【正文】 強大的通訊接口能力，主要通訊部件雙備份冗余設計（雙 CPU，雙電源等），采用光纖總線等等，使現代化的綜合自動化變電站的各種智能設備通過網絡組成一個統一的，互相協調工作的整體。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一個控制小室，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。微機保護裝置具有串行通信功能，與變電所微機監(jiān)空系統的通信聯絡使微機保護具有遠方監(jiān)控特性。體現在硬件比較通用，制造容易統一標準。變電站綜合自動化系統是在 計算機技術和網絡通信技術的基礎上發(fā)展起來的。變電站的綜合自動化，是將變電站的二次設備經過功能的重新組合和優(yōu)化設計，利用先進的計算機技術，自動化技術和通信技術，實現對全變電站的主要設備和輸配電線路的自動監(jiān)視，測量，控制和微機保護，以及調度通信等綜合性的自動化功能。計算機技術的發(fā)展，推動了電力系統計算機自動化技術的發(fā)展，變電站綜合自動化技術也日趨完善。但是，目前國內還沒有出臺變電站綜合自動化系統的詳細要求和制造標準，國內市場上變電站綜合自動化產品的類型及系統結構也各不相同，因此，選擇一種理想的自動化系統，合理組態(tài)是工程設計和應用的重點。畢業(yè)設計（論文） 題 目 變電站綜合自動化的研究與設計 班 級 姓 名 指導教師 2 摘 要 隨著高新技術的發(fā)展和應用，對電能質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系統必須適應這種新形勢，因此，改善電網結構，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。本文通過對一重點電力工程的全過程設計，提出了一系列滿足現場實際和工程需要的技術要求，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，在對市場和產品充分調研下，提出了基 于總線型的分散分布式綜合自動化系統是一種比較成熟和實用的系統，并進行了合理選型和組態(tài)，改良了產品中不符合現場需要的部分，完成了該變電站綜合自動化系統的設計和實施。它為調度中心提供了廠站端的運行情況，通過控制操作和閉鎖，可以實現變電站當地和遠方的監(jiān)視和控制；為遠方的遙調，遙測，遙控，遙信和反事故措施提供了可靠的技術保障；無人職守的變電站提高了供電的可靠性又實現了減員增效。變電站綜合自動化系統代替了常規(guī)的測量和監(jiān)視儀表，代替了常規(guī)控制屏，中央信號系統和遠動屏，用微機 保護代替了常規(guī)的繼電保護屏，解決了常規(guī)的繼電保護裝置不能與外界通信的問題。 與傳統的繼電保護相比較，微機保護具有許多優(yōu)點： （ 1） 改善和提高了繼電保護的動作特性和性能，動作正確率高。 （ 4） 可靠性提高。 變電站綜合自動化系統的發(fā)展趨勢 （ 1） 保護監(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)定的進行信息采集以及對設備狀態(tài)進行控制。 (2) 設備安裝就地化，戶外化 綜合自動化裝置將和一次設備整合在一起，其電氣的抗干擾性能，設備抗熱，抗寒，抗雨雪，防腐蝕等各項環(huán)境指標將達到極高的地步。這將極大的減少整個變電站的二次電纜，使變電站的建設簡化，快速，設備調試簡單。 (5) 全站數據標準化 變電站的智能監(jiān)控裝置將無電壓等級劃分，只是下載參數設置版本不同。光電式電流電壓互感器的應用，必將給數據采集控制系統帶來全新的模式。 隨著微處理器技術、計算機網絡技術、數字通信技術的發(fā)展，人們可以利用現代先進的技術和設備來組成一個自動化的控制和保護系統，改變傳統二次設備模式，做到設備簡化，信息共享，減少變電站的造價和運行維護費用。五大類產品的不斷發(fā)展及其功能相互滲透，推動了變電站自動化系統的發(fā)展，產生了多種多樣的系 統模式，按系統模式出現的時間順序可將變電站自動化系統的發(fā)展分為三個階段： 第一階段：面向功能設計的集中式 RTU 加常規(guī)繼電保護模式 80 年代是以 RTU 為基礎的遠動裝置及當地監(jiān)控為代表。