【正文】 速網絡通訊。 在當前大量應用的變電站綜合自動化系統(tǒng)中，由于一次設備的智能化尚未實現(xiàn)，過程的功能實際全部由間隔層的設備來實現(xiàn)。 變電站自動化系統(tǒng)的硬件結構模式 早期的集中式系統(tǒng)結構模式 這種系統(tǒng)集中采集變電站的模擬量 、 開關量和脈沖量等信息 ， 集中進行計算和處理 ， 分別完成微機監(jiān)控 、 保護和一些自動控制功能 。 而監(jiān)控主機主機則獨立從間隔設備層獲取數(shù)據信息 。 綜合自動化系統(tǒng)配置的指導思想 （ 一 ） ① 通訊網絡首選采用以太網通訊 ② 監(jiān)控主機應直接與間隔層 IED交互信息 ③ 采用獨立的嵌入式設計的通訊管理機與遠方系統(tǒng)通訊 ④ 除骨干網外 ， 應采用星型拓撲降低網絡復雜度 。 ? 電壓等級為 110kV線路、主變壓器保護監(jiān)控宜組 屏 安裝于中控室或保護室內 。 通訊管理機完成于遠方系統(tǒng)的信息交互 ， 公共測控裝置完成直流屏 、 交流屏 、 火災 、 保安等設備的信號采集 。 第 3章 監(jiān)控系統(tǒng)的操作和使用 監(jiān)控系統(tǒng)的任務和要求 監(jiān)控系統(tǒng)的任務： 完成一次設備的監(jiān)視 、 控制 、 數(shù)據采集 、 事件順序記錄及顯示 、 使值班人員把握安全控制 、 事故處理的主動性 ，減少和避免誤操作 ， 縮短事故停電時間 ， 提高運行管理水平 ， 減少變 、 配電損失 。 在交流采樣方式中 ， 對于有功功率和無功功率 ， 是通過采樣所得到的u、 i ， 計算出 P、 Q。 一般用 A/D轉換器輸出數(shù)字量的位數(shù)來表示分辨率。由于變電站 IED內部噪音約為 1~5mV。但高于掃描周期高速變化信號則無法捕捉。累加值達到整定值則動作 返回系數(shù)的處理 ： 返回系數(shù)理論可為 1，但一般設定 ~，目的在于： ? 被測量在動作邊界時有一個明確的輸出結果 ? 保證輸出接點不抖動以延長接點壽命 定時限欠量保護的實現(xiàn) 定時限欠量保護種類： 低電壓保護、電機失載保護、全阻抗距離保護、低頻減載等 定時限欠量 保護的基本判據： ??????即速斷保護為時間定值，為整定值有效值、或、為0 ,ZF zdT z dT z dT z dtV z dIUVVV動作時間和返回系數(shù)的處理與過量保護類似，所不同的是，對欠量保護而言，返回系數(shù)常設為 ~ 矢量保護的實現(xiàn) 矢量保護以判別角度是否滿足動作范圍為主，矢量保護的 種類包括： 方向繼電器、姆歐繼電器等 姆歐繼電器動作方程： 為極化電壓pUIZUpUA r gZD??????? 902 7 0 ??為最大靈敏角 9090 ???? ??????IeUA r g j正方向繼電器動作方程： 顯然，上述兩個判別式可以簡化其特征矢量的實部的極性判別。 Arg U1/I1 θ+90176。 ?提供多個網口和各種串行通訊接口 ?支持同時與多個主站系統(tǒng)交互數(shù)據 ?支持各種常規(guī)通訊協(xié)議，可接入站內各 IED設備 ?支持雙機協(xié)同工作，實現(xiàn)系統(tǒng)冗余配置 ?內置大容量非易失性存儲器，能夠保持一段時期內的全站重要歷史數(shù)據 在線監(jiān)測設備 現(xiàn)行高壓設備定期檢修制度的弊端 ?停電試驗，減少設備的可用時間 ?不能真實反映設備的運行狀況。 采用分層式網絡結構 只有分層式的網絡結構，才能滿足分層分布式的綜合自動化系統(tǒng)分層式網絡結構既使過程層通訊成為相對獨立的子網，又使站控層網絡流量大大降低，從而顯著提升通訊網絡的可靠性。