电力系统自动化原理及应用-3变电站综合自动化系统课件

第三章

变电站综合自动化系统第三章

变电站综合自动化系统1目的与要求掌握变电站自动化系统结构形式掌握电压/无功综合控制原理掌握备用电源自动投入原理掌握变电站自动化数据通信技术目的与要求掌握变电站自动化系统结构形式23.1概述3.2变电站综合自动化的功能3.3变电站综合自动化的基本结构3.4变电站电压/无功综合自动控制3.5变电站备用电源自动投入原理3.6变电站微机故障录波3.7变电站自动化系统的数据通信技术主要内容3.1概述主要内容3

3.1概述3.1概述4一、变电站自动化的产生变电站自动化是应用控制技术、信息技术和通信技术，通过计算机软硬件系统或自动装置代替人工进行各种运行作业，提高变电站运行、管理水平的一种自动化系统。变电站自动化的范畴包括综合自动化技术、远动技术、继电保护技术及变电站其他智能技术等。

随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，变电站综合自动化技术也得到了迅速发展。近几年来，变电站综合自动化已成为热门话题，引起了电力工业各部门的注意和重视，并成为当前我国电力工业推行技术进步的重点之一。一、变电站自动化的产生变电站自动化是应用控制技术、56

二、变电站综合自动化概念

变电站综合自动化系统是将变电站的二次设备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、通信技术和信号处理技术,实现对全变电站的一次设备和输、配电线路的自动监视、测量、控制和保护,以及与调度中心进行信息交换等功能的系统。6二、变电站综合自动化概念变电站综合自动化系统是将变三、变电站综合自动化系统

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。三、变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统，7四、变电站自动化的特点(1)功能的综合化(2)设备的操作及监视微机化(3)结构分布分层化(4)通信网络光缆化(5)运行管理智能化

四、变电站自动化的特点(1)功能的综合化8五、变电站自动化系统的配置由基于微电子技术的智能电子装置(IED)和后台控制系统所组成的变电站运行控制系统,包括监控、保护、电能质量自动控制等多个子系统。五、变电站自动化系统的配置由基于微电子技术的智能电子9110kV变电站综合自动化系统的基本配置110kV变电站综合自动化系统的基本配置10变电站综合自动化系统监控界面变电站综合自动化系统监控界面11

3.2变电站综合自动化系统的功能3.2变电站综合自动化系统的功能12变电站自动化系统的基本功能变电站综合自动化系统的基本功能体现在下述6个子系统。微机继电保护子系统测量、监视和控制子系统电压、无功综合控制子系统备用电源自投控制子系统微机故障录波子系统通信子系统变电站自动化系统的基本功能变电站综合自动化系统的13一、继电保护子系统（1）高压输电线路的主保护和后备保护（2）主变压器的主保护和后备保护（3）电容器保护（4）配电线路保护（5）母线保护（6）不完全接地系统的单相接地的选线一、继电保护子系统（1）高压输电线路的主保护和后备保护14二、测量、监视和控制子系统包括以下几部分内容：（1）实时数据采集与处理（2）运行监视功能（3）事件顺序记录SOE

（4）故障记录、故障录波和测距

（5）控制及安全操作功能

（6）数据处理与记录功能（7）安全监视功能

（8）人机联系功能

（9）打印功能

二、测量、监视和控制子系统包括以下几部分内容：15监控子系统界面监控子系统界面16

三、电压、无功综合控制子系统（1、电压和无功控制的重要性发、变电设备及用电设备都是按额定电压设计的，电压过高或者过低都会影响这些设备的寿命和效率。另一方面，系统的无功功率对电压水平影响极大，维持电网正常运行下无功潮流的合理平衡，对提高供电质量、保证系统安全、可靠和经济运行有着重要意义。

三、电压、无功综合控制子系统（1、电压和无功控制的重要性17（1997年颁布的《电力行业一流供电企业考核标准》中，明确一流供电企业必备条件之一是供电电压合格率不低于98％。（1997年颁布的《电力行业一流供电企业考核标18

2、电压无功控制的目标（1）维持供电电压在规定的范围内（2）保持电力系统稳定和合适的无功平衡（3）保证电压合格的前提下使电能损耗为最小小。2、电压无功控制的目标（1）维持供电电压在规定的范围内19

