第一章-綜自結(jié)構(gòu)授課-課件

第三節(jié)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

本節(jié)內(nèi)容：一、集中式變電站綜自系統(tǒng)二、分層分布式變電站綜自系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三、分層分布式綜自系統(tǒng)的組屏及安裝方式四、分層分布式變電站綜自系統(tǒng)的特點(diǎn)第三節(jié)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式本節(jié)內(nèi)容：1本次授課重點(diǎn)分層分布式變電站綜自系統(tǒng)構(gòu)成、組屏及安裝方式本次授課重點(diǎn)分層分布式變電站綜自系統(tǒng)2集中式

（早期，目前已不生產(chǎn)使用）分層分布式（目前廣泛使用）。按組屏方式分集中式；分散與集中結(jié)合式；完全分散式；

變電站綜自系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式大致上可分為：按組屏方式分集中式；變電站綜自系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式大致上可分為3一、集中式結(jié)構(gòu)的綜自系統(tǒng)

集中式結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式。所有二次設(shè)備以遙測(cè)、遙信、電能計(jì)量、遙控、保護(hù)功能劃分成不同的子系統(tǒng)，且每個(gè)子系統(tǒng)的每臺(tái)微計(jì)算機(jī)承擔(dān)多項(xiàng)任務(wù)。

例如：監(jiān)控機(jī)要負(fù)擔(dān)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、斷路器的操作、人機(jī)聯(lián)系等多項(xiàng)任務(wù)；擔(dān)任微機(jī)保護(hù)的計(jì)算機(jī)，可能一臺(tái)微機(jī)要負(fù)責(zé)幾回低壓線路的保護(hù)等。

一、集中式結(jié)構(gòu)的綜自系統(tǒng)集中式結(jié)構(gòu)是傳4集中式結(jié)構(gòu)的綜自系統(tǒng)特點(diǎn)：

利用不同檔次的計(jì)算機(jī)，擴(kuò)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(jìn)行計(jì)算與處理；分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和一些自動(dòng)控制等功能。集中式結(jié)構(gòu)的綜自系統(tǒng)特點(diǎn)：利用不同檔次的計(jì)算機(jī)，擴(kuò)展其外5集中式綜自系統(tǒng)框圖

P13圖1－7集中式綜自系統(tǒng)框圖

P13圖1－76集中式綜自系統(tǒng)的不足：P14（1）每臺(tái)微機(jī)承擔(dān)的功能集中,可靠性差；（2）軟件復(fù)雜，修改、調(diào)試麻煩；（3）組態(tài)不靈活。

集中式綜自系統(tǒng)的不足：P14（1）每臺(tái)微機(jī)承擔(dān)的功能集中,可7

指將整個(gè)變電站的一、二次設(shè)備分為過程層、間隔層和站控層。

其中，過程層又稱為0層或設(shè)備層；間隔層又稱為1層或單元層；站控層又稱為2層或變電站層。1.分層式的結(jié)構(gòu)二、分層分布式結(jié)構(gòu)的綜自系統(tǒng)（一）分層分布式結(jié)構(gòu)的綜自系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)指將整個(gè)變電站的一、二次設(shè)備分為過程層、間隔層和站控層8分層式的結(jié)構(gòu)IED：智能電子裝置IntelligentElectricDevice分層式的結(jié)構(gòu)IED：智能電子裝置Intelligent9（1）過程層（設(shè)備層）:

主要是指變電站內(nèi)的一次設(shè)備，如變壓器、電容器、斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器和電壓互感器等。它們是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象。

（1）過程層（設(shè)備層）:主要是指10分層式的結(jié)構(gòu)IED：智能電子裝置IntelligentElectricDevice分層式的結(jié)構(gòu)IED：智能電子裝置Intelligent11（2）間隔層：又稱單元層

間隔層作用：

間隔層中各智能電子裝置（IED）利用電流互感器、電壓互感器、變送器、繼電器等設(shè)備獲取過程層各設(shè)備的運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)過程層進(jìn)行監(jiān)視、控制和保護(hù)，并與站控層進(jìn)行信息交換，完成對(duì)過程層設(shè)備的遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)等任務(wù)。

