电力企业信息化-第4章 变电站信息化

电力企业信息化第4章变电站信息化本章内容变电站信息化总体框架变电站监控系统变电站生产管理系统电网构成概述 变电站是联系发电厂和用户的中间环节起着变换和分配电能的作用。变电站信息化的主要内容是变电站综合自动化系统。将变电站的二次设备利用计算机技术和现代通信技术，经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、测量、控制和协调的一种综合性自动化系统。核心内容是监控系统信息化和变电站生产管理系统信息化。第一节变电站信息化总体框架一、变电站类型什么是变电站？变电站的作用？变电站是把一些设备组装起来，用于切断或接通、改变或调整电压。是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施。变换：变压器实现

分配电能：母线实现

变电站分类1、按变电站在电力系统中的地位和作用划分系统枢纽变、地区一次变、地区二次变、终端变2、按变电站安装位置划分室内、室外、地下、箱式3、按值班方式划分有人值班、无人值班4、根据变压器的使用功能划分升压、降压、换流5、按自动化程度划分常规、部分微机化、数字化变电站、智能变电站2、变电站的发展传统变电站

20世纪80年代及以前变电站保护设备以晶体管、集成电路为主，二次设备均按照传统方式布置，各部分独立运行。随着微处理器和通信技术的发展，远动装置的性能得到较大提高，传统变电站逐步增加了“遥测”、“遥信”、“遥控”、“遥调”的四遥功能。

综合自动化变电站

20世纪90年代，随着微机保护技术的广泛应用，以及计算机、网络、通信技术的发展，变电站自动化取得实质性进展。利用计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术，对变电站二次设备的功能进行重新组合、优化设计，建成了变电站综合自动化系统，实现对变电站设备运行情况进行监视、测量、控制和协调的功能。综合自动化系统先后经历了集中式、分散式、分散分层式等不同结构的发展，使得变电站设计更合理，运行更可靠，更利于变电站无人值班的管理。数字化变电站

近年来，随着数字化技术的不断进步和IEC61850标准在国内的推广应用，国内已经出现了基于IEC61850的数字化变电站。数字化变电站具有全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化、高级应用互动化四个重要特征。数字化变电站体现在过程层设备的数字化，整个变电站内信息的网络化，以及断路器设备的智能化，而且设备检修工作逐步由定期检修过渡到以状态检修为主的管理模式。智能变电站

智能电网中的智能变电站是由先进、可靠、环保、集成的设备组合而成，以高速网络通信平台为信息传输基础，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，同时具备支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。智能变电站同数字化变电站的区别数字化变电站主要从满足变电站自身的需求出发，实现站内一、二次设备的数字化通信和控制，建立全站统一的数据通信平台，侧重于在统一通信平台的基础上提高变电站内设备与系统见的互操作性。智能变电站从满足智能电网运行要求出发，比数字化变电站更加注重变电站之间、变电站与调度中心之间的信息的统一与功能的层次化，以在全网范围内提高系统的整体运行水平为目标。智能变电站同数字化变电站的区别数字化变电站已经具有了一定程度的设备集成和功能优化的概念，要求站内应用的所有智能电子装置（IED）满足统一的标准，拥有统一的接口，以实现互操作性。IED分布安装与站内，其功能的整合以统一标准为纽带，利用网络通信实现。数字化变电站在以太网通信的基础上，模糊了一、二次设备的界限，实现了一、二次设备的初步融合。而智能化变电站设备集成化程度更高，可以实现一、二次设备的一体化、智能化整合和集成。智能变电站同数字化变电站的区别智能变电站在数字化变电站的基础上实现了两个技术上的跨越：监测设备的智能化，重点是对开关、变压器的状态监测；故障信息综合分析决策，变电站要和调度器进行信息的双向交流。无人值守变电站无人值守变电站：调度值班员借助微机远动技术替代变电所现场值班员来控制和管理的变电所。是变电所的一种先进管理模式。调度员在主站端设备的键盘上进行必要的遥控、遥调操作。并非任何操作都无须人员现场进行。不必再配置单独RTU，模拟量和开关状态信息，通过通信管理单元直接送往调度。各微机保护单元将动作信息送给调度，并通过通信管理单元转发或执行调度下达的命令。

