【正文】 ............................................................. 31 配電變壓器保護 .......................................................................... 36 饋線保護 .................................................................................... 37 備自投保護 ................................................................................. 37 測控及自檢功能的配置 ................................................................ 37 小結 ........................................................................................................ 38 第 5 章 總結 .................................................................................................. 39 致謝 .................................................................................................................... 40 參考文獻 ............................................................................................................. 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)濟運行再很大程度上依賴于變電站繼電保護，控制和監(jiān)控技術的完善程度以及它們的可靠性，技術特性指標和經(jīng)濟性等多方面的 因素。 變電站綜合自動化系統(tǒng)是一種以計算機為主，將變電站的一，二次設備經(jīng)過功能組合形成 的標準化，模塊化，網(wǎng)絡化的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。通過利用先進的綜合自動化技術，提高了供電質量，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，減少了維護工作量，減少了值班員勞動強度。 （ 3） ：工藝結構條件優(yōu)越 。 （ 6） ：可以進行遠方監(jiān)控。它的缺點是對運行的可靠性要求極高，任何形式的檢修維護都將迫使一次設備的停止。隨著高電壓等級的推廣，其設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) 人機操作界面接口統(tǒng)一化，運行操作無線化 無人無建筑小室的變電站，變電運行人員如果在就地查看設備和控制操作，將通過一個手持式可視無線終端 ，邊監(jiān)視一次設備邊進行控制操作，所有相關的量化數(shù)據(jù)將顯示在可視無線終端上。其實時運行數(shù)據(jù)庫可通過嚴密的安全防護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)采集和一次設備一體化 除了常規(guī)的電流電壓，有功無功，開關狀態(tài)等信息采集外，對一些設備的在線狀態(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，整體性能指標較低，系統(tǒng)聯(lián)結復雜，不便于運行管理與維護，為自動化系統(tǒng)的初級階段。 第三階段：面向間隔和對象 (objectoriented)的分層分布式結構模式 90 年代中期，隨著計算機技術、網(wǎng)絡和通信技術的飛速發(fā)展，行業(yè)內(nèi)對計算機保護與測控技術不斷爭論和探討達成了一致的認識， 采用面向設備或間隔為對象設計的保護及測控單元，采用分層分布式的系統(tǒng)結構，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的繼電保護裝置和遠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)的變電站運行模式。微機保護單元和單回路的數(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)絡電纜連接起來，僅做數(shù)據(jù)信息的傳送。設備層為 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)的結構。 集中和分散結合式綜合自動化系統(tǒng)： 隨著單片機技術和通信技術的發(fā)展，特別是現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)絡技術的應用，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，控制為一體，設計在同一機箱內(nèi)。這種結構方式具有分散式結構的全部優(yōu)點，并且由于采用了集中式組屏，有利于系統(tǒng)的設計，安裝以及維護管理。所采集的數(shù)據(jù)分為三大類：模擬量，開關量和脈沖量。 監(jiān)控： 綜合自動化系統(tǒng)提供方便可靠的人機對話，運行人員利用鍵盤和顯示器操作開關，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)計開關跳閘次數(shù)。為了保證可靠性，應多次采樣后才能確定。以使無功和電壓滿足要求。當電容器檢修時，不應參與控制。 (2) : 具有事故追憶功能。 變電站保護分為以下幾種類型： (1): 線路保護：包括電流速斷保護，定時限過電流保護，方向性電流保護，零序電壓，電流及方向保護，反時限過流保護，高頻保護，距離保護。零序保護，高壓側備用電源自投和低壓側備電源自投。其他如保護柜，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。打印機和鍵盤。微機臺內(nèi)裝主機和微機電源， 微機 臺上放 CRT，打印機和鍵盤。保護柜內(nèi)各單元應有獨立的交流輸入，獨立電源，獨立出口，應有可靠的抗干擾措施。