【正文】 速網(wǎng)絡(luò)通訊。 在當(dāng)前大量應(yīng)用的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，由于一次設(shè)備的智能化尚未實(shí)現(xiàn)，過(guò)程的功能實(shí)際全部由間隔層的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模式 早期的集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式 這種系統(tǒng)集中采集變電站的模擬量 、 開(kāi)關(guān)量和脈沖量等信息 ， 集中進(jìn)行計(jì)算和處理 ， 分別完成微機(jī)監(jiān)控 、 保護(hù)和一些自動(dòng)控制功能 。 而監(jiān)控主機(jī)主機(jī)則獨(dú)立從間隔設(shè)備層獲取數(shù)據(jù)信息 。 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)配置的指導(dǎo)思想 （ 一 ） ① 通訊網(wǎng)絡(luò)首選采用以太網(wǎng)通訊 ② 監(jiān)控主機(jī)應(yīng)直接與間隔層 IED交互信息 ③ 采用獨(dú)立的嵌入式設(shè)計(jì)的通訊管理機(jī)與遠(yuǎn)方系統(tǒng)通訊 ④ 除骨干網(wǎng)外 ， 應(yīng)采用星型拓?fù)浣档途W(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度 。 ? 電壓等級(jí)為 110kV線路、主變壓器保護(hù)監(jiān)控宜組 屏 安裝于中控室或保護(hù)室內(nèi) 。 通訊管理機(jī)完成于遠(yuǎn)方系統(tǒng)的信息交互 ， 公共測(cè)控裝置完成直流屏 、 交流屏 、 火災(zāi) 、 保安等設(shè)備的信號(hào)采集 。 第 3章 監(jiān)控系統(tǒng)的操作和使用 監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)和要求 監(jiān)控系統(tǒng)的任務(wù)： 完成一次設(shè)備的監(jiān)視 、 控制 、 數(shù)據(jù)采集 、 事件順序記錄及顯示 、 使值班人員把握安全控制 、 事故處理的主動(dòng)性 ，減少和避免誤操作 ， 縮短事故停電時(shí)間 ， 提高運(yùn)行管理水平 ， 減少變 、 配電損失 。 在交流采樣方式中 ， 對(duì)于有功功率和無(wú)功功率 ， 是通過(guò)采樣所得到的u、 i ， 計(jì)算出 P、 Q。 一般用 A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)來(lái)表示分辨率。由于變電站 IED內(nèi)部噪音約為 1~5mV。但高于掃描周期高速變化信號(hào)則無(wú)法捕捉。累加值達(dá)到整定值則動(dòng)作 返回系數(shù)的處理 ： 返回系數(shù)理論可為 1，但一般設(shè)定 ~，目的在于： ? 被測(cè)量在動(dòng)作邊界時(shí)有一個(gè)明確的輸出結(jié)果 ? 保證輸出接點(diǎn)不抖動(dòng)以延長(zhǎng)接點(diǎn)壽命 定時(shí)限欠量保護(hù)的實(shí)現(xiàn) 定時(shí)限欠量保護(hù)種類： 低電壓保護(hù)、電機(jī)失載保護(hù)、全阻抗距離保護(hù)、低頻減載等 定時(shí)限欠量 保護(hù)的基本判據(jù)： ??????即速斷保護(hù)為時(shí)間定值，為整定值有效值、或、為0 ,ZF zdT z dT z dT z dtV z dIUVVV動(dòng)作時(shí)間和返回系數(shù)的處理與過(guò)量保護(hù)類似，所不同的是，對(duì)欠量保護(hù)而言，返回系數(shù)常設(shè)為 ~ 矢量保護(hù)的實(shí)現(xiàn) 矢量保護(hù)以判別角度是否滿足動(dòng)作范圍為主，矢量保護(hù)的 種類包括： 方向繼電器、姆歐繼電器等 姆歐繼電器動(dòng)作方程： 為極化電壓pUIZUpUA r gZD??????? 902 7 0 ??為最大靈敏角 9090 ???? ??????IeUA r g j正方向繼電器動(dòng)作方程： 顯然，上述兩個(gè)判別式可以簡(jiǎn)化其特征矢量的實(shí)部的極性判別。 Arg U1/I1 θ+90176。 ?提供多個(gè)網(wǎng)口和各種串行通訊接口 ?支持同時(shí)與多個(gè)主站系統(tǒng)交互數(shù)據(jù) ?支持各種常規(guī)通訊協(xié)議，可接入站內(nèi)各 IED設(shè)備 ?支持雙機(jī)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)冗余配置 ?內(nèi)置大容量非易失性存儲(chǔ)器，能夠保持一段時(shí)期內(nèi)的全站重要?dú)v史數(shù)據(jù) 在線監(jiān)測(cè)設(shè)備 現(xiàn)行高壓設(shè)備定期檢修制度的弊端 ?停電試驗(yàn)，減少設(shè)備的可用時(shí)間 ?不能真實(shí)反映設(shè)備的運(yùn)行狀況。 