【正文】 ............................................................. 31 配電變壓器保護(hù) .......................................................................... 36 饋線保護(hù) .................................................................................... 37 備自投保護(hù) ................................................................................. 37 測(cè)控及自檢功能的配置 ................................................................ 37 小結(jié) ........................................................................................................ 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(dòng)化系統(tǒng)的研究 變電站綜合自動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)是一種以計(jì)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。通過利用先進(jìn)的綜合自動(dòng)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(jià)，減少了總投資，減少了維護(hù)工作量，減少了值班員勞動(dòng)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(diǎn)是對(duì)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(jí)的推廣，其設(shè)備都將就地安裝在戶外的端子箱上，對(duì)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(gè)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(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)可通過嚴(yán)密的安全防護(hù)措施與整個(gè)電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(duì)一些設(shè)備的在線狀態(tài)檢測(cè)量化值，直接采集到監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) 中。因此，各級(jí)調(diào)度中心需要更多的信息，以便及時(shí)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(guó)西門子公司（ SIEMENS）、 AEG 公司，瑞士 ABB 公司，美國(guó)通用電氣公司（ GE）、西屋電氣公司（ Westing house），法國(guó)阿爾斯通公司（ ALSTHOM），瑞士 Landisamp。此類系統(tǒng)特點(diǎn)是功能簡(jiǎn)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(dòng)化系統(tǒng)的初級(jí)階段。 第三階段：面向間隔和對(duì)象 (objectoriented)的分層分布式結(jié)構(gòu)模式 90 年代中期，隨著計(jì)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(duì)計(jì)算機(jī)保護(hù)與測(cè)控技術(shù)不斷爭(zhēng)論和探討達(dá)成了一致的認(rèn)識(shí)， 采用面向設(shè)備或間隔為對(duì)象設(shè)計(jì)的保護(hù)及測(cè)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(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)的 發(fā)展前景 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電力工業(yè)作為很重要的國(guó)家戰(zhàn)略企業(yè)，十分重視電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化，這是電力工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。應(yīng)用前景十分的巨大。 集中式綜合自動(dòng)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(dòng)裝置并安裝在變電站的中央控制室 內(nèi)。它的特點(diǎn)是將變電站中所有的信息統(tǒng)一集中處理，形成一個(gè)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(jí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。 集中和分散結(jié)合式綜合自動(dòng)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(chǎng)總線和局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，一種發(fā)展趨勢(shì)是按每個(gè)電網(wǎng)元件，比如一臺(tái)變壓器，一臺(tái)斷路器等為對(duì)象，集測(cè)量，保護(hù)，控制為一體，設(shè)計(jì)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?jī)?yōu)點(diǎn)，并且由于采用了集中式組屏，有利于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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(dòng)化系統(tǒng)提供方便可靠的人機(jī)對(duì)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(dòng)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(gè)方面 ： (1) ： 跳閘統(tǒng)計(jì)：統(tǒng)計(jì)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(shí)，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(shí)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(shí)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(tái)內(nèi)裝主機(jī)和微機(jī)電源， 微機(jī) 臺(tái)上放 CRT，打印機(jī)和鍵盤。保護(hù)柜內(nèi)各單元應(yīng)有獨(dú)立的交流輸入，獨(dú)立電源，獨(dú)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(jì)數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，硬件軟件的設(shè)計(jì)吸取了第一代微機(jī)保護(hù)裝置的 成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，利用多 cpu 的特點(diǎn)，強(qiáng)化了自檢和互檢功能，使硬件故障可以定位，對(duì)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(dòng)和誤動(dòng)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(jì)簡(jiǎn)單，運(yùn)行速度快，功耗低，性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。