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(共54张PPT)
项目七 变电站综合自动化
内容：变电站综合自动化系统向智能化发展的趋势，已成为供配电系统综合自动化的必然。本项目将重点阐述变电站综合自动化系统的组成、功能、系统配置，基本通信方式；无人值班变电站的运行和管理模式；综合自动化系统相关基本概念和工作原理。
重点：变电站综合自动化系统的组成，无人值班变电站的运行模式。
项目概述
具有应用控制技术、信息处理技术和通信技术，利用计算机硬件和软件系统将变电站的二次设备进行功能的重新组合和结构的优化设计，以实现对变电站主要设备和输、配电线路进行自动监视、测量、控制、保护及与高度通信功能的一种综合性系统，称为变电站综合自动化系统。
一、 变电站综合自动化的基本概念
自动化
采用自动装置改进设备以减少人的干预。
自动装置
由一个或多个继电器或逻辑元件组合在一起，预定完成某项规定自动化功能的设备。
综合自动化
利用自动化技术实现对变电站二次设备功能的重组和优化，从而对全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调。
数字化变电站综合自动化系统示意图
自动化系统
近年来，随着光电式互感器和电子式互感器等数字化电气量测系统、智能电气设备及相关通信技术的发展，变电站综合自动化正在数字化、智能化的道路上大步迈进。
二、变电站综合自动化系统的基本特征
（1）功能实现综合化。
（2）系统构成模块化。
（3）结构分布、分层、分散化。
（4）通信局域网络化、光缆化。
（5）操作监视屏幕化。
（6）测量显示数字化。
（7）运行管理智能化。
变电站综合自动化系统的优越性
①控制和调节由计算机完成，减少了劳动强度，避免了误操作。
②简化了二次接线，使整体布局紧凑，减少了占地面积，降低了编配电站建设投资。
③通过设备监视和自诊断，延长了设备检修周期，提高了运行可靠性。
④变电站综合自动化以计算机技术为核心，具有发展、扩充的余地。
⑤减少了人的干预，使人为事故大大减少。
⑥提高经济效益。减少占地面积，降低了二次建设投资和变电站运行维护成本；设备可靠性增加，维护方便；减轻和替代了值班人员的大量劳动；延长了供电时间，减少了供电故障。
1.微机保护功能
变电站综合自动化系统可以完成几十种功能，变电站综合自动化系统的基本功能主要体现在以下几个方面:
微机保护功能是对变电站内所有的电气设备进行保护，包括线路保护、变压器保护、母线保护、电容器保护及备自投、低频减载等安全自动装置。
三、 变电站综合自动化系统的功能
2.数据采集功能
a.模拟量的采集：变电站采集的模拟量包括：各段母线电压、线路电压、电流、有功功率和无功功率，主变压器电流、有功功率和无功功率，电容器的电流、无功功率，各出线的电流、电压、功率以及频率、相位和功率因数、主变压器油温、直流电源电压和站用变压器电压等。
b.开关量的采集：变电站采集的开关量包括：断路器的状态、隔离开关状态、有载调压变压器分接头的位置、同期检测状态、继电保护动作信号和运行告警信号等。
c.电能量的采集：变电站采集的电能量主要指有功电能和无功电能。电能量采集的传统方法是采用机械式电能表，但机械式电能表采集电能量的最大缺陷就是无法和计算机直接连接，而综合自动化系统的电能量采集则改善了这种情况。
3.事件记录和故障录波测距功能
微机保护或监控系统采集环节必须有足够的内存，可存放足够数量或长时间段的事件顺序记录，确保当后台监控系统或远方集中控制主站通信中断时，不丢失事件信息，并记录事件发生的时间。
故障记录是记录继电保护动作前后与故障有关的电流量和母线电压，记录时间一般可考虑保护启动前(即发现故障前)的两个周波、保护启动后的10个周波、保护动作和重合闸等全过程的情况。
5.同期检测和同期合闸功能