采用分層式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 只有分層式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，才能滿足分層分布式的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)分層式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)既使過(guò)程層通訊成為相對(duì)獨(dú)立的子網(wǎng)，又使站控層網(wǎng)絡(luò)流量大大降低，從而顯著提升通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性。千兆網(wǎng)的出現(xiàn)，使得串行通信傳輸速度已優(yōu)于普通并行傳輸。 很高的可靠性 功能的分散化和采樣與執(zhí)行模塊的就地化，導(dǎo)致對(duì)通訊網(wǎng)絡(luò)的依賴性越來(lái)越高，要求保護(hù)動(dòng)作應(yīng)不依賴于通訊網(wǎng)絡(luò)的規(guī)定已不符合最新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因此通訊的可靠性顯得更加重要。 它的主要作用如下： 找出事故原因 ， 制定反事故措施 利于解決復(fù)雜故障 、 不正確動(dòng)作 、 記錄不全或次序顛倒 為查找故障點(diǎn)提供依據(jù) 判斷故障性質(zhì) 、 測(cè)算故障距離 積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn) ， 提供運(yùn)行水平 判定故障性質(zhì) ， 方便統(tǒng)計(jì)分析 找出繼電保護(hù)不正確動(dòng)作的原因 ， 及時(shí)改進(jìn) 分析斷路器可能存在的問(wèn)題 ， 便于改進(jìn) 為檢修工作提供依據(jù) 故障錄波器 故障錄波器的啟動(dòng)判據(jù) 相電壓和零序電壓突變量啟動(dòng) ?U=5%Un， ? U0=2%Un 電壓越限啟動(dòng) U90%Un ， U110%Un ， U2=3%Un ，U0=2%Un 主變中性點(diǎn)電流越限啟動(dòng) 3I0=2%In 頻率越限和滑差越限啟動(dòng) f， f， df/dt 系統(tǒng)振蕩啟動(dòng) I波動(dòng)大于 10%In 保護(hù)跳閘接點(diǎn)啟動(dòng) 人工啟動(dòng) 故障錄波器 故障錄波器的記錄格式 分時(shí)段記錄 至少為擾動(dòng)前 、 擾動(dòng)初期 、 擾動(dòng)中期 、 擾動(dòng)后期 、 恢復(fù)期五個(gè)時(shí)段 ， 前 2個(gè)時(shí)期為原始波形 ， 后 3個(gè)時(shí)期可為有效值波形 不定長(zhǎng)錄波 錄波長(zhǎng)度由啟動(dòng)次數(shù)和故障性質(zhì)決定 故障錄波器的數(shù)據(jù)輸出格式 符合暫態(tài)數(shù)據(jù)交換格式 COMTRADE格式 電壓無(wú)功自動(dòng)控制器 變電站調(diào)壓的主要手段 有載調(diào)壓變壓器 UL=UH/Kt 調(diào)節(jié)變比 Kt實(shí)現(xiàn)調(diào)壓 補(bǔ)償電容器 ?U=USU=[P*RS+(C)*XS]/U 投退電容器 ， 改變系統(tǒng)壓降 VQC的目標(biāo) ? 維持供電電壓在規(guī)定范圍內(nèi) ? 保持系統(tǒng)穩(wěn)定和無(wú)功平衡 ? 保證電壓合格前提下網(wǎng)損最小 電壓無(wú)功自動(dòng)控制器 VQC裝置的基本要求 ? 自動(dòng)識(shí)別運(yùn)行方式 ， 并采取相應(yīng)的控制策略 ? 能靈活設(shè)定電壓允許偏差和功率因素上下限 ? 能閉環(huán)檢測(cè)控制輸出 ， 不成功則采取相應(yīng)對(duì)策 ， 并保存記錄 ? 變壓器的分接頭控制和電容器組的投切考慮各種條件的限制； 電壓無(wú)功自動(dòng)控制器 cosφ0 U U0 cosφH cosφL Q 0區(qū) 目標(biāo)區(qū) 8區(qū) 先切電容 再降壓 1區(qū)，只降 壓 2區(qū) 先降 壓 再投電容 3區(qū) 只投電容 7區(qū) 只切電容 6區(qū) 先升 壓 再切電容 4區(qū) 先投電容 再升 壓 5區(qū)，只升 壓 UH UL VQC九區(qū)控制策略 為達(dá)到更加優(yōu)化的控制策略，可從九區(qū)控制演化為 27區(qū)控制 電壓無(wú)功自動(dòng)控制器 主變調(diào)檔應(yīng)遵循以下條件和要求 ?多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)必須保證同步調(diào)檔； ?確保有載調(diào)壓分級(jí)進(jìn)行，一次調(diào)一檔，前后兩次調(diào)檔應(yīng)有一定延時(shí)； ?人工閉鎖或主變保護(hù)動(dòng)作或主變停運(yùn)閉鎖調(diào)擋； ?調(diào)檔命令發(fā)出后要進(jìn)行校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)拒動(dòng)、滑檔閉鎖調(diào)檔機(jī)構(gòu) ?