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畢業(yè)設(shè)計----變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究(參考版)

2024-12-04 19:57本頁面
  

【正文】 ≥ 1≥ 1≥ 1≥ 1I a I t . s e tI b I t . s e tI c I t . s e tI a I t . s e tI b I t . s e tI c I t . s e tI a I t .。三段相間電流保護(hù)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(lián)電抗器等回路發(fā)生相間短路。 恢復(fù)正常以后,告警自動消失。 三相電壓和大于 8V, 最大線電壓小于 16V,判為二相 PT 斷線。 (6) : PT 斷線告警: 三相電壓均小于 16V,某相電流大于 0。閉鎖有載調(diào)壓可選擇常開或常閉觸點(diǎn)。每個時限都可獨(dú)立投退,采用最大相電流判別。作為變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式下的接地保護(hù),每段都可以獨(dú)立投退。 零壓閉鎖元件的零序電壓,采用三相電壓計算自產(chǎn)零序電壓 3Uz 零序電流 可選擇取自變壓器中性點(diǎn)零序電流或三相電流計算自產(chǎn)零序電流 。 (2): 三段式 零壓閉鎖零序過流保護(hù): 配有三段共九時限(每段三時限 )的 零壓閉鎖零序過流保護(hù),作為變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式下的接地保護(hù)。外部接入的復(fù)壓開入閉鎖方式配合復(fù)壓出口功能,可實(shí)現(xiàn)各側(cè)復(fù)合電壓的并聯(lián)方式。通過定植的整定,每段過流保護(hù)可以選擇是否經(jīng)過復(fù)壓元件閉鎖,是否經(jīng)過方向元件閉鎖以及方向元件的設(shè)定。 10KV 開關(guān)柜智能保護(hù)單元 本變電站 10KV 開關(guān)柜選用的是 LG 公司的 LV1 真空開關(guān),配置的是SIEMENS 系列產(chǎn)品 NSP7 系列保護(hù)及測控裝置。 REF542plus 具有保護(hù),測量,控制,監(jiān)測的功能。最后探討了光纖通信技術(shù),現(xiàn)場總線通信技術(shù),無線通信技術(shù),配電載波通信技術(shù)在變電站綜合自動化系統(tǒng)的應(yīng)用前景。 小結(jié) 本節(jié)介紹了綜合自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展,對不同網(wǎng)絡(luò)通信總線進(jìn)行了比較。 配電線載波通信技術(shù) 配電通信載波是以 6—10KV 配電線路為傳輸通道,采用移頻監(jiān)控和跳頻技術(shù)相結(jié)合的調(diào)制方式,應(yīng)用先進(jìn)的 DSP 數(shù)字信號處理技 術(shù)和集成電路技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)話同傳的通信方式。提供了豐富的外圍接口,具有安裝維護(hù)方便,繞射能力強(qiáng),組網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活,大范圍覆蓋等特點(diǎn) (2): 一點(diǎn)多址 微波通信技術(shù):具有傳輸距離長(站內(nèi) 50KM),容量大,配置靈活等特點(diǎn)。 在配電自動化系統(tǒng)中現(xiàn)場總線通信技術(shù)應(yīng)用越來越廣。 (4): 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性。 (2): 互可操作性和互用性:設(shè)備和設(shè)備間,不同生產(chǎn)廠家之間。傳輸介質(zhì)主要是雙絞線。 總之,光纖通信已經(jīng)成為了主要的通信方式,應(yīng)用于主干層及饋線終端層傳輸通道建設(shè)。 長距離光傳輸模塊是內(nèi)置與交換機(jī)或路由器的光設(shè)備。通常實(shí)現(xiàn)開閉所 RTU 至主站信息的傳輸,同時用于建設(shè)饋線 FTU 信息向配電子站集結(jié)的信息通道,但不能傳語音。 (2) : 光調(diào)制解調(diào)器。其中 SDH光端機(jī)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(diǎn)對點(diǎn)連接。 缺點(diǎn)是強(qiáng)度不如金屬線,連接比較困難,分路和耦合不方便,彎曲半徑不易太小。無漏信號和串音干擾。 (4) : 輸入和輸出間 電隔離,不怕電磁干擾。 (2) : 傳輸衰耗少,適合長距離傳輸。 光纖通信技術(shù) 光纖通信 優(yōu)點(diǎn) 光纖通信是以光波做為信息載體,以光導(dǎo)纖維作為傳輸介質(zhì)的先進(jìn)通信手段。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))。但這在變電站中也是不可行的,所以采用一個好的通信協(xié)議就能達(dá)到事辦功倍的效果。如果單純 采用擴(kuò)大計算機(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。在變電站控制系統(tǒng)中, CPU 采集控制單元不僅要采集各類信號(開關(guān)位置,保護(hù)信號,有功,無功,電壓,電流,功率因數(shù),電量等),還要對各單元的開關(guān)進(jìn)行控制和完成邏輯判斷等功能,這占用了很多 CPU 負(fù)荷以及內(nèi)存空間等資源。而通信協(xié)議就是整個系統(tǒng)通信部分的核心。再者國內(nèi)產(chǎn)品在工程組織,現(xiàn)場調(diào)試,售后服務(wù)等方面比國外產(chǎn)品更具有優(yōu)勢。與國外產(chǎn)品相比,國內(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)。 國內(nèi)的生產(chǎn)廠家主要有南京自動化研究所,北京自動化研究所,以及珠海的拓普公司,煙臺的東方電子,許昌繼電器廠等公司。除了西門子公司外,還有 ABB 公司生產(chǎn)的 SCS100和 SCS200。 