电力系统运行中执行并网时，当线路跳闸后，需检测开关线路侧是否有电压，投检无压的一侧断路器保护检测到线路无压或小于整定值时先重合，投检同期的一侧断路器保护检测到线路的电压与变电站侧电压一致或小于允许的误差值时重合。
4.控制和操作闭锁功能
操作人员可通过后台屏幕对断路器、隔离开关、变压器分接头、电容器组投切进行远方操作。操作闭锁包括：电脑五防及闭锁系统,断路器、刀闸的操作闭锁等。
变电站综合自动化系统必须具有保证安全、可靠供电和提高电能质量的自动控制功能。对电压和无功功率进行合理的调节，不仅可以提高电能质量，提高电压合格率，而且可以降低网损。电力系统中电压和无功功率的调整对电网的输电能力、安全稳定运行水平和降低电能损耗有极大影响。因此，要对电压和无功功率进行综合调控，以保证包括电力部门和用户在内的总体运行技术指标和经济指标达到最佳。
6.电压和无功的就地控制功能
7. 人机联系功能
人机联系的桥梁是CRT显示器、鼠标和键盘。变电站采用微型计算机监控系统后，最大的特点之一是操作人员或调度员只要面对CRT显示器的屏幕，通过操作鼠标或键盘，就可对全站的运行工况和运行参数一目了然，并对全站的断路器和隔离开关等进行分、合操作。
8. 系统的自诊断功能
变电站综合自动化系统中的每个保护单元均有完善的故障自诊断功能。当内部故障发生时能自动报警，并能指明故障部位，以利于查找故障和缩短维修时间。对于关键部位的故障，系统还能自动闭锁保护出口。如果是软件受干扰，造成“飞车”的软故障，系统具有自启动功能。
9. 与远方控制中心的通信功能
包括远动“四遥”及远方修改整定保护定值、故障录波与测距信号的远传等功能。系统应具有通信通道的备用及切换功能，保证通信的可靠性，同时应具备同多个调度中心不同方式的通信接口，且各通信口MODME应相互独立。保护和故障录波信息可采用独立的通信与调度中心连接，通信规约应适应调度中心的要求，符合国标及工CE标准。
当供配电系统发生故障时，有功功率严重缺额，导致系统频率急剧下降，为使频率回升，需要有计划、有次序地切除部分负荷。为尽量减少切除负荷后所造成的捉摸损失，变电站综合自动化系统应具有低频减负荷功能。
10. 低频减负荷控制功能
11.防火保安功能
变电站综合自动化系统中的每个保护单元均有完善的故障自诊断功能，可靠性高且便于维护和检修。当火灾或其它内部故障苗头出现时，系统能够即时报警，从而确保信息实时传达到监控中心，起到安全保障功能。
任务一 变电站综合自动化
【任务陈述】
变电站综合自动化系统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实现对变电站二次设备的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统，它替代了变电站常规的二次设备，简化了变电站二次接线。通过本任务，学习者应初步了解变电站自动监视、测量、控制和协调的综合性自动化系统，熟悉变电站综合自动化系统在运行管理上的功能；理解变电站综合自动化系统的监控系统、保护系统以及断路器闭锁系统的任务及功能。
变电站层
变电站层通常由监控主机、五防主机、远动主站及工程师工作站组成。变电站层中的监控主机根据接受到的数据按预定程序进行实时计算、分析、处理和逻辑判断，确定一次系统是否正常运行和发生故障，一旦一次系统故障，则发出相应的报警和显示，并发出执行命令，使继电保护和自动装置动作，对设备进行控制和调节。
一、 变电站综合自动化系统的配置
典型35kV变电站综合自动化配置方案
间隔层
间隔层分单元进行设计。间隔单元通过数据采集模块实时采集各设备的模拟量输入信号，并经离散化和模数转换成数字量；通过开关量采集模块采集断路器的开合、电流脉冲量等信息并经电平变换、隔离处理得到开关量信息。这些数字量和开关量将上传给通信层。
