【正文】 強(qiáng)大的通訊接口能力，主要通訊部件雙備份冗余設(shè)計(jì)（雙 CPU，雙電源等），采用光纖總線等等，使現(xiàn)代化的綜合自動化變電站的各種智能設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)組成一個(gè)統(tǒng)一的，互相協(xié)調(diào)工作的整體。這種方式最終將帶來無人值班變電站沒有建筑小室或僅設(shè)一個(gè)控制小室，它最多也就是一臺控制顯示終端?？煽啃院头€(wěn)定性要求很高。微機(jī)保護(hù)裝置具有串行通信功能，與變電所微機(jī)監(jiān)空系統(tǒng)的通信聯(lián)絡(luò)使微機(jī)保護(hù)具有遠(yuǎn)方監(jiān)控特性。體現(xiàn)在硬件比較通用，制造容易統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。變電站綜合自動化系統(tǒng)是在 計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。變電站的綜合自動化，是將變電站的二次設(shè)備經(jīng)過功能的重新組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動化技術(shù)和通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備和輸配電線路的自動監(jiān)視，測量，控制和微機(jī)保護(hù)，以及調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，推動了電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)自動化技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化技術(shù)也日趨完善。但是，目前國內(nèi)還沒有出臺變電站綜合自動化系統(tǒng)的詳細(xì)要求和制造標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)市場上變電站綜合自動化產(chǎn)品的類型及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也各不相同，因此，選擇一種理想的自動化系統(tǒng)，合理組態(tài)是工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用的重點(diǎn)。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 變電站綜合自動化的研究與設(shè)計(jì) 班 級 姓 名 指導(dǎo)教師 2 摘 要 隨著高新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，對電能質(zhì)量和供電可靠提出了新的要求，高壓、超高壓變電站的控制和保護(hù)系統(tǒng)必須適應(yīng)這種新形勢，因此，改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高供電能力與可靠性以及綜合自動化程度，以滿足日益增長的社會需求是電力企業(yè)的首要目標(biāo)。本文通過對一重點(diǎn)電力工程的全過程設(shè)計(jì)，提出了一系列滿足現(xiàn)場實(shí)際和工程需要的技術(shù)要求，分析了變電站綜合自動化所具備的功能以及發(fā)展過程和方向，在對市場和產(chǎn)品充分調(diào)研下，提出了基 于總線型的分散分布式綜合自動化系統(tǒng)是一種比較成熟和實(shí)用的系統(tǒng)，并進(jìn)行了合理選型和組態(tài)，改良了產(chǎn)品中不符合現(xiàn)場需要的部分，完成了該變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施。它為調(diào)度中心提供了廠站端的運(yùn)行情況，通過控制操作和閉鎖，可以實(shí)現(xiàn)變電站當(dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)方的監(jiān)視和控制；為遠(yuǎn)方的遙調(diào)，遙測，遙控，遙信和反事故措施提供了可靠的技術(shù)保障；無人職守的變電站提高了供電的可靠性又實(shí)現(xiàn)了減員增效。變電站綜合自動化系統(tǒng)代替了常規(guī)的測量和監(jiān)視儀表，代替了常規(guī)控制屏，中央信號系統(tǒng)和遠(yuǎn)動屏，用微機(jī) 保護(hù)代替了常規(guī)的繼電保護(hù)屏，解決了常規(guī)的繼電保護(hù)裝置不能與外界通信的問題。 與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)相比較，微機(jī)保護(hù)具有許多優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 改善和提高了繼電保護(hù)的動作特性和性能，動作正確率高。 （ 4） 可靠性提高。 變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 （ 1） 保護(hù)監(jiān)控一體化 這種方式在 35KV 及以下的電壓等級中已普遍采用，它的好處是功能按一次單元集中化，利于穩(wěn)定的進(jìn)行信息采集以及對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行控制。 (2) 設(shè)備安裝就地化，戶外化 綜合自動化裝置將和一次設(shè)備整合在一起，其電氣的抗干擾性能，設(shè)備抗熱，抗寒，抗雨雪，防腐蝕等各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)將達(dá)到極高的地步。這將極大的減少整個(gè)變電站的二次電纜，使變電站的建設(shè)簡化，快速，設(shè)備調(diào)試簡單。 (5) 全站數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 變電站的智能監(jiān)控裝置將無電壓等級劃分，只是下載參數(shù)設(shè)置版本不同。光電式電流電壓互感器的應(yīng)用，必將給數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)帶來全新的模式。 隨著微處理器技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，人們可以利用現(xiàn)代先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備來組成一個(gè)自動化的控制和保護(hù)系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)二次設(shè)備模式，做到設(shè)備簡化，信息共享，減少變電站的造價(jià)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。五大類產(chǎn)品的不斷發(fā)展及其功能相互滲透，推動了變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展，產(chǎn)生了多種多樣的系 統(tǒng)模式，按系統(tǒng)模式出現(xiàn)的時(shí)間順序可將變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展分為三個(gè)階段： 第一階段：面向功能設(shè)計(jì)的集中式 RTU 加常規(guī)繼電保護(hù)模式 80 年代是以 RTU 為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)動裝置及當(dāng)?shù)乇O(jiān)控為代表。此類系統(tǒng)的出現(xiàn)是由于當(dāng)時(shí)國內(nèi)電力系統(tǒng)保護(hù)和遠(yuǎn)動分屬于不同部門和專業(yè)，另外對繼電保護(hù)與測控裝置在技術(shù)上如何融和沒有達(dá)成一致的認(rèn)識，故相當(dāng)一部分尤其是 110KV 及以下電壓等級自動化系統(tǒng)采用此類模式。 變電站實(shí)現(xiàn)綜合自動化的優(yōu)越性 （ 1） 提高供電質(zhì)量，提高電壓合格率 （ 2） 提高變電站的安全，可靠運(yùn)行水平。雖然變電站綜合自動化技術(shù)在 80 年代后才被開發(fā)應(yīng)用。下來介紹了國內(nèi)外變電站綜合自動化的發(fā)展過程和巨大的前景應(yīng)用。各進(jìn)出線以及其他電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)通過 ct,pt，開關(guān)輔助觸點(diǎn)有電纜傳送到變電站的中央控制室的保護(hù)裝置和遠(yuǎn)動裝置內(nèi)。缺點(diǎn)是組屏多，占地面積大，而且需要鋪設(shè)大量的電纜，投資量和工程量大，接線復(fù)雜，獨(dú)立單元較多，維護(hù)工作量大，運(yùn)行不可靠。缺點(diǎn)是運(yùn)行時(shí)仍不是很穩(wěn)定。單元層一般按斷路器間隔劃分，具有測量，控制部件或繼電保護(hù)部件。變電站層設(shè)現(xiàn)場總線或局域網(wǎng)，供各主機(jī)之間和監(jiān)控主機(jī)和單元層之間交換信息。這種結(jié)構(gòu)方式介于集中式和分散式之間。 12 變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能 變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能主要包括監(jiān)測，監(jiān)控，遠(yuǎn)傳，保護(hù)四部分。 (2) 開關(guān)量 ： 變電站內(nèi)需要監(jiān)測的各種開關(guān)量，包括各個(gè)開關(guān)，刀閘，變壓器分接頭，繼電保護(hù)動作信息，開關(guān)機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)，交直流電源運(yùn)行狀態(tài)，各微機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等。所有操作的可靠性在軟硬件設(shè)計(jì)中都應(yīng)符合雙重化原則。保護(hù)柜操作可通過保護(hù)機(jī)鍵盤或柜上按 扭實(shí)現(xiàn)。 (2) 接地選相：對于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)利用零序電壓，零序電流增量以及壓降可判斷接地線路及相別，也可以利用功率方向等其它方法來判別。運(yùn)行人員按照提示，用人工檢除方法跳開開關(guān)自動 重合，驗(yàn)證主機(jī)的判斷。