国内无人值班的发展简况20世纪80年代后期，无人值班技术上了一个台阶。促进了调度自动化实用化的深入开展和电网调度管理水平的提高。国家电力调度通信中心于1993年12月28日发布了调自[1994]2号文件《关于在地区电网中实施变电站遥控和无人值班的意见》。2008年国家电网发布无人值守变电站管理规范(试行)目前各省电力公司，大力推行无人值守变电站，已有750KV无人值守变电站。如：2013年6月湖北全省500千伏交流变电站全部实现无人值守。变电站综合自动化1、变电站综合自动化简介变电站综合自动化系统就是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等对变电站的二次设备（继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等）的功能进行从新组合、优化设计，对变电站的全部设备的运行情况执行监视、测量、自动控制和保护及与调度间通信等综合性的自动化功能的自动化系统。 在技术上涉及到自动控制、远动、通信、测量、计量、信号和控制等二次系统，专业上涉及到自动化、保护、变电站运行等。配置类似工作重复变电站综合自动化——由来机电式继电保护就地监控远动装置录波装置微机型继电保护微机监控微机远动微机录波微机型计算机技术优化设计共享软硬件资源通域信络网局自动监控系统微机保护微机自动装置微机远动功能综合自动化结构示意图变电站综合自动化系统基本配置时钟系统调制解调装置调度综合测控装置自动装置远动装置继电保护模拟/开关量采集装置保护单元1保护单元n工作站工作站主控机外设中心处理机网络变电所综合自动化—特征1)、功能综合化

综合了变电所内除一次设备和交直流电源以外的所有二次设备。微机监控系统综合了仪表屏、操作屏、模拟屏、变送器屏、中央信号系统，远动装置RTU，电压及无功自动调节等功能。微机保护综合了故障录波、故障测距、小电流接地选线、自动按频率减负荷、自动重合闸等功能。2)、结构分布、分层化分布式结构：结构上采用主从CPU协同工作方式，各功能模块（从CPU）间采用网络技术或串行方式实现通信。优点：多CPU提高了处理并行多发事件的能力，方便系统扩展与维护，局部故障不影响其它模块的正常运行。分层式结构

监控主机打印机显示器综合监控单元前置机数据采集TA/TVTA/TV综合监控单元线路保护单元主变保护单元电容器保护单元间隔层站控层管理层在变电站综合自动化系统中，通常把继电保护、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能综合在一起的装置称为保护单元，而把测量和控制功能综合在一起的装置称为控制或I/O单元。两者通称为间隔级单元(baylevelunit)。各种类型的间隔级单元与变电站的中央单元(centralunit)相结合，并利用间隔级单元搜集到的状态量和测量值，通过软件来实现各种保护闭锁，取消或大大简化传统设计中为实现闭锁功能所需要的二次回路，以组成变电站综合自动化系统。间隔层按一次设备组织，一般按断路器的间隔划分，具有测量、控制和继电保护部分。测量、控制部分负责该单元的测量、监视、断路器的操作控制和闭锁及事件顺序记录等；保护部分负责该单元线路或变压器或电容器的保护、各种录波等。间隔层本身是由各种不同的单元装置组成，这些独立的单元装置直接通过总线接到站控层。

综合自动化系统使变电站的值班人员完全是面对大屏幕显示器进行变电站的全方位监视与操作。3)、操作监视屏幕化指针式仪表模拟屏跳、合闸操作数据显示实时主接线画面画面文字语言报警光字牌报警鼠标键盘操作

