變電站綜合自動(dòng)化

1、第七章變電站綜合自動(dòng)化和數(shù)字化變電站，綜述：電力系統(tǒng)自動(dòng)化的分類(按運(yùn)行管理區(qū)域分類)，第七章變電站綜合自動(dòng)化和數(shù)字化變電站，常規(guī)變電站存在的問題：安全性和可靠性不能滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。它不能滿足電力系統(tǒng)快速計(jì)算和實(shí)時(shí)性的要求。供電質(zhì)量缺乏科學(xué)保障。不利于提高經(jīng)營(yíng)管理水平。維護(hù)工作量大，設(shè)備可靠性差。它占地面積大，增加了征地投資?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展為變電站自動(dòng)化的發(fā)展提供了有利條件。變電站自動(dòng)化發(fā)展歷程1。變電站分立元件自動(dòng)裝置階段70年代以前，這些自動(dòng)裝置主要由模擬電路和晶體管等分立元件組成，對(duì)提高變電站自動(dòng)化水平和保證系統(tǒng)安全運(yùn)行起到了一定的作用。缺點(diǎn)：這些自動(dòng)化設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行，互不相關(guān)，缺

2、乏智能和故障自診斷能力。如果它們運(yùn)行失敗，就不能提供報(bào)警信息，有的甚至影響電網(wǎng)運(yùn)行的安全。分立元件的可靠性不高，通常需要維護(hù)，體積龐大。第7章變電站綜合自動(dòng)化和數(shù)字化變電站，2。以微處理器為核心的智能自動(dòng)裝置。20世紀(jì)80年代，隨著大規(guī)模集成電路和微處理器技術(shù)的應(yīng)用，原來由晶體管等分立元件組成的自動(dòng)化裝置逐漸被變電站自動(dòng)化階段的大規(guī)模集成電路或微處理器所取代。分別設(shè)置微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置，完成各自的功能。優(yōu)勢(shì)：由于采用了數(shù)字電路，減小了體積，明顯顯示了其優(yōu)越性。利用微處理器的智能和計(jì)算能力，可以應(yīng)用和開發(fā)新的算法，提高測(cè)量精度和控制可靠性，擴(kuò)展新的功能。設(shè)備本身的故障自診斷能力對(duì)提

3、高設(shè)備本身的可靠性具有重要意義。缺點(diǎn)：每個(gè)自動(dòng)化設(shè)備仍然獨(dú)立運(yùn)行，不能相互通信，不能共享資源。在國(guó)際上，變電站綜合自動(dòng)化的研究工作始于20世紀(jì)70年代末，并于80年代開始投入實(shí)際應(yīng)用。例如：西門子于1985年在德國(guó)投資了第一個(gè)綜合變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。中國(guó)從20世紀(jì)80年代末開始研究和開發(fā)，到90年代進(jìn)入應(yīng)用階段。實(shí)例：清華大學(xué)電機(jī)公司成功開發(fā)的變電站微機(jī)監(jiān)控與保護(hù)綜合控制系統(tǒng)。變電站綜合自動(dòng)化階段的特點(diǎn)：將微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)功能統(tǒng)一考慮，形成統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來完成上述所有功能。變電站綜合控制系統(tǒng)(ISCS)是在變電站中使用自動(dòng)控制技術(shù)和信息處理及傳輸技術(shù)的自動(dòng)化系統(tǒng)，使用計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

4、或自動(dòng)化設(shè)備代替人工操作來提高變電站的運(yùn)行和管理水平。變電站綜合自動(dòng)化發(fā)展概述1。國(guó)外變電站綜合自動(dòng)化早期發(fā)展概述國(guó)外變電站自動(dòng)化的研究工作始于20世紀(jì)70年代。20世紀(jì)70年代末，英國(guó)、西德、意大利、澳大利亞等國(guó)新安裝的遙控裝置都是微機(jī)型的。變電站綜合自動(dòng)化的研究工作始于20世紀(jì)70年代中后期。1975年，關(guān)西電子有限公司和三菱電機(jī)有限公司合作研究配電變電站的數(shù)字控制系統(tǒng)。該原型被稱為SDCS 1號(hào)，于1979年9月完成，12月在變電站安裝并運(yùn)行，并于1980年開始商業(yè)生產(chǎn)。SDCS 1號(hào)由13臺(tái)微型計(jì)算機(jī)組成。下圖顯示了77kV/6.6kV配電變電站的所有保護(hù)和控制功能。變電站有三個(gè)變壓器