電容器。 保護(hù) 微機(jī)保護(hù)不僅有較高的可靠性和靈敏性，而且使用方便。 (3) 具備實(shí)時(shí)自檢功能。 (2) 變壓器保護(hù)： 包括差電流速斷保護(hù)，帶二次諧波制動的比例差動保護(hù)。 4： 母線保護(hù)：包括完全電流差動母線保護(hù)和電流比相式 變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件配置 綜合自動化系統(tǒng)變電站主控室的結(jié)構(gòu)分為三類 (1) 模擬屏式 ： 在主控室模擬屏前設(shè)微機(jī)臺，臺內(nèi)裝微機(jī)及 UPS 電源，臺上放主機(jī)顯示器 CRT，鍵盤和打印機(jī)。在控制臺對面設(shè)保護(hù)柜，變送器柜，監(jiān)控柜，電度表柜和交直流電源柜等設(shè)備。 主 控 室 前 部 的控 制 臺上 面 安 裝 顯 示 器 ， 打 印 機(jī) ，鍵 盤 ， 模 擬 主 接 線 ， 操 作 把手 ， 必 要 儀 表保 護(hù) 柜 ， 變 送器 柜 ， 監(jiān) 控柜 ， 電 度 表柜 ， 電 流 柜O P P O S I T E (3)微機(jī)臺式 ： 在主控室前部設(shè)微機(jī)臺，無模擬憑，無控制臺。不同功能的硬件之間只能有信息交換，不應(yīng)有電的直接聯(lián)系。 (2) 軟硬件模塊化，方便維護(hù)和擴(kuò)展。滿足在強(qiáng)電場，高頻影響和諧波沖擊等環(huán)境下可靠工作，并能防止雷電沖擊。再現(xiàn)階段，在一些微機(jī)繼電保護(hù)裝置中，個(gè)別產(chǎn)品也采用了性能更好，功能更強(qiáng)大的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。 新型高性能的單片機(jī)性能得到了很大的提高。高性能單片機(jī)包含了微機(jī)保護(hù)所需要的各種硬件功能，使新型微機(jī)保護(hù)的電路設(shè)計(jì)異常簡單可靠。 DSP 具有強(qiáng)大的處理功能，在相同的主頻率下，甚至比目前最先進(jìn)的個(gè)人計(jì)算機(jī)快 10—50 倍。濾序和傅立葉變換算法的主要時(shí)間，不但可以完成數(shù)據(jù)采集，信號處理的功能，還可以完成以往主要由 COU完成的運(yùn)算功能，甚至完成獨(dú)立的繼電保護(hù)功能。模擬量多路轉(zhuǎn)換開關(guān)采用硬件電路控制記數(shù)自動進(jìn)位切換通道號。 ② 電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的計(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 第 2 代微機(jī)線路保護(hù)的 VFC (電壓頻率保護(hù) ) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，為了提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集速度，每個(gè)模擬輸入通道都需要使用單獨(dú)的電壓頻率轉(zhuǎn)換 /光耦合器，其輸出頻率信號送至可編程計(jì)數(shù)器 8255 進(jìn)行頻率測量，在每個(gè)數(shù)據(jù)采集周期由 CPU 讀取可編程計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，并進(jìn)行標(biāo)度變換以獲得實(shí)際的采樣植。在變電站的母線保護(hù)，變壓器保護(hù)和發(fā)電機(jī)保護(hù)中，由于需要進(jìn)行采樣的電流通道很多，對采樣的速度也有很高的要求。當(dāng)保護(hù)裝置使用單片機(jī)時(shí)，目前使用的 VFC 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)難以滿足要求，必須對此單獨(dú)進(jìn)行考慮。對于高壓和超高壓輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置，多單片機(jī)構(gòu)成的多 CP U 硬件結(jié)構(gòu)已成為現(xiàn)行的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。通信控制，保護(hù) CPU 運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等功能。如果模擬輸入通道和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生故障，那麼輸入 3 個(gè) CPU 插件的故障數(shù)據(jù)將不在準(zhǔn)確，整套裝置不能正確工作；跳閘出口通道發(fā)生故障， 整套裝置同樣不能正確工作。在距離保護(hù) CPU 插件或者零序保護(hù) CPU 插件發(fā)生故障時(shí)，即使線路的主保護(hù)可以正常工作，仍將失去遠(yuǎn)方后備保護(hù)的功能。比如采用了高壓線路保護(hù)類似的 VFC 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和高性能單片機(jī)構(gòu)成的雙 CPU 系統(tǒng)，變壓器主保護(hù)與變壓器各側(cè)的后備保護(hù)分別采用不同的 CPU完成保護(hù)功能?？