原来的二次设备只能监视一次设备；综合自动化系统：监测一次设备；常规自动化功能；在线自诊断；与控制中心通信。4)、运行管理智能化变电所综合自动化系统的基本功能1)、数据采集是在线采集供电系统的运行参数，主要包括：模拟量，状态量和脉冲量。模拟量采集进线的电压、电流和功率值，馈线回路的电流及功率值，还包括变压器的温度，电容器的温度，直流电源电压等。状态量采集变电所里的开关、断路器的位置状态等。脉冲量脉冲电度表输出的脉冲信号等。2)、数据处理与记录

电力部门和用户内部生产调度需要的数据。变电所运行参数的统计、分析与计算。

变电所内各种事故信息的顺序记录并登录存档。变电所运行参数和设备越限报警及记录。3)、控制与操作闭锁变电所内的各高压断路器，隔离开关可以通过变电所综合自动化系统CRT屏幕进行操作，也可以对变压器的分接头进行调节控制，可对电容器组进行投切。为了防止计算机系统故障时无法操作被控设备。应保留人工直接跳合闸功能。操作闭锁的内容a、操作出口具有跳、合闭锁功能。b、操作出口具有并发性操作闭锁功能，c、根据实时信息，实现断路器、隔离开关操作闭锁功能。d、适应一次设备现场维修操作的“五防操作及闭锁系统”。即：防止带负荷拉、合隔离开关；防止误入带电间隔；防止误分、合断路器；防止带电挂接地线；防止带地线合隔离开关。e、CRT屏幕操作闭锁功能，只有输入正确的操作口令和监护口令才有权进行操作控制。4)、微机保护

微机保护主要包括线路保护、变压器保护、母线保护、电容器保护、备用电源的自动投入装置和自动重合闸装置等。a、故障记录，且断电保持。b、存储多套整定值；并能显示及当地修改整定值。c、实时显示保护主要状态。d、与监控系统通信。5)、与远方操作控制中心通信“四遥”遥测，遥信，遥控，遥调

远方修改定值向电力调度部门传送数据信息6)、人机联系功能（1）屏幕显示（2）通过键盘输入数据（3）人工操作控制（4）运行参数及信息的打印记录7)、自诊断功能

综合自动化系统的各单元模块应具有自诊断功能，自诊断信息也像数据采集一样周期性地送往后台机操作控制中心。3、变电站综合自动化的结构形式结构形式主要有：集中式分布式分布分散式集中式采用功能较强的计算机，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，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动化功能。微机保护、微机监控和与调度等通信的功能由不同的微机完成。集中式结构的缺点：每台计算机的功能较集中，若一台计算机出故障，影响面大。软件复杂，调试麻烦，修改工作量大。组态不灵活。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，只适于保护算法比较简单的情况。分布式将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。一般按功能设计，采用主从CPU系统工作方式，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了CPU运算处理的瓶颈问题。便于系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块的正常的运行。安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态，较多地使用于中、低压变电站。分布分散式从逻辑上将变电站自动化系统划分为变电站层和间隔层两层，也可分为变电站层、通信层和间隔层三层。间隔级控制单元的自动化、标准化使系统适用率较高。简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面积。简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了大量连接电缆。结构可靠性高，组态灵活，检修方便。三、变电站信息化及其框架变电站信息化监控系统信息化生产管理信息化数据采集与处理监视系统控制系统运行管理子系统操作票专家子系统技术培训子系统第二节变电站监控系统监控系统的任务：

