變電站綜合自動化課件

1、變電站綜合自動化現(xiàn)場技術(shù)與運行維護電氣0822班44號 趙 敏第1頁，共28頁。傳統(tǒng)變電站二次系統(tǒng)存在的問題：遠方集中控制、操作的手段較少，提供給調(diào)度中心的信息量少、精度差，難以滿足電網(wǎng)實時監(jiān)控和控制的要求；站內(nèi)各種繼電保護、自動裝置和遠動裝置等大多為晶體管或小規(guī)模集成電路形式，結(jié)構(gòu)及接線復(fù)雜，二次設(shè)備主要依靠電纜，通過模擬信號來交換信息，其安全性、可靠性不高；監(jiān)控以人為主，工作人員面對大量信息十處理的準確性和可靠性不高；電纜用量多，調(diào)試和維護工作量大；二次設(shè)備冗余配置多，占地面積大。第2頁，共28頁。 變電站綜合自動化系統(tǒng)是利用先進的計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實現(xiàn)對變

2、電站二次設(shè)備(包括繼電保護、控制、測量、信號、故障錄波、自動裝置及遠動裝置等)的功能進行重新組合、優(yōu)化設(shè)計，對變電站全部設(shè)備的運行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動化系統(tǒng)。通過變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間相互交換信息，數(shù)據(jù)共享，完成變電站運行監(jiān)視和控制任務(wù)。變電站綜合自動化的基本概念第3頁，共28頁。變電站綜合自動化替代了變電站常規(guī)二次設(shè)備，簡化了變電站二次接線。變電站綜合自動化是提高變電站安全穩(wěn)定運行水平、降低運行維護成本、提高經(jīng)濟效益、向用戶提供高質(zhì)量電能的一項重要技術(shù)措施。 功能的綜合是其區(qū)別于常規(guī)變電站的最大特點,它以計算機技術(shù)為基礎(chǔ), 以數(shù)據(jù)通訊為手段,以信息共享為目

3、標. 目前為止該系統(tǒng)經(jīng)歷了集中式、分布集中式、分布分散式等發(fā)展階段。其中分布分散式為今后的發(fā)展方向。第4頁，共28頁。微機保護子系統(tǒng) 對微機保護子系統(tǒng)的要求 微機保護子系統(tǒng)中的各保護單元，除了具有獨立、完整的保護功能外，一般還須具備一些附加功能。同時，微機保護裝置應(yīng)滿足保護裝置快速性、選擇性、靈敏性和可靠性的要求，它的工作不受監(jiān)控系統(tǒng)和其他子系統(tǒng)的影響。為此，要求保護子系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)構(gòu)要相對獨立，而且各保護單元，例如變壓器保護單元、線路保護單元、電容器保護單元等，必須由各自獨立的CPU組成模塊化結(jié)構(gòu)；主保護和后備保護由不同的CPU實現(xiàn)，重要設(shè)備的保護，最好采用雙CPU的冗余結(jié)構(gòu)，保證在保護子

4、系統(tǒng)中一個功能部件模塊損壞，只影響局部保護功能而不能影響其他設(shè)備。第5頁，共28頁。微機保護子系統(tǒng)的功能微機保護應(yīng)包括全變電站主要設(shè)備和輸電線路的全套保護，具體有：進線和饋電線路的主保護和后備保護及自動重合閘；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；小電流接地系統(tǒng)的單相接地選線。此外的附加功能有：通信功能、具有故障記錄功能、具有統(tǒng)一時鐘對時功能，以便準確記錄發(fā)生故障和保護動作的時間 、存儲多套保護定值、當?shù)仫@示與多處觀察和授權(quán)修改保護定值、故障自診斷、自閉鎖和自恢復(fù)功能 、自動重合閘功能。第6頁，共28頁。 自動化監(jiān)控子系統(tǒng)應(yīng)取代常規(guī)的測量系統(tǒng)，取代指針式儀表；改變常規(guī)的

