變電站綜合自動化概述

變電站綜合自動化概述第1頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一第1章變電站綜合自動化概述1.1概述1.2變電站綜合自動化的優(yōu)越性1.3變電站綜合自動化系統(tǒng)的主要內(nèi)容和基本功能1.4變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計原則要求1.5

變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)1.6

變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展簡介第2頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一1.1概述1.1.1變電站及其自動化

電力系統(tǒng)的概念：傳統(tǒng)的說法叫做發(fā)、輸、配、用電設(shè)備的組合體系統(tǒng)；或發(fā)電機、變壓器、電力線路、電容器、電抗器和各種用電設(shè)備組成的有機整體。

電力系統(tǒng)的基本特點：連續(xù)運行的系統(tǒng)，電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和消耗必須同時完成。

變電站：介于發(fā)電廠和電力用戶之間的中間環(huán)節(jié)，由主變壓器、母線、斷路器、隔離開關(guān)、避雷器、電容器、電抗器、互感器等設(shè)備集合而成。

變電站的運行是一個連續(xù)的過程，作為電力系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，其運行具有電力系統(tǒng)中電能快速變化和電氣過程快速傳播的特點。第3頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一1.1.2變電站綜合自動化及其系統(tǒng)

變電站的組成：

一次系統(tǒng)－完成電能的傳輸、分配和電壓變換工作；

二次系統(tǒng)－完成對一次設(shè)備及其流經(jīng)電能的測量、監(jiān)視和故障的告警、控制、保護以及開關(guān)閉鎖、廠站遠動系統(tǒng)等工作。常規(guī)變電站的二次系統(tǒng)主要包括繼電保護、故障錄波、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控以及遠動四部分。變電站綜合自動化的概念：將變電站的二次設(shè)備經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計，利用先進的計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù)，實現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、自動控制和微機保護，以及與調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。是利用多臺微型計算機和大規(guī)模集成電路組成的自動化系統(tǒng)。是自動化技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)等高科技在變電站領(lǐng)域的綜合應(yīng)用。第4頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一1.2

變電站綜合自動化的優(yōu)越性

傳統(tǒng)的變電站存在的問題：安全性、可靠性不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)高可靠性的要求；供電質(zhì)量缺乏科學(xué)的保證（電能質(zhì)量的主要指標(biāo)是電壓、頻率和諧波）；占地面積大，增加了征地投資；

不適應(yīng)電力系統(tǒng)快速計算和實時控制的要求；

維護工作量大，設(shè)備可靠性差，不利于提高運行管理水平和自動化水平。

變電站實現(xiàn)綜合自動化的優(yōu)越性：提高變電站的安全、可靠運行水平；提高供電質(zhì)量，提高電壓合格率；

簡化了變電站二次部分的硬件配置；提高電力系統(tǒng)的運行管理水平；

縮小變電站占地面積，減少總投資；減少維護工作量，減少值班員勞動量；

有利于提高變電站無人值班管理水平。第5頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一1.3變電站綜合自動化系統(tǒng)的主要內(nèi)容和基本功能（一）

變電站綜合自動化的主要內(nèi)容：實現(xiàn)變電站正常運行的監(jiān)視和操作，保證變電站的正常運行和安全；當(dāng)發(fā)生事故時由繼電保護和故障錄波等完成瞬態(tài)電氣量的采集、監(jiān)視和控制，迅速切除故障，完成事故后的恢復(fù)操作；監(jiān)視高壓電氣設(shè)備本身的運行；將變電站所采集的信息傳送給調(diào)度中心，必要時送給運行方式科和檢修中心等，以便為電氣設(shè)備監(jiān)視和制定檢修計劃提供原始數(shù)據(jù)。變電站實現(xiàn)綜合自動化的基本目標(biāo)：提高變電站的技術(shù)水平和管理水平；提高電網(wǎng)和設(shè)備的安全、可靠、穩(wěn)定運行水平；