5、、四條77千伏進(jìn)線和36條6.6千伏饋線。變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展，SDCS1的框圖，國(guó)外變電站綜合自動(dòng)化的早期發(fā)展，中國(guó)變電站自動(dòng)化的發(fā)展歷程中國(guó)變電站綜合自動(dòng)化的研究工作始于20世紀(jì)80年代中期。1987年，清華大學(xué)電氣工程系成功研究了中國(guó)第一個(gè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)由三臺(tái)微機(jī)組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下。1987年，山東省威海市望島變電站成功投入運(yùn)行。望島變電站是一座35kV/10kV城市變電站，有兩條35kV進(jìn)線、兩個(gè)主變壓器、八條10kV出線和兩組電容器。該系統(tǒng)負(fù)責(zé)變電站安全監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)、電壓和無功控制、中央信號(hào)等任務(wù)。根據(jù)功能，分為三個(gè)子系統(tǒng)：(1)安全監(jiān)控子系統(tǒng)；(2)微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)；(

6、3)電壓和無功控制子系統(tǒng)。這是中國(guó)第一個(gè)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，其成功運(yùn)行證明，中國(guó)可以研制出具有國(guó)際先進(jìn)水平、符合國(guó)情的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。20世紀(jì)90年代中期以后，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展迅速。隨著微機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)投入運(yùn)行所取得的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，我國(guó)吸引了眾多用戶、科研機(jī)構(gòu)和高校，因此變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)自20世紀(jì)90年代以來成為熱門話題。變電站綜合自動(dòng)化發(fā)展概況、變電站綜合自動(dòng)化發(fā)展概況、中國(guó)變電站自動(dòng)化發(fā)展歷程、變電站微機(jī)監(jiān)控和保護(hù)綜合控制系統(tǒng)框圖、國(guó)外無人值守發(fā)展概況西歐、北美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的大多數(shù)變電站，包括許多500千伏和380千伏變電站，也都是無人值守的

7、。例如，在巴黎，1985年建立了新一代計(jì)算機(jī)自動(dòng)管理系統(tǒng)，所有225/20kV變電站都由調(diào)度中心集中控制。調(diào)度室可以掌握所有225/20kV變電站和20kV主網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生事故時(shí)，調(diào)度中心可以直接進(jìn)行必要的處理，使受停電影響的用戶能夠迅速恢復(fù)供電。同時(shí)，還有一些大、中、小水電站無人值班或很少有人值班。例如，截至1980年，意大利ENEL公司的474座水電站中有408座無人值守，法國(guó)法國(guó)電力公司的450座水電站中有403座無人值守，占90%。淺談我國(guó)無人值班變電站的發(fā)展。早期無人值守變電站沒有自動(dòng)化功能。僅適用于不重要的35KV變電站。20世紀(jì)60年代，它進(jìn)入了無人值守的遠(yuǎn)程監(jiān)控階段。

8、20世紀(jì)80年代末，無人值守技術(shù)達(dá)到了一個(gè)新的水平。它促進(jìn)了調(diào)度自動(dòng)化的進(jìn)一步發(fā)展和電網(wǎng)調(diào)度管理水平的提高。1993年12月28日，國(guó)家電力調(diào)度通信中心下發(fā)了1994年2號(hào)文件關(guān)于在地區(qū)電網(wǎng)中實(shí)施變電站遠(yuǎn)程控制和無人值守的意見。該文件明確指出實(shí)現(xiàn)變電站遠(yuǎn)程控制和無人值守是可行的，這是電網(wǎng)調(diào)度管理的發(fā)展方向，并明確指出各單位應(yīng)積極穩(wěn)妥地開展這項(xiàng)工作，并根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況和當(dāng)?shù)貤l件，統(tǒng)籌安排，綜合考慮，精心規(guī)劃，逐步實(shí)施。根據(jù)需要，一些地區(qū)可以考慮一步建成新的變電站，即根據(jù)無人值守站，特別是區(qū)域變電站進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)。該文件極大地促進(jìn)了中國(guó)無人值班變電站的建設(shè)。實(shí)現(xiàn)無人值班變電站的目的和意義(1)國(guó)家