梢源蟠罂s短微機(jī)保護(hù)裝置的開發(fā)周期，實(shí)現(xiàn)微機(jī)繼電保護(hù)裝置的系列 19 化和標(biāo)準(zhǔn)化，便于運(yùn)行部門的運(yùn)行維護(hù)，必將在微機(jī)保護(hù)的發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。它具有分布式結(jié)構(gòu)的全 部優(yōu)點(diǎn)而且又便于設(shè)計(jì)安裝及運(yùn)行維護(hù)。 REF542plus 具有保護(hù)，測量，控制，監(jiān)測的功能。通過定植的整定，每段過流保護(hù)可以選擇是否經(jīng)過復(fù)壓元件閉鎖，是否經(jīng)過方向元件閉鎖以及方向元件的設(shè)定。 (2): 三段式零壓閉鎖零序過流保護(hù) 配有三段共九時(shí)限（每段三時(shí)限 ）的 零壓閉鎖零序過流保護(hù)，作為變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式下的接 地保護(hù)。作為變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式下的接地保護(hù)，每段都可以獨(dú)立投退。閉鎖有載調(diào)壓可選擇常開或常閉觸點(diǎn)。 三相電壓和大于 8V， 最大線電壓小于 16V，判為二相 PT 斷線。三段相間電流保護(hù)可以反映的故障類型有：電容器組引接母線，電流互感器，放電線圈電壓互感器，串聯(lián)電抗器等回路發(fā)生相間短路。為防止電容器未投時(shí)誤發(fā)信號或保護(hù)動作后 裝置不復(fù) 22 歸，過電壓保護(hù)中加有斷路器位置判斷≥1amp。 amp。 (4) 不平衡電流保護(hù) 反映了電容器組內(nèi)部的故障。I u n b I s e t零 序 電 流 保護(hù) 投 入s wt0跳 閘不 平 衡 電 流 保 護(hù) 原 理 圖 (5) 不平衡電壓保護(hù) 當(dāng)雙星型接線采用不平衡電壓保護(hù)時(shí)，可用電壓互感器的一次繞組串在中性線中，當(dāng)某電容器組發(fā)生多臺電容器故障時(shí)，故障電容器組所在星型的中性點(diǎn)電位發(fā)生偏移，從而產(chǎn)生不平衡電壓，當(dāng) UunbUset 時(shí)，保護(hù)動作。如圖所式 ：c 1c 2橋 差 電 壓 接 線 原 理 圖 TV 的一次繞組可以兼做電容器組的放電回路，二次繞組接成壓差式即反極性相串聯(lián)。U a U s e tU b U s e tU c U s e t橋 差 投 入s wH 1T 10跳 閘橋 差 電 壓 保 護(hù) 原 理 框 圖 (8)橋差電流保護(hù) 三相橋差電流保護(hù)為反應(yīng)橋式接線電容器內(nèi)部短路而設(shè)置。當(dāng)差流超過定值時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)動作。 恢復(fù)正常后，告警自動消失。 (3) 過負(fù)荷保護(hù) 和上面的電容器過負(fù)荷保護(hù)相同。 (6) PT 斷線告警 三相電壓均小于 16V，某相電流大于 ，判斷為三相失壓。低電壓元件檢測三個(gè)線電壓的值，過流 1， 2，3 段來判斷邏輯是否一致。 (4)小電流單相接地保護(hù) 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)：零序電壓啟動，零序電流的方向和大小判別接地回路。裝置具有多種備投方案，并有PT 斷線告警功能。 B ： 測控功能 (1) 遙測功能：對于相電壓輸入的接線方式，裝置可以完成一條線路的測量，總共有 15 條線路。 (2) 一個(gè)可選的 CANBUS 接口，通信速率可選。 (2) 采用 16 位 A/D 采集芯片，提高了 數(shù)據(jù)采集的分辨率和測量精度。 (7) 具有豐富的通信接口。 (11) 具有看門狗和電源監(jiān)測電路，系統(tǒng)安全，可靠。微機(jī)保護(hù)除了所具有的繼電保護(hù)功能外，還需具有其它功能。系統(tǒng)應(yīng)能顯示故障時(shí)間、電流、電壓大小、開關(guān)變位、保護(hù)動作狀態(tài)等。 5 ） 系統(tǒng)內(nèi)各插件具有自診斷功能。系統(tǒng)對安全運(yùn)行中必要的信息進(jìn)行采集，主要包括以下幾個(gè)方面。 (3) 母線分段斷路器相電流。 (7) 直流系統(tǒng)：浮充電壓、蓄電池端電壓、控制母線電壓、充電電流。 (2) 斷路器遠(yuǎn)方 /就地切換信號。 (6) 自動裝置 (功能 )投切、動作、故障信號，如 ：電壓無功綜合控制、低周減載、備用電源裝置等。 根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)及確保安全運(yùn)行需要，可增加相應(yīng)的特殊信號或?qū)σ恍┻b信量進(jìn)行合并。 (4) 保護(hù)及安全自動裝置信號的遠(yuǎn)方復(fù)歸。 電能量 (1) 主變壓器各側(cè)有功電能量、無功電能量及其分時(shí)電能量。 設(shè)備控制及閉鎖功能 1 ） 對斷路器和刀閘進(jìn)行開合控制。 以上控制功能可以由運(yùn)行人員通過 CRT 屏幕進(jìn)行操作。 32 (4) 根據(jù)一次設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，自動實(shí)現(xiàn)斷路器、隔離開關(guān)操作閉鎖功能