降低運行維護成本；提高供電質(zhì)量，并促進配電系統(tǒng)自動化

。

第6頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一1.3變電站綜合自動化系統(tǒng)的主要內(nèi)容和基本功能（二）

變電站綜合自動化的基本功能：監(jiān)視和控制功能：時間順序記錄SOE；數(shù)據(jù)采集：

1、模擬量的采集：有直流采樣（有效值、均值）和交流采樣（瞬時值）兩種方式；

2、狀態(tài)量的采集：各種開關(guān)狀態(tài)、位置；

3、脈沖量的采集：主要是電能量的采集，目前也可用軟件計算。

故障記錄、故障錄波和故障測距；操作控制功能；安全監(jiān)視功能：越限告警，裝置失電、異常監(jiān)視；人機聯(lián)系功能：顯示畫面和數(shù)據(jù)；輸入數(shù)據(jù)；人工控制操作；診斷與維護；打印功能；數(shù)據(jù)處理與記錄功能；諧波分析與監(jiān)視：諧波源的監(jiān)視、諧波的治理。第7頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一1.3變電站綜合自動化系統(tǒng)的主要內(nèi)容和基本功能（三）

變電站綜合自動化的基本功能：微機保護：微機保護的優(yōu)越性：

1、靈活性強；

2、綜合判斷能力強；

3、性能穩(wěn)定，可靠性高；

4、微機保護利用微機的記憶功能，可明顯改善保護性能、提高保護的靈敏性；

5、微機保護利用微機的智能特性，可實現(xiàn)故障自診斷、自閉鎖和自恢復(fù)；

6、體積小、功能全；

7、運行維護工作量小，現(xiàn)場調(diào)試方便。第8頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一1.3變電站綜合自動化系統(tǒng)的主要內(nèi)容和基本功能（四）

變電站綜合自動化的基本功能：微機保護：微機保護的功能：

1、高壓輸電線路的主保護和后備保護；

2、主變壓器的主保護和后備保護；

3、無功補償電容器組的保護；

4、母線保護；

5、配電線路的保護；

6、不完全接地系統(tǒng)的單相接地選線。電壓、無功綜合控制：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。對發(fā)電廠來說，主要的調(diào)壓手段是調(diào)整發(fā)電機的勵磁；在變電站主要的調(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；第9頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一1.3變電站綜合自動化系統(tǒng)的主要內(nèi)容和基本功能（五）

變電站綜合自動化的基本功能：微機保護：低頻減負荷控制；

備用電源自投控制；通信功能：

1、現(xiàn)場級通信；

2、與上級調(diào)度通信；

3、符合部頒的通信規(guī)約。時鐘功能；自診斷功能。

第10頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一1.4變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計原則和要求

變電站綜合自動化的基本功能：系統(tǒng)運行的安全性；信息共享；

充分體現(xiàn)綜合性；技術(shù)先進性；結(jié)構(gòu)上的靈活性；通信的可靠性；運行模式的適應(yīng)性；很強的抗干擾能力；標(biāo)準(zhǔn)化和開放性。第11頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一1.5變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)（一）

變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式通?？煞譃椋簜鹘y(tǒng)改造式、集中組屏式、分層分布式、完全分散式和分散集中結(jié)合式等五種類型。傳統(tǒng)改造式，在變電站傳統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)上，改進測控方式，增加監(jiān)控部分而組成的一類變電站綜合自動化系統(tǒng)。分為：保留RTU形式，基本特點是：

1、結(jié)構(gòu)簡單；

2、投資少，只在常規(guī)遠動裝置外增加當(dāng)?shù)乇O(jiān)控；

3、功能簡單，綜合性能差；

4、保留了變電站內(nèi)原來的二次回路。取消RTU形式，基本特點是：

1、測量、控制、保護單元分布在原有柜層上，不增加屏柜；

2、不需改動原有的二次回路；

3、擴充性較好，增加的測控單元可連接到總線上；

4、綜合性能不高。第12頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一CRTPC機RTU微機保護打印機模擬量開關(guān)量脈沖量控制量調(diào)節(jié)量上級調(diào)度或監(jiān)控中心傳統(tǒng)改造式（保留RTU）第13頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一傳統(tǒng)改造式（取消RTU）上級調(diào)度或監(jiān)控中心總控單元當(dāng)?shù)乇O(jiān)控微機保護總控單元(n)總控單元(2)測控單元(1)RS－485總線第14頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一1.5變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)（二）

