第一章变电站综合自动化的基本知识

变电站综合自动化的基本知识

SubstationAutomation

变电站的一次部分VacuumCircuitBreaker真空断路器概念回顾一次设备一次系统电气主接线二次设备二次系统二次接线问题二次系统在电力运行中的作用？测量用交流电流回路电能计量灯光监视的断路器控制回路线路的电流保护事故信号回路ControlandRelayPanelwithSubstationAutomationSystem控制继电器与变电站自动化系统面板NumericalRelays数字继电器SubstationAutomationSystem(SAS)TheSASisacollectionofanumberofintegratedapplicationsoftwareandhardwaresuitableformonitoring,analysis,protectandcontrolofElectricSubstationresources.本课程主要特色

mainfeatures《变电站综合自动化》是一门综合性的课程

本课程需要computertechnic

计算机技术（特别是singlechip

单片机技术）、现代通讯communication技术、电力系统protectiverelay继电保护与automationequipments自动装置、电气设备等知识的支撑，同时又是这些知识的综合，是建立在专业课基础之上的理论与实践相结合的综合性课程。

综合自动化技术涉及到：autocontrol

自动控制、远动remoteaction、通信communication、继电保护protectiverelay、测量measurement、计量metering、信号signal及控制control等专业涉及到：自动化automatization

、继电保护、变电运行变电站综合自动化的定义变电站综合自动化：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，实现对变电站主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、控制、保护以及与调度通信等综合性自动化功能。*以计算机技术为基础*以数据通讯为手段*以信息共享为目标*实现监视、测量、控制、保护以及与调度通信功能返回变电站综合自动化的定义变电站综合自动化系统：变电站综合自动化系统：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，可以收集到所需要的各种数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断能力，监视和控制变电站的各种设备。传统变电站自动化的缺点传统的二次设备、继电保护、自动和远动装置大多采取电磁型和小规模集成电路，缺乏自检和自诊断能力，其结构复杂、可靠性低二次设备主要依赖大量的电缆，通过触点、模拟信号来交换信息，信息量小、灵活性差、可靠性低传统变电站占地面积大、使用电缆多，TA、TV负担重，二次设备冗余配置多远动功能不够完善，提供给调度中心的信息量少、精度差，且变电站内自动控制和调节手段不全，缺乏协调和配合能力，难以满足电网实时监控的要求调试和维护工作量大，自动化程度低，不能远方修改保护及自动装置的定值和检查其工作状态各设备按功能配置，彼此之间相关性很少，相互之间协调困难。现有的变电站有三种类型传统的变电站部分实现微机管理、具有一定自动化水平的变电站全面微机化的综合自动化变电站变电站综合自动化的发展过程分立元件的自动装置阶段以MPU[MicroProcessorUnit（微处理器）]为核心的智能化自动装置阶段变电站综合自动化系统阶段分立元件的自动装置阶段自动重合闸装置、低频减载装置、备用电源自动投入装置、继电保护装置各装置独立运行，互不相干体积大、耗电多、维修周期短、缺乏智能性，没有故障自诊断能力，不能提供告警信息。以MPU为核心的智能化自动装置阶段