当通信层接受到从间隔层发送上来的信息时，会将信息通过网络传送到变电站层监控主机的存储器或数据库中进行处理。同时也将该信息传送至上级调度中心，使得上级调度中心实时掌握该变电站各设备的运行情况，也可由调度中心直接对设备进行远动终端控制和“四遥”功能。
典型35kV变电站综合自动化配置方案
通信层
通信层主要完成变电站层和间隔层之间的通信。通信层支持单网或双网结构，支持全以太网，也支持其它网络。双网采用均衡流量管理，有效地保证了网络传输的实时性和可靠性；通信协议采用电力行业标准规约，可方便地实现不同厂家的设备互连；可选用光纤组网，增强通信抗电磁干扰能力；提供远动通信功能，可用不同的规约向不同的调度所或集控站转发不同的信息报文；利用GPS支持硬件对时网络，减少了GPS与设备之间的连线，方便可靠，对时准确。在通信层，可选用屏蔽双绞线、光纤或其他通信介质联网，采用网关代替某些自动化系统中常用的通信控制器。
典型35kV变电站综合自动化配置方案
1. 数据远传信息的通道
通信是变电站综合自动化系统非常重要的基础功能。借助于通信，各断路器间隔中保护测控单元、变电站计算机系统、电网控制中心自动化系统得以相互交换信息和信息共享，提高了变电站运行的可靠性，减少了连接电缆和设备数量，实现变电站远方监视和控制。
变电站向控制中心传送的信息称为“上行信息”；而由控制中心向变电站发送的信息通常称为“下行信息”。
远距离传输信号的载体称为“信道”。电力系统中远动通信的信道类型较多，一般分为有线信道和无线信道两大类。有线信道包括明线、电缆、电力线载波和光纤通信；无线信道包括短波、散射、微波中继和卫星通信等。
二、变电站综合自动化系统的通信系统
通过系统信息交换，可实现信息共享，提供常规的变电站二次
设备所不能提供的功能，减少变电站设备的重复配置，简化设备
之间的互连，从整体上提高电力系统及变电站的自动化水平。信
息源、受信者和传输路径是通信的三要素。
变电站综合自动化的主要目的不仅仅是用以微机为核心的保护和控制装置来代替传统变电站的保护和控制装置，关键在于实现信息交换。
2. 通信系统的内容
变电站综合自动化通信系统主要涉及以下几个方面的内容。
（1）各保护测控单元与变电站计算机系统通信。
（2）各保护测控单元之间互通信。
（3）变电站自动化系统与电网自动化系统通信。
（4）变电站计算机系统内部计算机间相互通信。
通信的基本目的是在信息源和受信者之间交换信息。如电话线、无线电通道等。信息源、受信者和传输路径是通信的三要素。例如：信息源必须在受信者准备好接收信息时，才能发送信息。受信者一方必须准确知道通信何时开始，何时结束。信息的发送速度必须与受信者接收信息的速度相匹配，否则，可能会造成接收信息混乱。除此之外，信息源和受信者之间还必须制定某些约定。
3. 信息传输的通信规约
目前国内电网监控系统中，主要采用两类通信规约。
（1）循环式数据传送规约，简称CDT规约。
（2）问答式传送规约，简称POLLING规约。
可分为单工通信、半双工通信、全双工通信3种。
（1）单工通信是指消息只能按一个方向传送的工作方式。
（2）半双工通信是指消息可以双方向传送，但两个方向的传输不能同时进行，只能交替进行。
（3）全双工通信是指通信双方同时进行双方向传送消息的工作方式。
4. 通信方式
5. 通信的任务
变电站综合自动化系统通信的任务：一是变电站内部各部分之间的信息传递，如保护动作信号传递给中央信号系统报警，这也称现场级通信；二是变电站与操作控制中心的信息传递，即远动通信。如向操作控制中心传送变电站的电压、电流、功率的数值大小、断路器位置状态、事件记录等实时信息；接受控制中心下发的断路器操作控制命令以及查询其他操作控制命令。
综合自动化系统必须兼有RTU的全部功能，应能够将所采集的模拟量、断路器状态信息及事件顺序记录等远传至调度端；应能接收调度下达的各种操作、控制、修改定值等命令。即完成新型RTU的全部“四遥”功能。
6. 数据通信的传输方式
并行数据通信的特点：
