电力系统微机保护装置技术方案

10kV配电所

微机综合自动化系统技术方案天津凯发电气股份有限公司2017年5月第一章系统概述1.用途本系统适用于220kV及以下电压等级变电站的综合自动化，满足全国铁路建设与改造的要求。DK3500变电站自动化系统可实现以下7个功能要求，即：远动功能（四遥功能）；自动控制功能（电压无功综合控制、低周减载、静止无功补偿器控制等）；测量表计功能；继电保护功能；与继电保护相配套的功能（故障录波、测距、小电流接地选线等）；接口功能（与微机五防、电源、电能表计、全球定位装置等止口的接口）；系统功能（与主站通信、当地SCADA等）。作为全站设备（线路、电容器组等）的监测、控制、保护及远动系统。保证变电站安全运行，并按运行要求对变电站全部运行参数进行检测、显示、打印及与上级系统通信，实现遥控、遥测、遥信和遥调。系统采用系统化设计思想，应用最先进的计算机网络通信和控制技术、采用分层、分布、分散式结构。监控、保护、通信网络整体化设计。本系统可以适用有人值班及无人值班的系统运行方式。对于有人值班的变电站可及时地向值班人员提供详细的信息，为变电站综合自动化系统的安全、经济运行提供强有力的保证措施；对于无人值班的变电站能完成本站就地的运行管理（保护、控制、测量、通信等功能）外，可向远方控制站提供本站的设备运行状态、必要的数据和参数以及运行管理所需的其它相关信息（诸如防火、保安、图象监控等）。系统采用分层分布式结构，符合IEC关于变电站自动化系统的技术规范，即可集中组屏又可分散布置。2.系统的组成分层分布式设计该系统应用先进的计算机网络通信和控制技术，基于系统化设计的思想，监控、保护、通信及管理整体设计，真正实现变电站综合自动化，它主要由两层组成：它主要由两层组成：①间隔层分布式保护、测控、及自动控制装置各装置采用模块化结构，对35kV以下等级线路，集保护与监控于一体可直接装于开关柜上也可以组屏安装。这些模块功能独立，可通过通信网交换信息，任一单元故障不影响整个系统正常运行，使用灵活，简单可靠，易于扩充，由于屏数量的减少，使控制室面积及二次电缆大大减少。②变电站层的监控与管理系统连续进行数据采集（测量）和分析计算，实时的存入数据库，并能通过友好的人机界面显示一次主接线图、系统二次设备配置图、棒形图、曲线图、电量报表、保护定值，并能定时或召唤打印各种日、月报表、打印各种故障信息，具有强大的数据处理能力，可实现变电站内就地监视、控制功能，是系统与运行人员之间的接口。站内通信网：本系统采用了代表国际技术发展先进潮流的、标准而成熟的通信网络。站级通信网选用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可为光纤、双绞线。通信网的通信媒介占用控制方式为载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）方式。搜集各个模块设备的信息并将运行的全部数据及时、方便、准确地上传至调度所，向下传送远方下达的控制命令及定值参数等，实现无人值班。这部分是变电站内信息流动的动脉。间隔级通信网有两种方式，以太网和现场总线。采用现场总线方式时，有以下两种形式：一种是采用FDK-BUS现场总线。通信媒介可以采用光纤或屏蔽电缆。当使用光纤时，可以形成光纤双环自愈网，最大的优点是网络的灵活性、可靠性高，通信规约采用面向电力系统的FNP规约。另一种采用RS485总线。通信媒介可以采用光纤或屏蔽电缆。通信媒介占用方式采用主从问答方式。通信规约采用IEC870-5-103规约。变电站内不同制造商的智能产品可以通过通信处理装置接入综合自动化系统。通信网管理软件采用RTOS实时多任务操作系统。对于枢纽站等重要变电站，其网络层及站控层采用双重化、冗余配置，如双网网络、双机热备用、光纤双环冗余自愈系统等手段。采用国际标准通信规约协议，充分考虑网络的开放性、可扩充性以及工程化的相关问题。以太网（Ethernet）经过若干年的发展，技术上已经十分成熟。随着适合于工业现场应用的嵌入式以太网微处理器的发展，以太网已可十分便利的应用于变电站自动化场合。首先以太网具有目前国内变电站自动化系统采用的网络不可比拟的高速特点，可将系统信息快速交换；同时以太网在长期发展中以公认的可靠性、安全性、灵活性著称，如网络节点均带耐高压的网络隔离变压器，网络拓扑结构灵活，支持多种通信媒介，可根据变电站的实际情况确定网络结构及选用通信媒介。