方案三中的 CANBUS 總線網(wǎng)絡(luò)也同樣設(shè)有優(yōu)先級傳輸,而且 CANBUS 網(wǎng)絡(luò) 中的帶寬,負(fù)荷率,通信效率等也完全可以滿足變電站綜合自動化系統(tǒng)實(shí)時性要求。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,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。在方案2 中,內(nèi)部間隔的 LONWORKS 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)一般不超過 10 個,所以在這種情況下內(nèi)部間隔的網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時性是有保證的。 LONWORKS 以這樣的方式來保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時性。 首先分析間隔內(nèi)部 LONWORKS 網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時性。所以這種方案的傳輸實(shí)時性不好。現(xiàn)場級 CAN 網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)現(xiàn)通信管理機(jī)和監(jiān)控保護(hù)單元之間的信息傳送。 :通 信管 理機(jī) 系統(tǒng) 的C P UR O M 實(shí) 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(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 CAN 網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場級 CAN 網(wǎng)絡(luò)。具體的方式如下圖所示 變電站綜合自動化系統(tǒng)中通信管理機(jī)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)部的變電站子層和單元子層之間的通信 。 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(jié)構(gòu)圖。 (4): 易于廣域網(wǎng)相連。而 PC 機(jī)用廉價的以太網(wǎng)卡也可以聯(lián)到以太網(wǎng)上。 (3): 與 PC 機(jī)接口。 (2): 故障錄波數(shù)據(jù)上傳輸速度大大加快。于是 LONWORKS 的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載極低,即使在各臺保護(hù)同時動作的情況下,通信效率仍很高。因此網(wǎng)上節(jié)點(diǎn)多,流量大,而帶寬卻只有 78kb/s,在多臺保護(hù)同時動作等特殊情況下,網(wǎng)絡(luò)負(fù)載突然加重,這時會出現(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。 其中 Neuron 芯片作為 CPU 的通信處理器完成了 LONWORKS 網(wǎng)絡(luò)的通信任務(wù),利用它可和保護(hù)裝置通信。 測控單元是整個方案的核心和關(guān)鍵。最低層的各種設(shè)備保護(hù)可不做任何改動,保持了 向下的兼容性。 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)后臺機(jī),遠(yuǎn)動機(jī)等 PC 機(jī)和各間隔進(jìn)行通信。 將站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)分為兩層。這種方案適用于中低壓變電站自動化系統(tǒng),當(dāng)用于 220KV 及以上的大型高壓變電站時,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)多個保護(hù)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)。通信介質(zhì)為屏蔽雙絞線或光纖。錄波網(wǎng)則傳送電力系統(tǒng)故障錄波信息。 LONWORKS 現(xiàn)場總線網(wǎng)方案 : 如 圖所示, 變電站內(nèi)部有兩個 LONWORKS 網(wǎng)絡(luò),分別為監(jiān)控網(wǎng)和錄波網(wǎng)。 CANBUS 總線是基于優(yōu)先級的多主從節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu),具有較強(qiáng)的糾錯能力,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)簡單,造價低,實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),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。 LONWORKS 總線性能較強(qiáng),但系統(tǒng)復(fù)雜,造 價較高。 各種總線技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) RS232 總線通信速度快,距離短。 (9): CANBUS 節(jié)點(diǎn)在錯誤嚴(yán) 重的情況下,具有自動關(guān)閉總線的功能,切斷它和總線的聯(lián)系,以使總線的其操作不受影響。 (7): CANBUS 采用短砧結(jié)構(gòu),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(qiáng)電磁場環(huán)境下工作。 (4): CANBUS 可以點(diǎn)對點(diǎn),一點(diǎn)對多點(diǎn)全局廣播 幾種方式傳送接收數(shù)據(jù)。 (2): CANBUS 網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)可分為不同的優(yōu)先級,并可滿足不同的實(shí)時要求。CANBUS 通信設(shè)備本身又具有較低的造價,從而它的應(yīng)用范圍很廣,特別是在電氣自動化領(lǐng)域。 CANBUS 現(xiàn)場總線 CANBUS 德國 BOSCH 公司設(shè)計的,它是一種基于優(yōu)先級的高速。應(yīng)用處理器完成用戶現(xiàn)場控制應(yīng)用。