3、电压无功控制原理3、电压无功控制原理20（三）变电站电压、无功综合控制的原理基于九区图的综合控制利用实时监测的电压和无功2个判别量构成变电站综合自动控制策略。综合逻辑判据是基于给出的固定电压和固定无功的上下限特性，把电压和无功平面分割成9个控制区，各个区域对应不同的控制策略，对有载调压变压器和电容器组进行控制。

4、电压无功控制策略（三）变电站电压、无功综合控制的原理基于九区图的综合控制21运行区域的控制策略表运行区域的控制策略表22四、备用电源自投控制子系统备用电源自投装置是因电力系统故障或其它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它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。备用电源自投（automaticbustransfer）四、备用电源自投控制子系统备用电源自投装置是因电23

1、备用电源配置方案一低压母线分段断路器自动投入方案主接线(1)1号主变压器故障

备用电源自动投入的条件是：Ⅰ段母线失压,Ⅰ段母线进线无电流I1,Ⅱ段母线有电压,1QF已跳开,备用电源自动投入装置动作,合上3QF。1、备用电源配置方案一低压母线分段断路器自动投入方案主接线24

1、备用电源配置方案一低压母线分段断路器自动投入方案主接线(2)2号主变压器故障备用电源自动投入条件:Ⅱ段母线失压、Ⅱ段母线进线无电流I2、Ⅰ段母线有电压，2QF确实已跳开,备用电源自动装置动作,合上3QF。1、备用电源配置方案一低压母线分段断路器自动投入方案主接线25

2、备用电源配置方案二内桥断路器自动投入方案主接线明备用接线方案：(1)XL1进线带Ⅰ、Ⅱ段母线运行；(2)XL2进线带Ⅰ、Ⅱ段母线运行2、备用电源配置方案二内桥断路器自动投入方案主接线明备用接26

2、备用电源配置方案二备用电源自动投入的条件是:I1(Ⅱ)母线失压、I1(I2)无电流，XL2(XL1)线路有压、1QF(2QF)确实已跳开时，合2QF(1QF)。2、备用电源配置方案二备用电源自动投入的条件是:27

3、备用电源配置方案三线路备用自动投入方案主接线备用电源自动投入条件是:母线失压,线路XL2有压，I1无流，1QF确实已跳开，再合上2QF；或母线无压，I2无流，线路XL1有压，2QF确实已跳开，再合上1QF。3、备用电源配置方案三线路备用自动投入方案主接线备用电源自28五、变电站微机故障录波110kV及以上的重要输电线路距离长、发生故障影响大,发生故障时必须尽快查出故障点,以便缩短维修时间,尽快恢复供电,减少损失。设置故障录波和故障测距是解决此问题的最好途径。

五、变电站微机故障录波110kV及以上的重29

1、故障录波意义(1)正确分析事故原因并研究对策。(2)根据录取的波形图，可以正确评价继电保护和自

动装置工作的正确性(3)根据录波图中示出的零序电流值，可以较正确地

给出故障地点范围,便于查找故障点。(4)分析研究振荡规律。(5)分析录波图可以发现继电保护和自动装置缺陷以

及一次设备缺陷，可及时消除隐患。1、故障录波意义(1)正确分析事故原因并研究对策。30

2、故障录波启动方式突变量启动判据。突变量启动的实质是故障分量

启动。(2)零序电流启动判据。(3)正序、负序、零序电压启动判据。(4)频率越限与变化率变化启动判据。(5)外部启动判据。一种是继电保护的跳闸动作信号

启动，一种是调度来的启动命令。2、故障录波启动方式突变量启动判据。突变量启动的实质是故障31

3、故障录波示例3、故障录波示例32故障录波文件故障录波文件33

3.3变电站综合自动化结构3.3变电站综合自动化结构34集中式分层分布式分散集中结合式完全分散（层）分布式

初期应用较广优化，流行发展方向变电站综合自动化系统的结构形式集中式初期变电站综合自动化系统的结构形式35一、集中式结构

集中式结构形式

系统各功能模块与硬件无关，各功能模块用模块化软件连接安装实现，并且集中采集信息，集中处理运算。特点：对计算机性能要求较高，可扩性、可维护性差，适用于中、小型变电站。一、集中式结构36集中式变电站综合自动化系统结构示意图集中式变电站综合自动化系统结构示意图37二、分层分布式集中组屏结构

分布式结构：在结构上采用主从CPU协同工作方式，各功能模块之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，解决了集中式结构中独立CPU计算处理的瓶颈问题，方便系统扩展和维护，局部故障不影响其它模块正常运行。