在自动化系统升级时可将系统通信网络结构及媒介稍加改动甚至不改动的情况下平滑地使通信系统升级。可扩展性及开放性设计采用目前最为流行的工业标准软件，WINDOWS95、WINDOWS98、WINDOWSNT4.0操作系统及视窗人机接口和TCP/IP网络通信规约。为满足开放系统之要求，系统设计采用：・标准化软件设计-容许硬件技术发展后的软件升级・标准计算机产品-容许整个系统高度兼容性能丰富的通信规约库方便与各种智能设备的互连系统内含170多种通信规约，如IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、IEC60870-5T03、CDT85、CDT92、XT9702、MODBUS、SCII801、DNP3.0、部颁DLT-645电度表规约、威胜电度表规约、华为直流屏规约、华星小电流接地选线装置通信规约、珠海晋电五防规约等，方便您与各种调度主站以及各种站内智能设备的互连。.装置整体特点1）采用先进的工业级芯片。保护模块均采用32位摩托罗拉CPU芯片，尽量减少外围芯片，温度范围宽，抗恶劣环境能力强。摩托罗拉CPU芯片电气隔离和电磁屏蔽设计符合国际标准，大大地提高了硬件系统的抗干扰及工作可靠性，而且制造和调试都大大简化。2）所采用的保护原理成熟、可靠，并且已经有丰富的现场运行经验。各智能单元采用模块化结构，可按照用户要求灵活方便的配置。3）采用高精度A/D采集芯片，提高了数据采集的分辨率和测量精度.由于CPU速度的加快，A/D转换模式采用逐点比较方式。避免常规V/F变换方法由于基准电压的偏离造成测量精度的降低。4）交流采样插件采用DSP处理器，可实现高次谐波分析、自动准同期、故障录波等功能。5）各保护装置功能相对独立，凡是可以就地完成的功能决不依赖通信网。站内通信网即使完全瘫痪，各间隔装置仍能保证重要功能的不间断执行。6）主要芯片采用表面贴装技术，结构为统一的新型结构工艺设计。采用大屏幕液晶显示，汉化菜单操作，人机对话界面良好，使用操作方便。7）在国内变电站自动化系统通信网络中率先采用了嵌入式微处理器实时多任务操作系统（RTOS--RealTimeOperatingSystem）。这不仅仅是使通信处理器芯片的性能得到更大的发挥，而且可以加速产品的开发，保持对用户持续不断的软件支持，极大地提高了产品的可靠性。8）不同的通信处理插板，可完成FDKBUS、CANBUS、ETHERNET等不同的接口形式，可适应双绞线、光纤等不同通信介质。各装置通信接口采用插卡式，可以保证系统通信网络的平滑升级。除具有现在普遍应用的通信接口外，还支持计算机局部网络的接口，这样保证了各装置都支持以太网。光纤通信支持光纤双环自愈配置，提高通信可靠性。可以单独工作作为独立的保护单元，也可通过通信接口和变电站内其他保护和监控设备联网。可以集中组屏，也可以就地安装。由此使本保护装置可同变电站自动化系统方便构成就地、有人值班、无人值班等方式运行。9）抗干扰能力强。所有装置电气隔离和屏蔽按国际标准电磁兼容设计，系统中所有装置均按满足变电站最残酷等级设计，达到《静态继电保护及安全自动装置通用技术条件》要求。10）模块内的智能处理（可编程逻辑控制）功能，可编程芯片，以软件代替硬件，增加系统可靠性。11）支持GPS对时功能，模块支持IRIG-B格式硬对钟。12）支持以太网络的SNMP网络管理及WEB浏览查询、设备配置及管理功能。13）产品均已通过ISO9001国际质量体系认证。14）严格的产品质量保证体系：公司投资2000万元建立的质量检测中心，包括了集成电路测试仪室、电磁兼容实验室、步入式高低温老化室、电源实验室等检测机构，具备各种相关的先进检测手段和水平。产品从设计、元气件的选择、成品的生产、系统的检测到出厂调试等全过程严格执行ISO9001国际质量体系标准。.