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變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究畢業(yè)論文-wenkub

2023-07-13 10:02:03 本頁面
 

【正文】 電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),功能與保護(hù)配置 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 變電站綜合自動化系統(tǒng)的組成在結(jié)構(gòu)上主要可以分成:集中式,分布集中式,集中和分散式,分散式四種。但由于在技術(shù)性能上的潛在能力,必將被廣泛的應(yīng)用于祖國各個城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)中。(3):減少維護(hù)工作時間,減少值班人員的勞動強(qiáng)度,并達(dá)到減員增效(4):縮小變電站占地面積,減少總投資。該模式?jīng)]有做到面向?qū)ο笤O(shè)計,信息共享程度不高,另外系統(tǒng)的二次電纜互聯(lián)較多,擴(kuò)展性不好,不利于運(yùn)行管理和維護(hù)。該類系統(tǒng)是在常規(guī)的繼電保護(hù)及二次接線基礎(chǔ)上增設(shè)RTU裝置,功能主要為完成與遠(yuǎn)方調(diào)度主站通信實現(xiàn)“四遙”(遙測,遙信,遙調(diào),遙控),繼電保護(hù)及自動裝置與系統(tǒng)聯(lián)結(jié)采用硬接點狀態(tài)接入。世界發(fā)達(dá)國家率先研制出成熟系統(tǒng),并推廣應(yīng)用,大大提高了變電站管理的自動化水平,實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 國外變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展70年代末80年代初,國外開始了對于ISA技術(shù)的研究,這是由于電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大,要求電網(wǎng)及變電站的控制和保護(hù)系統(tǒng)必須運(yùn)行安全、可靠、經(jīng)濟(jì)。全站統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫,統(tǒng)一維護(hù)組態(tài)工具軟件,分類分單元下載參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)。同時也極大的提高了變電站的運(yùn)行穩(wěn)定性,可靠性。目前的綜合自動化裝置都是安裝在低電壓的中置柜上和室內(nèi)的開關(guān)室內(nèi),戶外的僅是一些實現(xiàn)簡單功能的柱上設(shè)備。極大的提高了性能效率比。(5):使用靈活方便。(2):可以方便的擴(kuò)充其他的輔助功能。變電站綜合自動化系統(tǒng)可以采集到比較齊全的數(shù)據(jù)和信息,利用計算機(jī)的高速計算能力和邏輯判斷功能,可以方便的監(jiān)視和控制變電站內(nèi)的各種設(shè)備的運(yùn)行和操作,它具有功能綜合化,結(jié)構(gòu)微機(jī)化,操作監(jiān)視屏幕化,運(yùn)行管理智能化等顯著特點。通過對變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究,對于電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠,保護(hù)和控制以及對變電站的設(shè)計更加的合理,布局更加緊湊都有很重要的意義。變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究畢業(yè)論文目錄目錄 3第1章 緒論 5 變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究 5 變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究意義 5 變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 6 國外變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展 7 我國變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展 7 變電站實現(xiàn)綜合自動化的優(yōu)越性 8 變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展前景 8 小結(jié) 8第2章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),功能與保護(hù)配置 9 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 9 集中式綜合自動化系統(tǒng): 9 分散式綜合自動化系統(tǒng): 10 分布集中式綜合自動化系統(tǒng): 11 集中和分散結(jié)合式綜合自動化系統(tǒng): 11 變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能 12 監(jiān)測: 12 監(jiān)控: 12 遠(yuǎn)傳: 13 保護(hù): 13 變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件配置 13 綜合自動化系統(tǒng)變電站主控室的結(jié)構(gòu)分為三類: 13 硬件的配置原則 15 變電站綜合自動化系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)的硬件結(jié)構(gòu) 