tǒng)。（8）系統(tǒng)的標準化程度和開放性要好。研究新的產品時，應盡量符合國

26、家或部頒標準，使系統(tǒng)的開放性能好，也便于系統(tǒng)以后升級。（9）必須充分利用好數字通信的優(yōu)勢，實現數據共享。數據共享應該是自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢，只有實現數據共享，才能簡化自動化系統(tǒng)的結構，減少設備的重復，降低造價。（10）變電站綜合自動化系統(tǒng)是一項技術密集、涉及面廣、綜合性很強的基礎自動化工程。系統(tǒng)的研究和開發(fā)，必須統(tǒng)一規(guī)劃、協(xié)調工作。各個方面要相互配合，避免各自為戰(zhàn)。避免不必要的重復和相互干擾。二、綜合自動化系統(tǒng)的體系結構變電站綜合自動化系統(tǒng)是和計算機技術、集成電路技術、網絡通信技術密切相關的。隨著這些技術的不斷發(fā)展，綜合自動化系統(tǒng)的體系結構也在不斷的發(fā)生變化，功能和特性也在不斷的提高。從變電站

27、綜合自動化的發(fā)展過程來看，它的體系結構經歷了集中式、分布集中式、分散與集中相集合的方式和分散式等不同的發(fā)展類型和階段。其中分層分散式的結構是今后的發(fā)展方向。它具有明顯的優(yōu)點。而且光電傳感器和先進的光纖通信技術的出現，為分散式的綜合自動化系統(tǒng)提供了有力的技術支持。圖7-1 集中式結構的綜合自動化系統(tǒng)框圖1、集中式系統(tǒng)結構（如圖7-1所示）集中式的變電站綜合自動化系統(tǒng)是和當時計算機技術發(fā)展水平密切相關的。出現在70年代中、后期。在集中結構中，將自動化系統(tǒng)中的數據采集（包括模擬量和狀態(tài)量）、繼電保護和各種對變電站自動化設備的控制功能通過一定的接口交給系統(tǒng)的主監(jiān)控機來管理和完成，為了實現和調度中心的通

28、信聯(lián)系，還要有相應的通信控制器來負責主控計算機和調度中心的通信工作。在有人值班的變電站中，主控計算機為了實現人機對話和管理功能，還必須負責管理大量的外圍設備，以滿足人機對話和數據報表的打印功能。這種集中式的變電站綜合自動化系統(tǒng)具有結構緊湊、體積小、占地面積小，可以減少投資、實用等特點。但是，隨著技術地不斷發(fā)展和新的變電站自動化結構的出現，它的劣勢也就愈加明顯：1）每臺計算機的功能較為集中，如果一臺計算機出現故障。影響面是很大的。必須采用雙機或者是并聯(lián)運行的結構來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性2）集中式結構，軟件復雜，修改的工作量大，而且系統(tǒng)的軟件調試工作麻煩。3）組態(tài)不靈活，對不同結主接線和規(guī)模不同的變電站

29、，其軟、硬件都必須另行設計，適應性較差，不利于推廣。4）集中式保護和長期以來采用的一對一的常規(guī)保護相比，不直觀，不符合運行和維護人員的習慣，調試和維護不方便，程序設計麻煩，僅適合于保護算法簡單的場合。圖7-2 分散與集中相結合的變電站綜合自動化系統(tǒng)結構框圖2、分層式分布變電站自動化系統(tǒng)隨著自動化系統(tǒng)的發(fā)展，到了90年代，出現了不同的變電站綜合自動化模式，歸納起來，都屬于分層分布式的結構。將實際的變電站的一次、二次設備分為三個不同的結構層次。設備層主要指變電站內的變壓器、斷路器和隔離開關及其輔助觸點，電流、電壓互感器等一次設備。單元層主要是按照斷路器間隔劃分的。單元層本身由各種不同的單元裝置組成