千兆網的出現(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，導致對通訊網絡的依賴性越來越高，要求保護動作應不依賴于通訊網絡的規(guī)定已不符合最新技術標準，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 利于解決復雜故障 、 不正確動作 、 記錄不全或次序顛倒 為查找故障點提供依據 判斷故障性質 、 測算故障距離 積累運行經驗 ， 提供運行水平 判定故障性質 ， 方便統(tǒng)計分析 找出繼電保護不正確動作的原因 ， 及時改進 分析斷路器可能存在的問題 ， 便于改進 為檢修工作提供依據 故障錄波器 故障錄波器的啟動判據 相電壓和零序電壓突變量啟動 ?U=5%Un， ? U0=2%Un 電壓越限啟動 U90%Un ， U110%Un ， U2=3%Un ，U0=2%Un 主變中性點電流越限啟動 3I0=2%In 頻率越限和滑差越限啟動 f， f， df/dt 系統(tǒng)振蕩啟動 I波動大于 10%In 保護跳閘接點啟動 人工啟動 故障錄波器 故障錄波器的記錄格式 分時段記錄 至少為擾動前 、 擾動初期 、 擾動中期 、 擾動后期 、 恢復期五個時段 ， 前 2個時期為原始波形 ， 后 3個時期可為有效值波形 不定長錄波 錄波長度由啟動次數(shù)和故障性質決定 故障錄波器的數(shù)據輸出格式 符合暫態(tài)數(shù)據交換格式 COMTRADE格式 電壓無功自動控制器 變電站調壓的主要手段 有載調壓變壓器 UL=UH/Kt 調節(jié)變比 Kt實現(xiàn)調壓 補償電容器 ?U=USU=[P*RS+(C)*XS]/U 投退電容器 ， 改變系統(tǒng)壓降 VQC的目標 ? 維持供電電壓在規(guī)定范圍內 ? 保持系統(tǒng)穩(wěn)定和無功平衡 ? 保證電壓合格前提下網損最小 電壓無功自動控制器 VQC裝置的基本要求 ? 自動識別運行方式 ， 并采取相應的控制策略 ? 能靈活設定電壓允許偏差和功率因素上下限 ? 能閉環(huán)檢測控制輸出 ， 不成功則采取相應對策 ， 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； 電壓無功自動控制器 cosφ0 U U0 cosφH cosφL Q 0區(qū) 目標區(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 電壓無功自動控制器 主變調檔應遵循以下條件和要求 ?多臺變壓器并列運行時必須保證同步調檔； ?確保有載調壓分級進行，一次調一檔，前后兩次調檔應有一定延時； ?人工閉鎖或主變保護動作或主變停運閉鎖調擋； ?調檔命令發(fā)出后要進行校驗，發(fā)現(xiàn)拒動、滑檔閉鎖調檔機構 ?主變過負荷、母線電壓太低閉鎖調檔。 Arg U0/I0 θ+270176。 CPU核心系統(tǒng)介紹 CPU核心系統(tǒng)實例 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換 ? 完成外部電源系統(tǒng)與 IED內部系統(tǒng)的隔離 ? 抑制外部高頻干擾信號對 IED內部系統(tǒng)的擾動 ? 抑制內部高頻信號對外部電源系統(tǒng)的干擾 ? 實現(xiàn)過流、過壓、過熱保護 ? 在電源輸入較大波動下，仍然維持輸出穩(wěn)定 IED電源系統(tǒng)介紹 電源系統(tǒng)設計準則 ? 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 ? 壽命計算和等壽命法則運用 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 高頻振蕩及過載檢測 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 ? 動作保持以保證出口接點不拉弧 ? 斷路器異常閉鎖操作（壓力、儲能） ? 斷路器操作回路斷線監(jiān)視 ? 斷路器位置監(jiān)視 ? 實現(xiàn)人工遠方或就地分閘閉鎖重合閘 保護操作回路介紹 保護操作回路介紹 機箱的基本要求 ? 美觀、實用 ? 提供人機操作界面 ? 實現(xiàn)對外部干擾的屏蔽 變電站保護、測控及自動化裝置機箱 兩種插件布置結構 ? 前插件結構 維護方便、強弱電分離困難、抗干擾差 ? 后插件結構 每塊插件就地實現(xiàn)內外隔離和屏蔽、弱電走線遠離強電區(qū)域、抗干擾強、組屏方式不易維護 變電站保護、測控及自動化裝置機箱 采用后插件結構的機箱實例 第 5章 變電站 IED設備軟件和算法 有效值的計算方法 功率和電度量計算方法 定時限過量保護元件的實現(xiàn) 定時限欠量保護元件的實現(xiàn) 定時限矢量保護元件的實現(xiàn) 反時限保護的實現(xiàn) 復雜保護的實現(xiàn) 有效值計算方法 有效值計算方法主要有三種 ? 