（2）間隔層：又稱單元層

間隔層作用：12間隔層設(shè)備的主要功能：1)匯總本間隔過程層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息；2)實(shí)施對(duì)一次設(shè)備保護(hù)控制功能；3)實(shí)施本間隔操作閉鎖功能；4)實(shí)施操作同期及其他控制功能；5)對(duì)數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)運(yùn)算及控制命令的發(fā)出具有優(yōu)先級(jí)別的控制；6)承上啟下的通信功能，即同時(shí)高速完成與過程層及站控層的網(wǎng)絡(luò)通信功能。

間隔層設(shè)備的主要功能：1)匯總本間隔過程層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息；13間隔層的設(shè)備它大體分兩部分：

保護(hù)測(cè)控裝置

其他智能裝置根據(jù)變電站需要而獨(dú)立配置的電能計(jì)量裝置、電壓無功自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置、備用電源自動(dòng)投入裝置、自動(dòng)按頻率減負(fù)載裝置及其它公共單元裝置等。間隔層的設(shè)備它大體分兩部分：根據(jù)變電站需要而獨(dú)立14保護(hù)測(cè)控單元根據(jù)變電站內(nèi)一次設(shè)備的電氣間隔而獨(dú)立配置。構(gòu)成實(shí)際裝置時(shí)，根據(jù)其功能和所對(duì)應(yīng)的一次設(shè)備電氣間隔，可組合為一個(gè)單元裝置或多個(gè)單元裝置。

保護(hù)測(cè)控單元15

電氣間隔是指發(fā)電廠或變電站一次接線中一個(gè)完整的電氣連接，包括斷路器、隔離開關(guān)、TA、TV、端子箱等。電氣間隔是指發(fā)電廠或變電站一次接線中一個(gè)完整16電氣間隔電氣間隔171）6~35kV的配電線路、電容器

每一條線路（電容器）的保護(hù)、測(cè)量、控制、信號(hào)等功能集為一體，安裝組合為一個(gè)單元裝置。

1）6~35kV的配電線路、電容器每一條線路（電容器）18線路單元裝置線路單元裝置19四方電容器單元裝置四方電容器單元裝置202）110kV及以上電壓等級(jí)

的輸電線路

因其保護(hù)構(gòu)成相對(duì)復(fù)雜，所以把每一條線路的保護(hù)功能由獨(dú)立的保護(hù)單元裝置完成；而測(cè)量、控制、信號(hào)等功能集為一體由監(jiān)控裝置完成。

即：每一條線路至少要對(duì)應(yīng)一個(gè)保護(hù)單元裝置和一個(gè)測(cè)控裝置。

2）110kV及以上電壓等級(jí)

的輸電線路因213）電力變壓器

根據(jù)每一臺(tái)變壓器的主保護(hù)及變壓器各側(cè)的保護(hù)、測(cè)量、控制、信號(hào)等功能劃分，通常分別設(shè)計(jì)并組合為：

主保護(hù)單元裝置：高壓側(cè)保護(hù)測(cè)控單元裝置；中壓側(cè)········；低壓側(cè)········。

3）電力變壓器22間隔層內(nèi)的每個(gè)單元又稱為CPU單元，或稱為子系統(tǒng)。

因?yàn)殚g隔層內(nèi)每個(gè)單元的核心元件均是配置不同的單片機(jī)或微型計(jì)算機(jī)。間隔層內(nèi)的每個(gè)單元又稱為CPU單元，或稱為子系統(tǒng)。因23分層式的結(jié)構(gòu)IED：智能電子裝置IntelligentElectricDevice分層式的結(jié)構(gòu)IED：智能電子裝置Intelligent24（3）站控層作用：借助通信網(wǎng)絡(luò)分別完成與間隔層、調(diào)度中心之間的信息交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)全變電站一次設(shè)備的當(dāng)?shù)丶斑h(yuǎn)方監(jiān)控功能。構(gòu)成：遠(yuǎn)動(dòng)主站（前置機(jī)）、當(dāng)?shù)毓ぷ髡荆ê笈_(tái)機(jī)）通信設(shè)備、GPS同步時(shí)鐘裝置（3）站控層作用：借助通信網(wǎng)絡(luò)分別完成與間隔層、調(diào)度中心之間25站控層1）運(yùn)動(dòng)主站（前置機(jī)）作用：