此類系統的出現是由于當時國內電力系統保護和遠動分屬于不同部門和專業(yè)，另外對繼電保護與測控裝置在技術上如何融和沒有達成一致的認識，故相當一部分尤其是 110KV 及以下電壓等級自動化系統采用此類模式。 變電站實現綜合自動化的優(yōu)越性 （ 1） 提高供電質量，提高電壓合格率 （ 2） 提高變電站的安全，可靠運行水平。雖然變電站綜合自動化技術在 80 年代后才被開發(fā)應用。下來介紹了國內外變電站綜合自動化的發(fā)展過程和巨大的前景應用。各進出線以及其他電氣設備的運行狀態(tài)通過 ct,pt，開關輔助觸點有電纜傳送到變電站的中央控制室的保護裝置和遠動裝置內。缺點是組屏多，占地面積大，而且需要鋪設大量的電纜，投資量和工程量大，接線復雜，獨立單元較多，維護工作量大，運行不可靠。缺點是運行時仍不是很穩(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部件。變電站層設現場總線或局域網，供各主機之間和監(jiān)控主機和單元層之間交換信息。這種結構方式介于集中式和分散式之間。 12 變電站綜合自動化系統的功能 變電站綜合自動化系統的功能主要包括監(jiān)測，監(jiān)控，遠傳，保護四部分。 (2) 開關量 ： 變電站內需要監(jiān)測的各種開關量，包括各個開關，刀閘，變壓器分接頭，繼電保護動作信息，開關機構運行狀態(tài)，交直流電源運行狀態(tài)，各微機運行狀態(tài)等。所有操作的可靠性在軟硬件設計中都應符合雙重化原則。保護柜操作可通過保護機鍵盤或柜上按 扭實現。 (2) 接地選相：對于中性點不接地系統，當電網出現單相接地故障時利用零序電壓，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。運行人員按照提示，用人工檢除方法跳開開關自動 重合，驗證主機的判斷。電容器。 保護 微機保護不僅有較高的可靠性和靈敏性，而且使用方便。 (3) 具備實時自檢功能。 (2) 變壓器保護： 包括差電流速斷保護，帶二次諧波制動的比例差動保護。 4： 母線保護：包括完全電流差動母線保護和電流比相式 變電站綜合自動化系統的硬件配置 綜合自動化系統變電站主控室的結構分為三類 (1) 模擬屏式 ： 在主控室模擬屏前設微機臺，臺內裝微機及 UPS 電源，臺上放主機顯示器 CRT，鍵盤和打印機。在控制臺對面設保護柜，變送器柜，監(jiān)控柜，電度表柜和交直流電源柜等設備。 主 控 室 前 部 的控 制 臺上 面 安 裝 顯 示 器 ， 打 印 機 ，鍵 盤 ， 模 擬 主 接 線 ， 操 作 把手 ， 必 要 儀 表保 護 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)微機臺式 ： 在主控室前部設微機臺，無模擬憑，無控制臺。不同功能的硬件之間只能有信息交換，不應有電的直接聯系。 (2) 軟硬件模塊化，方便維護和擴展。滿足在強電場，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。再現階段，在一些微機繼電保護裝置中，個別產品也采用了性能更好，功能更強大的工業(yè)控制計算機。 新型高性能的單片機性能得到了很大的提高。高性能單片機包含了微機保護所需要的各種硬件功能，使新型微機保護的電路設計異常簡單可靠。 DSP 具有強大的處理功能，在相同的主頻率下，甚至比目前最先進的個人計算機快 10—50 倍。濾序和傅立葉變換算法的主要時間，不但可以完成數據采集，信號處理的功能，還可以完成以往主要由 COU完成的運算功能，甚至完成獨立的繼電保護功能。模擬量多路轉換開關采用硬件電路控制記數自動進位切換通道號。 ② 電壓頻率轉換原理的計數式數據采集系統 第 2 代微機線路保護的 VFC (電壓頻率保護 ) 數據采集系統中，為了提高數據采集系統的采集速度，每個模擬輸入通道都需要使用單獨的電壓頻率轉換 /光耦合器，其輸出頻率信號送至可編程計數器 8255 進行頻率測量，在每個數據采集周期由 CPU 讀取可編程計數器的計數值，并進行標度變換以獲得實際的采樣植。在變電站的母線保護，變壓器保護和發(fā)電機保護中，由于需要進行采樣的電流通道很多，對采樣的速度也有很高的要求。