30、，這些獨立的單元裝置通過局域網或者是總線和主監(jiān)控機進行通信。它具有測量、控制部件或繼電保護單元。測量和控制部件負責該單元的測量、監(jiān)視、斷路器的操作控制和連鎖及事件順序記錄等；保護部件負責該單元線路或變壓器、電容器的保護、故障記錄等。在這個層次中，還可能存在數據采集管理機和保護管理機，分別管理系統(tǒng)的數據采集和繼電保護工作。所以說單元層本身是一個兩級系統(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。變電站層設現場總線或是局域網，供各主機之間和監(jiān)控主機之間的信息交換。根據上面的變電站結構層次的劃分，通常要采用按功能來分類的多cpu來實現。各種高壓和低壓線路的保護單元；電容器保護單元；主變壓器保

31、護單元；備用電源自投單元；低頻減載控制單元；電壓、無功綜合補償單元；數據采集單元；電能計量單元等。每個功能單元基本上由單獨的一個cpu來完成，多采用單片機。在系統(tǒng)的管理上面，數據采集管理機和保護管理機能完成系統(tǒng)賦予它們的任務，并且能協(xié)調監(jiān)控機的工作。這樣就可以大大的減輕監(jiān)控機的負擔。它們通過總線或是局域網和主控計算機進行通信。一旦各個管理機發(fā)生故障，就會向主控計算機發(fā)出告警信號。對于主控計算機，如果應用在無人值班的場合，主要負責與調度中心的通信，使變電站自動化系統(tǒng)具有rtu的功能，完成“四遙”的任務；在有人值班的場合，除了仍然負責和調度中心通信外，還要負責人機聯(lián)系，使自動化系統(tǒng)通過監(jiān)控計算機完

32、成當地顯示、制表打印等任務。這種按照功能設計的分層分布式自動化結構，具有軟件相對簡單、調試相對方便、組態(tài)靈活、系統(tǒng)整體可靠性高等特點。但是，這種結構在安裝的時候，需要的控制電纜相對較多，增加了電纜的投資。3、分布分散式和集中式相結合的系統(tǒng)（如圖7-2所示）利用先進的局域網絡技術和現場總線技術，就可以對變電站二次系統(tǒng)進行優(yōu)化，使變電站綜合自動化系統(tǒng)得到提高。一種發(fā)展趨勢就是按照每個電網的元件為對象，集測量、保護、控制為一體，設計在同一個機箱內。例如，對于635kv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柜中，然后由監(jiān)控主機通過光纖或電纜網絡，對它們進行管理和交換信息，

33、這就是分散式結構。而且對于高壓線路的各種保護和變壓器保護，仍然可以通過集中組屏安裝在控制室內。這種將低壓線路的保護和測控單元分散安裝在控制室內，而高壓線路保護和主變壓器保護采用集中組屏的系統(tǒng)結構，稱為分布和集中相結合的結構，這是當前綜合自動化系統(tǒng)的主要結構。分布分散式結構的優(yōu)越性在于：（1）簡化了變電站內二次部分的配置，大大減小了控制室的面積。配電線路的保護和測控系統(tǒng)都是安裝在各個開關柜當中，因此，主控室內就減少了常規(guī)控制屏、中央信號屏和站內模擬屏。減少了主控室的占用面積，也有利于實現無人值班。（2）減小了施工和設備安裝工程量。在開關柜中的保護和測控系統(tǒng)已經由廠家事先調整完畢，分布分散式系統(tǒng)的

34、電纜敷設工程量小，因此施工和設備安裝工程量就減小了。（3）簡化了變電站二次設備之間的互連線，節(jié)省了連接電纜。（4）分層分散式結構將大量的實際工作分擔到不同的單元去完成，因此可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便。并且，各模塊和主控計算機之間通過局域網或總線連接，抗干擾能力強，可靠性高。（5）由于各個模塊基本上是面向對象設計的，因此軟件結構相對集中式的簡單，并且調試方便，便于系統(tǒng)擴充。第四節(jié) 變電站綜合自動化系統(tǒng)的數據通信變電站綜合自動化系統(tǒng)實質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

