变电站综合自动化第1章

2023/1/251内容提要第1章系统概论第2章硬件原理第3章软件常用算法分析第4章监控系统第5章微机保护第6章智能装置第7章数据通信口河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/252第1章变电站综合自动化系统概论

本章知识点：掌握变电站综合自动化的概念，了解其特点和主要内容，重点掌握基本功能和结构形式，了解变电站综合自动化的发展过程和发展方向。1.1概念及特点1.2主要内容及其基本功能1.3结构形式和配置1.4变电站综合自动化和无人值班变电站1.5发展方向河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/2531.1

变电站综合自动化的概念及特点变电站主要电气设备及主接线一次设备：直接生产和输配电能的设备，主要包括变压器、互感器（PT电压互感器、CT电流互感器）等；断路器、隔离开关、母线、电缆、电容器、熔断器、避雷器。二次设备：对一次设备的工作进行检测、控制和保护的辅助设备，包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置。河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/2541.1

变电站综合自动化的概念及特点

35kV变电站电气主接线河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/2551.1

变电站综合自动化的概念及特点变电站的电气主接线是由变压器、断路器、隔离开关、CT、PT、母线和电缆等电气设备按一定顺序连接的，用以表示、汇集和分配电能的电路。变电站综合自动化就是对一次的设备进行检测、控制和保护，在其故障时能迅速切除故障元件，以实现与调度通信。河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/2561.1

变电站综合自动化的概念及特点传统变电站控制的问题安全、稳定性不够。难以保证供电质量。占地面积大。无法满足快速计算、实时控制的要求。维护工作量大。河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/2571.1

变电站综合自动化的概念及特点一、变电站综合自动化的概念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）经过功能的重新组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、信号处理技术和通信技术、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。变电站综合自动化与一般自动化的区别：自动化系统是否作为一个整体执行保护/检测和控制功能

河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/2581.1

变电站综合自动化的概念及特点二、综合自动化的优越性在线运行的可靠性高（提高安全稳定性）。供电电能质量高（提高电压合格率）。专业综合，处理事故恢复供电快。提高运行管理水平。减少控制电缆，缩小占地面积。提高设备可靠性，减小维护调试工作量。为变电站实现无人值班提供了可靠的技术参数。河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/2591.1

变电站综合自动化的概念及特点三、变电站综合自动化的特点通过监控系统的局域网通信，将微机保护、微机自动装置、微机远动装置采集的模拟量、开关量、状态量、脉冲量及一些非电量信号，经过数据处理及功能的重新组合，按照预定的程序和要求，对变电站实现综合性的监视和调度。功能综合化、结构分布、分层、分散化、操作监视屏幕化、通讯局域网络化、光缆化、运行管理智能化、测量显示数字化。河北联合大学轻工学院信息科学与技术部上课和打游戏时的两种状态2023/1/25111.2主要内容及其基本功能

一、主要内容随时在线监视电网运行参数、设备运行状况、自检、自诊断设备本身的异常运行，发现变电站设备异常变化或装置内部异常时，立即自动报警并使相应的出口动作，以防止事故扩大。电网出现事故时，快速采样、判断、决策，迅速隔离和消除事故，将故障限制在最小范围。完成变电站运行参数在线计算、存储、统计、分析报表、远传和保证电能质量的自动和遥控调整。河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/25121.2主要内容及其基本功能二、基本功能1、测量、监视、控制功能测量：模拟量（各段母线电压、线路电压、电流、有功及无功功率、温度等）；开关量（断路器、隔离开关，接地开关状态，保护动作信号、运行告警的信号）；电能量（有功、无功的采集，并实现分时累加，电能平衡等功能）。监视：对以上的测量量不断地进行越限监视；CT、PT断线、单相接地、控制回路断线等发告警信号。控制：通过CRT对断路器、隔离开关进行分合闸操作；对变压器分接头位置进行调节控制；对电容器组进行投、切操作；通过调度的命令进行远方操作。注意：在设计时，应保留人工直接跳、合闸手段。河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/25131.2主要内容及其基本功能2.继电保护功能