出现了微机型继电保护装置、微机监控和微机远动装置智能化、计算能力强，且装置本身具有故障自诊断能力设备重复设置多数装置间仍然是各自独立运行，不能相互通信和共享资源变电站综合自动化发展阶段20世纪70年代末，日本研制出世界第一套综合数字式保护和控制系统SDCS-I20世纪80年代初，美国研制了IMPac模块化保护和控制系统美国Westhouse公司和EPRI联合研制了SPCS变电站保护和控制综合自动化系统1984年瑞士BBC公司首次推出了他们的变电站综合自动化系统1985年德国西门子公司推出了第一套变电站综合自动化系统LSA678我国从20世纪60年代开始研制，到70年代初，便先后研制出集中控制装置和集保护、控制、信号为一体的装置80年代中期，清华大学研制的35KV变电站微机保护、监测自动化系统在威海望岛变电站投入运行南京自动化研究院开发出了220KV梅河口变电站综合自动化系统２００４年中国运行中的５００千伏输变电线路保护统计显示：南瑞继保占国内全部保护的４０％，占国产保护的７４％以上，比例排名第一。而在１０年前，我国在这个行业９０％都要依赖进口。２００５年４月１日，葛洲坝至南桥±５００千伏直流输电线路双极运行，南瑞继保为其提供了国内第一套完全国产化的直流控制保护系统。同年９月２６日，我国第一个７５０千伏输变电示范工程投入运行，南瑞继保是该工程唯一提供输电线路保护、变压器保护和电抗器保护在内的全部各类保护的制造商。主要的公司北京四方CSC2000变电站综合自动化系统南京南瑞集团公司BSJ-2200监控系统上海惠安PowerComm2000变电站自动化监控系统南京南瑞继电保护电气有限公司的RCS-9000变电站综合自动化系统国电南自PS6000变电站综合自动化系统许继电气CBZ8000变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统阶段最初的自动化系统实际上是在RTU（RemoteTerminalUnit远程终端设备）基础上加上以一台微机中心的当地监控系统，未涉及继电保护，甚至保留了原有的传统的控制屏台。RTU方案保护RTUAI板DI板DO板保护保护保护返回变电站综合自动化结构图实现变电站综合自动化的优越性提高供电质量提高变电站的安全、可靠运行水平提高电力系统的运行管理水平降低造价，减少总投资促进无人值班变电站管理模式的实行变电站综合自动化的基本功能继电保护功能操作控制功能测量与监视功能事件顺序记录与故障录波和测距功能人机联系功能电压、无功综合控制功能低频减载控制备用电源自投控制通信功能综合自动化实现的功能保护和重合闸功能四遥功能电度采集五防功能自动装置(VQC,接地选线,

备自投,低周减载)故障录波专家系统CSL系列,CST系列,CSBD系列CSD系列,CSI系列CSN系列博瑞CSM系列采用分散录波基于WIZCON平台返回变电站综合自动化的特点功能综合化分层、分布化结构操作监视屏幕化运行管理职能化通信手段多元化测量显示数字化集中式自动化系统90年代初研制的变电站自动化系统是在变电站控制室内设置计算机系统作为变电站自动化的核心，另设置一数据采集和控制部件，用以采集数据和发出控制命令；微机保护柜除保护部件以外，每柜有一管理单元，其串口与数据采集与控制部件相连，传送保护装置的各种信息和参数，整定和显示保护定值，投、停保护装置。全集中式方案DIDOAI返回分层分布式方案StationAB8B9C1T1T2B1B2B3B4B5B6C7C2B7DEC3000AXPAlpha1252123123123123123123123123123123123123123123123IEDIEDIEDIED管理机模式（分布分散式系统框图）保护测量控制保护测量控制保护测量控制保护测量控制RS232/484CONTROLCENTREStationAB8B9C1T1T2B1B2B3B4B5B6C7C2B7DEC3000AXPAlpha1252123123123123123123123123123123123123123123123网络返回分散式自动化系统90年代中期，各类分散式变电站自动化系统相继投入运行，其特点是，，现场单元部件分别安装在中低压开关柜或高压一次设备附近；这些部件可以是综合装置也可以是独立的装置，控制室内设置的计算机系统，对各现场单元部件进行通讯联系。遥信、遥测量的采集及处理，遥控命令的执行和继电保护等功能均由现场单元独立完成，并将信息通过网络送至后台计算机。两层式结构CONTROLCENTRESUBSTATIONCONTROLGStationAB8B9C1T1T2B1B2B3B4B5B6C7C2B7DEC3000AXPAlpha1252123123123123123123123123123123123123123123123现场总线

返回IEC61850的三层结构PROCESSINTERFACEPROCESSINTERFACE保护监控其他保护监控其他StationAB8B9C1T1T2B1B2B3B4B5B6C7C2B7DEC3000AXPAlpha1252123123123123123123123123123123123123123123123StationAB8B9C1T1T2B1B2B3B4B5B6C7C2B7DEC3000AXPAlpha1252123123123123123123123123123123123123123123123CONTROLCENTREStationAB8B9C1T1T2B1B2B3B4B5B6C7C2B7DEC3000AXPAlpha1252123123123123123123123123123123123123123123123至调度所保护装置故障录波当地监控远动计费电表高压开关场常规变电所二次系统结构图至调度所至公用电话网工程师站站内通讯网远动功能终端就地监控终端间隔功能终端#1变电站层网络层间隔层间隔功能终端#2变电站综合自动化系统结构图面向功能的设计面向间隔的设计返回