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(jià)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。快速的指令周期，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(jì)，可以使DSP 的指令周期達(dá)到 200ns。隨著數(shù)字信號(hào)處理器芯片和開發(fā)工具的價(jià)格下降，可以預(yù)期數(shù)字信號(hào)處理器將會(huì)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(shí)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(diǎn)是：通過光電耦合器與 CPU 接口，因此抗干擾能力強(qiáng)，容易實(shí)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(dòng)計(jì)算，主保護(hù)計(jì)算的時(shí)間大大縮短。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)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(dòng)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(diǎn)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(hào)分別傳送給各個(gè)保護(hù)插件，再由各個(gè)保護(hù)插件完成相應(yīng)的測(cè)頻，采樣值標(biāo)度變換，保護(hù)功能計(jì)算。 3 個(gè)保護(hù)插件啟動(dòng)元件按三取二的原則啟動(dòng)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(gè)保護(hù)裝置并不因?yàn)椴捎昧硕?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(dòng)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(chǎng)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(duì)一 ”方式，即一套裝置實(shí)現(xiàn)一條線路的保護(hù)；另一種為 “一對(duì) N”方式，即一套裝置實(shí)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(shí)接收和發(fā)送。 LONWORKS 總線 LONWORKS 是美國(guó) Echeton 公司推出的一種新型現(xiàn)場(chǎng)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(jì)簡(jiǎn)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(gè)微處理器；MAC 處理器完成介質(zhì)訪問控制。 CANBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線 CANBUS 德國(guó) BOSCH 公司設(shè)計(jì)的，它是一種基于優(yōu)先級(jí)的高速。 (2)： CANBUS 網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)可分為不同的優(yōu)先級(jí)，并可滿足不同的實(shí)時(shí)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(gè)，這樣傳輸時(shí)間短，受干擾的概率低，重新發(fā)送時(shí)間短，尤其適合在強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境下工作。 各種總線技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) RS232 總線通信速度快，距離短。 CANBUS 總線是基于優(yōu)先級(jí)的多主從節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，克服了 RS422，和 RS485 總線的缺點(diǎn)，而與 LONWORKS 總線相比，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此 CANBUS 是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的一種性價(jià)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(dòng)化系統(tǒng)，當(dāng)用于 220KV 及以上的大型高壓變電站時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(gè)保護(hù)共同動(dòng)作時(shí)，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(dòng)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(tái)機(jī)，遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)等 PC 機(jī)和各間隔進(jìn)行通信。 測(cè)控單元是整個(gè)方案的核心和關(guān)鍵。因此網(wǎng)上節(jié)點(diǎn)多，流量大，而帶寬卻只有 78kb/s，在多臺(tái)保護(hù)同時(shí)動(dòng)作等特殊情況下，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載突然加重，這時(shí)會(huì)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(jià)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(dòng)化基于 CANBUS 總線的分層結(jié)構(gòu)圖。 ：通 信管 理機(jī) 系統(tǒng) 的C P UR O M 實(shí) 時(shí) 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(jī)遠(yuǎn) 方 通 信備 用 串 口至 監(jiān) 控 保 護(hù) 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(luò)：站級(jí) CAN 網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí) CAN 網(wǎng)絡(luò)。所以這種方案的傳輸實(shí)時(shí)性不好。 LONWORKS 以這樣的方式來保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。實(shí)際應(yīng)用中表明，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不超過帶寬的 37%時(shí)，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(guó)外產(chǎn)品相比，國(guó)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(diǎn)。而通信協(xié)議就是整個(gè)系統(tǒng)通信部分的核心。如果單純 采用擴(kuò)大計(jì)算機(jī)內(nèi)存的數(shù)量的方式不僅是不經(jīng)濟(jì)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(yuǎn)動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)）， IEC8705102 通信協(xié)議（電量采集通信標(biāo)準(zhǔn)）， IE87051103 通信協(xié)議（保護(hù)傳輸通信標(biāo)準(zhǔn)）。 (2) ： 傳輸衰耗少，適合長(zhǎng)距離傳輸。無漏信號(hào)和串音干擾。其中 SDH光端機(jī)具有自愈功能，并可以支持多個(gè)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。通常實(shí)現(xiàn)開閉所 RTU 至主站信息的傳輸，同時(shí)