主變過(guò)負(fù)荷、母線電壓太低閉鎖調(diào)檔。 Arg U0/I0 θ+270176。 CPU核心系統(tǒng)介紹 CPU核心系統(tǒng)實(shí)例 電源系統(tǒng) IED的 “心臟” ? 完成高電壓小電流輸入到低壓大電流輸出的轉(zhuǎn)換 ? 完成外部電源系統(tǒng)與 IED內(nèi)部系統(tǒng)的隔離 ? 抑制外部高頻干擾信號(hào)對(duì) IED內(nèi)部系統(tǒng)的擾動(dòng) ? 抑制內(nèi)部高頻信號(hào)對(duì)外部電源系統(tǒng)的干擾 ? 實(shí)現(xiàn)過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱保護(hù) ? 在電源輸入較大波動(dòng)下，仍然維持輸出穩(wěn)定 IED電源系統(tǒng)介紹 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 ? 元器件等降額使用（整流器件、電容、 MOSFET） ? 電源輸出功率降額使用 ? 電解電容原理發(fā)熱器件 ? 優(yōu)化散熱條件 ? 考慮 EMI和 EMS ? 壽命計(jì)算和等壽命法則運(yùn)用 IED電源系統(tǒng)介紹 電源系統(tǒng)工作原理 IED電源系統(tǒng)介紹 XY濾波及共模抑制 全橋整流 高頻振蕩及過(guò)載檢測(cè) 高頻變壓器隔離 高頻整流及濾波 電壓反饋 電源輸入 多路低壓電源輸出 IED電源系統(tǒng)介紹 操作回路的基本功能 ? 電氣防跳 ? 動(dòng)作保持以保證出口接點(diǎn)不拉弧 ? 斷路器異常閉鎖操作（壓力、儲(chǔ)能） ? 斷路器操作回路斷線監(jiān)視 ? 斷路器位置監(jiān)視 ? 實(shí)現(xiàn)人工遠(yuǎn)方或就地分閘閉鎖重合閘 保護(hù)操作回路介紹 保護(hù)操作回路介紹 機(jī)箱的基本要求 ? 美觀、實(shí)用 ? 提供人機(jī)操作界面 ? 實(shí)現(xiàn)對(duì)外部干擾的屏蔽 變電站保護(hù)、測(cè)控及自動(dòng)化裝置機(jī)箱 兩種插件布置結(jié)構(gòu) ? 前插件結(jié)構(gòu) 維護(hù)方便、強(qiáng)弱電分離困難、抗干擾差 ? 后插件結(jié)構(gòu) 每塊插件就地實(shí)現(xiàn)內(nèi)外隔離和屏蔽、弱電走線遠(yuǎn)離強(qiáng)電區(qū)域、抗干擾強(qiáng)、組屏方式不易維護(hù) 變電站保護(hù)、測(cè)控及自動(dòng)化裝置機(jī)箱 采用后插件結(jié)構(gòu)的機(jī)箱實(shí)例 第 5章 變電站 IED設(shè)備軟件和算法 有效值的計(jì)算方法 功率和電度量計(jì)算方法 定時(shí)限過(guò)量保護(hù)元件的實(shí)現(xiàn) 定時(shí)限欠量保護(hù)元件的實(shí)現(xiàn) 定時(shí)限矢量保護(hù)元件的實(shí)現(xiàn) 反時(shí)限保護(hù)的實(shí)現(xiàn) 復(fù)雜保護(hù)的實(shí)現(xiàn) 有效值計(jì)算方法 有效值計(jì)算方法主要有三種 ? 正弦函數(shù)的半周積分法 ? 周期函數(shù)的傅立葉濾波算法 ? 周期函數(shù)的真有效值計(jì)算法 有效值計(jì)算方法 正弦函數(shù)的半周積分法 一個(gè)正弦函數(shù)的半周期面積為 S， 而 S可由離散采樣點(diǎn)通過(guò)梯形法近似求得 。 采用定時(shí)掃描方式采樣 采樣電路簡(jiǎn)單，采集方式性能可靠，可與交流采樣中斷中順帶實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)性也能滿足一般遙信量的需要。對(duì)變電站 IED而言，即便每周波 200點(diǎn)密集采樣，全部通道轉(zhuǎn)換周期也只要小于 100 μs即可。 模擬量采集回路 采樣保持器的作用和原理 （ 1）保證轉(zhuǎn)換時(shí)的誤差在 A/D轉(zhuǎn)換器的量化誤差內(nèi) （ 2）實(shí)現(xiàn)多個(gè)模擬量的同步采樣（功率計(jì)算、差動(dòng)保護(hù)） 模擬量采集回路 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)性能 （ 1）分辨率：分辨率反映 A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入模擬信號(hào)微小變化響應(yīng)的能力，通常以數(shù)字量輸出的最低位（ LSB）所對(duì)應(yīng)的模擬輸入電平值表示。 對(duì)快速變化的信號(hào) ， 實(shí)現(xiàn)高精度采樣難度高 。 10KV分段間隔（ 1套） 1套備用電源自投及分段保護(hù)測(cè)控一體化裝置，就地安裝在母聯(lián)柜上，實(shí)現(xiàn)分段自投、分段開(kāi)關(guān)的保護(hù)測(cè)控等功能。 