系统设计原则1）本站按无人值守或少人值班和远方实时运行控制操作设计，采用综合自动化实现控制、保护、测量、远动等功能；2）测量和保护的交流电流回路分开,保护的功能独立于监控系统的功能；3）本微机综合自动化系统具备数据采集与监控功能；4）具有16套保护定值；5）各种动作及告警信号均具有就地显示和远传双重功能；6）每个保护出口分设硬压板、软压板；7）所有保护动作信息自动上传；8）保护和安全自动装置系统的定值可独立整定（包括就地和远方），对开关的操作具有就地和远方两种方式；9）系统时钟同步方式：既支持^^^格式模块硬对钟方式，也可通过下行通道接收调度主站的对钟，实现全网的时钟同步；10）操作方式具备站内微机与上级调度中心的远方操作、站内二次设备的就地操作相互闭锁功能；11）当地监控主站和上级调度主站均可对站内设备进行维护，还可通过通信处理装置的标准RS232串口外接笔记本电脑，利用维护软件对站内设备进行维护；12）保护装置具有自检测功能，当保护装置内部的任一元件故障或损坏时，该保护装置的所有跳合闸出口会被闭锁，不会引起误动，并发装置故障信号；13）自动化设备失电后，当电源恢复正常时，设备能够自动启动;通过主站下发重启动命令，或对面板的RESET按钮进行操作，也可使设备重新启动；14）每套保护的直流逻辑输入回路都包括光电耦合元件或转换继电器，使装置内部元件与外部回路隔离，以防干扰引入保护内；15）可提供与站内其它厂家智能设备的通信接口。第二章保护、测控功能1.10kV进线、馈线、贯通、自闭、调压器、母联、所用变等线路保护测控装置所需设备：DK3520D保护：三段过流保护（可选择方向、低压闭锁）低压保护手合检同期零序过流保护零序电压告警小电流接地选线二次重合闸（可选择检同期、检无压）后加速保护备自投功能PT断线告警自检功能（装置可自检出硬件故障，并做出相应报告，点亮告警灯，同时信息远传并闭锁保护出口）故障记录（保存最新128次故障动作报告，128次告警报告，128次事项报告，128次SOE报告，128次启动保护，8次故障录波数据）具有16套可独立整定的定值,供不同运行方式时使用。

具有与GPS的IRIG-B格式对时功能故障录波功能，记录事件前5个周波，事件后20个周波，每一次录波数据最多可以记录四次事件可编程录波功能，记录触发前5周波触发后20个周波遥测：装置共有母线电压、馈线电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率等共21路遥测；装置还能采集两路脉冲电度。遥信：装置共有34路遥信，其中：14路为采集外部遥信，6路为内部开关量信号。另有14路为软件判断遥信。遥控：可以完成1个断路器，2路电动隔离开关或其他电动机构的遥控分合，重合闸、备自投、检同期投退操作，3路可编程遥控。2.电容器保护测控所需设备：DK3560D保护：电流速断保护过电流保护过电压保护低电压保护不平衡电流保护不平衡电压保护零序电压告警手动投切、自动投切小电流接地选线PT断线告警自检功能（装置可自检出硬件故障，并做出相应报告，点亮告警灯，同时信息远传并闭锁保护出口）故障记录（保存最新128次故障动作报告，128次告警报告，128次事项报告，128次SOE报告，128次启动保护,8次故障录波数据）具有16套可独立整定的定值,供不同运行方式时使用具有与GPS的IRIG-B格式对时功能保护故障录波功能，记录启动前前5个周波启动后20个周波；跳闸前5个周波跳闸后20个周波可编程启动录波功能，记录触发前5个周波触发后20个周波灵活的可编程逻辑可以根据工程应用方便的实现各种闭锁联动等功能。遥测：装置共有电压、电流、无功功率、功率因数、频率等共17路遥测。遥信：装置共有25路开入量，其中：14路为采集外部遥信，6路为内部开关量信号。另有5路为软件判断遥信。遥控：可以完成1个断路器，2路电动隔离开关或其他电动机构的遥控分合。.系统预留的通信接口所需设备：DK3510将站内其他厂家的智能设备接入综合自动化系统，并将相关信息上送至监控后台和调度端，接口方式为RS485、RS232或RS422。.站内通信DK3500变电站综合自动化系统按分层分布式面向对象的系统结构设计，将变电站分为二层式系统结构，即从系统上分为全站控制级（站级）和现地单元控制级（段级）二层式系统结构，由站级监控管理着全站的信息，而由段级监控管理段内设备如线路、变压器、电容器等。当地后台机和通信处理装置之间用以太网连接通信，遵循国际上标准的TCP/IP通信协议，内嵌IEC61850通信规约；间隔内各智能模块采用FDKBUS/RS485通信方式，遵循FNP/IEC870-5-103通信规约，采用主从问答方式。采用DK3510作为通信管理机完成保护测控装置信息的采集，并将站内其他智能设备接入综合自动化系统，全站信息既可在后台机上准确显示，也可随时打印。同时对远动及保护信息进行筛选，传送至远方调度，且接受调度命令。