開入板，模入板等，方便維護，并可在此基礎上進一步開發(fā)。 第二階段以多單片機構成的多 cpu 硬件結構為主，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為電壓頻率轉換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，硬件軟件的設計吸取了第一代微機保護裝置的 成功運行經(jīng)驗，利用多 cpu 的特點，強化了自檢和互檢功能，使硬件故障可以定位，對保護的跳閘出口回路，具有完善的抗干擾措施以及防止拒動和誤動的措施。 單片機通 過大規(guī)模集成電路技術將 CPU ,ROM, RAM, 和 I/O 接口電路封裝在一塊芯片中，具有可靠性高，接口設計簡單，運行速度快，功耗低，性價比高的優(yōu)點。運行能力也得到了大大的加強，出現(xiàn)了無須進行外部擴展的所謂總線不出芯片的新型微機保護。 由于單片機價格低廉，因此，微機保護由當初的單 CPU 的硬件結構為主發(fā)展到為多單片機構成的多 CPU 硬件結構為主。快速的指令周期，哈佛結構，流水操作，專用的乘法器，特殊的指令，加上集成電路優(yōu)化設計，可以使DSP 的指令周期達到 200ns。隨著數(shù)字信號處理器芯片和開發(fā)工具的價格下降，可以預期數(shù)字信號處理器將會在微機繼電保護裝置中發(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，容易實現(xiàn)多單片機系統(tǒng)的多 CPU 接口。采樣率的提高導致了采樣間隔的縮短，從而留給 CPU 進行采樣數(shù)據(jù)預處理，保護啟動計算，主保護計算的時間大大縮短。為了進一步簡化電路設計和調試，一些半導體廠家將完整的數(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。這種類型的微機保護裝置的基本特點是：電壓頻率轉換原理的數(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插件，再由各個保護插件完成相應的測頻，采樣值標度變換，保護功能計算。 3 個保護插件啟動元件按三取二的原則啟動各套保護裝置的出口回路，從而大大的提高了保護裝置的可靠性。因此整個保護裝置并不因為采用了多 CPU 技術 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，不但主保護必須雙重化配置，后備保護也必須雙重化配置。為適合變電站自動化的發(fā)展，新型微機變壓器保護也提供了基于現(xiàn)場總線的通信接口功能。 ③ 低壓線路的微機保護： 這種類型的保護裝置可以分為兩種：一種為 “一對一 ”方式，即一套裝置實現(xiàn)一條線路的保護；另一種為 “一對 N”方式，即一套裝置實現(xiàn)多條線路保護。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)： 通信介質開放。 (4)： Lonworks 通信采用了 “網(wǎng)絡變量 ”，使網(wǎng)絡通信的設計簡化成為參數(shù)設置 增加了通信技術的可靠性。該芯片內(nèi)部裝有 3 個微處理器；MAC 處理器完成介質訪問控制。 CANBUS 現(xiàn)場總線 CANBUS 德國 BOSCH 公司設計的，它是一種基于優(yōu)先級的高速。 (2)： CANBUS 網(wǎng)絡上節(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 采用短砧結構，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，尤其適合在強電磁場環(huán)境下工作。 各種總線技術的優(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)點結構，具有較強的糾錯能力，克服了 RS422，和 RS485 總線的缺點，而與 LONWORKS 總線相比，具有系統(tǒng)結構簡單，造價低，實用性強等優(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)，當用于 220KV 及以上的大型高壓變電站時，由于網(wǎng)絡節(jié)點增多，網(wǎng)絡流量增大，網(wǎng)絡帶寬就顯得不夠了 ，特別是當多個保護共同動作時，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)構成站內(nèi)通信的主干網(wǎng)絡，負責后臺機，遠動機等 PC 機和各間隔進行通信。 測控單元是整個方案的核心和關鍵。因此網(wǎng)上節(jié)點多，流量大，而帶寬卻只有 78kb/s，在多臺保護同時動作等特殊情況下，網(wǎng)絡負載突然加重，這時會出現(xiàn)較嚴重的網(wǎng)絡沖突現(xiàn)象，網(wǎng)絡通信效率下降。 (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 總線的分層結構圖。 ：通 信管 理機 系統(tǒng) 的C P UR O M 實 時 R A MM A X 2 3 2鍵 盤 輸 入液 晶 顯 示工 業(yè) M O D E MC A N 總線 接口C A N 總線 接口P CC A N 卡監(jiān) 控 主機遠 方 通 信備 用 串 口至 監(jiān) 控 保 護 單 元 變電站內(nèi)部的通信基于 CAN 總線，包含兩層通信網(wǎng)絡：站級 CAN 網(wǎng)絡和現(xiàn)場級 CAN 網(wǎng)絡。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)絡傳輸?shù)膶崟r性。實際應用中表明，當網(wǎng)絡負荷不超過帶寬的 37%時，網(wǎng)絡上的沖突率很低，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 采用擴大計算機內(nèi)存的數(shù)量的方式不僅是不經(jīng)濟的，也是有限的。目前我們主要使用的有以下通信協(xié)議 : IEC8705101 通信協(xié)議（遠動通信標準）， IEC8705102 通信協(xié)議（電量采集通信標準）， IE87051103 通信協(xié)議（保護傳輸通信標準）。 (2) ： 傳輸衰耗少，適合長距離傳輸。無漏信號和串音干擾。其中 SDH光端機具有自愈功能，并可以支持多個光方向，通常用 SDH 光纖網(wǎng)組成主干通信通道， PDH 用于信息量不大的點對點連接。通常實現(xiàn)開閉所 RTU 至主站信息的傳輸，同時