9、經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)的需要不僅需要在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)和人口密集地區(qū)發(fā)展無人值班變電站；在人口密度低、經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)發(fā)展無人值守也很重要。(2)提高運(yùn)行可靠性，降低誤操作率。(3)提高經(jīng)濟(jì)效益和勞動(dòng)生產(chǎn)率(4)降低變電站建設(shè)成本。(5)減少維護(hù)工作量。由于綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的微機(jī)保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置具有故障自診斷的功能，所以裝置中存在故障，可以自動(dòng)顯示故障位置，縮短維修時(shí)間。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能體現(xiàn)在以下五個(gè)子系統(tǒng)中：1 .監(jiān)控子系統(tǒng)(1)數(shù)據(jù)采集供電系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的在線實(shí)時(shí)采集是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能之一，變電站數(shù)據(jù)包括模擬量、開關(guān)量和電能。(2)數(shù)據(jù)處理和記錄數(shù)據(jù)

10、處理的內(nèi)容是電力部門和用戶內(nèi)部生產(chǎn)調(diào)度所需的數(shù)據(jù)。1)變電站運(yùn)行參數(shù)的統(tǒng)計(jì)、分析和計(jì)算；2)變電站運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備超限報(bào)警和記錄；3)變電站事件記錄；以及(3)運(yùn)行監(jiān)控，即自動(dòng)監(jiān)控反映變電站運(yùn)行條件和設(shè)備狀態(tài)的收集數(shù)據(jù)。(4)故障錄波測(cè)距，故障錄波故障錄波距離110千伏及以上的重要輸電線路距離長(zhǎng)，故障影響大，為了縮短檢修時(shí)間，盡快恢復(fù)供電，減少損失，必須盡快找出故障點(diǎn)。35kV和10kV配電線路很少專門配備故障錄波器。為了方便故障分析，可以設(shè)置簡(jiǎn)單的故障記錄功能。故障記錄是記錄繼電保護(hù)動(dòng)作前后與故障相關(guān)的電流和母線電壓。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能(5)事故順序記錄和事故召回事故順序記錄是在事故發(fā)

11、生時(shí)，自動(dòng)記錄變電站內(nèi)繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、斷路器等動(dòng)作的順序。事故追憶是指對(duì)變電站中的一些主要模擬量，如電流、有功功率、母線電壓等的連續(xù)測(cè)量和記錄。事故前后。(6)控制和安全操作閉鎖操作人員可以通過顯示屏打開和關(guān)閉斷路器和隔離開關(guān)；調(diào)節(jié)和控制變壓器抽頭；打開和關(guān)閉電容器組。所有操作控制可以本地和遠(yuǎn)程控制，本地和遠(yuǎn)程切換，自動(dòng)和手動(dòng)鎖定。操作閉鎖包括以下內(nèi)容：操作系統(tǒng)的出口具有斷路器的分合閘閉鎖功能。3.變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能，(7)人機(jī)通信功能，(8)諧波分析和監(jiān)測(cè)，(3)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能，(2)微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)，主要包括：輸電線路保護(hù)；電力變壓器保護(hù)；總線保護(hù)；電容器保護(hù)；小電流

12、接地系統(tǒng)自動(dòng)選線：自動(dòng)重合閘等。微機(jī)保護(hù)要求：(1)系統(tǒng)的繼電保護(hù)根據(jù)被保護(hù)的電力設(shè)備單元(間隔)獨(dú)立設(shè)置，電量由相關(guān)的電流互感器和電壓互感器直接輸入，再由觸點(diǎn)輸出，直接操作相應(yīng)斷路器的跳閘線圈。(2)保護(hù)裝置具有通信接口，用于接入站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)，并在保護(hù)動(dòng)作后向變電站級(jí)微機(jī)設(shè)備提供報(bào)告，但繼電保護(hù)功能完全獨(dú)立于通信網(wǎng)絡(luò)。(3)為了避免不必要的硬件重復(fù)，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，降低成本，可以配置保護(hù)裝置的其他功能，但不應(yīng)降低保護(hù)裝置的可靠性。在電壓無功綜合控制子系統(tǒng)的運(yùn)行中，實(shí)時(shí)控制電壓無功的基本手段是有載調(diào)壓變壓器的抽頭切換和無功補(bǔ)償電容器組的投切。大多數(shù)采用九區(qū)控制策略進(jìn)行自動(dòng)電壓/無功功率控