a.信息傳遞：支持多種通訊規(guī)約，收集和轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)的信息。即：上傳：YC量、YX量；下傳：YK量、YT量。b.驅(qū)動(dòng)事故音響和預(yù)告音響。

站控層1）運(yùn)動(dòng)主站（前置機(jī)）26b.驅(qū)動(dòng)事故音響和預(yù)告音響。SA114DLDD31QK－XM＋XMSA214監(jiān)控主站b.驅(qū)動(dòng)事故音響和預(yù)告音響。SA114DLDD31QK－XM27運(yùn)動(dòng)主站的構(gòu)成

通常由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或單片機(jī)及高性能通訊處理器。運(yùn)動(dòng)主站的構(gòu)成通常由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或單片機(jī)及高性能通訊282）當(dāng)?shù)乇O(jiān)控站及工程師站（后臺(tái)機(jī)）

組成：

由計(jì)算機(jī)、顯示器和打印機(jī)。作用：

a.實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站一次設(shè)備的就地監(jiān)視、就地控制和管理等功能。b.驅(qū)動(dòng)事故音響和預(yù)告音響。2）當(dāng)?shù)乇O(jiān)控站及工程師站（后臺(tái)機(jī)）29站控層各工作站的配置ａ.最簡(jiǎn)單情況下，只需一個(gè)監(jiān)控主站。ｂ.有兩個(gè)獨(dú)立的監(jiān)控主站。一個(gè)作為主站運(yùn)行，另一處于熱備狀態(tài)，兩站之間通過高速網(wǎng)絡(luò)連接，當(dāng)主站故障時(shí)，熱備用站自動(dòng)切換為主站工作方式。ｃ：較大規(guī)模的變電站，利用多個(gè)監(jiān)控主站組成網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)監(jiān)控主站負(fù)責(zé)部分功能。各站可進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的交換和歷史數(shù)據(jù)的查詢。

站控層各工作站的配置ａ.最簡(jiǎn)單情況下，只需一個(gè)監(jiān)控主站。ｃ30多個(gè)監(jiān)控主站組成網(wǎng)絡(luò)多個(gè)監(jiān)控主站組成網(wǎng)絡(luò)31分層式的結(jié)構(gòu)分層式的結(jié)構(gòu)323）GPS同步時(shí)鐘

作用：輸出一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和日期，同步變電站綜自系統(tǒng)中的各個(gè)單元。組成：由微處理器和GPS接收器組成；而接收器又由接收模塊和天線構(gòu)成。

3）GPS同步時(shí)鐘作用：輸出一標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和日期，同步變電33GPS同步時(shí)鐘構(gòu)成原理圖GPS同步時(shí)鐘構(gòu)成原理圖34a.接收模塊該模塊通過天線在任意時(shí)刻接收其視野范圍內(nèi)的信衛(wèi)星號(hào)，對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解碼和處理后，提取并輸出兩種時(shí)間信號(hào)。

一種時(shí)間信號(hào)為1s脈沖信號(hào)，其脈沖前沿與國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的同步誤差不超過1μs；

另一種為與1s脈沖前沿對(duì)應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和日期代碼（年、月、日、時(shí)、分、秒）

a.接收模塊該模塊通過天線在任意時(shí)刻接收其視野范圍內(nèi)35b.微處理器

微處理器將接收器提供的國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間轉(zhuǎn)換為北京時(shí)間并予以顯示，同時(shí)向用戶提供不同規(guī)格的同步脈沖和時(shí)間代碼。

b.微處理器微處理器將接收器提供的國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間轉(zhuǎn)換為364）通信設(shè)備

