综合自动化结构配置及发展方向

综合自动化结构配置及发展方向电气化3111班

2009－8－30一变电站综合自动化系统的结构形式§变电站综合自动化系统的设计原则和要求§综合自动化系统的硬件结构§保护和控制集成系统§变电所综合自动化的现状§变电所综合自动化的发展方向变电站综合自动化系统应能全面代替常规的二次设备。变电站微机保护的软、硬件设置既要与监控系统相对独立，又要相互协调。微机保护装置应具有串行接口或现场总线接口，向计算机监控系统或RTU提供保护动作信息或保护定值等信息。变电站综和自动化系统的功能和配置，应满足无人值班的总体变求。要有可靠、先进的通信网络和合理的通信协议。必须保证综合自动化系统具有高的可靠性和强的抗干扰能力。系统的可扩展性和适应性要好。系统的标准化程度和开放性能要好。必须充分利用数字通信的优势，实现数据共享。变电站综合自动化系统的研究和开发工作，必须统一规划，统一指挥。§变电站综合自动化系统的设计原则和要求第三章变电站综合自动化系统的结构形式§综合自动化系统的硬件结构从国内外变电站综合自动化系统的发展过程来看，其结构形式有集中式、分布集中式、分散与集中相结合和全分散式等四种类型。一、集中式的结构形式第三章变电站综合自动化系统的结构形式这种系统的主要功能及特点是：(1)能实时采集变电站中各种模拟量、开关量，完成对变电站的数据采集和实时监控、制表、打印、事件顺序记录等功能。(2)完成对变电站主要设备和进、出线的保护任务。(3)集中式结构紧凑、体积小，可大大减少占地面积。(4)造价低，尤其是对35kv或规模较小的变电站更为有利。(5)实用性好。(6)符合国情。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,因此必须采用双机并联运行的结构才能提高可靠性。(2)集中式结构，软件复杂，修改工作量大，系统调试麻烦。(3)组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站。软、硬件都必须另行设计，工作量大，因此影响了批量生产，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，程序设计麻烦，只适合于保护算法比较简单的情况。第三章变电站综合自动化系统的结构形式二、分层(级)分布式系统集中组屏的结构形式第三章变电站综合自动化系统的结构形式图3-2变电站的一、二次设备分层结构示意图分布式系统集中组屏的结构是把整套综合自动化系统按其不同的功能组装成多个屏(或称柜)。这些屏都集中安装在主控室中，这种形式被称为“分布集中式结构”，其典型系统结构框图如图3-3和图3-4所示，图中保护单元是按对象划分的，即一回线路或一组电容器各用一台单片机，再把各保护单元和数采单元分别安装在各保护屏和数采屏上，由监控主机集中对各屏进行管理，然后通过调制解调器与调度中心联系。特点：1)分布式的配置图采用按功能划分的分布式多CPU系统。2)继电保护相对独立。3)具有与系统控制中心通信功能4)模块化结构，可靠性高5)管理维护方便图3-3分层分布式系统集中组屏结构的综合自动化系统框图(一)

图3-4分层分布式系统集中组屏结构的综合自动化系统框图(二)

