【正文】 算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)，檢測技術(shù)和控制技術(shù)等，將變壓器中傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)，測量系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，調(diào)試系統(tǒng)，信號(hào)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等多個(gè)獨(dú)立的功能系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)化，組合為一套智能化的綜合系統(tǒng)。課題名稱：110KV變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)前 言變電站是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，它擔(dān)負(fù)著電能轉(zhuǎn)換和電能重新分配的繁重任務(wù)，對(duì)電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著舉足輕重的作用。為了提高變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，降低運(yùn)行維護(hù)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，向用戶提供高質(zhì)量電能服務(wù)，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)開始興起并得到廣泛應(yīng)用。這一技術(shù)的應(yīng)用，提高了對(duì)變電站電氣設(shè)備和電力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，控制和保護(hù)的自動(dòng)化，智能化水平，提高保護(hù)，控制的可靠性和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。第1章 變電站綜合自動(dòng)化概論 變電站綜合自動(dòng)化基本概念變電站綜合自動(dòng)化是將變電站的二次設(shè)備（包括測量儀表、信號(hào)系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和遠(yuǎn)動(dòng)裝置等）經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全變電站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動(dòng)監(jiān)視、測量、自動(dòng)控制和微機(jī)保護(hù)，以及與調(diào)度通信等綜合性的自動(dòng)化功能。 變電站綜合自動(dòng)化基本現(xiàn)狀變電站是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，隨著電壓等級(jí)的提高，供電范圍的擴(kuò)大，輸電容量的增大，采用傳統(tǒng)的變電站及其控制技術(shù)越來越難滿足電力系統(tǒng)降低投資、提高效益的發(fā)展要求。 今后變電站自動(dòng)化的運(yùn)行模式將從無人值班，有人值守逐步向無人值守過渡。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，站內(nèi)RTU幾TU或保護(hù)測控單元將直接上網(wǎng)，通過網(wǎng)絡(luò)與后臺(tái)機(jī)(上位機(jī))及工作站通信。 變電站綜合自動(dòng)化發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和微機(jī)實(shí)時(shí)技術(shù)在電力系統(tǒng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用，為進(jìn)一步提高變電站的自動(dòng)化水平開辟了新途徑。（2） 設(shè)備安裝就地化、戶外化。（4） 通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化。（6） 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)安全體系不斷升級(jí)。隨著這些高科技的不斷發(fā)展，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)也不斷發(fā)生變化，其性能和功能以及可靠性等也不斷提高。 集中式的結(jié)構(gòu)形式集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，指采用不同檔次的計(jì)算機(jī)，擴(kuò)展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關(guān)倆個(gè)和數(shù)字量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算與處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和一些自動(dòng)控制等功能，集中式結(jié)構(gòu)也并非指由一天計(jì)算機(jī)完成保護(hù)、監(jiān)控等全部功能。