35、變壓器保護、電容器保護和各種線路保護等。因此在綜合自動化系統(tǒng)內部，必須通過內部數據通信，實現各子系統(tǒng)內部和各子系統(tǒng)間的信息交換和實現信息共享，以減少變電站二次設備的重復配置和簡化二次設備的互連，既減少了重復投資，又提高了整體的安全性，這是常規(guī)的變電站的二次設備所不能實現的問題。另一個方面，變電站是電能傳輸、交換、分配的重要環(huán)節(jié)，它集中了變壓器、開關、無功補償等昂貴設備。因此，對變電站綜合自動化系統(tǒng)的可靠性、抗干擾能力、工作靈活和可擴展性要求很高，尤其是在無人值班變電站中，不僅要求綜合自動化系統(tǒng)中所采集的測量信息和各斷路器、隔離開關的狀態(tài)信息等能傳送給地區(qū)電網調度中心（簡稱地調）或縣調或省調（為

36、了敘述簡單，下文將各級調度中心或集控站統(tǒng)稱為控制中心）。綜合自動化系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的故障信息也要及時上報給控制中心。同時也要能接受和執(zhí)行控制中心下達的各操作和調控命令。因此，變電站綜合自動化系統(tǒng)的數據通信，包括兩方面的內容：一是綜合自動化系統(tǒng)內內部各子系統(tǒng)或各種功能模塊間的信息交換；另一個是變電站和控制中心間的通信。一、綜合自動化系統(tǒng)與控制中心的通信綜合自動化系統(tǒng)應具有與電力系統(tǒng)控制中心通信的功能，不另外設獨立的遠動裝置，而由綜合自動化系統(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。把變電站所需測量的模擬量、電能量、狀態(tài)信息和soe等類信息傳送到控制中心，這些信息是變電站和控制中心共用的，不

37、必專門為送控制中心專門單獨采集。變電站不僅要向控制中心發(fā)送測量和監(jiān)視信息，而且要從上級調度接受數據和控制命令，例如接收調度下達的開關操作命令，在線修改保護定值、召喚實時運行參數。從全系統(tǒng)范圍內考慮電能質量、潮流和穩(wěn)定的控制等，這些功能如果實現，將給電力系統(tǒng)帶來很大效益，這也是變電站綜合自動化的優(yōu)越性和要求的目標。二、變電站內的信息傳輸在具有變電站層單元層（間隔層）現場層（設備層）的分層式自動化系統(tǒng)中，要傳輸的信息有如下幾種。（一）設備層和間隔層（單元層）間的信息交換間隔層的設備有控制測量單元或繼電保護單元，或兩者都有。設備層的高壓斷路器可能有智能傳感器和執(zhí)行器，可以自由地與單元層的裝置交換信息

38、。間隔層的設備大多需要從設備層的電壓和電流互感器采集正常和事故情況下的電壓值和電流值，采集設備的狀態(tài)信息和故障診斷信息，這些信息包括：斷路器和隔離開關位置、主變壓器分頭位置，變壓器、互感器、避雷器的診斷信息和斷路器的操作信息。（二）單元層內部的信息交換在一個單元層內部相關的功能模塊間，即繼電器保護和控制、監(jiān)視、測量間的數據交換。這類信息有如測量數據、斷路器狀態(tài)、器件的運行狀態(tài)、同步采樣信息等。（三）單元層間的通信不同單元層間的數據交換有：主、后繼電保護工作狀態(tài)、互鎖，相關保護動作閉鎖電壓無功綜合控制裝置信息。（四）單元層和變電站層的通信單元層和變電站層的通信內容很豐富，概括起來有以下三類：（1