當保護裝置使用單片機時，目前使用的 VFC 數據采集系統難以滿足要求，必須對此單獨進行考慮。對于高壓和超高壓輸電線路微機保護裝置，多單片機構成的多 CP U 硬件結構已成為現行的實際標準。通信控制，保護 CPU 運行狀態(tài)監(jiān)控等功能。如果模擬輸入通道和數據采集系統發(fā)生故障，那麼輸入 3 個 CPU 插件的故障數據將不在準確，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 CPU 插件或者零序保護 CPU 插件發(fā)生故障時，即使線路的主保護可以正常工作，仍將失去遠方后備保護的功能。比如采用了高壓線路保護類似的 VFC 數據采集系統和高性能單片機構成的雙 CPU 系統，變壓器主保護與變壓器各側的后備保護分別采用不同的 CPU完成保護功能?？梢源蟠罂s短微機保護裝置的開發(fā)周期，實現微機繼電保護裝置的系列 19 化和標準化，便于運行部門的運行維護，必將在微機保護的發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。它具有分布式結構的全 部優(yōu)點而且又便于設計安裝及運行維護。 REF542plus 具有保護，測量，控制，監(jiān)測的功能。通過定植的整定，每段過流保護可以選擇是否經過復壓元件閉鎖，是否經過方向元件閉鎖以及方向元件的設定。 (2): 三段式零壓閉鎖零序過流保護 配有三段共九時限（每段三時限 ）的 零壓閉鎖零序過流保護，作為變壓器中性點接地運行方式下的接 地保護。作為變壓器中性點接地運行方式下的接地保護，每段都可以獨立投退。閉鎖有載調壓可選擇常開或常閉觸點。 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，串聯電抗器等回路發(fā)生相間短路。為防止電容器未投時誤發(fā)信號或保護動作后 裝置不復 22 歸，過電壓保護中加有斷路器位置判斷≥1amp。 amp。 (4) 不平衡電流保護 反映了電容器組內部的故障。I u n b I s e t零 序 電 流 保護 投 入s wt0跳 閘不 平 衡 電 流 保 護 原 理 圖 (5) 不平衡電壓保護 當雙星型接線采用不平衡電壓保護時，可用電壓互感器的一次繞組串在中性線中，當某電容器組發(fā)生多臺電容器故障時，故障電容器組所在星型的中性點電位發(fā)生偏移，從而產生不平衡電壓，當 UunbUset 時，保護動作。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。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 原 理 框 圖 (8)橋差電流保護 三相橋差電流保護為反應橋式接線電容器內部短路而設置。當差流超過定值時，保護系統動作。 恢復正常后，告警自動消失。 (3) 過負荷保護 和上面的電容器過負荷保護相同。 (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 中性點不接地系統：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 數據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，系統安全，可靠。微機保護除了所具有的繼電保護功能外，還需具有其它功能。系統應能顯示故障時間、電流、電壓大小、開關變位、保護動作狀態(tài)等。 5 ） 系統內各插件具有自診斷功能。系統對安全運行中必要的信息進行采集，主要包括以下幾個方面。 (3) 母線分段斷路器相電流。 (7) 直流系統：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。 根據設備特點及確保安全運行需要，可增加相應的特殊信號或對一些遙信量進行合并。 (4) 保護及安全自動裝置信號的遠方復歸。 電能量 (1) 主變壓器各側有功電能量、無功電能量及其分時電能量。 設備控制及閉鎖功能 1 ） 對斷路器和刀閘進行開合控制。 以上控制功能可以由運行人員通過 CRT 屏幕進行操作。 32 (4) 根據一次設備的實際運行狀態(tài)，自動實現斷路器、隔離開關操作閉鎖功能