变电站综合自动化基本概念

1、第一章第一章 变电站综合自动化技术基础变电站综合自动化技术基础第二章第二章 变电站综合自动化系统的硬件原理变电站综合自动化系统的硬件原理 第三章第三章 变电站综合自动化系统的微机保护、变电站综合自动化系统的微机保护、监视与控制子系统监视与控制子系统 第四章第四章 变电站综合自动化的数据通信系统变电站综合自动化的数据通信系统第五章第五章 数字化变电站系统简介数字化变电站系统简介第一节 变电站综合自动化的基本概念 第二节 变电站综合自动化的内容、主要功能及信息量 第三节 变电站综合自动化的基本特征第四节 变电站综合自动化的结构形式 一、常规变电站状况电力系统的环节：发、输、配、用变电站的基本作用常

2、规变电站的二次系统构成：继电保护保护屏就地监控控制屏远动装置中央信号屏录波装置录波屏一、常规变电站状况常规变电站的二次系统的缺点： (1)安全性、可靠性不能满足现代电力系统高可靠性的要求。 (2)供电质量缺乏科学的保证。指标：U、F、谐波 (3)占地面积大，增加了征地投资。 (4)不适应电力系统快速计算和实时控制的要求。 (5)维护工作量大，设备可靠性差，不利于提高运行管理水平和自动化水平。 二、变电站综合自动化的基本概念 变电站综合自动化是将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处

3、理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。二、变电站综合自动化的基本概念 变电站综合自动化系统，即利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。 国电自动化研究院三、变电站实现综合自动化的优越性 (1)提高供电质量，提高电压合格率。 (2)提高变电站的安全、可靠运行水平。 (3)提高电力系统的运行、管理水平。 (4)缩小变电站占地面积，降低造价，减少总投资。 (5)减少维护

4、工作量，减少值班员劳动，实现减人增效。 国电自动化研究院一、变电站综合自动化的内容电气量的采集电气设备(如断路器等)的状态监视、控制和调节。由继电保护和故障录波等完成瞬态电气量的采集、监视和控制，并迅速切除故障和完成事故后的恢复正常操作。高压电器设备本身的监视信息(如断路器、变压器和避雷器等的绝缘和状态监视等)。将变电站所采集的信息传送给调度中心外，还要送给运行方式科和检修中心，以便为电气设备的监视和制定检修计划提供原始数据。 二、变电站综合自动化的基本功能 监控子系统的功能监控子系统的功能 微机保护子系统的功能微机保护子系统的功能 自动控制装置的功能自动控制装置的功能 远动及数据通信功能远动

5、及数据通信功能二、变电站综合自动化的基本功能2.1 监控子系统的功能(一)数据采集 (1)模拟量的采集1）交流模拟量：U、I、P、Q、COS、F、2）直流模拟量：T、DC220、DC5V(2)开关量的采集(3)电能计量 1）电能脉冲计量法 2）软件计算方法 二、变电站综合自动化的基本功能2.1 监控子系统的功能(二)事件顺序记录SOE(Sequence of Events) 包括断路器跳合闸记录、保护动作顺序记录 二、变电站综合自动化的基本功能2.1 监控子系统的功能(三)故障记录、故障录波和测距 (1)故障录波与测距微机保护装置兼作故障记录和测距采用专用的微机故障录波器 (2)故障记录 记录

6、继电保护动作前后与故障有关的电流量和母线电压 二、变电站综合自动化的基本功能2.1 监控子系统的功能(四)操作控制功能 操作人员都可通过CRT屏幕对断路器和隔离开关进行分、合操作， 对变压器分接开关位置进行调节控制， 对电容器进行投、切控制， 应保留人工直接跳、合闸手段， 断路器操作应有闭锁功能 二、变电站综合自动化的基本功能2.1 监控子系统的功能(五)安全监视功能越限监视监视保护装置是否失电自控装置工作是否正常等二、变电站综合自动化的基本功能2.1 监控子系统的功能(六)人机联系功能(1)人机联系桥梁：CRT显示器、鼠标和键盘。 (2)CRT显示画面的内容 ：1)显示采集和计算的实时运行参