500kV/220kV/110kV变电站计算机监控系统典型方案一主机1操作员站1主机2操作员站2工程师站1双光纤以太网通讯机2上级调度通讯机1通道切换****************500kV继电器室220kV继电器室35kV继电器室间隔1……N通道切换@@@@@@@@@A@@@@@@@@@保护、IEDB*********测控逻辑闭锁装置。。间隔1……N通道切换@@@@@@@@@A@@@@@@@@@保护、IEDB@@@*********测控逻辑闭锁装置。。间隔1……N。。通道切换@@@@@@@@@A@@@@@@@@@保护、IEDB*********测控逻辑闭锁装置GPS

现场总线

（光纤/双绞线）通信控制器逻辑闭锁装置单元监控装置间隔层设备站控层设备*全国第一套微机保护装置----1984华北电力大学*全国第一套分布式综合自动化系统----1994大庆*全国第一套就地安装保护装置----1995CSL200A*全国第一套220kv综合自动化变电站----1996珠海南屏*全国第一套全下放式220kv综合自动化变电站----1999丹东*全国第一套全国产500kv综合自动化变电站----1999南昌*全国第一套将专家系统应用到变电站综合自动化系统中--2000*国内第一家引进现场总线LonWorks返回Functions

1.Supervision监督、管理function

Datacollection(statusvalue,AC/DCanalogvalue,pulsevalue)andprocessingAlarmandeventrecordingHistorydatarecordingGraphicfunctionDisplayandprintReportfunctionPost记入disturbance干扰review检查

2.Controlfunction

SupportselectivecontrolfunctionformultipleremotecontrolcentersLocalcontrolfunctionforcontrolroomcomputersupervisorysystemLocalcontrolfunctionforbay间隔levelequipmentSynchronizationtestingandsynchronizedswitch-onfunctionAutomaticcontrolbasedonIEC1131configurationStation-widelogicinterlocking联锁的basedonIEC1131configurationReactivepower无功功率voltageautomaticregulation

3.Protectionfunction

LineandfeederprotectionTransformerandreactorprotectionElectromotorprotectionGeneratorprotectionCapacitorprotection

4.Configurationfunction

SystemconfigurationGraphicconfigurationDatabaseconfigurationPLCcontrolfunctionconfigurationbasedonIEC1131-3standard

5.Communicationfunction

Multiplecommunicationinterfaces(RS232,RS422,RS485,CAN,LONWORKS,Ethernet,electricpowercarrier,cable,wirelessandfiberetc)thatsupportvariousofmediaandnetworksHighspeeddatanetworkcommunicationwithmeasuringandcontrollingunitDatanetworkcommunicationwithvariousmicroprocessor-basedrelayprotectionDatanetworkcommunicationwithvariousintelligentdevices(computer-basedDCsystem,intelligentpowermeter,intelligentfirealarm,andGPS,etc.)

6.Advancedfunctions

ReactivepowervoltageautomaticcontrolEmbeddedPC-basedmaloperationpreventionfunctionSmallcurrentneutralgroundingfault-lineselectionOperationticketandmaloperationpreventioninterlockingSystemdiagnosisandself-recoveryRemotesupervisionandmaintenanceTechnicalcharacteristicsOpenedsystembasedoninternationalstandardProvideintegratedautomationtotalsolutionforsubstationsofvariousvoltage-levelEmploy10M/100Mself-adaptiveredundantEthernetanddirectnetworklinkofbay-levelequipmenttoimprovesystemreal-timeabilityanddatatransmissionreliabilityBay-levelequipmentrealizeslogicinterlockingofstation-widecontrolandoperationnotrelyonstation-controllayerthroughnetworkdatasharingBasedonreal-timemulti-taskoperatingsystemsoftwareplatformtoimprovesystemreliabilityandreal-timeperformanceDevelopcomputersupervisorycontrolsystemthatcombinesbusinessandreal-timedatabases,isobjectorientedandwithintegratedgraphic,modelanddatabase.Thesoftware'sstructureisbothadvancedandopen.Thesystemfunctionsarepractical