2）完成對(duì)變電站主要設(shè)備和進(jìn)出線的保護(hù)任務(wù)。4）造價(jià)低，尤其是對(duì)35kV或規(guī)模較小的變電站更為有利。2）集中式結(jié)構(gòu)，軟件復(fù)雜，修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試麻煩。4）集中式保護(hù)與長期以來采用一對(duì)一的常規(guī)保護(hù)相比，不直觀，不符合運(yùn)行和維護(hù)人員的習(xí)慣，調(diào)試和維護(hù)不方便，程序設(shè)計(jì)麻煩，只適合于保護(hù)算法比較簡單的情況。在所分的三層中，變電站層稱為2層，間隔層為1層，設(shè)備層位0層。 設(shè)備層主要指變電站內(nèi)的變壓器和斷路器、隔離開關(guān)及其輔助觸點(diǎn)，也包括電流互感器、電壓幅干起等一次設(shè)備。測量、控制部分完成該單元的測量、監(jiān)視、操作控制、聯(lián)鎖及事件順序記錄等功能；保護(hù)部分完成該單元線路或變壓器或電容器的保護(hù)、故障記錄等功能。變電站層設(shè)現(xiàn)場總線或局域網(wǎng)，供各主機(jī)之間和監(jiān)控主機(jī)與間隔層之間交換信息。變電站層的有關(guān)自動(dòng)化設(shè)備一般安裝于控制室，而單元層的設(shè)備宜安裝于靠近現(xiàn)場，以減少控制電纜長度。這種分散模塊化結(jié)構(gòu)具有軟件相對(duì)簡單、調(diào)試維護(hù)方便、組態(tài)靈活、系統(tǒng)整體可靠性高等特點(diǎn)；2） 繼電保護(hù)相對(duì)獨(dú)立； 3）具有與控制中心通信功能； 4）可靠性高； 5）維護(hù)管理方便； 6 ) 需要電纜較多。這種完全分散型結(jié)構(gòu)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是： （1）系統(tǒng)部件完全依主設(shè)備分散安裝。（3）節(jié)約二次電纜。 綜上所述，經(jīng)過三種綜合自動(dòng)化結(jié)構(gòu)形式的對(duì)比，本設(shè)計(jì)選擇分層分布式的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行詳細(xì)闡述，并充分利用其優(yōu)點(diǎn)來滿足系統(tǒng)的要求。模擬屏主接線圖上安裝儀表和操作把手。(2) 控制臺(tái)式：再主控室前部設(shè)控制臺(tái)，無模擬屏?？刂婆_(tái)上或旁邊放主機(jī)顯示器CRT。模擬主接線，操作把手，必要的儀表和光字均安裝在控制臺(tái)面上。主控室后部設(shè)保護(hù)柜，變送器柜，監(jiān)控柜，電度表柜，交直流電源柜等設(shè)備。 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能主要包括監(jiān)測，監(jiān)控，遠(yuǎn)傳，保護(hù)四部分。所采集的數(shù)據(jù)分為三大類：模擬量，開關(guān)量和脈沖量。(2) 開關(guān)量：變電站內(nèi)需要監(jiān)測的各種開關(guān)量，包括各個(gè)開關(guān)，刀閘，變壓器分接頭，繼電保護(hù)動(dòng)作信息，開關(guān)機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)，交直流電源運(yùn)行狀態(tài)，各微機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等。 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。所有操作的可靠性在軟硬件設(shè)計(jì)中都應(yīng)符合雙重化原則。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。保護(hù)柜操作可通過保護(hù)機(jī)鍵盤或柜上按扭實(shí)現(xiàn)。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)。(2) ：接地選相：對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)利用零序電壓，零序電流增量以及壓降可判斷接地線路及相別，也可以利用功率方向等其它方法來判別。為了保證可靠性，應(yīng)多次采樣后才能確定。運(yùn)行人員按照提示，用人工檢除方法跳開開關(guān)自動(dòng)重合，驗(yàn)證主機(jī)的判斷。以使無功和電壓滿足要求。電容器。當(dāng)電容器檢修時(shí)，不應(yīng)參與控制。 保護(hù)： 微機(jī)保護(hù)不僅有較高的可靠性和靈敏性，而且使用方便。(2) : 具有事故追憶功能。(3) : 具備實(shí)時(shí)自檢功能。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)。(2): 變壓器保護(hù)： 包括差電流速斷保護(hù)，帶二次諧波制動(dòng)的比例差動(dòng)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。