分层式：分为三层，变电站层、间隔层、设备层二、分层分布式集中组屏结构分布式结构：在结构上采用主38分层分布式集中组屏结构示意图分层分布式集中组屏结构示意图39三、分散分布式与集中相结合采用“面向对象”思想

，如一条出线、一台变压器等）的方法进行设计的，将各数据采集、监控单元和保护单元做在一起，设计在同一机箱中。将低压机箱就地分散安装在开关柜上或其它一次设备附近。高压线路保护和主变压器保护装置等采用集中组屏。三、分散分布式与集中相结合40分散式与分层分布集中组屏相结合的结构示意图分散式与分层分布集中组屏相结合的结构示意图41四、完全分散式结构

完全分散式的综合自动化系统：指以变压器、断路器、母线等一次主设备为安装单位，将保护、控制、输入/输出、闭锁等单元就地分散安装在一次主设备的开关柜上，安装在主控制室的主控单元通过现场总线与分散的单元进行通信，主控单元通过网络与监控主机联系。四、完全分散式结构42

完全分散式完全分散式系统结构示意图完全分散式完全分散式系统结构示意图43

3.4变电站微机防误原理3.4变电站微机防误原理441、五防闭锁内容防止带负荷拉、合刀闸防止误入带电间隔防止误分、合断路器防止带电挂接地线、合接地刀闸防止带接地刀闸或临时接地线合隔离开关微机防误闭锁功能1、五防闭锁内容452、微机五防闭锁结构微机模拟盘电脑钥匙机械编码锁微机防误闭锁功能2、微机五防闭锁结构46

3.5变电站数据通信技术3.5变电站数据通信技术47一、变电站自动化系统的传输信息

一、变电站自动化系统的传输信息48电力系统自动化原理及应用----3变电站综合自动化系统课件49二、传输信息的时间要求

(1)过程层和间隔层之间为1~100ms。(2)间隔层各个模块间为1~100ms。(3)间隔层的各个间隔单元之间为1~100ms。(4)间隔层和站控层之间为10~1000ms。(5)站控层的各个设备之间为不小于1000ms。(6)变电站和调度中心之间不小于1000ms。二、传输信息的时间要求50三、传输信息的数据流方式上行信息数据流流向是从过程层→间隔层→站控层和远方控制中心，下行信息则相反。三、传输信息的数据流方式51四、变电站自动化的通信技术四、变电站自动化的通信技术52

变电站自动化系统实例变电站自动化系统实例53

完全分散式110kV变电站CSC-2000的典型配置图完全分散式110kV变电站CSC-2000的典型配置图54500kV变电站CSC-2000的典型配置图500kV变电站CSC-2000的典型配55NS2000变电站综合自动化系统结构NS2000变电站综合自动化系统结构56思考题1、什么是变电站综合自动化系统?简述其基本功能。2、变电站综合自动化系统有哪几种结构形式?3、什么是分层分布式变电站综合自动化系统?各个

分层的内容是什么?4、“五防”系统如何实现防误操作?5、论述电压/无功综合控制的“九区图”原理与控制

策略。思考题576、备用电源自动投入装置的作用是什么?以单母线分

段接线方式为例,简述其动作原理。7、变电站综合自动化系统的数据通信技术有哪些?8、什么是故障录波?什么是事件顺序记录?什么是事

故追忆?9、综合分析图3-40所示变电站综合自动化系统。电力系统自动化原理及应用----3变电站综合自动化系统课件58电力系统自动化原理及应用----3变电站综合自动化系统课件59第三章

变电站综合自动化系统第三章

变电站综合自动化系统60目的与要求掌握变电站自动化系统结构形式掌握电压/无功综合控制原理掌握备用电源自动投入原理掌握变电站自动化数据通信技术目的与要求掌握变电站自动化系统结构形式613.1概述3.2变电站综合自动化的功能3.3变电站综合自动化的基本结构3.4变电站电压/无功综合自动控制3.5变电站备用电源自动投入原理3.6变电站微机故障录波3.7变电站自动化系统的数据通信技术主要内容3.1概述主要内容62

3.1概述3.1概述63一、变电站自动化的产生变电站自动化是应用控制技术、信息技术和通信技术，通过计算机软硬件系统或自动装置代替人工进行各种运行作业，提高变电站运行、管理水平的一种自动化系统。变电站自动化的范畴包括综合自动化技术、远动技术、继电保护技术及变电站其他智能技术等。