5、操作機構(gòu)和模擬盤，取代常規(guī)的告警、報警、中央信號、光字牌等；取代常規(guī)的遠動裝置等等?？傊?，其功能應(yīng)包括以下幾部分內(nèi)容。自動化監(jiān)控子系統(tǒng)自動化監(jiān)控子系統(tǒng)的要求第7頁，共28頁。自動化監(jiān)控子系統(tǒng)的功能1、數(shù)據(jù)采集功能 。變電站的數(shù)據(jù)包括：模擬量、開關(guān)量和脈沖量。2、操作控制功能。操作人員應(yīng)可通過遠方或當?shù)仫@示屏幕對斷路器和電動隔離開關(guān)進行分、合操作，對變壓器分接開關(guān)位置進行調(diào)節(jié)控制。為防止計算機系統(tǒng)故障時無法操作被控設(shè)備，在設(shè)計時，應(yīng)保留人工直接跳、合閘手段。對斷路器的操作應(yīng)有以下閉鎖功能：（1）斷路器操作時，應(yīng)閉鎖自動重合閘。（2）當?shù)剡M行操作和遠方控制操作要互相閉鎖，保證只有一處操作，以免互相

6、干擾。第8頁，共28頁。（3）根據(jù)實時信息，自動實現(xiàn)斷路器與隔離開關(guān)間的閉鎖操作。 （4）無論當?shù)夭僮骰蜻h方操作，都應(yīng)有防誤操作的閉鎖措施，即要收到返校信號后，才執(zhí)行下一項；必須有對象校核、操作性質(zhì)校核和命令執(zhí)行三步，以保證操作的正確性。 3、安全監(jiān)視功能。 4、事件順序記錄與故障濾波和測距功能。 5、數(shù)據(jù)處理與記錄功能。 6、人機聯(lián)系功能。 7、諧波分析與處理。第9頁，共28頁。電壓無功自動控制子系統(tǒng) 電力系統(tǒng)長期運行的經(jīng)驗和研究、計算的結(jié)果表明，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。對電壓和無功進行合理的調(diào)節(jié)，可以提高電能質(zhì)量、提高電壓合格率、降低網(wǎng)損。因此，

7、要對電壓和無功功率進行綜合調(diào)控，保證實現(xiàn)包括電力部門和用戶在內(nèi)的總體運行技術(shù)指標和經(jīng)濟指標最佳 。第10頁，共28頁。電壓控制的方法和原則方法：變電站主要的調(diào)壓手段是調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭位置和控制無功補償電容器 。（上調(diào)分接頭或投入電容器組：電壓上升。下調(diào)分接頭或切除電容器組：電壓下降）變電站電壓無功管理調(diào)控原則如下： 1、變電站電壓允許偏差范圍：220KV變電站的110KV母線：106.7117.7KV;220KV、110KV變電站的10KV母線：10.0 10.7KV。 2、補償電容器的投退管理原則：以控制各電壓等級母線電壓在允許偏差范圍內(nèi)，并實現(xiàn)無功功率就地平衡為主要目標，原則上不允

8、許無功功率經(jīng)主變高壓側(cè)向電網(wǎng)倒送，同時保證在電壓合格范圍內(nèi)盡量提高電壓。 第11頁，共28頁。電壓無功綜合控制方式電壓無功自動綜合控制功能的實現(xiàn)根據(jù)實際情況的不同，又有多種實現(xiàn)方式 ：（1）集中控制。集中控制是指在調(diào)度中心對各個變電站的主變壓器的分接頭位置和無功補償設(shè)備進行統(tǒng)一的控制。 （2）分散控制。分散控制是在各廠、站獨立進行的，它可以實現(xiàn)局部地區(qū)的優(yōu)化，對提高變電站供電范圍內(nèi)的電壓質(zhì)量和降低局部網(wǎng)絡(luò)和變壓器的電能損耗，減少值班員的操作是很有意義的。 （3）關(guān)聯(lián)分散控制。關(guān)聯(lián)分散控制，是指電力系統(tǒng)正常運行時，由分散安裝在各廠、站的分散控制第12頁，共28頁。裝置或控制軟件進行自動調(diào)控，調(diào)控

9、范圍和定值是從整個系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行出發(fā)，事先由電壓無功優(yōu)化程序計算好的，而在系統(tǒng)負荷變化較大或緊急情況或系統(tǒng)運行方式發(fā)生大的變動時，可由調(diào)度中心直接操作控制，或由調(diào)度中心修改下屬變電站所應(yīng)維持的母線電壓和無功功率的定值，以滿足系統(tǒng)運行方式變化后新的要求。關(guān)聯(lián)分散控制的實現(xiàn)方法 ：一是通過監(jiān)控系統(tǒng)的軟件模塊實現(xiàn)；另一種是由獨立的關(guān)聯(lián)分散控制裝置實現(xiàn)。第13頁，共28頁。備用電源自投裝置備用電源自投裝置的作用及分類 備用電源自投裝置是因電力系統(tǒng)故障或其他原因使工作電源被斷開后，能迅速將備用電源或備用設(shè)備或其他正常工作的電源自動投入工作，使原來工作電源被斷開的用戶能迅速恢復(fù)供電的一種自動控