7、数 2)显示实时主接线图 3)事件顺序记录(SOE) 4)越限报警 5)值班记录6)历史趋势 7)保护定值和自控装置的设定值 (3)输入数据：变比、定值、密码等二、变电站综合自动化的基本功能2.1 监控子系统的功能(七)打印功能定时打印报表和运行日志；开关操作记录打印；事件顺序记录打印；越限打印；召唤打印；抄屏打印；事故追忆打印。 /2007614二、变电站综合自动化的基本功能2.1 监控子系统的功能(八)数据处理与记录功能 主变和输电线路有功和无功功率每天的最大值和最小值以及相应的时间；母线电压每天定时记录的最高值和最低值以及相应的时间；计算受配电电能平衡率；统计断路器动作次数；断路器切除故

8、障电流和跳闸次数的累计数；控制操作和修改定值记录。 二、变电站综合自动化的基本功能2.1 监控子系统的功能(九)谐波分析与监视 (1)谐波源分析(2)谐波检测与抑制 二、变电站综合自动化的基本功能2.2 微机保护子系统的功能（一） 保护功能：高压输电线路的主保护和后备保护；主变压器的主保护和后备保护；无功补偿电容器组的保护；母线保护；配电线路的保护；不完全接地系统的单相接地选线。 二、变电站综合自动化的基本功能2.2 微机保护子系统的功能（二） 辅助功能：(1)它的工作不受监控系统和其他子系统的影响(2)具有故障记录功能 (3)具有与统一时钟对时功能(4)存储多种保护整定值(5)当地显示与多处

9、观察和授权修改保护整定值(6)设置保护管理机或通信控制机，负责对各保护单元的管理。 (7)通信功能(8)故障自诊断、自闭锁和自恢复功能。 二、变电站综合自动化的基本功能2.3 自动控制装置的功能 （1）电压、无功综合控制 （2）低频减负荷控制（3）备用电源自投控制（4）小电流接地选线控制二、变电站综合自动化的基本功能2.4 远动及数据通信功能（1）系统内部的现场级间的通信（2）自动化系统与上级调度的通信 （1）功能综合化（2）分级分布式、微机化的系统结构（3）测量显示数字化 （4）操作监视屏幕化（5）运行管理智能化 （1）其结构形式有集中式、分布式、分散（层）分布式；（2）从安装物理位置上来划

10、分有集中组屏、分层组屏和分散在一次设备间隔设备上安装等形式。 一、集中式综合自动化系统 集中式结构的综合自动化系统，指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能 一、集中式综合自动化系统一、集中式综合自动化系统集中式结构最大的缺点是：1)每台计算机的功能较集中，如果一台计算机出故障，影响面大2)软件复杂，修改工作量大，系统调试麻烦。3)组态不灵活，影响了批量生产，不利于推广。4)集中式保护与长期以来采用一对一的常规保护相比，不直观，不符合运行和维护人员的习惯，调试和维护不方便，程序设

11、计麻烦，只适合于保护算法比较简单的情况。 二、分层(级)分布式系统集中组屏的综合自动化系统（一） 分层分布式结构的概念 所谓分层式结构，是将变电站信息的采集和控制分为管理层、站控层和间隔层三个级分层布置。 间隔层按一次设备组织，一般按断路器的间隔划分，具有测量、控制和继电保护部分。 站控层的主要功能就是作为数据集中处理和保护管理，担负着上传下达的重要任务。 管理层由一台或多台微机组成，这种微机操作简单方便，界面汉化，使运行值班人员极益掌握。 二、分层(级)分布式系统集中组屏的综合自动化系统（一） 分层分布式结构的概念 二、分层(级)分布式系统集中组屏的综合自动化系统（二） 中、小型变电站的分层

12、分布式集中组屏结构 二、分层(级)分布式系统集中组屏的综合自动化系统（三） 大型变电站的分层分布式集中组屏结构 二、分层(级)分布式系统集中组屏的综合自动化系统（四）分层分布式集中组屏综合自动化系统结构特点 （1）可靠性高，可扩展性和灵活性高；（2）二次电缆大大简化，节约投资也简化维护量。（3）分布式系统为多CPU工作方式，各装置都有一定数据处理能力，从而减轻了主控制机的负担。（4）继电保护相对独立。（5）具有与系统控制中心通信功能。（6）适合于老站改造。主要缺点是安装时需要的控制电缆相对较多，增加了电缆投资。国电自动化研究院三、分散分布式系统与集中相结合的综合自动化系统结构三、分散分布式系统