①传输速度快。有时可高达每秒几十、几百兆字节。
②并行数据传送的软件和通信规约简单。
③并行传输需要传输信号线多，成本高，因此只适用于传输距离较短且传输速度较高的场合。
串行数据通信的特点：
①通信数据各不同位，位数很多和远距离传送时， 可分时使用同一传输线，并且可以简化接线。
②通信速度较慢，通信软件相对复杂。适合于远距离传输，数据串行传输距离可达数千公里。
7. 局域网络通信
局域网络是一种在小区域内使各种数据通信设备互连在一起的通信网络。
（1）局部网络可分为以下两种类型。
① 局部区域网络，简称局域网（LAN）。
② 计算机交换机（CBX）。
（2）局域网络的典型特性如下。
① 数据传输速率高（0.1～100Mbit/s）。
② 距离短（0.1～25km）。
③ 误码率低。
工程实例一
GPRS控制系统经典方案
工程方案实例
工程实例二
某厂变综合自动化方案
［任务实施］分析DF3300变电站自动化系统。
DF3300系统的配置结构
DF3300变电站自动化系统是一个综合的有机设备系统，它集电力系统、电子技术、自动化、继电保护之大成，以计算机和网络技术为依托，面对变电站通盘设计、优化功能和简化系统，用分散、分层、分布式结构实现面向对象的思想。
DF3300变电站自动化系统具有以下特点：
（1）统一的新型结构工艺设计，采用嵌入式结构，可以集中组屏，也可以就地安装。
（2）模块支持IRIG-B格式硬时钟。
（3）交流采样插件采用DSP处理器，可实现高次谐波分析、自动准同期、故障录波等功能。
（4）采用14位高性能A/D采集芯片，提高了数据采集的分辨率和测量精度。
（5）各装置通信接口采用插卡式，可以保证系统的平滑升级，不同的通信处理插板，可完成FDKBUS、CANBUS、串行口等不同的接口形式，可适应双绞线、光纤等不同通信介质。
（6）采用先进的工业级芯片，各装置的CPU均采用摩托罗拉的32位芯片，提高了数据采集的分辨率和测量精度。
（7）采用的保护原理成熟可靠，并且已经有丰富的现场运行经验。
（8）模块内的智能处理（可编程逻辑控制）功能。
（9）面向对象软件平台及开放式监控应用平台，内置完善的通信规约库，支持用户控制语言，提供应用程序接口（API）用户应用编程接口。
（10）采用大屏幕液晶显示，汉化菜单操作，使用方便。
系统采用管理单元同保护、控制、测量模块构成最小单元的自动化系统，并同远方调度主站通信完成运行管理，以满足中小型变电站自动化的需要。系统特别适用于110kV及以下无人值班变电站的需要，也可兼容当地单设监控系统。后台机、维护工作站可通过以太网口与通信处理单元相连。
任务总结
1.变电站综合自动化系统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实现对变电站二次设备的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量的装置。
2.变电站综合自动化可实现的基本功能有微机保护功能、数据采集功能、事件记录和故障录波测距功能、控制和操作闭锁功能、同期检测和同期合闸功能、电压和无功的就地控制功能、人机联系功能、系统的自诊断功能、与远方控制中心的通信功能等。
3.变电站综合自动化系统的配置最常见的是分层分布式的多CPU体系结构。其中变电站层包括高度中心、监控主机、工程师工作站以及五防主机等，通信层为网络通信装置，间隔层有第三方设备以及保护测控装置等。
4.变电站的通信系统中心提高了变电站运行的可靠性，减少了连接电缆和设备数量，实现了变电站远方远方和控制。
任务二 无人值班变电站
【任务陈述】
随着变电站综合自动化技术的不断发展与进步，变电站综合自动化系统取代或更新了传统的变电站二次系统，继而实现无人值班变电站。无人值班变电站已成为21世纪电力系统发展的方向与趋势。