16 小節(jié) 19第3章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò) 20 通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展: 20 RS232,RS422 和RS485總線: 20 LONWORKS總線 20 CANBUS現(xiàn)場總線 21 各種總線技術(shù)的優(yōu)缺點 21 現(xiàn)場總線在變電站綜合自動化內(nèi)部網(wǎng)的應(yīng)用 22 嵌入式以太網(wǎng)方案: 23 LONWORKS現(xiàn)場總線網(wǎng)方案和嵌入式以太網(wǎng)方案的比較和分析: 24 基于CANBUS總線的通信系統(tǒng)方案: 24 內(nèi)部通信網(wǎng)的傳輸實時性分析 26 國外相關(guān)產(chǎn)品的比較 26 通信協(xié)議的作用 27 光纖通信技術(shù) 27 光纖通信優(yōu)點 27 光纖通信的類型以及在配電自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用如下 28 現(xiàn)場總線通信技術(shù) 28 無線通信技術(shù) 28 配電線載波通信技術(shù) 29 小結(jié) 29第4章 繼電保護(hù)設(shè)備和綜自設(shè)備的設(shè)置 30 35KV開關(guān)柜智能保護(hù)單元 30 10KV開關(guān)柜智能保護(hù)單元 30 變壓器后備保護(hù) 30 電容器保護(hù) 31 配電變壓器保護(hù) 36 饋線保護(hù) 37 備自投保護(hù) 37 測控及自檢功能的配置 37 38第5章 總結(jié) 39致謝 40參考文獻(xiàn) 41英文翻譯 42第1章 緒論 變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究 變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究意義電力系統(tǒng)變電站的安全,可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行再很大程度上依賴于變電站繼電保護(hù),控制和監(jiān)控技術(shù)的完善程度以及它們的可靠性,技術(shù)特性指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性等多方面的因素。變電站綜合自動化系統(tǒng)是一種以計算機(jī)為主,將變電站的一,二次設(shè)備經(jīng)過功能組合形成的標(biāo)準(zhǔn)化,模塊化,網(wǎng)絡(luò)化的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。通過利用先進(jìn)的綜合自動化技術(shù),提高了供電質(zhì)量,提高了電壓合格率,提高了變電站的安全可靠性和系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平,縮小了變電站占地面積,降低了造價,減少了總投資,減少了維護(hù)工作量,減少了值班員勞動強(qiáng)度。(3):工藝結(jié)構(gòu)條件優(yōu)越。(6):可以進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控。它的缺點是對運(yùn)行的可靠性要求極高,任何形式的檢修維護(hù)都將迫使一次設(shè)備的停止。隨著高電壓等級的推廣,其設(shè)備都將就地安裝在戶外的端子箱上,對環(huán)境條件要求高。(3) 人機(jī)操作界面接口統(tǒng)一化,運(yùn)行操作無線化 無人無建筑小室的變電站,變電運(yùn)行人員如果在就地查看設(shè)備和控制操作,將通過一個手持式可視無線終端,邊監(jiān)視一次設(shè)備邊進(jìn)行控制操作,所有相關(guān)的量化數(shù)據(jù)將顯示在可視無線終端上。其實時運(yùn)行數(shù)據(jù)庫可通過嚴(yán)密的安全防護(hù)措施與整個電力系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)連在一起(6) 數(shù)據(jù)采集和一次設(shè)備一體化 除了常規(guī)的電流電壓,有功無功,開關(guān)狀態(tài)等信息采集外,對一些設(shè)備的在線狀態(tài)檢測量化值,直接采集到監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫中。因此,各級調(diào)度中心需要更多的信息,以便及時掌握電網(wǎng)及變電站的運(yùn)行情況。目前,日本日立、三菱、東芝公司,德國西門子公司(SIEMENS)、AEG公司,瑞士ABB公司,美國通用電氣公司(GE)、西屋電氣公司(Westing house),法國阿爾斯通公司(ALSTHOM),瑞士Landisamp。此類系統(tǒng)特點是功能簡單,整體性能指標(biāo)較低,系統(tǒng)聯(lián)結(jié)復(fù)雜,不便于運(yùn)行管理與維護(hù),為自動化系統(tǒng)的初級階段。 第三階段:面向間隔和對象(objectoriented)的分層分布式結(jié)構(gòu)模式90年代中期,隨著計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展,行業(yè)內(nèi)對計算機(jī)保護(hù)與測控技術(shù)不斷爭論和探討達(dá)成了一致的認(rèn)識,采用面向設(shè)備或間隔為對象設(shè)計的保護(hù)及測控單元,采用分層分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),形成了真正意義上的分層分布式自動化系統(tǒng)。