13、与集中相结合的综合自动化系统结构 分层分散式结构的变电站综合自动化系统突出的优点如下：(1)简化变电站二次部分配置，缩小控制室的面积。 (2)减少了施工和设备安装工程量。 (3)简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了大量连接电缆。 (4)分层分散式结构可靠性高，组态灵活，检修方便。以上几点都说明采用分层分散式的结构可以降低总投资，在今后的技术条件下，应该是变电站综合自动化系统的发展方向。第一节 继电保护的基本知识 第二节 输电线路的微机的保护、监视与控制子系统 第三节 电力变压器的微机的保护、监视与控制子系统 第四节 电力电容器的微机的保护、监视与控制子系统 第五节 电压、无功综合控制子系统

14、第六节 变电站综合自动化系统的其他子系统一、继电保护应满足的要求（1）选择性 （2）快速性 （3）灵敏性 （4）可靠性二、主保护、后备保护和辅助保护（1）主保护是指满足系统稳定及设备安全要求，有选择地切除被保护设备和全线路故障的保护。（2）后备保护指的是主保护或断路器拒动时，用以切除故障的保护。（3）辅助保护是为补充主保护和后备保护的不足而增设的简单保护。 三、继电保护的基本原理（1）反映电流改变的，有电流速断、定时过流及零序电流等保护；（2）反映电压改变的，有低电压（或过电压）、零序电压保护等；（3）既反映电流又反映电流与电压间相角改变的，有方向过电流保护；（4）反映电压与电流的比值，即反映

15、短路点到保护安装处阻抗（或距离）的，有距离保护；（5）反映输入电流和输出电流之差的，有变压器差动保护等。一、输电线路继电保护原理 1、电网相间短路的三段式电流保护 （1）无时限（瞬时）电流速断保护此种保护的动作电流是按躲过被保护输电线路末端最大短路电流整定的，它没有时限元件。 （2）带时限（限时）电流速断保护保护范围限定在相邻线路无时限电流速断保护的保护区内，在无时限电流速断保护的基础上增加了一个时限元件t=0.5s。 （3）定时限过电流保护定时限过电流保护的动作是按躲过最大负荷电流整定。 一、输电线路继电保护原理 2、电网相间短路的方向电流保护 定义：方向继电器又称为功率继电器，它的动作具有

16、方向性，即规定当功率由母线流向线路时它才动作，进而使整个方向电流保护动作切除故障。 如图二、输电线路的自动重合闸 定义：自动重合闸装置就是将跳闸后的断路器自动重新投入的装置，简称AAR装置 。 1、单电源供电线路的三相一次自动重合闸 （1）当线路发生瞬时性故障或由于其他原因使断路器误跳闸时 （2）线路上发生永久性故障时 （3）手动跳闸及遥控跳闸时 （4）闭锁重合闸 （5）手动合闸到故障线路时 二、输电线路的自动重合闸 1、双电源供电线路的三相一次自动重合闸 （1）故障点断电时间问题 （2）同步问题 （3）重合闸实现方式： 检无压检同期 二、输电线路的自动重合闸 3、自动重合闸与继电保护的配合

17、（1）重合闸前加速保护 （2）重合闸后加速保护 三、自动按频率减负荷运行规程规定：电力系统的运行频率偏差为0.2Hz，系统频率不能长时间运行在49.549Hz以下，事故情况下，不能较长时间停留在47Hz以下，系统频率的瞬时值绝不能低于45Hz。 1、自动按频率减负荷的基本工作原理 如图三、自动按频率减负荷 2、自动按频率减负荷的实现方法 采用专用的自动按频率减负荷装置 把自动按频率减负荷的控制分散设在每回馈线保护装置中 3、对自动按频率减负荷装置闭锁方式的分析 时限闭锁方式 低电压带时限闭锁 低电流闭锁方式滑差闭锁方式 一、概述 1、保护内容 （1）主保护配置：比率制动式差动保护 差动速断保护