可提供的接口形式包括模拟口和数字口两种，模拟通信口速率在300-1200波特范围内可调，数字通信口在19200波特以下范围内可调。第三章微机当地后台监控系统.数据通讯与处理功能DK3500后台监控系统采用工控机作为硬件平台，具有较强的数据通讯和处理能力。本系统采用以太网与各通信单元通过连接，大大提高了通讯的连接可靠性、抗干扰能力、数据缓冲处理能力，也保证了各通信单元的独立性。各通道采用广为流行的TCP/IP通信协议，保证了通讯技术的先进性、通用性。同时也可通过串行口与各智能装置通信。数据采集是SCADA与电力系统监视和控制对象的直接接口。它通过与各通信单元设备的通讯实现对电网实时运行信息采集，将实时数据提供给各应用服务的实时数据库，并按照应用所下达的指令实现对变电站的监控功能。数据采集作为系统数据源的关键地位，要求其具有高度的可靠性和强大的信息处理能力。1）通讯部分：支持各种类型通讯规约的通讯（包括CDT、Polling方式常用规约，CDT92、CDT85、SC1801、XT9702、MODBUS、IEC870-5T01等），可根据用户需要增加。支持全双工方式通讯，传输速率300、600、1200、2400、4800和9600bps可选；支持网络交换机通讯数据采集，传输速率10Mbps/100Mbpso能够接收处理不同格式的遥测量、遥信量和电度量，并处理为系统要求的统一格式。能够接收处理站内装置记录的SOE事件信息。能够接收处理通信上传的保护动作事项和告警事项。能实现对通信处理装置的遥控、遥调等下行信息。能实现对通信处理装置的对钟或接收时钟。2）数据处理功能以通信单元为单位分类组织实时数据：遥测量（模拟量）处理：可处理带符号二进制数实时统计最大值、最小值、平均值等模拟量人工置数完成连续模拟量输出记录，遥测类曲线遥信量（数字量）处理：实时统计动作次数变压器档位遥信信号显示或转变为遥测量画面显示开关量人工置数及挂接地线开关动作次数统计电度量（脉冲累计量）：接收并处理通信上传发送的实测脉冲计数值调度员人工设置电度量值能按峰、谷、平时段处理电度量，峰谷时段可定义选择统计计算功能：根据用户提供的各种公式进行计算，如功率总加等。事件顺序记录（SOE）、保护动作、告警事项：各事项顺序记录以毫秒级时标记录线路开关或继电保护的动作状态，传送至后台监控系统。后台机将接收到的事项顺序记录保存在历史事件库中。本系统提供的历史事件浏览工具可用来按照时间顺序显示或打印事件顺序记录，供操作人员按照设备动作的顺序分析系统的事故。系统具有完善的报警机制，事故时可自动调图、随机打印、声光或语音报警等，并可保存事故信息并随时打印存档。报警确认功能（可选），系统出现报警信息后，调度员需可进行人工确认，以表示以发现该报警，确认后的报警不再显示。.人机界面功能画面类型变电站接线图、棒形图、表形图、饼形图、负荷曲线图、频率曲线图、I、P、Q、U曲线图（历史/实时）、网络潮流图、地理位置图、系统配置图、常用数据表以及用户自定义各类画面等。图形制作简单，提供专门用于电力系统使用的专用图形工具板绘制各种图形；提供移动拷贝、删除图元功能，改变颜色，改变图元宽度大小功能；提供改变文字字体、颜色功能，提供移动字符功能。可在线完成增加、修改、删除画面而不影响系统运行。图元数目不受限制。显示内容遥测（I、P、Q、U、COS）、遥信（开关、刀闸、保护信号、变压器挡位信号等）、电度量、频率、温度、系统实时或置入的数据和状态、计算处理量（功率总加，电度量累计值）等。图素类型各种静态图素，如线、矩形等。常用电力对象动态图素：YC、YX、KWH和潮流等。控件图元如表图、棒图、曲线图。监视功能系统配置画面可直观显示系统各模块运行状态和网络通讯状态，如用图形方式显示自动化系统各设备的配置和连接，并应用不同的颜色表示出设备状态的变化等。各站内通讯原码监视，显示报文格式数据。以通信单元为单位分类组织的远动信息监视：遥测、遥信、电度、通信配置。站内的5。£数据和通道事项。站内的保护动作事项、告警事项、故障时的扰动数据。各项操作调图方式有热键、关联按钮、图名等多种方式。可以在线进行报表数据修改。可以在线修改实时数据库和历史数据库。操作员执行的所有操作都严格受到权限的控制，没有相应操作权限的操作员无法执行相应的操作。系统提供的主要调度员操作有：挂牌操作遥控操作升降操作人工置数保护定值查看与修改保护的投退遥控和操作闭锁对断路器分合正确控制；对有载调压变压器分接头进行升降调