完成一次设备的监视、控制、数据采集、事件顺序记录及显示、使值班人员把握安全控制、事故处理的主动性，减少和避免误操作，缩短事故停电时间，提高运行管理水平，减少变、配电损失。一、变电站监控系统的基本要求实时性强（及时获得关注的数据，并显示出来）可靠性高（满足全天候实时监视和控制）维护性好（方便参数修改，增删间隔，系统组态）人机交流方便（友好的界面，人性化的设计）通讯可靠（通讯可靠是系统正常运行的保障）信号采集和输出技术先进性，信息接入容量庞大（不限变电站规模，扩建方便）信息处理和控制算法先进，可编程资源丰富（提供一系列工具实现特殊要求）二、变电站监控系统的功能1、数据采集与处理功能2、监视功能3、控制功能1、数据采集与处理功能模拟量、数字量或状态量、电能量的采集、折算回一次值、显示并保存到历史库模拟量的采集状态量的采集脉冲量的采集数字量的采集事故顺序记录和事故追忆在线统计计算2、监视功能1）收集并获得全站主设备各种经处理运算后的模拟量并进行运行监视，包括线路、主变压器的各种被测量电流、有功功率、无功功率、母线电压、系统频率以及电流、电压上下限值；2）收集并获得全站主设备运行的开关量并进行监视；3）报警处理事故报警、预告报警4）系统的自诊断和自恢复5）维护功能数据库维护、功能维护3、控制功能开关分合、电容投退、档位调节、保护投退。具备多级权限管理和电气闭锁、防误操作等功能1）调度中心远方控制2）站内SCADA控制3）后备手动控制IEC61850是什么?它不仅是一个通信规约它是一个全球的变电站自动化的标准。使用面向对象建模技术使用分布、分层体系使用抽象通信服务接口（ACSI）、特殊通信服务映射SCSM技术使用MMS技术具有互操作性具有面向未来的、开放的体系结构。

一个用于无缝通信的全球标准三、变电站监控系统硬件设备IEC61850是国际电工委员会TC57制定的《变电站通信网络和系统》系列标准，为基于网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，也是国家电力行业相关标准的基础。（DL/T860）IEC61850规范了数据的命名、数据定义、设备行为、设备的自描述特征和通用配置语言，使不同智能电气设备间的信息共享和互操作成为可能。

IEC61850标准

三、变电站监控系统硬件设备61850出现的主要原因：

嵌入式以太网技术使得变电站内设备装置具有了更强大的通信能力与网络访问功能，使得用更高速与安全的以太网通信代替串口通信成为可能不同厂家的设备，采用不同的嵌入式系统、不同的编程语言，数据库、构成“信息孤岛”现象，需要一个有效的异构信息解决方案——IEC61850标准是变电站内异构信息集成方案设备互操作问题是关键厂商规约加密/客户设备采购受限/系统集成困难需要一个统一的国际标准IEC61850变电站内调度端IEC61970异构集成2004年9月巴黎IEC61850国际展示会议15家厂商产品互连三、变电站监控系统硬件设备在逻辑结构上根据当前数字化变电站使用的IEC61850通信协议的定义，可分为三个层次，分别称为“过程层”“间隔层”“站控层”。保护装置数字化断路器控制合并单元开关控制模块间隔控制单元刀闸断路器电子互感器常规变电站与数字化变电站结构图对比相关设备1）间隔层设备：