通常指調(diào)制解調(diào)器（MODEM）或者專用網(wǎng)卡。作用：a.將監(jiān)控主站發(fā)出的信息變換成適合遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男畔?，轉(zhuǎn)發(fā)到遠(yuǎn)方調(diào)度中心；b.提取由遠(yuǎn)方調(diào)度中心發(fā)送而來的信號(hào)送給監(jiān)控主站。

4）通信設(shè)備37分層式的結(jié)構(gòu)IED：智能電子裝置IntelligentElectricDevice分層式的結(jié)構(gòu)IED：智能電子裝置Intelligent38分布的含義

按照“分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”的定義——由多個(gè)分散的計(jì)算機(jī)經(jīng)互連網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)又是一個(gè)分布式的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。2.分布式的結(jié)構(gòu)

在分層分布式結(jié)構(gòu)的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，間隔層和站控層共同構(gòu)成的分布式的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，間隔層各IED與站控層的各計(jì)算機(jī)分別完成各自的任務(wù)，并且共同協(xié)調(diào)合作，完成對(duì)全變電站的監(jiān)視、控制等任務(wù)。分布的含義2.分布式的結(jié)構(gòu)在分層分393.面向間隔的結(jié)構(gòu)“面向間隔”的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：間隔層設(shè)備的設(shè)置是面向電氣間隔的，即對(duì)應(yīng)于一次系統(tǒng)的每一個(gè)電氣間隔，分別布置有一個(gè)或多個(gè)智能電子裝置來實(shí)現(xiàn)對(duì)該間隔的測(cè)量、控制、保護(hù)及其它任務(wù)。

電氣間隔是指發(fā)電廠或變電站一次接線中一個(gè)完整的電氣連接，包括斷路器、隔離開關(guān)、TA、TV、端子箱等。3.面向間隔的結(jié)構(gòu)電氣間隔是指發(fā)電廠或變電站40電氣間隔電氣間隔41分層分布式變電站綜自系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）可靠性高（2）擴(kuò)展性及靈活性強(qiáng)（3）調(diào)試及維護(hù)方便分層分布式變電站綜自系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）可靠性高42（二）分層分布式變電站綜自系統(tǒng)的

組屏及安裝方式

1.集中式組屏及安裝方式

將綜自系統(tǒng)的站控層、管理層及間隔層中的設(shè)備，根據(jù)其功能和所對(duì)應(yīng)的一次設(shè)備分別組裝為多個(gè)屏柜，把這些屏柜均集中安裝在主控室內(nèi)。（二）分層分布式變電站綜自系統(tǒng)的

組屏及安裝方式1.集43該組屏安裝方式的特點(diǎn)：便于設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、管理，可靠性較高；但需要的控制電纜較多，增加了電纜的投資。目前我國110kV及以下的農(nóng)網(wǎng)變電站大多采用此種方式。該組屏安裝方式的特點(diǎn)：便于設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、管理，可靠性442.分散與集中相結(jié)合的組屏及安裝方式將站控層及間隔層中除配電線路的保護(hù)監(jiān)控裝置外的所有設(shè)備，根據(jù)其功能和所對(duì)應(yīng)的一次設(shè)備分別組裝為多個(gè)屏柜，集中安裝在主控室內(nèi)。將間隔層中配電線路的保護(hù)監(jiān)控單元裝置分散安裝在所對(duì)應(yīng)的開關(guān)柜上。2.分散與集中相結(jié)合的組屏及安裝方式將站控層及間隔層45分散與集中相結(jié)合的組屏及安裝方式分散與集中相結(jié)合的組屏及安裝方式46第一章-綜自結(jié)構(gòu)授課-課件47特點(diǎn)：節(jié)約控制電纜，降低投資；同時(shí)，保證了重要一次設(shè)備保護(hù)監(jiān)控裝置工作的可靠性。目前，我國變電站綜自系統(tǒng)廣泛采用。特點(diǎn)：節(jié)約控制電纜，降低投資；同時(shí)，保證了重要一次設(shè)備48（3）全分散式的組屏及安裝方式