随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展，变电站综合自动化技术也得到了迅速发展。近几年来，变电站综合自动化已成为热门话题，引起了电力工业各部门的注意和重视，并成为当前我国电力工业推行技术进步的重点之一。一、变电站自动化的产生变电站自动化是应用控制技术、6465

二、变电站综合自动化概念

变电站综合自动化系统是将变电站的二次设备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、通信技术和信号处理技术,实现对全变电站的一次设备和输、配电线路的自动监视、测量、控制和保护,以及与调度中心进行信息交换等功能的系统。6二、变电站综合自动化概念变电站综合自动化系统是将变三、变电站综合自动化系统

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。三、变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统，66四、变电站自动化的特点(1)功能的综合化(2)设备的操作及监视微机化(3)结构分布分层化(4)通信网络光缆化(5)运行管理智能化

四、变电站自动化的特点(1)功能的综合化67五、变电站自动化系统的配置由基于微电子技术的智能电子装置(IED)和后台控制系统所组成的变电站运行控制系统,包括监控、保护、电能质量自动控制等多个子系统。五、变电站自动化系统的配置由基于微电子技术的智能电子68110kV变电站综合自动化系统的基本配置110kV变电站综合自动化系统的基本配置69变电站综合自动化系统监控界面变电站综合自动化系统监控界面70

3.2变电站综合自动化系统的功能3.2变电站综合自动化系统的功能71变电站自动化系统的基本功能变电站综合自动化系统的基本功能体现在下述6个子系统。微机继电保护子系统测量、监视和控制子系统电压、无功综合控制子系统备用电源自投控制子系统微机故障录波子系统通信子系统变电站自动化系统的基本功能变电站综合自动化系统的72一、继电保护子系统（1）高压输电线路的主保护和后备保护（2）主变压器的主保护和后备保护（3）电容器保护（4）配电线路保护（5）母线保护（6）不完全接地系统的单相接地的选线一、继电保护子系统（1）高压输电线路的主保护和后备保护73二、测量、监视和控制子系统包括以下几部分内容：（1）实时数据采集与处理（2）运行监视功能（3）事件顺序记录SOE

（4）故障记录、故障录波和测距

（5）控制及安全操作功能

（6）数据处理与记录功能（7）安全监视功能

（8）人机联系功能

（9）打印功能

二、测量、监视和控制子系统包括以下几部分内容：74监控子系统界面监控子系统界面75

三、电压、无功综合控制子系统（1、电压和无功控制的重要性发、变电设备及用电设备都是按额定电压设计的，电压过高或者过低都会影响这些设备的寿命和效率。另一方面，系统的无功功率对电压水平影响极大，维持电网正常运行下无功潮流的合理平衡，对提高供电质量、保证系统安全、可靠和经济运行有着重要意义。

三、电压、无功综合控制子系统（1、电压和无功控制的重要性76（1997年颁布的《电力行业一流供电企业考核标准》中，明确一流供电企业必备条件之一是供电电压合格率不低于98％。（1997年颁布的《电力行业一流供电企业考核标77

2、电压无功控制的目标（1）维持供电电压在规定的范围内（2）保持电力系统稳定和合适的无功平衡（3）保证电压合格的前提下使电能损耗为最小小。2、电压无功控制的目标（1）维持供电电压在规定的范围内78

3、电压无功控制原理3、电压无功控制原理79（三）变电站电压、无功综合控制的原理基于九区图的综合控制利用实时监测的电压和无功2个判别量构成变电站综合自动控制策略。综合逻辑判据是基于给出的固定电压和固定无功的上下限特性，把电压和无功平面分割成9个控制区，各个区域对应不同的控制策略，对有载调压变压器和电容器组进行控制。

4、电压无功控制策略（三）变电站电压、无功综合控制的原理基于九区图的综合控制80运行区域的控制策略表运行区域的控制策略表81四、备用电源自投控制子系统备用电源自投装置是因电力系统故障或其它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它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。备用电源自投（automaticbustransfer）四、备用电源自投控制子系统备用电源自投装置是因电82

1、备用电源配置方案一低压母线分段断路器自动投入方案主接线(1)1号主变压器故障

备用电源自动投入的条件是：Ⅰ段母线失压,Ⅰ段母线进线无电流I1,Ⅱ段母线有电压,1QF已跳开,备用电源自动投入装置动作,合上3QF。1、备用电源配置方案一低压母线分段断路器自动投入方案主接线83