通过本任务，了解无人值班变电站在供配电自动化中的地位和作用；了解无人值班变电站的几种常见模式；理解无人值班变电站的应用特点，掌握实现无人值班变电站应采取的必要措施以及无人值班变电站应具有的基本条件；了解无人值班变电站的发展方向；掌握无人值班变电站的管理模式以及操作维护队的运行管理。
一、 无人值班变电站在配电自动化中的地位和作用
无人值班变电站的建设降低了基建和运行管理费用，大大提高了信息总量，根据事件优先级能够迅速远传变电信息。因此，建设无人值班变电站是实现现代化管理的必然发展趋势。
配电自动化以提高供电可靠性、缩短事故恢复时间为目的。而无人值班变电站则不仅减少了值班人员，更主要的是通过变电所综合自动化先进技术，达到减少和避免误操作、误判断、缩短事故处理时间、提高供电质量和供电可靠性。
知识准备
①传统控制方式不动，常规保护不动，新增：变送器屏、远动装置屏、故障录波屏、遥控执行屏。或将这些屏组合成一块远动设备综合屏。并在常规开关跳、合闸回路加遥控分合按钮。
②改变传统控制方式、集测量、控制、信号接点为一体的电气集控接口柜，加上远动装置柜，常规保护改为微机保护。
③集测量、监控、保护、远动信号以及开关连锁于一体的全分布式系统，反映了变电站的最新水平，也是今后的发展方向。早期的集控台、测量、信号由CMOS电路完成，控制部分由系统微机完成、保护由CMOS电路构成，直流采样，没考虑远动，现在国内少数厂家和国外厂商推出的集控台，控制、保护、测量、信号、远动全由微机完成，保护也由微机构成，并采用交流采样，多采用STD总线方式、构成系统。
二、 无人值班变电站的几种常规模式
（2）实现综合自动化后的无人值班变电站可以极大地减小主控室面积、取消传统变电站必需的值班室、更衣室，取消模拟屏、控制台和单独的小电流接地系统与无功电压自动调节装置等，因此，既减小了征地，也大大减少了投资。
（1）无人值班变电站的微机系统，保护信息串行通信均采用交流采样，因此大大提高了信息总量，能够根据事件优先级迅速远传变电信息。克服了传统变电站速度慢的缺点。
三、 无人值班变电站的应用特点
（4）变电站综合自动化采用微机保护与监控部分串行通信，不仅可传送保护信息，而且还可以传送保护整定值和测量值，并可由调度端远方修改和下发保护定值。
（3）变电站综合自动化系统采用微机采样、微机变送器输入，计算机编码、与数据采集微机直接通信方式，因此可传送多种计算量且速度较快、精度较高，是目前数据采集的最佳选择。
三、 无人值班变电站的应用特点
（5）变电站综合自动化具有对装置本身采用查询标准输入检测等方法实时检查，从而快速发现装置内部的故障及缺陷，并给出提示，指出故障位置，并且十分方便维护与维修。
三、 无人值班变电站的应用特点
（4）宜选用保护和遥测分用CPU的方式，就地控制选用当地监控机和就地控制开关相配合的方式，以提高系统的安全性。
（1）简化一次主接线。
（2）提高一次设备的可靠性。10kV变电站采用真空断路器，主变采用干式变压器。
（3）直流电源系统应制成免维护的，有条件时应采用免维护电池。
四、 实现无人值班的变电站必须采取的措施
（5）对特殊的信号进行必要的监视 。
（6）配备合理足够的消防保卫措施，对无人值班变电站，可设置工业电视及烟雾报警系统，一般只报警不进行自动控制。
（1）优化的设计。进行可行性研究和规划、技术条件的论证。
（2）要有可靠的一、二次设备。
（3）可靠的通信通道及站内通信系统，保证通信质量，提高遥控可靠性，是无人值班变电站建设的重要基础工作。
（4）可靠性的调度自动化要求，这是决定变电站能否实现无人值班的关键条件。
（5）行之有效的管理制度。
（6）为了保证变电站的安全、稳定运行，必须有一支高素质的专业队伍。
（7）外部环境条件的要求：需按防火防盗的高标准建设 。
五、 无人值班应具有的基本条件
（1）功能分散型向单元分散型发展。采用一个模块管一个电气单元，实现地理位置的高度分散，更能满足工业生产现场的需要，系统分散度高，危险性更小，适应性强。