集中組屏式，是指采用不同檔次的計算機，擴展外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進行計算和處理，分別完成微機保護、自動控制等功能。其基本特點是：按功能劃分單元；功能單元間相互獨立，互不影響；可集中也可分散安裝；擴充性好；綜合性能較強。

其最大的缺點是：每臺計算機的功能較集中，如果一臺計算機出故障，影響面大，因此必須采用雙機并聯(lián)運行的結(jié)構(gòu)才能提高可靠性；軟件復(fù)雜，修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試復(fù)雜；組態(tài)不靈活，對不同主接線或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件都必須另行設(shè)計，工作量大；不直觀、不符合運行和維護人員的習(xí)慣，調(diào)試和維護不方便，程序設(shè)計麻煩，只適合于保護算法比較簡單的情況。第15頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一集中組屏式變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上級調(diào)度或監(jiān)控中心監(jiān)控主機顯示、打印總控單元高壓微機保護RS－232、RS－422、RS－485中壓微機保護遙測單元遙信單元電能單元遙控單元交、直流單元VQC單元時鐘單元第16頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一1.5變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)（三）

分層分布式，是指將整個變電站的一次、二次設(shè)備分為3層，即變電站層、單元層（或稱間隔層）和設(shè)備層。其基本特點是：分層分布式的配置：系統(tǒng)采用按功能劃分的分布式多CPU系統(tǒng)，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；在綜合自動化系統(tǒng)的管理上，采取分層管理的模式；繼電保護相對獨立；具有與控制中心通信功能；可靠性高；維護管理方便；需要電纜較多。

第17頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一1.5變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)（四）

完全分散式，是指以變壓器、斷路器、母線等一次主設(shè)備為安裝單位，將保護、控制、輸入/輸出、閉鎖等單元就地分散安裝在一次主設(shè)備的開關(guān)屏（或柜）上，安裝在主控制室內(nèi)的主控單元通過現(xiàn)場總線與這些分散單元進行通信，主控單元通過網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控主機聯(lián)系。其基本特點是：系統(tǒng)部件完全依主設(shè)備分散安裝分層分布式的配置；節(jié)約控制室面積；節(jié)約二次電纜；綜合性能強。第18頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一1.5變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)（五）

集中分散結(jié)合式，是指既有集中部分又有分散部分。按集中和分散的不同結(jié)合可分為：局部集中－總體分散結(jié)構(gòu)、高壓集中－配電分散結(jié)構(gòu)。其基本特點是：配電線路的保護和測控單元，分散安裝在各開關(guān)柜內(nèi)，簡化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積；高壓線路保護和變壓器保護采用集中組屏結(jié)構(gòu)，保護屏安裝在控制室或保護室中，處于比較好的工作環(huán)境中，有利于提高可靠性；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；模塊與監(jiān)控主機間通過局域網(wǎng)或現(xiàn)場總線連接，原來變電站內(nèi)大量的信號傳輸改變?yōu)閿?shù)據(jù)傳輸，抗干擾能力強，可靠性高；分層分散式結(jié)構(gòu)可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便。第19頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一1.6變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展簡介國外變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展概況：始于20世紀(jì)70年代后期，80年代發(fā)展較快。我國變電站綜合自動化的發(fā)展過程：開始于20世紀(jì)80年代中期，20世紀(jì)80年代后期，不少高等院校、研究單位和生產(chǎn)廠家投入到變電站綜合自動化的研究中，20世紀(jì)90年