18、本体重瓦斯、有载调压重瓦斯和压力释放 （2）后备保护配置：三段复合电压闭锁方向过电流保护三段过负荷保护冷控失电，主变压器过温报警二段式零序过电流保护一段两时限零序电流闭锁过电压保护一段两时限间隙零序过电流保护 一、概述 2、配置方案 （1）双绕组变压器后备保护可以配置一套，装于降压变压器的高压侧（或升压变压器的低压侧） （2）三绕组变压器后备保护可以配置两套：一套装于高压侧另一套装于中压侧或低压侧的电源侧 二、变压器差动保护基本原理 用环流法构成的两绕组变压器电流差动保护的原理接线图 国电自动化研究院三、变压器差动保护的特殊问题 （1）两侧电流互感器的形式不同 （2）两侧电流互感器的变比不同

19、（3）变压器各侧绕组接线方式不同 （4）变压器空载合闸时的励磁涌流 （5）在运行中改变变压器的变比四、变压器微机保护的电流平衡 （1）微机变压器保护电流互感器接线原则 （2）电流平衡的调整系数 五、电力变压器比率制动差动保护（1）比率制动式差动保护的基本原理定义： 比率制动式差动保护的原理简单地说就是保护的动作电流（差动电流定值）随外部短路电流按比率增大，即能保证外部不误动，又能保证内部短路有较高的灵敏度。 比率就是指差动电流与制动电流之比。 制动电流这样选取：在不平衡电流较大的外部故障时有制动作用，而在内部故障时制动作用最小。 五、电力变压器比率制动差动保护（2）和差式比率制动的差动保护原理

20、 五、电力变压器比率制动差动保护（2）和差式比率制动的差动保护原理 Iop.minIres.0Ires.1)()()()()()(1 .min.0 .1 .11 .21 .0 .max.0 .10 .max.resresopresresresresresresresopresresresresopzdIIIIIKIIKIIIIIIKIIIIIdIzd 五、电力变压器比率制动差动保护（3）变压器励磁涌流的判断及二次谐波制动系数 励磁涌流的特点：最大值可达额定电流的68倍波形是非正弦的，含有很大的非周期分量，特性曲线几乎全部偏在时间轴的一边包含以二次谐波为主的高次谐波波形之间出现间断励磁涌流开始瞬

21、间，衰减很快 励磁涌流的闭锁条件：将二次谐波分量算出，作为制动分量，与基波分量进行比较 二次谐波制动比定值=0.15 五、电力变压器比率制动差动保护 （4）变压器的差动速断保护定义：差动速断保护是差动电流过电流瞬时速动保护。差动速断的整定值按躲过最大不平衡电流和励磁涌流来整定，其整定值可取正常运行时负荷电流的56倍。 （5）电流互感器断线监视六、电力变压器后备保护 （1）复合电压闭锁方向过流保护复合电压闭锁过流保护为三段式：I段动作跳本侧分段断路器（或桥断路器）段动作跳本侧断路器段跳三侧断路器复合电压启动判剧：母线线电压小于本侧母线线电压的低电压定值负序电压超过负序电压定值或的关系 六、电力变

22、压器后备保护 （1）复合电压闭锁方向过流保护 方向：如果作为变压器相邻元件的后备保护，则变压器指向母线为正方向如果作为变压器本身的后备保护，则母线指向变压器的正向为正方向 （2）变压器过负荷保护I段用于发警告信号II段用于启动风扇冷却器III段用于闭锁有载调压六、电力变压器后备保护 （3）变压器零序保护 中性点直接接地保护方式 由两段式经零序电压闭锁的零序电流构成，每段设一个时限。I段时限跳母联（或分段）断路器或跳三绕组变压器中压侧有源线路；II段时限跳本侧（或全跳）断路器 中性点不接地的零序保护方式 装设I段两时限的零序无流闭锁零序过电压保护，第一时限跳母联或分段开关，第二时限跳本变压器各侧