將站控層所有設(shè)備分別組屏，安裝在主控室內(nèi)。

將所有的保護(hù)監(jiān)控單元均分散安裝在所對(duì)應(yīng)一次設(shè)備的開關(guān)柜上或離一次設(shè)備較近的屏柜上。（3）全分散式的組屏及安裝方式將站控層所有設(shè)備分別組屏49全分散式的組屏及安裝方式全分散式的組屏及安裝方式50特點(diǎn)：

縮小主控室面積、減少連接電纜等，從而降低總投資；對(duì)綜自系統(tǒng)的硬件設(shè)備、通信技術(shù)等要求較高。該形式是今后發(fā)展的方向。特點(diǎn)：縮小主控室面積、減少連接電纜等，從而降低總投資；51第四節(jié)變電站綜自系統(tǒng)的基本配置間隔層…其它智能裝置保護(hù)裝置測(cè)控裝置保護(hù)裝置測(cè)控裝置保護(hù)及測(cè)控裝置去調(diào)度保護(hù)及測(cè)控裝置…遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)工程師站就地測(cè)控主機(jī)10kV（或35kV）間隔110kV間隔變電站層網(wǎng)絡(luò)

間隔層通信網(wǎng)第四節(jié)變電站綜自系統(tǒng)的基本配置間隔層…其它智能裝置保護(hù)裝置52（1）保護(hù)測(cè)控單元：完成所對(duì)應(yīng)一次設(shè)備間隔的保護(hù)測(cè)量控制功能。（2）公共單元：完成變電站二次系統(tǒng)除保護(hù)測(cè)控以外的其他功能。如：備用電源自動(dòng)投入裝置、直流電源、故障錄波裝置等。（3）中心計(jì)算機(jī)：完成各種信息的接收和發(fā)送。（5）通信網(wǎng)絡(luò)：完成綜自系統(tǒng)信息的傳輸。

（4）各工作站：完成對(duì)變電站一次設(shè)備的就地和遠(yuǎn)方的控制、監(jiān)測(cè)、管理等功能。（1）保護(hù)測(cè)控單元：完成所對(duì)應(yīng)一次設(shè)備間隔的保護(hù)測(cè)量控制功53

110kV線路按間隔：分別配置保護(hù)裝置與測(cè)控裝置。10kV（或35kV）線路按間隔：分別配置保護(hù)測(cè)控綜合裝置。變壓器按間隔：分別配置保護(hù)裝置與測(cè)控裝置。其它智能設(shè)備。110kV線路按間隔：分別配置保護(hù)裝置與測(cè)控裝置。54

遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)：收集本變電站信息上傳至調(diào)度端（或者控制中心），同時(shí)將調(diào)度端下發(fā)的控制、調(diào)節(jié)命令送給相應(yīng)間隔層的測(cè)控裝置，完成控制或調(diào)節(jié)任務(wù)。

工程師站：用于軟件開發(fā)與管理功能。

就地監(jiān)控站：用于對(duì)本變電站一次設(shè)備運(yùn)行的就地監(jiān)視、控制及管理等功能。遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)：收集本變電站信息上傳至調(diào)度端（或者控制中心）55間隔層…其它智能裝置保護(hù)裝置測(cè)控裝置保護(hù)裝置測(cè)控裝置保護(hù)及測(cè)控裝置去調(diào)度保護(hù)及測(cè)控裝置…遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)工程師站就地測(cè)控站10kV（或35kV）間隔110kV間隔變電站層網(wǎng)絡(luò)

間隔層通信網(wǎng)間隔層…其它智能裝置保護(hù)裝置測(cè)控裝置保護(hù)裝置測(cè)控裝置保護(hù)及測(cè)56變電站綜合自動(dòng)