保护与测控装置；电能计量；交直流与消弧线圈；光纤交换机。

2）过程层设备：

非常规互感器；合并单元；智能终端；智能开关。3）站控层设备：

数字化变电站综合自动化系统

间隔层设备整体要求应采用模块化、标准化的结构，易维护和更换方便；应能按照DL/T860建模，并与站控层设备通信，并具有完善的自我描述功能；与过程层设备之间的通信应满足DL/T860中规定的数据格式，具有识别协议中的数据有效性判断，实时闭锁保护，并能将告警事件上送；在任何网络运行工况流量冲击下，间隔层装置均不应死机或重启；宜采用冗余的110V或220V直流供电方式；当电压波动范围在20％内时，间隔层设备应能正常工作。1）间隔层设备整体要求间隔层设备技术要求测控装置支持通过GOOSE协议实现间隔层五防功能；(GOOSE:GenericObjectOrientedSubstationEvent面向通用对象的变电站事件)应能实时反映本间隔一次设备的分、合状态，应有该电气单元的实时模拟接线状态图；应能设置所测量间隔的检修状态。保护装置应支持GOOSE协议，实现装置之间状态、命令传递及GOOSE跳闸功能；出口压板宜采用软压板方式，并具备功能投退压板在接收到异常的合并单元采样信号时，应能立刻闭锁保护出口，确保不误动；应设置检修态，保证测试GOOSE通信正确，但不会实际跳闸。间隔层设备技术要求间隔层设备技术要求故障录波装置应具有采样数据接口，从合并单元或交换机上接收采样信号，进行采样量的录波，同时应可记录重要的GOOSE开入开出量。计量装置与站控层通信应支持MMS协议，与合并单元通信应支持支持DL/T860-9-1或DL/T860-9-2标准。安全稳定装置各类安全稳定装置应遵循DL/T860标准建模和通信，包括备自投装置、低周减载装置、PMU装置等。间隔层设备技术要求2）过程层设备--电子式互感器3）站控层设备技术要求

站控层设备包括主机、操作员站、远动装置、保信子站、五防子系统、网络通信记录分析系统、卫星对时系统等。主机有主处理器及服务器的功能，是站控层数据收集、处理、存储及发送的中心；管理和显示有关的运行信息，供运行人员对变电站的运行情况进行监视和控制间隔层设备工作方式的选择，实现各种工况下的操作闭锁逻辑等；500kV变电站应采用两台主机互为热备用工作方式。操作员站站内自动化系统的主要人机界面，用于图形及报表显示、事件记录及报警状态显示和查询，设备状态和参数的查询，操作指导，操作控制命令的解释和下达等；通过操作员站，运行值班人员能够实现全站设备的运行监视和操作控制；应配置两台操作员站，操作员站间应能实现相互监视操作的功能。110～220kV变电站的操作员站宜与主机在计算机硬件上合并设置。操作员站站内自动化系统的主要人机界面，用于图形及报表显示、事件记录及报警状态显示和查询，设备状态和参数的查询，操作指导，操作控制命令的解释和下达等；通过操作员站，运行值班人员能够实现全站设备的运行监视和操作控制；应配置两台操作员站，操作员站间应能实现相互监视操作的功能。110～220kV变电站的操作员站宜与主机在计算机硬件上合并设置。四、变电站监控系统软件结构1、变电站监控系统层次2、变电站监控系统的逻辑构成3、变电站监控系统的设计及应用软件模块1、体系结构示意操作系统Unix（Solaris,AIX,HPUX,Tru64）Linux（多种发行版本）Windows（XP/2003/Vista/2007）数据库Oracle（9i/10g/11g）MicrosoftSQLServer（2000/2005/2008）MysqlWEBApachePHP2、变电站监控系统的逻辑构成数据处理系统前置机系统人机联系工作站3、变电站监控系统的设计及应用软件模块历史数据库实时数据库数据库管理系统数据采集及通信模块应用层命令管理模块命令管理模块命令管理模块命令管理模块命令管理模块对上通信管理模块与远方调度中心通信实例介绍AVC控制显示界面监控系统实例-AVC界面遥控和视频联动监控系统实例-视频联动界面保护定值管理监控系统实例-保护定值调用第三节变电站生产管理系统一、概述1、系统建设目标（1）变电站生产运行数据的管理（2）接受变电站监控系统的实时数据（3）变电站管理数据报表生成（4）与上级管理信息系统网络连接2、变电站信息管理流程变电站数据采集层变电站数据处理层供电局数据处理层电业局数据处理层3、系统模块变电运行管理子系统操作票专家子系统技术培训子系统二、变电站生产管理系统功能模块1、运行管理2、票管理3、安全生产管理4、设备管理5、基础信息6、培训管理7、图表管理1、运行管理记录系统运行方式，设备投运和停运情况，设备检修、安全措施的布置，继电保护自动装置及仪表的异动情况，事故处理经过，设备的异常现象和发现的缺陷。调度和上级有关运行通知，