三、分散式与集中相结合的结构按每个电网元件(例如：一条出线、一台变压器、一组电容器等)为对象，集测量、保护、控制为一体，设计在同一机箱中。对于配电线路，可以将这个一体化的保护、测量、控制单元分散安装在各个开关柜中，然后由监控主机通过光缆或电缆网络，对这些单元进行管理和交换信息，这就是分散式的结构。对于高压线路保护装置和变压器保护装置，仍采用集中组屏安装在控制室内。这种将配电线路的保护和测控单元分散安装在开关柜内，而高压线路保护和主变压器保护装置等采用集中组屏的系统结构，称为分散和集中相结合的结构，其框图如图3-5所示，这是当前综合自动化系统的主要结构形式。图3-5分散与集中相结合的变电站综合自动化系统框图全分散式的结构是今后的发展方向。一方面是分散式的自动化系统具有上述的突出优点；另一方面，随着电-光传感器和光纤通信技术的发展，为分散式的综合自动化系统的研制和应用提供了有力的技术支持。§保护和控制集成系统第三章变电站综合自动化系统的结构形式将保护和控制功能集成到同一装置中，实现数据的完全共享是一个发展的趋势。与传统的独立部件的结构相比，这种保护和控制集成的结构，可提供大量的保护功能和更多的监控及数据采集(Scada)功能，而使性能价格比更忧。Scada所需要的许多初始数据与继电保护所处理的数据是相同的。最近的发展趋势是将这些分布式的变电站Scada功能集成到微机保护继电器中，使保护和Scada共用一个硬件平台，则可实现很明显的经济性。这种保护和Scada的集成，国外称为PROScada策略。采用PROScada策略需注意以下问题。(1)集成而不牺牲功能。(2)保护和控制集成单元必须具有开放性。变电所综合自动化的现状目前牵引变电所综合自动化系统的结构模式

分层分布式概念：分布(分散)是指系统是按照变电所的元件、断路器间隔设计、也可理解为一对一保护控制模式分层是指变电所综合自动化系统按逻辑上划分为三层，即站级管理层、通信层、间隔层变电所综合自动化的现状变电所以太网接线方式结构图变电所综合自动化的现状变电所现场总线+以太网接线方式结构图变电所综合自动化的现状设备组成

站级管理层：监控计算机、打印机、人机接口设备

通信层：通信处理装置、远程通信设备、所内通信网络、通信切换装置

间隔层：变压器保护测控装置、馈线保护测控装置、电容器保护测控装置、综合测控装置、进线及主变自投装置等变电所综合自动化的现状变电所综合自动化系统的站级管理层变电所综合自动化的现状变电所综合自动化系统的通信现场级通信 a.各间隔单元与变电所计算机系统通信 b.各间隔单元之间的互通信 c.其他智能化电子设备与后台监控计算机通信与上级调度的通信 主要实现四遥功能：遥信、遥测、遥控、遥调变电所综合自动化的现状通信接口 a.并行、串行 b.局域网、区域网、广域网、互联网 c.现场总线变电所综合自动化的现状以太网通信结构 是一种总线型拓扑结构，增减用户方便，某一节点故障不影响其他部分工作。 可以采用双绞线或光纤作为介质，传输距离可达到1～10km，速率可达10Mbit/s。变电所综合自动化的现状现场总线通信结构 主要使用的有Lonworks现场总线、CAN总线控制局域网络 Lonworks通信速度可达1.25Mbit/s，此时有效距离为130m；直接通信距离长达2700m/78kbpsCAN的速率可到1Mbit/s，此时有效距离为40m；直接通讯距离最远可达10km/5kbps可以采用双绞线或光纤作为介质变电所综合自动化的现状变电所内通信规约类型 IEC60870-5-103远动通信规约类型IEC60870-5-101/103/104 DL451－1991(国标CDT) N4F-POLLINGSC1801DNP3.0变电所综合自动化的现状传输介质 主要以双绞线（5类线）、电力载波、音频电缆、无线（RF）、红外（IR）、同轴电缆和光纤通信，其中尤以光纤通信抗电磁干扰能力强，通信容量大。变电所综合自动化的现状变电所综合自动化系统的间隔单元变电所综合自动化的现状牵引变电所综合自动化系统的功能介绍 国际大电网会议WG34.03工作组将变电所自动化功能分类为：控制与监视功能、自动控制功能、测量表计功能、继电保护功能、与继电保护有关功能、接口功能、系统功能等7种。 变电所综合自动化功能由电网安全稳定运行和变电站建设、运行维护的综合经济效益要求所决定。变电所综合自动化的现状继电保护功能