5:提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理水平 變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展前景隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,電力工業(yè)作為很重要的國家戰(zhàn)略企業(yè),十分重視電力系統(tǒng)綜合自動化技術(shù)的發(fā)展,實現(xiàn)變電站綜合自動化,這是電力工業(yè)發(fā)展的趨勢。應(yīng)用前景十分的巨大。 集中式綜合自動化系統(tǒng):它是按功能要求配置相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置和遠(yuǎn)動裝置并安裝在變電站的中央控制室內(nèi)。它的特點是將變電站中所有的信息統(tǒng)一集中處理,形成一個系統(tǒng),并符合傳統(tǒng)的變電站運(yùn)行模式。微機(jī)保護(hù)單元和單回路的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控單元與I/O通信控制器相互之間用網(wǎng)絡(luò)電纜連接起來,僅做數(shù)據(jù)信息的傳送。設(shè)備層為0層,單元層為1層,變電站層為2層。單元層本身就是兩級系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 集中和分散結(jié)合式綜合自動化系統(tǒng):隨著單片機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,特別是現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用,一種發(fā)展趨勢是按每個電網(wǎng)元件,比如一臺變壓器,一臺斷路器等為對象,集測量,保護(hù),控制為一體,設(shè)計在同一機(jī)箱內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)方式具有分散式結(jié)構(gòu)的全部優(yōu)點,并且由于采用了集中式組屏,有利于系統(tǒng)的設(shè)計,安裝以及維護(hù)管理。所采集的數(shù)據(jù)分為三大類:模擬量,開關(guān)量和脈沖量。 監(jiān)控: 綜合自動化系統(tǒng)提供方便可靠的人機(jī)對話,運(yùn)行人員利用鍵盤和顯示器操作開關(guān),刀閘和變壓器分接頭。手動操作分為三種方式:鍵盤操作,把手操作,保護(hù)柜操作。變電站監(jiān)控的內(nèi)容主要有以下幾個方面:(1) :跳閘統(tǒng)計:統(tǒng)計開關(guān)跳閘次數(shù)。為了保證可靠性,應(yīng)多次采樣后才能確定。以使無功和電壓滿足要求。當(dāng)電容器檢修時,不應(yīng)參與控制。(2) : 具有事故追憶功能。變電站保護(hù)分為以下幾種類型:(1): 線路保護(hù):包括電流速斷保護(hù),定時限過電流保護(hù),方向性電流保護(hù),零序電壓,電流及方向保護(hù),反時限過流保護(hù),高頻保護(hù),距離保護(hù)。零序保護(hù),高壓側(cè)備用電源自投和低壓側(cè)備電源自投。其他如保護(hù)柜,變送器柜,電度表柜,監(jiān)控柜,交直流電源柜等均放在模擬屏后,或分置于其他房間。打印機(jī)和鍵盤。微機(jī)臺內(nèi)裝主機(jī)和微機(jī)電源,微機(jī)臺上放CRT,打印機(jī)和鍵盤。保護(hù)柜內(nèi)各單元應(yīng)有獨立的交流輸入,獨立電源,獨立出口,應(yīng)有可靠的抗干擾措施。開入板,模入板等,方便維護(hù),并可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā)。第二階段以多單片機(jī)構(gòu)成的多cpu硬件結(jié)構(gòu)為主,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),硬件軟件的設(shè)計吸取了第一代微機(jī)保護(hù)裝置的成功運(yùn)行經(jīng)驗,利用多cpu的特點,強(qiáng)化了自檢和互檢功能,使硬件故障可以定位,對保護(hù)的跳閘出口回路,具有完善的抗干擾措施以及防止拒動和誤動的措施。單片機(jī)通過大規(guī)模集成電路技術(shù)將CPU ,ROM, RAM, 和I/O接口電路封裝在一塊芯片中,具有可靠性高,接口設(shè)計簡單,運(yùn)行速度快,功耗低,性價比高的優(yōu)點。運(yùn)行能力也得到了大大的加強(qiáng),出現(xiàn)了無須進(jìn)行外部擴(kuò)展的所謂總線不出芯片的新型微機(jī)保護(hù)。由于單片機(jī)價格低廉,因此,微機(jī)保護(hù)由當(dāng)初的單CPU的硬件結(jié)構(gòu)為主發(fā)展到為多單片機(jī)構(gòu)成的多CPU硬件結(jié)構(gòu)為主??焖俚闹噶钪芷?,哈佛結(jié)構(gòu),流水操作,專用的乘法器,特殊的指令,加上集成電路優(yōu)化設(shè)計,可以使DSP的指令周期達(dá)到200ns。隨著數(shù)字信號處理器芯片和開發(fā)工具的價格下降,可以預(yù)期數(shù)字信號處理器將會在微機(jī)繼電保護(hù)裝置中發(fā)揮重要的作用。為了節(jié)省CPU的工作時間,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在變化完成后的得到的數(shù)字輸出不需要經(jīng)過CPU控制,而經(jīng)DMA控制直接存入本插件的RAM中。主要優(yōu)點是:通過光電耦合器與CPU接口,因此抗干擾能力強(qiáng),容易實現(xiàn)多單片機(jī)系統(tǒng)的多CPU接口。采樣率的提高導(dǎo)致了采樣間隔的縮短,從而留給CPU進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)預(yù)處理,保護(hù)啟動計算,主保護(hù)計算的時間大大縮短。