（2）集中控制型向分布分层网络层发展。采取单元控制，使网络、主机之间实现严格的电气隔离。
（3）健盘向鼠标控制操作发展。对主站端采用具有良好人机界面，具体操作直观形象，一致性好的汉化Windows高速窗口软件，只需使用鼠标的一个按键，就可进行全部操作。
（4）小型化向机电一体化方向发展。控制系统可以与一次设备装在一起，逐步趋向小型化，朝着机电一体化方向发展。
六、 无人值班变电站的发展方向
（5）智能电子装置方向的发展。智能电子装置（IED）是指一台具有微处理器、输入输出部件及串行通信接口，并能满足不同工业应用环境的装置。典型的智能电子装置有电子电能表、智能电量传感器、可编程逻辑控制器PLC等。随着变电站综合自动化程度的不断提高，其间隔层的测控单元、继电保护装置、测控保护综合装置、PTU等都可发展成IED部件，各IED部件之间采用工业现场总线或以太网接口。
（6）非常规互感器的发展。与传统的互感器相比，非常规互感器结构简单、体积小、质量轻、易于安装、不含油、无易燃易爆危险。非常规互感器包括电子式互感器和光电式互感器两种基本类型，其最大特点就是可以输出低电平模拟量和数字信号，可直接用于微机保护和电子式计量设备，省去了很多中间环节，适应变电站综合自动化系统的数字化、智能化和网络化需要，而且动态范围大，适用于保护和测量功能。
少人值班
集中操作
将负荷不重、操作较少的变电所部分值班人员集中于附近某一大变电站，负责周围几个所的倒闸操作，驻守变电所的人负责所内设备巡视、检查和维护工作，在变电站发生事故时，迅速集中全所人员赶赴现场会同驻守人员一起处理事故。
分层管理分级控制
这种模式适用于较大规模电网，并且已经实现了多个变电站的无人值班。这种管理模式的特点是除总调度中心外，还在区域或供电区设立若干分区调度，无人值班变电站的监视和操作由分区调度完成。
七、 变电站无人值班管理
无人值班
集控操作
这种管理模式是建立一个或若干个集控站。它所辐射的各变电站均采用无人值班方式。在集控站就可对无人变电站实施摇控和遥调，无人变电站的倒闸操作由专人进行，操作人员可以设在集控站，也可以设在其他地方。集控站负责某一区域的无人值班变电站的监视和巡视维护，并根据调度命令完成对无人值班变电站的摇控操作。
八、 调度关系和职责划分
九、 集控中心运行管理
工作一般要求
变电站设备巡视
设备验收制度
操作队
设备缺陷管理
设备检修管理
设备维护制度
十、 操作队运行管理
［任务实施］阐述无人值班变电站的基本条件。
分析和阐述：
某城市在实行变电站综合自动化的过程中，需对原来的变电站进行改造，让所有的区域变电站均实现无人值班。那么，无人值班变电站应具备哪些基本条件呢？
无人值班变电站的运行管理方式、电网调度自动化的分层控制及变电站的自动化水平等一系列问题相互关联，应具备的基本条件包括以下几个方面。
1.要实现变电站的无人值班，必须要有优秀的设计及最优化的方案。
2.要有可靠的一、二次设备。
3.具有可靠的通信通道及站内通信系统。
4.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。
5.无人值班变电站必须建立一套行之有效的管理制度。
6.无人值班变电站必须具有一支招之即来、来之能战的专业队伍。
7.为使无人值班变电站安全运行，变电站必须按照防火防盗高标准建设。
任务总结
无人值班变电站集微机监控、数据采集、故障录波及微机保护为一体，可实现变电站实时数据采集、电气设备运行监控、开关闭锁、防误操作、小电流接地选线、远动通信、监测保护设备状态、检查和修改保护整定值等功能，解决了各环节在技术上保持相对独立而造成的各行其是、重复投资甚至影响运行可靠性的弊端。
END
重在理解！

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