該芯片內(nèi)部裝有 3 個微處理器;MAC 處理器完成介質(zhì)訪問控制。 (6): 它的通信速度可達(dá) ,此時的有效距離為 130m (7): Lonworks 技術(shù)的一個測控網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá) 32021 個。 (4): Lonworks 通信采用了 “網(wǎng)絡(luò)變量 ”,使網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計簡化成為參數(shù)設(shè)置 增加了通信技術(shù)的可靠性。 (3): 互操作性。 (2): 通信介質(zhì)開放。 LONWORKS 總線的技術(shù)特性有以下 9 點(diǎn): (1): 開放性。 LONWORKS 總線 LONWORKS 是美國 Echeton 公司推出的一種新型現(xiàn)場總線。采用 RS422 標(biāo)準(zhǔn)通信時位率可達(dá)到 10Mbit/s。 RS422 為全雙工,可以同時接收和發(fā)送。 RS232, RS422 和 RS485 總線: RS232 串口通信標(biāo)準(zhǔn)是美國電子工業(yè)協(xié)會于 1969 年公布的,該標(biāo)準(zhǔn)定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間按位串行傳輸?shù)慕涌谕ㄐ?。該系統(tǒng)最初使用 RS232 總線,后來用到 RS485 總線。介紹了綜合自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)以及主要的配置,為下一章的通信協(xié)議做好了鋪墊。為中低壓變電站廣為采用。使用 “一對 N”方式實(shí)現(xiàn)時,一套裝置負(fù)責(zé)多條線路或變壓器的測量,保護(hù)和控制。 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 N”方式,即一套裝置實(shí)現(xiàn)多條線路保護(hù)。工控機(jī)總線接口簡單,模塊化程度高,容易結(jié)合,使用維護(hù)方便,系統(tǒng)功能容易擴(kuò)展。為適合變電站自動化的發(fā)展,新型微機(jī)變壓器保護(hù)也提供了基于現(xiàn)場總線的通信接口功能。許多廠家得宜于線路微機(jī)保護(hù)的成功開發(fā)和應(yīng)用中的成功經(jīng)驗(yàn),推出了許多與微機(jī)線路保護(hù)硬件結(jié)構(gòu)相似的單片機(jī)型微機(jī)元件保護(hù)。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。廣泛的使用多 CPU 微機(jī)保護(hù)裝置中,距離保護(hù)三段和零序保護(hù)三段,都具有遠(yuǎn)后備的功能。因此整個保護(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。保護(hù)輸入和輸出通道不采用冗余技術(shù),而只是在信號處理器部分采用。 3 個保護(hù)插件啟動元件按三取二的原則啟動各套保護(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。監(jiān)控 CPU主要負(fù)責(zé)人機(jī)接口,保護(hù)定值管理。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 ,其頻率輸出信號分別傳送給各個保護(hù)插件,再由各個保護(hù)插件完成相應(yīng)的測頻,采樣值標(biāo)度變換,保護(hù)功能計算。 (3) 微機(jī)保護(hù)硬件的一般結(jié)構(gòu): 微機(jī)保護(hù)的硬件類型分為三種:高壓線路微機(jī)保護(hù),微機(jī)元件繼點(diǎn)保護(hù),低壓線路的微機(jī)保護(hù) . ① 高壓線路微機(jī)保護(hù) : 目前我國的高壓線路微機(jī)保護(hù)裝置的原理,性能,主要指標(biāo)以及制造工藝方面以達(dá)到了國際先進(jìn)水平,微機(jī)保護(hù)的動作正確率也已經(jīng)超過了常規(guī)保護(hù)。為了進(jìn)一步簡化電路設(shè)計和調(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,能夠自動完成所有輸入通道的數(shù)據(jù)采集而無須 CPU 干預(yù)。 保護(hù)裝置使用公控機(jī)時,通常采用工控機(jī)智能同步數(shù)據(jù)采集模板完成采樣,再將采樣數(shù)據(jù)通過雙口 RAM, FIFO 等方式傳送給主 CPU 進(jìn)行處理,因此并不占用主 CPU 的處理時間。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)啟動計算,主保護(hù)計算的時間大大縮短。以 ANN 為 代表的人工智能技術(shù)和小波分析理論,以及行波保護(hù),暫態(tài)保護(hù)等概念逐步引入繼電保護(hù)領(lǐng)域,對采樣速度提出了更高的要求。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。這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)使用的芯片比較多,電路復(fù)雜,抗干擾能力差,因此,在其改進(jìn) 型產(chǎn)品中使用了電壓 頻率轉(zhuǎn)換原理的計數(shù)式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。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。每個通道各有一個采樣保持器,其采樣脈沖輸入端并聯(lián)后聯(lián)到 CPU 插件上的定時器輸出端,以實(shí)現(xiàn)對各通道的同時采樣。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(yù)期數(shù)字信號處理器將會在微機(jī)繼電保護(hù)裝置中發(fā)揮重要的作用。將數(shù)字信號處理器應(yīng)用于微機(jī)繼電保護(hù),極大的縮短了數(shù)字濾波??焖俚闹噶钪芷冢鸾Y(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,可以使DS
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