牵引主变压器保护馈线保护及自动重合闸并联电容器保护动力变压器保护

保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性、速动性四项基本要求

变电所综合自动化的现状监视控制功能

实时数据采集与处理运行监视功能故障录波与测距功能 事故顺序记录与事故追忆功能控制及安全操作闭锁功能数据处理与记录功能变电所综合自动化的现状监视控制功能人机联系功能打印功能运行的技术管理功能谐波分析和监视功能自诊断、自恢复和自动切换功能变电所综合自动化的现状自动控制装置的功能备用电源自投控制远动及数据通信功能综合自动化系统的现场级通信综合自动化系统与上级调度的通信变电所综合自动化的现状影响综合自动化系统可靠运行的问题变电所设计方面问题(技术标准)运行管理方面问题(设备维护)产品质量问题(功能完善、电磁兼容水平)供应商服务问题变电所综合自动化的现状

电力系统电磁兼容问题●电力系统内电气和电子设备集中，电磁环境复杂，在正常和异常运行状态下都会产生或出现各种电磁干扰，例如开关操作、短路故障等的暂态过程；高电压、大电流导线或设备附近的电场和磁场；射频电磁辐射；雷电；静电放电；供电网的电压波动、电压突降和中断；谐波；电子设备的工作信号和噪声等。变电所综合自动化的现状

●在电力系统中运行的自动化设备是电磁干扰的敏感者。以微电子技术和计算机技术为基础的二次弱电设备，如继电保护、自动控制、远动和通信装置等在电力系统中广泛使用，它们的灵敏度高，且与强电设备靠近，很容易受到干扰。在我国电力系统中，由于开关操作、雷电、辐射电磁场、工频磁场等原因引起的干扰事件屡有发生，其结果是造成保护误动，自动化设备不能正常工作，甚至造成元件或设备损坏。变电所综合自动化的现状●

电磁干扰导致设备系统性能下降、无法工作甚至损坏通信故障、中断设备无法工作、损坏电网保护装置误动或拒动，导致电网事故系统“死机”静电引起火灾、设备损坏●对人类健康产生影响变电所综合自动化的现状

EMC电磁兼容(Electro-MagneticCompatibility)EMC=EMI+EMS

EMI(Electronic-MagneticInterferenc)电磁干扰：装置、设备对外界产生的电磁发射

EMS(Electronic-MagneticSusceptibility)电磁抗扰度（敏感度）：装置、设备或系统对外界电磁干扰的抵抗能力变电所综合自动化的现状脉冲群瞬态干扰雷击浪涌辐射静电放电变电所综合自动化的现状电磁干扰传播方式传导（电源线、互连线、共阻抗）辐射（近场感应、远场辐射）变电所综合自动化的现状干扰源●自然干扰源：雷电、宇宙噪声等●人为干扰源：发射机、各类电子电气设备、架空输电线、高压设备、电动工具、照明器具、家用电器等●静电变电所综合自动化的现状主要干扰源●高压回路中操作断路器、隔离开关引起的电磁暂态干扰●高压装置产生的工频电场和磁场●接地系统中的短路电流引起的电位升●雷电引起的暂态干扰●低压设备开合操作引起的电快速瞬变●静电放电变电所综合自动化的现状主要干扰源●由于设施内部或外部的无线电发射装置产生的高频场●由于设施内其他电气或电子设备产生的高频传导和辐射干扰●由供电线路传来的低频传导骚扰●核电磁脉冲●地磁干扰变电所综合自动化的现状对二次设备最具影响的干扰波形●阻尼振荡波：源于高压断路器、隔离开关操作●电快速瞬变脉冲群：断开低压直流电路中(如机电式继电器、接触器等)的小电感负载而引起的暂态电压●辐射电磁场：源于电磁发射，如对讲机等●浪涌：源于雷击时产生的强大电磁能量●工频磁场：源于载流导体和运行中的电力设备变电所综合自动化的现状解决电磁兼容问题根本途径●去除干扰源●切断干扰传播路径●提高感受器的抗干扰能力变电所综合自动化的现状解决电磁干扰的方法(变电所)

电力系统设计时应考虑：●接地网●电缆铺设●屏蔽提高二次设备的抗干扰性能：●开发设计●制造工艺●试验检测变电所综合自动化的现状紧凑的机箱结构、可靠的接地

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