為了進(jìn)一步簡化電路設(shè)計和調(diào)試,一些半導(dǎo)體廠家將完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成到一塊芯片中,能夠自動完成所有輸入通道的數(shù)據(jù)采集而無須CPU干預(yù)。這種類型的微機(jī)保護(hù)裝置的基本特點是:電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為整套裝置的公共部分,其頻率輸出信號分別傳送給各個保護(hù)插件,再由各個保護(hù)插件完成相應(yīng)的測頻,采樣值標(biāo)度變換,保護(hù)功能計算。3個保護(hù)插件啟動元件按三取二的原則啟動各套保護(hù)裝置的出口回路,從而大大的提高了保護(hù)裝置的可靠性。因此整個保護(hù)裝置并不因為采用了多CPU技術(shù)而使可靠性大幅度的提高。由于以上的原因,在高壓和超高壓輸變電線路中,不但主保護(hù)必須雙重化配置,后備保護(hù)也必須雙重化配置。為適合變電站自動化的發(fā)展,新型微機(jī)變壓器保護(hù)也提供了基于現(xiàn)場總線的通信接口功能。③ 低壓線路的微機(jī)保護(hù):這種類型的保護(hù)裝置可以分為兩種:一種為“一對一”方式,即一套裝置實現(xiàn)一條線路的保護(hù);另一種為“一對N”方式,即一套裝置實現(xiàn)多條線路保護(hù)。為中低壓變電站廣為采用。該系統(tǒng)最初使用RS232總線,后來用到RS485總線。 RS422為全雙工,可以同時接收和發(fā)送。 LONWORKS總線LONWORKS是美國Echeton公司推出的一種新型現(xiàn)場總線。(2):通信介質(zhì)開放。(4):Lonworks通信采用了“網(wǎng)絡(luò)變量”,使網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計簡化成為參數(shù)設(shè)置增加了通信技術(shù)的可靠性。該芯片內(nèi)部裝有3個微處理器;MAC處理器完成介質(zhì)訪問控制。 CANBUS現(xiàn)場總線 CANBUS德國BOSCH公司設(shè)計的,它是一種基于優(yōu)先級的高速。(2):CANBUS網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點可分為不同的優(yōu)先級,并可滿足不同的實時要求。(7):CANBUS采用短砧結(jié)構(gòu),每一砧的有效字節(jié)數(shù)為8個,這樣傳輸時間短,受干擾的概率低,重新發(fā)送時間短,尤其適合在強(qiáng)電磁場環(huán)境下工作。 各種總線技術(shù)的優(yōu)缺點RS232總線通信速度快,距離短。CANBUS總線是基于優(yōu)先級的多主從節(jié)點結(jié)構(gòu),具有較強(qiáng)的糾錯能力,克服了RS422,和RS485總線的缺點,而與LONWORKS總線相比,具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,造價低,實用性強(qiáng)等優(yōu)點,因此CANBUS是變電站綜合自動化系統(tǒng)的一種性價比最優(yōu)的選擇。錄波網(wǎng)則傳送電力系統(tǒng)故障錄波信息。這種方案適用于中低壓變電站自動化系統(tǒng),當(dāng)用于220KV及以上的大型高壓變電站時,由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點增多,網(wǎng)絡(luò)流量增大,網(wǎng)絡(luò)帶寬就顯得不夠了,特別是當(dāng)多個保護(hù)共同動作時,網(wǎng)上沖突加劇,重發(fā)次數(shù)增多,通信效率降低,因此這種方案只使用于中小變電站自動化系統(tǒng)。 間隔以上用10MB/S的嵌入式以太網(wǎng)構(gòu)成站內(nèi)通信的主干網(wǎng)絡(luò),負(fù)責(zé)后臺機(jī),遠(yuǎn)動機(jī)等PC機(jī)和各間隔進(jìn)行通信。測控單元是整個方案的核心和關(guān)鍵。因此網(wǎng)上節(jié)點多,流量大,而帶寬卻只有78kb/s,在多臺保護(hù)同時動作等特殊情況下,網(wǎng)絡(luò)負(fù)載突然加重,這時會出現(xiàn)較嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)沖突現(xiàn)象,網(wǎng)絡(luò)通信效率下降。(2):故障錄波數(shù)據(jù)上傳輸速度大大加快。而PC機(jī)用廉價的以太網(wǎng)卡也可以聯(lián)到以太網(wǎng)上。 基于CANBUS總線的通信系統(tǒng)方案:圖1 所示為變電站綜合自動化基于CANBUS總線的分層結(jié)構(gòu)圖。:變電站內(nèi)部的通信基于CAN總線,包含兩層通信網(wǎng)絡(luò):站級CAN網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場級CAN網(wǎng)絡(luò)。所以這種方案的傳輸實時性不好。LONWORKS以這樣的方式來保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶崟r性。實際應(yīng)用中表明,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不超過帶寬的37%時,網(wǎng)絡(luò)上的沖突率很低,以太網(wǎng)的傳輸效率是有保障的。除了西門子公司外,還有ABB公司生產(chǎn)的SCS100和SCS200。與國外產(chǎn)品相比,國內(nèi)產(chǎn)品雖然在技術(shù)性能上存在一定的差距,但是也有其本身的特點。而通信協(xié)議就是整個系統(tǒng)通信部分的核心。如果單純采用擴(kuò)大計算機(jī)內(nèi)存的數(shù)量的方式不僅
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