39、）測量及狀態(tài)信息。正常和事故情況下的測量值和計算值，斷路器、隔離開關、主變壓器分接頭開關位置、各單元層運行狀態(tài)、保護動作信息等。（2）操作信息。斷路器和隔離開關的分、合命令，主變壓器分接頭位置的調節(jié)，自動裝置的投入和退出等。（3）參數信息。微機保護和自動裝置的整定值等。（五）變電站層的內部通信變電站層的內部通信，要根據各設備的任務和功能特點，傳輸所需的測量信息、狀態(tài)信息和操作命令等。三、變電站綜合自動化系統(tǒng)通信的特點和要求（一）、變電站通信網絡的要求由于數據通信在綜合自動化系統(tǒng)的重要性，經濟、可靠的數據通信成為系統(tǒng)的技術核心，而由于變電站的特殊環(huán)境和綜合自動化系統(tǒng)的要求。使變電站綜合自動化系統(tǒng)

40、內的數據網絡具有以下的特點和要求。（1）快速和實時響應的能力。變電站綜合自動化系統(tǒng)的數據網絡要求及時地傳輸現場的實時運行信息和控制信息。在電力工業(yè)標準中對系統(tǒng)的數據傳輸都有嚴格的實時性指標，網絡必須很好地保證數據通信的實時性。（2）很高的可靠性。電力系統(tǒng)是連續(xù)運行的，數據通信網絡也必須連續(xù)運行，通信網絡的故障和非正常工作會影響整個變電站綜合自動化系統(tǒng)的運行，設計不合理的系統(tǒng)，嚴重時甚至會造成設備和人身事故、造成很大的損失，因此變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信子系統(tǒng)必須保證很高的可靠性。（3）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，通信環(huán)境惡劣，數據通信

41、網絡必須注意采取相應地措施消除這些干擾的影響。（4）分層式結構。這是由整個系統(tǒng)的分層式結構所決定的，也只有實現通信網絡的分層，才能實現整個變電站綜合自動化系統(tǒng)的分層分布式結構，系統(tǒng)的各層次又各自具有特殊的應用條件和性能要求，因此每一層都要有合適的網絡系統(tǒng)。（二）、信息傳輸響應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，具體內容如下：（1）經常傳送的監(jiān)視信息。為監(jiān)視變電站運行狀態(tài)，需要傳輸母線電壓、電流、有功功率、無功功率、零序電壓、頻率等測量值，這類信息需要經常傳送，響應時間需滿足scada的要求，一般不宜大于12秒；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可以較

42、長，傳送的優(yōu)先級可以較低；為刷新變電站層的數據庫，需定時采集斷路器的狀態(tài)信息，繼電保護裝置和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，以刷新數據庫；為監(jiān)視變電站的電氣設備和安全運行所需的信息，例如變壓器、避雷器等的狀態(tài)監(jiān)視信息，變電站保安、防火有關的運行信息。（2）突發(fā)事件產生的信息。系統(tǒng)發(fā)生事故的情況下，需要快速響應的信息，例如：事故時斷路器的位置信號，這種信號要求傳輸時延小，優(yōu)先級高；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，傳輸響應時間要小，自動裝置和繼電保護裝置的投入和退出信息，要及時傳送；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

43、后分析事故之用，不需要立即傳送。待事故處理完畢后在送即可；事故發(fā)生時的故障錄波，帶時標的擾動記錄的數據，這些數據量很大，傳輸時間長，也不必立即傳送；控制命令、升降命令、繼電保護和自動設備的投入和退出命令。修改定值命令的傳輸不是固定的，傳輸的時間間隔比較長；隨著電子技術的發(fā)展，在高壓電氣設備內裝設的智能傳感器和智能執(zhí)行器，高速地和自動化系統(tǒng)單元層的設備交換數據，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的狀態(tài)量。（三）、各層次之間和每層內部傳輸信息時間的要求（1）設備層和間隔層，1100ms。（2）間隔層內各個模塊間，1100ms。（3）間隔層的各個間隔單元間，