1、备用电源配置方案一低压母线分段断路器自动投入方案主接线(2)2号主变压器故障备用电源自动投入条件:Ⅱ段母线失压、Ⅱ段母线进线无电流I2、Ⅰ段母线有电压，2QF确实已跳开,备用电源自动装置动作,合上3QF。1、备用电源配置方案一低压母线分段断路器自动投入方案主接线84

2、备用电源配置方案二内桥断路器自动投入方案主接线明备用接线方案：(1)XL1进线带Ⅰ、Ⅱ段母线运行；(2)XL2进线带Ⅰ、Ⅱ段母线运行2、备用电源配置方案二内桥断路器自动投入方案主接线明备用接85

2、备用电源配置方案二备用电源自动投入的条件是:I1(Ⅱ)母线失压、I1(I2)无电流，XL2(XL1)线路有压、1QF(2QF)确实已跳开时，合2QF(1QF)。2、备用电源配置方案二备用电源自动投入的条件是:86

3、备用电源配置方案三线路备用自动投入方案主接线备用电源自动投入条件是:母线失压,线路XL2有压，I1无流，1QF确实已跳开，再合上2QF；或母线无压，I2无流，线路XL1有压，2QF确实已跳开，再合上1QF。3、备用电源配置方案三线路备用自动投入方案主接线备用电源自87五、变电站微机故障录波110kV及以上的重要输电线路距离长、发生故障影响大,发生故障时必须尽快查出故障点,以便缩短维修时间,尽快恢复供电,减少损失。设置故障录波和故障测距是解决此问题的最好途径。

五、变电站微机故障录波110kV及以上的重88

1、故障录波意义(1)正确分析事故原因并研究对策。(2)根据录取的波形图，可以正确评价继电保护和自

动装置工作的正确性(3)根据录波图中示出的零序电流值，可以较正确地

给出故障地点范围,便于查找故障点。(4)分析研究振荡规律。(5)分析录波图可以发现继电保护和自动装置缺陷以

及一次设备缺陷，可及时消除隐患。1、故障录波意义(1)正确分析事故原因并研究对策。89

2、故障录波启动方式突变量启动判据。突变量启动的实质是故障分量

启动。(2)零序电流启动判据。(3)正序、负序、零序电压启动判据。(4)频率越限与变化率变化启动判据。(5)外部启动判据。一种是继电保护的跳闸动作信号

启动，一种是调度来的启动命令。2、故障录波启动方式突变量启动判据。突变量启动的实质是故障90

3、故障录波示例3、故障录波示例91故障录波文件故障录波文件92

3.3变电站综合自动化结构3.3变电站综合自动化结构93集中式分层分布式分散集中结合式完全分散（层）分布式

初期应用较广优化，流行发展方向变电站综合自动化系统的结构形式集中式初期变电站综合自动化系统的结构形式94一、集中式结构

集中式结构形式

系统各功能模块与硬件无关，各功能模块用模块化软件连接安装实现，并且集中采集信息，集中处理运算。特点：对计算机性能要求较高，可扩性、可维护性差，适用于中、小型变电站。一、集中式结构95集中式变电站综合自动化系统结构示意图集中式变电站综合自动化系统结构示意图96二、分层分布式集中组屏结构

分布式结构：在结构上采用主从CPU协同工作方式，各功能模块之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，解决了集中式结构中独立CPU计算处理的瓶颈问题，方便系统扩展和维护，局部故障不影响其它模块正常运行。

分层式：分为三层，变电站层、间隔层、设备层二、分层分布式集中组屏结构分布式结构：在结构上采用主97分层分布式集中组屏结构示意图分层分布式集中组屏结构示意图98三、分散分布式与集中相结合采用“面向对象”思想

，如一条出线、一台变压器等）的方法进行设计的，将各数据采集、监控单元和保护单元做在一起，设计在同一机箱中。将低压机箱就地分散安装在开关柜上或其它一次设备附近。高压线路保护和主变压器保护装置等采用集中组屏。三、分散分布式与集中相结合99分散式与分层分布集中组屏相结合的结构示意图分散式与分层分布集中组屏相结合的结构示意图100四、完全分散式结构

完全分散式的综合自动化系统：指以变压器、断路器、母线等一次主设备为安装单位，将保护、控制、输入/输出、闭锁等单元就地分散安装在一次主设备的开关柜上，安装在主控制室的主控单元通过现场总线与分散的单元进行通信，主控单元通过网络与监控主机联系。四、完全分散式结构101

完全分散式