10、制裝置。 備用電源自投一般有明備用和暗備用兩種基本方式。系統(tǒng)正常時，備用電源不工作者，稱為明備用；系統(tǒng)正常運行時，備用電源也投入運行的，稱為暗備用。暗備用實際上是兩個工作電源互為備用。第14頁，共28頁。低周減載控制系統(tǒng)電力系統(tǒng)的頻率是電能質(zhì)量重要的指標之一。電力系統(tǒng)正常運行時，必須維持頻率在50（0.10.2）Hz的范圍內(nèi)。系統(tǒng)頻率偏移過大時，發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備都會受到不良的影響。輕則影響工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量；重則損壞汽輪機、水輪機等重要設(shè)備，甚至引起系統(tǒng)的“頻率崩潰”，致使大面積停電，造成巨大的經(jīng)濟損失。第15頁，共28頁。 電力系統(tǒng)頻率降低的危害性（1）系統(tǒng)的頻率下降，使發(fā)電廠的廠用機

11、械出力大為下降，結(jié)果必然影響發(fā)電設(shè)備的正常工作，使發(fā)電機的有功出力減少，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率的進一步降低。（2）系統(tǒng)頻率降低，勵磁機的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)降低，當勵磁電流一定時，勵磁機發(fā)出的元功功率就會減少。而頻率降低時，異步電動機、變壓器的勵磁電流將增大，無功損耗增加。這將導(dǎo)致電力系統(tǒng)的無功平衡和電壓調(diào)整增加困難。運行經(jīng)驗表明，當系統(tǒng)頻率下降至4645Hz時，系統(tǒng)的電壓水平就會受到嚴重的影響，甚至造成電壓的崩潰。（3）系統(tǒng)頻率長期處于49.5Hz或49Hz以下時，會降低各用戶的生產(chǎn)率。第16頁，共28頁。 運行規(guī)程規(guī)定：電力系統(tǒng)的允許頻率偏差為0.2Hz；系統(tǒng)頻率不能長時間運行在49.549Hz以下；事故情況

12、下，不能較長時間停留在47Hz以下；系統(tǒng)頻率的瞬時值不能低于45Hz。因而當系統(tǒng)發(fā)生功率缺額的事故時，必須迅速地斷開部分負荷，減少系統(tǒng)的有功缺額，使系統(tǒng)頻率維持在正常的水平或允許的范圍內(nèi)。在系統(tǒng)發(fā)生故障，有功功率嚴重缺額，需要切除部分負荷時，應(yīng)盡可能做到有次序、有計劃地切除負荷，并保證所切負荷的數(shù)量必須合適，以盡量減少切除負荷后所造成的經(jīng)濟損失。這是低頻減載裝置的任務(wù)。電力系統(tǒng)頻率偏移的對策第17頁，共28頁。 低頻減載裝置的基本要求（1）能在各種運行方式且功率缺額的情況下，有計劃地切除負荷，有效地防止系統(tǒng)頻率下降至危險點以下。（2）切降的負荷應(yīng)盡可能少，應(yīng)防止超調(diào)和懸?，F(xiàn)象。（3）變電站的線

13、路故障或變壓器跳閘等造成失壓時，應(yīng)可靠閉鎖，低頻減載不應(yīng)誤動。（4）電力系統(tǒng)發(fā)生低頻振蕩時，不應(yīng)誤動。（5）電力系統(tǒng)受諧波干擾時，不應(yīng)誤動。為滿足以上要求，關(guān)鍵是要有原理先進、準確度高、抗干擾能力強的測頻電路。此外，為了提高低頻減載的可靠性，常增加以下措施：低電壓閉鎖；低電流閉鎖；滑差閉鎖，也即頻率變化率閉鎖；雙測頻回路切換或串聯(lián)閉鎖；測頻回路異常閉鎖。第18頁，共28頁。低頻減載的控制方式假定變電站饋電母線上有多條配電線路，根據(jù)這些線路所供負荷的重要程度，分為基本級和特殊級兩大類。把一般負荷的饋電線路放在基本級里，供給重要負荷的線路劃在特殊級里，一般低頻減載裝置基本級可以設(shè)定5輪或8輪，隨用