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)的真有效值計算法 有效值計算方法 正弦函數(shù)的半周積分法 一個正弦函數(shù)的半周期面積為 S， 而 S可由離散采樣點通過梯形法近似求得 。 采用定時掃描方式采樣 采樣電路簡單，采集方式性能可靠，可與交流采樣中斷中順帶實現(xiàn)，實時性也能滿足一般遙信量的需要。對變電站 IED而言，即便每周波 200點密集采樣，全部通道轉換周期也只要小于 100 μs即可。 模擬量采集回路 采樣保持器的作用和原理 （ 1）保證轉換時的誤差在 A/D轉換器的量化誤差內 （ 2）實現(xiàn)多個模擬量的同步采樣（功率計算、差動保護） 模擬量采集回路 A/D轉換器的主要技術性能 （ 1）分辨率：分辨率反映 A/D轉換器對輸入模擬信號微小變化響應的能力，通常以數(shù)字量輸出的最低位（ LSB）所對應的模擬輸入電平值表示。 對快速變化的信號 ， 實現(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測控一體化裝置，就地安裝在母聯(lián)柜上，實現(xiàn)分段自投、分段開關的保護測控等功能。 變電站自動化系統(tǒng)的典型配置 一 、 主控室布置： 第二 、 三面屏：變壓器保護測控屏 每臺主變配置一套主變測控裝置 ， 另外獨立配置變壓器主保護 、 后備保護和非電量保護 。（ 功能集成 ， 很強的實用性 ） 變電站自動化系統(tǒng)間隔層設備配置原則 根據電力系統(tǒng)微機繼電保護技術導則，對使用335kV微機保護裝置宜采用保護、測量、控制、通訊為一體的四合一單元；高壓變電所的自動化系統(tǒng)，因保護配置復雜及安全性的要求，保護與監(jiān)控必須分離。 由于通信管理機作為網關 ， 較常規(guī)計算機設備更為穩(wěn)定和可靠 ， 因此模式 4被大面積推廣 。 當間隔層設備與自動化系統(tǒng)只能采用單一非以太網通信接口進行信息交互時 ， 常采用該模式 。 IEC 61850 協(xié)議對智能電子設備 IED的定義是： 由一個或多個處理器組成 ， 具有從外部源接收和傳送數(shù)據或控制外部源的任何設備（ 例如：電子多功能儀表 、 數(shù)字繼電器 、 控制器 ） 。 (2)運行設備的狀態(tài)參數(shù)檢測 主要有溫度、壓力、密度、絕緣、機械特性及工作狀態(tài)等數(shù)據。 — 今后發(fā)展趨勢 二次設備的網絡化 二次設備的網絡化包括兩個方面： ? 傳輸媒介網絡化 ? 信息交互網格化 典型特性： 變電站內常規(guī)的二次設備，如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及在線狀態(tài)檢測裝置等全部基于標準化、模塊化的微處理機設計制造，設備之間的連接全部采用高速的網絡通信，二次設備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復的 I/O現(xiàn)場接口，通過網絡真正實現(xiàn)數(shù)據共享、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低速通訊產生了 CDT規(guī)約實現(xiàn)有限信息的上傳，現(xiàn)在的光纖以太網通訊促成了 IEC61850的標準體系的建立，實現(xiàn)了變電站各設備間的無縫接入和信息的全面共享。 ? 系統(tǒng)結構分布、分層、分散化 系統(tǒng)結構從功能上采用分層設計（分三層），從物理位置上分散就近安裝（中壓安裝在高壓柜上，可靠性遠高于集中式）。 該系統(tǒng)之所以冠名綜合自動化系統(tǒng)，是為了區(qū)別于以往只實現(xiàn)了局部功能的變電站自動化系統(tǒng)，例如采用常規(guī)保護加 RTU構成的變電站自動化系統(tǒng)。 — 定義 在國內，變電站綜合自動化系統(tǒng)從通俗意義上講，指的是包含傳統(tǒng)的自動化監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置等各種數(shù)字式設備，是集保護、測量、監(jiān)視、控