44、1100ms。（4）間隔層和變電站層之間，11000ms。（5）變電站層的各個設備之間，1000ms。（6）變電站和控制中心間，1000ms。第五節(jié) 現場總線在變電站綜合自動化系統(tǒng)中的應用一、概述變電站數據通信可以采取并行通信或串行通信方式。并行通信方式除了需要數據線外還需要控制線和狀態(tài)信號線，顯然并行通信方式下需要的傳輸線路較多，成本高，因此常用在傳輸距離較短（通常小于10m），傳輸速率較快的場合。早期的變電站綜合自動化系統(tǒng)，由于受到當時通信技術和網絡技術等具體條件的限制，變電站內部通信大多采用并行通信，在綜合自動化系統(tǒng)的結構上，多為集中組屏式。串行通信方式是一位一位順序傳送。串行通信最大的

45、優(yōu)點是可以節(jié)約傳輸線路，特別是當位數較多的情況和遠距離傳輸時，這個優(yōu)點就更加明顯，不僅節(jié)約了投資，還簡化了接線。在變電站綜合自動化系統(tǒng)的內部，各種自動裝置之間，或繼電保護裝置與監(jiān)控系統(tǒng)間，為了減小連接電纜，簡化配線，常采用串行通信。目前，在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，微機保護、微機監(jiān)控和其他微機型的自控裝置間的通信，大多通過rs-422/rs-485通信接口連接，實現監(jiān)控系統(tǒng)與微機保護和自動裝置間的相互交換數據和狀態(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。然而，在變電站綜合自動化系統(tǒng)中。采用rs-422/rs-485通信接口，雖然可以實現多個節(jié)點（

46、設備）的互連，但連接的數目一般不超過32個，在變電站規(guī)模較大時，不能滿足綜合自動化的要求；其次，采用rs-422/rs-485通信接口，其通信方式為查詢方式，即由主計算機詢問，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；再者，使用rs-422/rs-485通信接口，整個通信網上只能有一個主節(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)點出現故障，整個系統(tǒng)的通信便無法進行；另外，對rs-422/rs-485通信接口的通信規(guī)約缺乏統(tǒng)一標準，使不同廠家生產的設備很難互連，給用戶帶來不便。在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，也有采用計算機局域網的

47、，比如novell網，ether網token ring網等。但這些局域網適用于一般做數據處理的計算機網絡，其傳輸容量大，但實時性不高。以上的種種問題不僅在電力系統(tǒng)中，在其他的工業(yè)控制領域也存在?；谏鲜鲈?，國際上在80年代就提出了現場總線，并制定了相應的標準。并且出現了幾種較為著名的現場總線技術。根據國際現場總線基金會的定義，所謂現場總線是一種全數字的雙響多站點通信系統(tǒng)。現場總線是基于微機化的智能現場儀表，實現現場儀表與控制系統(tǒng)和控制室之間的一種全分散、全數字化的、智能、雙向、多變量、多點、多站的通信網絡。它按國際標準化組織iso和開放系統(tǒng)互連osi提供了網絡服務，可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾

48、能力強、通信速率快、造價低、維護成本低?，F場總線和一般的計算機局域網有些相似之處，但也有不少差別。局域網適合于一般數據處理的計算機網絡，而現場總線是作為現場測控網絡，要求方便地適應多個輸入輸出類型數據（突發(fā)性數據和周期性數據）的傳輸，要求通信的周期性、實時性、可確定性，并適應工業(yè)現場的惡劣環(huán)境?，F場總線除了具有局域網的優(yōu)點外，最主要的是它滿足了工業(yè)控制過程所要求的現場設備通信的要求，且提供了互換操作，使不同廠家和設備也可互連，并可統(tǒng)一組態(tài)，使所組成的系統(tǒng)的適應性更廣泛?，F場總線的開放性，使用戶可方便地實現數據共享。二、現場總線技術在變電站綜合自動化系統(tǒng)中應用的優(yōu)越性。隨著大規(guī)模集成電路技術和微型計算機技術的不斷發(fā)展，變電站綜合自動化系統(tǒng)從體系結構上面臨著由原來面向功能往面向對象的方向發(fā)展。以往的變電站綜合自動化系統(tǒng)是按照保護、監(jiān)控、故障記錄和其他的自動控制等功能分為若干