14、戶選用。安排在基本級中的配電級路，也按重要程度分為1、2、3、8輪。當系統(tǒng)發(fā)生功率嚴重缺額造成頻率下降至第1輪的啟動值，且延時時限已到時，低頻減載裝置動作出口，切除第1輪的線路，此時如果頻率恢復(fù)，則動作便成功。但若頻第19頁，共28頁。率還不能恢復(fù)，說明功率仍缺額。當頻率低于第2輪的整定值，且第2輪的動作延時己到，則低頻減載裝置再次啟動，切除第2輪的負荷。如此反復(fù)對頻率進行采樣、計算和判斷，直至頻率恢復(fù)正常或基本級的18輪（多數(shù)變電站只分為3輪或5輪）的負荷全部切完。當基本級的線路全部切除后，如果頻率仍停留在較低的水平上，則經(jīng)過一定的時間延時后，啟動切除特殊輪負荷。第20頁，共28頁。故障濾波

15、裝置110kV及以上的重要輸電線路距離長、發(fā)生故障影響大，必須盡快查找出故障點，以便縮短修復(fù)時間，盡快恢復(fù)供電，減少損失。設(shè)置故障錄波和故障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(xiàn)，一是由微機保護裝置兼作故障記錄和測距，再將記錄和測距的結(jié)果送監(jiān)控機存儲及打印輸出或直接送調(diào)度主站，這種方法可節(jié)約投資，減少硬件設(shè)備，但故障記錄的量有限，一般為保護啟動前24個周波（即發(fā)現(xiàn)故障前24個周波）和保護啟動后約10個周波的數(shù)第21頁，共28頁。據(jù)，并適當?shù)乜紤]了保護動作和重合閘等全過程的情況，在保護裝置中最好能保存連續(xù)3次的故障記錄。110kV及以下變電站一般采用此種方式。另一種

16、方法是采用專用微機故障錄波屏，另外配置相應(yīng)的硬件采集相應(yīng)模擬量、信號量，并根據(jù)一定啟動條件進行錄波。故障錄波屏均帶有相應(yīng)的顯示器及配套顯示分析軟件，但也應(yīng)具有與上級通信的功能，由于故障錄波屏的錄波數(shù)據(jù)量大（一般為保護啟動前到重合閘動作后全過程約10s甚至幾分鐘的數(shù)據(jù)），數(shù)據(jù)上傳最好采用專用局域網(wǎng)。第22頁，共28頁。變電站綜合自動化的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)變電站內(nèi)的信息傳輸 目前變電站綜合自動化系統(tǒng)一般都是分層分布式結(jié)構(gòu)，三層分別是變電站層、間隔層（單元層）、過程層（設(shè)備層）。站內(nèi)需傳輸?shù)男畔⒂幸韵聨撞糠郑?1、過程層與間隔層的信息交換 2、間隔層內(nèi)設(shè)備間的通信 3、間隔層與變電站層的通信 4、變電站層

17、的內(nèi)部通信變電站遠傳信息的內(nèi)容遙信、遙測、遙控、遙調(diào)第23頁，共28頁。變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第24頁，共28頁。變電站綜合自動化系統(tǒng)的可靠性與電磁兼容 變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部各個子系統(tǒng)都為弱電系統(tǒng)，它們工作的環(huán)境是電磁干擾非常嚴重的強電環(huán)境，一旦受到這些電磁的干擾，將不能正常工作，會給電力系統(tǒng)的安全、可靠運行帶來嚴重的后果。另一方面，二次設(shè)備本身還會發(fā)射電磁波污染環(huán)境。因此，提高變電站自動化系統(tǒng)的抗電磁干擾能力有著至關(guān)重要的實際意義。 第25頁，共28頁。 變電站的電磁干擾有外干擾和內(nèi)干擾之分，外干擾包括雷電、短路故障、電暈放電、高壓開關(guān)操作、風(fēng)電感應(yīng)、臨近強電場感應(yīng)、高頻載波等，一般外部干擾源是變電站綜合自動化系統(tǒng)外部產(chǎn)生的，無法消除。