保护是变电站综合自动化最基本、最重要的部分，其中主要包括输电线路保护、变压器保护、母线保护、电容器保护等。3.自动控制智能装置的功能

电压、无功综合控制；低频减负荷装置、备用电源自动投入装置、小电流接地选线装置。4.远动及通讯功能

系统内部的现场级通讯：系统内部的子系统与上位机和各子系统间的数据和信息交换问题；自动化与上级调度的通讯：即完成RTU的全部四遥（遥控、遥调、遥测和遥信）功能。5.自诊断、自恢复和自动切换功能。河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/25141.3结构形式和配置一、系统结构图1-1变电站综合自动化系统结构桥梁基础就地控制远方控制河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/25151.3结构形式和配置“通讯控制管理”是桥梁，联系变电站内部各部分之间、变电站与调度控制中心之间使其相互交换数据。“变电站主计算机系统”对整个综合自动化系统进行协调、管理和控制，并向运行人员提供变电站运行的各种数据、接线图、表格等画面，使运行人员可远方控制断路器分、合操作，还提供运行和维护人员对自动化系统进行监控和干预手段。河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/25161.3结构形式和配置二、结构形式结构形式可分为：集中式、分层分布式、分散与集中结合式、完全分散式（一）集中结构形式（初期）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，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制功能。南自BJ-2型、烟台东方WDF-10型、许继XWJK-1000等。河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/25171.3结构形式和配置图1-2集中式变电站综合自动化系统结构框图河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/25181.3结构形式和配置集中式机构的缺点：功能较集中，故障时影响面大，两机并联可提供可靠性；软件复杂，修改工作量大，调试麻烦；组态不灵活，影响批量生产；不直观，不符合运行和维护人员的习惯。河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/25191.3结构形式和配置（二）分层分布式集中组屏的形式（1）分层分布式的分法①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。分层分布式集中组屏的结构是把整套综合自动化系统按其功能组装成多个屏，如中小型变电站将功能划分为保护屏、数采屏、开关屏和控制屏。如DISA-3型、BSJ-2200型、FZY-JB型。河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/25201.3结构形式和配置图1-3变电站综合自动化系统分层结构示意图河北联合大学轻工学院信息科学与技术部河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/25211.3结构形式和配置图1-5大型变电站分层分布式集中组屏结构形式控制屏开关屏数采屏保护屏上位机2023/1/25221.3结构形式和配置（2）分层分布式的分法②分层分布式若按变电站自动化系统二次设备分布现状可纵向分为三层：变电站层、网络层、间隔层；也有厂家和学者将网络层归入变电站层进行描述，即分为变电站层、间隔层两层。

河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/2523变电站层网络层间隔层河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/25241.3结构形式和配置变电站层变电站层的具体功能有：当地监控功能和保护信息管理功能。远方监控功能是将当地监控和保护信息管理功能通过通信在远方实现，是变电站无人值班的前提条件。变电站层的基本要求：①可靠性②开放性③易用性河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/25251.3结构形式和配置网络层网络层：完成信息传递和系统对时功能。目前国内外产品流行两种网络层结构：即双层网和单层网结构，其各有优缺点。网络层主要采用现场总线和以太网两种方式。网络层的基本要求：①可靠性②开放性及规约要求③实时性。河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/25261.3结构形式和配置间隔层间隔层主要是继电保护和监控设备层。继电保护及自动装置的基本要求是：①安全可靠性②准确选择性③灵敏性④速动性间隔层的基本要求是：①可靠性②精确性河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/2527河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/2528河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/2529河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/25301.3结构形式和配置分层分布集中组屏的特点：（1）功能尽量下放，可靠性高，任一部分设备有故障时，只影响局部；可扩展性和灵活性高，站内二次电缆大大简化，节约投资也简化维护量。（2）多CPU工作方式，各装置都有一定数据处理能力，大大简化了主控制机的负担。（3）继电保护相对独立。（4）实时检测数据和保护信息分别放在数据库中，调度中心直接从站控机中获取，为无人化建立了可靠的自动化监控系统。（5）具有与系统控制中心通信功能。河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/25311.3结构形式和配置（三）分散与集中结合的结构形式

1、35kV及以下电压等级配电线路的保护和测控单元分散安装在开关柜内；

2、35kV以上高压线路和主变压器保护装置采用集中组屏的系统结构称为分散和集中结合的结果。。河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/25321.3结构形式和配置图1-6分散与集中相结合的变电站综合自动化系统框图

河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/25331.3结构形式和配置（四）完全分散式的结构形式—以后发展的方向

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。图1-7完全分散式变电站综合自动化系统结构河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/25341.3结构形式和配置

完全分散式的特点：系统部件完全依主设备分散安装；节约控制室面积；节约二次电缆；综合性能强。总之其具有分层分布集中组屏的优点，又随着新设备、新技术的进展，将这些分散在各开关柜的保护和集成功能模块联系起来，构成一个全分散化的综合自动化系统。河北联合大学轻工学院信息科学与技术部2023/1/25351.4变电站综合自动化和无人值班变电站无人值班变电站是指无固定值班人员在当地进行日常监视与操作的变电站，对变电站的操作和监视是由远方调度（控制）中心完成。西欧、北美、日本等发达国家的绝大多数变电站，包括许多500kV、380kV的变电站也都实行无人值班。例如：巴黎所有225/20kV变电站都由调度中心集中控制。调度室可掌握所有225/20kV变电站运行状况，当电网发生事故时，调度中心可以直接进行必要的处理，使受停电影响的用户迅速恢复供电。实现无人值班变电站要考虑的基本条件是什么？河北联合大学轻工学院信息科学与技术部利用最优化的设计方案，实现电网的安全、可靠运行选用性能优良、维护量小、可靠性高的一次、二次设备选择先进、可靠的通信方式及站内通信系统必须有一个能实现远方监视和操作、稳定性好、可靠性高的调度自动化系统2023/1/25362023/1/25371.5变电站综合自动化技术的发展方向一、发展过程变电站自动化发展过程有三个阶段：(1)变电站分立元件的自控装置阶段—20世纪70年代各种（自动重合闸、低频减载、备用电源自投和各种保护）自动装置相互独立互不相干。(2)微处理器为核心的智能自动装置阶段—20世纪80年代由大规模集成电路和微处理器替代。(3)变电站自动化阶段代表产品和公司：csc2000系列:北京四方BSJ—2200:南京南瑞集团；RCS—9000:南京南瑞继电保护电气有限公司；PS6000:国电南自CBZ—8000许昌继电器自动化公司。河北联