23、 中性点经放电间隙接地的零序保护方式 I段两时限方式，第一时限跳高压侧母联开关（或分段开关），第二时限跳本变各侧开关 一、电力电容器的内部和外部故障 （1）电容器内部故障的原因 （2）电容器的外部故障及系统异常 （3）电容器保护配置：过电压和欠电压的电压保护限时过电流保护防止电容器内部故障的电容器组专用保护二、并联补偿电容器组的通用保护 （1）与电容器串联的电抗器 （2）避雷器的过电压保护 （3）电容器组的电压保护 主要用于防止系统稳态过电压和欠电压 （4）电容器组的电流保护 三、电容器组内部故障的专用保护 （1）单Y形接线的电容器组保护：采用零序电压保护桥式差流的保护方式电压差动保护方式 （

24、2）双Y形接线的电容器组保护：采用不平衡电流或电压保护 （3）三角形接线的电容器组保护：采用零序电流保护 一、变电站电压、无功综合控制的原理在变电站主要的调压手段是调节有载调压变压器分接头位置和控制无功补偿电容器。有载调压变压器可以在带负荷的情况下切换分接头位置，从而改变变压器的变比，起到调整电压和降低损耗的作用。控制无功补偿电容器的投切，可改变网络中无功功率的分布，改善功率因数，减少网损和电压损耗，改善用户的电压质量。 二、电力系统的电压、无功综合控制的方式 (1)集中控制：指在调度中心对各个变电站的主变压器的分接头位置和无功补偿设备进行统一的控制。 (2)分散控制：指在各个变电站或发电厂中

25、，自动调节有载调压变压器的分接头位置或其他调压设备，以控制地区的电压和无功功率在规定的范围内。 (3)关联分散控制：指电力系统正常运行时，由分散安装在各厂、站的分散控制装置或控制软件进行自动调控，调控范围和定值是从整个系统的安全、稳定和经济运行出发，事先由电压、无功优化程序计算好的，而在系统负荷变化较大或紧急情况或系统运行方式发生大的变动时，可由调度中心直接操作控制，或由调度中心修改下属变电站所应维持的母线电压和无功功率的定值，以满足系统运行方式变化后新的要求。 二、电力系统的电压、无功综合控制的方式 (4)关联分散控制的实现方法一是通过监控系统的软件模块实现另一种是由独立的关联分散控制装置实

26、现 国电自动化研究院一、备用电源自动投入装置定义：备用电源自投装置是因电力系统故障或其他原因使工作电源被断开后，能迅速将备用电源或备用设备或其他正常工作的电源自动投入工作，使原来工作电源被断开的用户能迅速恢复供电的一种自动控制装置。 （1）备用电源的配置 明备用的控制暗备用的控制 一、备用电源自动投入装置 （2）微机型的备用电源自投装置的基本特点工作电源确实断开后，备用电源才投入。 备用电源自动投入切除工作电源断路器必须经延时。 手动跳开工作电源时，备自投投入装置不应动作。 应具有闭锁备自投装置的功能。 备用电源不满足有压条件，备自投装置不应动作。 工作母线失压时还必须检查工作电源无流，才能启

27、动备自投投入。备自投装置只允许动作一次。 二、小电流接地系统单相接地故障的检测 （1）概述根据系统中发生单相接地故障时接地电流的大小划分： 小电流接地系统：中性点不接地中性点经消弧线圈接地大电流接地系统：中性点直接接地二、小电流接地系统单相接地故障的检测 （2）小电流接地系统的接地电流中性点不接地系统单相接地故障时的接地电流特征：当电网发生单相接地故障后，非故障电路电容电流就是该线路的零序电流，故障线路首段的零序电流数值上等于系统非故障线路全部电容电流的总和，其方向为线路指向母线，与非故障线路中零序电流的方向相反，系统中性点电压发生较大的位移。实现方法：基于基波零序电流方向的自动接地选线原理二、小电流接地系统单相接地故障的检测 （2）小电流接地系统的接地电流中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障时的接地电流特征：在单相接地时，故障线路首端的5次谐波电流在数值上等于系统非故障线路5次谐波电流的总和，其方向与非故障线路肿次谐波零序电流方向相反，由线路指向母线。实现方法：基于5次谐波零序电流方向的自动接地选线原理 变电站自动化技术经过十多年的发展已经达到一定的水平，在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电站采用了自动化技术实现无人值班，而且在220kV及以上的超高压变电站