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的典型配置 一 、 主控室布置： 第二 、 三面屏：變壓器保護(hù)測(cè)控屏 每臺(tái)主變配置一套主變測(cè)控裝置 ， 另外獨(dú)立配置變壓器主保護(hù) 、 后備保護(hù)和非電量保護(hù) 。（ 功能集成 ， 很強(qiáng)的實(shí)用性 ） 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)間隔層設(shè)備配置原則 根據(jù)電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)導(dǎo)則，對(duì)使用335kV微機(jī)保護(hù)裝置宜采用保護(hù)、測(cè)量、控制、通訊為一體的四合一單元；高壓變電所的自動(dòng)化系統(tǒng)，因保護(hù)配置復(fù)雜及安全性的要求，保護(hù)與監(jiān)控必須分離。 由于通信管理機(jī)作為網(wǎng)關(guān) ， 較常規(guī)計(jì)算機(jī)設(shè)備更為穩(wěn)定和可靠 ， 因此模式 4被大面積推廣 。 當(dāng)間隔層設(shè)備與自動(dòng)化系統(tǒng)只能采用單一非以太網(wǎng)通信接口進(jìn)行信息交互時(shí) ， 常采用該模式 。 IEC 61850 協(xié)議對(duì)智能電子設(shè)備 IED的定義是： 由一個(gè)或多個(gè)處理器組成 ， 具有從外部源接收和傳送數(shù)據(jù)或控制外部源的任何設(shè)備（ 例如：電子多功能儀表 、 數(shù)字繼電器 、 控制器 ） 。 (2)運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)檢測(cè) 主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機(jī)械特性及工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。 — 今后發(fā)展趨勢(shì) 二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化 二次設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化包括兩個(gè)方面： ? 傳輸媒介網(wǎng)絡(luò)化 ? 信息交互網(wǎng)格化 典型特性： 變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備，如繼電保護(hù)裝置、防誤閉鎖裝置、測(cè)量控制裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、故障錄波裝置、電壓無(wú)功控制、同期操作裝置以及在線狀態(tài)檢測(cè)裝置等全部基于標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的微處理機(jī)設(shè)計(jì)制造，設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信，二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復(fù)的 I/O現(xiàn)場(chǎng)接口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享，常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。例如早期的載波技術(shù)低速通訊產(chǎn)生了 CDT規(guī)約實(shí)現(xiàn)有限信息的上傳，現(xiàn)在的光纖以太網(wǎng)通訊促成了 IEC61850的標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，實(shí)現(xiàn)了變電站各設(shè)備間的無(wú)縫接入和信息的全面共享。 ? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布、分層、分散化 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從功能上采用分層設(shè)計(jì)（分三層），從物理位置上分散就近安裝（中壓安裝在高壓柜上，可靠性遠(yuǎn)高于集中式）。 該系統(tǒng)之所以冠名綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，是為了區(qū)別于以往只實(shí)現(xiàn)了局部功能的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，例如采用常規(guī)保護(hù)加 RTU構(gòu)成的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。 — 定義 在國(guó)內(nèi)，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)從通俗意義上講，指的是包含傳統(tǒng)的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置等各種數(shù)字式設(shè)備，是集保護(hù)、測(cè)量、監(jiān)視、控