13、制。電壓和無功功率控制裝置(VQC):適用于某些地區(qū)的電網(wǎng)和變電站。自動(dòng)電壓控制：適用于一些省級(jí)電網(wǎng)。自動(dòng)電壓控制裝置的類型：10kV變電站系統(tǒng)電壓無功綜合控制裝置介紹、4。低頻減載控制，自動(dòng)低頻減載裝置：當(dāng)電力系統(tǒng)頻率降低時(shí)，可以根據(jù)系統(tǒng)頻率降低的不同程度，有計(jì)劃、有秩序地自動(dòng)切斷相應(yīng)的負(fù)荷，以防止系統(tǒng)頻率降低，并快速恢復(fù)系統(tǒng)頻率到給定值。備用電源自動(dòng)接通：在工作電源因故障斷開后，能自動(dòng)快速接通備用電源，保證用戶持續(xù)供電的裝置，稱為備用電源自動(dòng)接通裝置。發(fā)電廠和變電站都配備了備用電源，一些重要的工礦企業(yè)也設(shè)置了備用電源，以保證供電的可靠性。備用電源的自動(dòng)切換已經(jīng)成為變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本

14、功能之一。備用電源自動(dòng)投入裝置的功能、類型和功能：用于有兩條或兩條以上電源進(jìn)線的變電站，提高供電可靠性。工作電源和備用電源的連接方式可分為兩類：當(dāng)備用：正常時(shí)，備用電源不工作，但只有當(dāng)工作電源故障時(shí)。當(dāng)暗待機(jī)：處于正常狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)電源都投入運(yùn)行，并且它們彼此待機(jī)。正常情況下，QF1關(guān)閉，QF2打開，負(fù)載由工作電源供電。當(dāng)工作電源出現(xiàn)故障時(shí)，APD動(dòng)作，斷開QF1，移除故障電源，然后關(guān)閉QF2，使備用電源投入運(yùn)行并恢復(fù)供電。a)備用。正常情況下，qf1和qf2閉合，QF3斷開，兩個(gè)電源分別向兩條總線供電。如果電源A(B)出現(xiàn)故障，APD將打開QF1(QF2)，然后關(guān)閉QF3，所有負(fù)載都由電源B(

15、A)供電。b)暗備用，1) APD可以快速啟動(dòng)并投入備用電源，無論它因什么原因失去其工作電源；2)備用電源必須在工作電源斷開且備用電源電壓正常時(shí)才能投入運(yùn)行；3)APD應(yīng)僅動(dòng)作一次，以避免備用電源重復(fù)投入永久性故障電路；4)當(dāng)電壓互感器二次回路斷開時(shí)，APD不應(yīng)出現(xiàn)故障。備用電源自動(dòng)投入裝置的基本要求，第7章，變電站綜合自動(dòng)化，第5節(jié)。通信子系統(tǒng)的通信功能包括站內(nèi)級(jí)間通信和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)與上級(jí)調(diào)度的通信兩部分。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是集中式、分層式、分布式、集中式、分布式、分布式、分散式和集中式。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式為分布式、分散式和集中式，采用不同等級(jí)的計(jì)算機(jī)，擴(kuò)展其外圍接口

16、電路，集中采集變電站的模擬、開關(guān)和數(shù)字信息，進(jìn)行集中計(jì)算和處理，完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)，并將變電站各電路的數(shù)據(jù)采集單元、控制單元和保護(hù)單元安裝在變電站控制室相應(yīng)的屏(柜)中。變電站中每個(gè)電路的數(shù)據(jù)采集、微機(jī)保護(hù)和監(jiān)控單元集成到一個(gè)設(shè)備中，該設(shè)備本地安裝在數(shù)據(jù)源站點(diǎn)的開關(guān)柜上。集中式結(jié)構(gòu)，(1)定義：集中式結(jié)構(gòu)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是指采用不同等級(jí)的計(jì)算機(jī)，擴(kuò)展其外圍接口電路，集中采集變電站模擬量、開關(guān)量、數(shù)字量等信息，集中計(jì)算和處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和部分自動(dòng)控制等功能。集中式結(jié)構(gòu)并不意味著一臺(tái)計(jì)算機(jī)就能完成保護(hù)和監(jiān)控等所有功能。在大多數(shù)集中式結(jié)構(gòu)中，微機(jī)保護(hù)、微機(jī)監(jiān)控和調(diào)度的通信功能也是由不同的微機(jī)完成的。圖7-2集中式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)框圖，(2)示例：安裝在變電站中央控制室。(3)集中結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：優(yōu)勢(shì)缺點(diǎn)：一、可靠性低；b、集中式結(jié)構(gòu)的軟件復(fù)雜，修改工作量大，調(diào)試麻煩；c、配置不靈活，軟硬件必須針對(duì)不同規(guī)模的不同主接線或變電站分別設(shè)計(jì)，工作量大，影響批量生產(chǎn)，不利于推廣。d、與長(zhǎng)期以來的一對(duì)一常規(guī)保護(hù)相比，集中保