(4):母線保護(hù)：包括完全電流差動(dòng)母線保護(hù)和電流比相式 分層分布式變電站綜合自動(dòng)化工程應(yīng)用 本文所采用的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式： 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)分為變電站層和間隔層，這兩層之間建立了基于以太網(wǎng)的站內(nèi)通信網(wǎng)，間隔層設(shè)備間建立CAN總線通信網(wǎng)。間隔層也就是下位機(jī)系統(tǒng)，按斷路器間隔劃分，包括主變監(jiān)控保護(hù)單元、主變后備保護(hù)單元、線路監(jiān)控保護(hù)單元、電容器保護(hù)單元等。它分為三層的體系結(jié)構(gòu)。這些裝置可以安裝在變電站的間隔里，長期穩(wěn)定地運(yùn)行在高溫、強(qiáng)電磁干擾和潮濕的惡劣環(huán)境中。為保證通信可靠性采用雙網(wǎng)通信方式?？梢酝瑫r(shí)用不同的規(guī)約向兩個(gè)或多個(gè)調(diào)度所或集控站發(fā)送報(bào)文。單元監(jiān)控裝置將保護(hù)、測控和其他功能按對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以就地安裝在開關(guān)柜里，通過通信電纜或光纜和總控單元聯(lián)系，從而取消了接往控制室的大量信號(hào)、測量、控制、保護(hù)和其他電纜，提高了系統(tǒng)的可靠性，也節(jié)約了投資。為所有裝置提供兩個(gè)獨(dú)立的通信網(wǎng)。也可以將兩網(wǎng)分別用于通信和故障錄波。為此，GPS裝置只需提供一副觸點(diǎn)，避免了以往為每臺(tái)設(shè)備提供一副觸點(diǎn)和一對(duì)接線的麻煩。RCS9000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要功能有：數(shù)據(jù)采集和處理、超高壓線路和低壓饋線保護(hù)及測控、備自投、低頻減載、自動(dòng)同期、電壓無功控制等自動(dòng)控制功能；數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和處理，例如電量統(tǒng)計(jì)、電壓合格率統(tǒng)計(jì)以及主變負(fù)荷率計(jì)算等；異常和事故報(bào)警及處理、保護(hù)及故障信息管理和處理。 后臺(tái)監(jiān)控主機(jī)后臺(tái)監(jiān)控主機(jī)主要作用是完成當(dāng)?shù)乇O(jiān)控的功能。具體說來其功能可以分成以下幾個(gè)方面: （1）收集并存儲(chǔ)變電站下位機(jī)各檢測保護(hù)單元采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，錄入并保存反映變電站和各一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的離線數(shù)據(jù)。（3）提供報(bào)警提示。當(dāng)各設(shè)備出現(xiàn)故障，包括斷路器跳閘、保護(hù)裝置動(dòng)作等故障，以及各種不正常事件，如設(shè)備變位、狀態(tài)異常、模擬量越限以及下位機(jī)各間隔單元狀態(tài)異常的情況時(shí)，后臺(tái)監(jiān)控主機(jī)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的提示。（5）事故記錄和事故追憶。將事故前M分鐘和事故后N分鐘的重要運(yùn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)存入歷史數(shù)據(jù)庫。作為調(diào)度、運(yùn)行及保護(hù)等各個(gè)專業(yè)人員的人機(jī)交互窗口，該監(jiān)控主機(jī)以圖形顯示、報(bào)表打印、語音報(bào)警等各種方式對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、對(duì)可控裝置進(jìn)行控制調(diào)節(jié)等，并協(xié)助調(diào)度中心完成“四遙”功能。為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，減輕單個(gè)CPU 運(yùn)行負(fù)荷，每個(gè)模塊單元均采用雙CPU 結(jié)構(gòu)：一片CPU 完成模擬量采集和處理、開關(guān)量輸入／輸出和人機(jī)接口等功能；另一片CPU 完成與CAN 總線接口的通信任務(wù)。 電力系統(tǒng)的保護(hù)單元裝置中，現(xiàn)場數(shù)據(jù)在進(jìn)入保護(hù)功能處理程序之前，要進(jìn)行一系列的預(yù)處理。這些信號(hào)首先被轉(zhuǎn)換成與微型計(jì)算機(jī)相匹配的電平，通過模擬濾波削去其中的高頻成分，然后由采樣保持環(huán)節(jié)將連續(xù)信號(hào)離散化。所以，設(shè)置一臺(tái)多路轉(zhuǎn)換器，由它逐一控制輸入信號(hào)的采集，并把它們按一定規(guī)律傳給A/D 轉(zhuǎn)換器，A/D 轉(zhuǎn)換器接著把它們一一轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。通信模塊主要負(fù)責(zé)測控保護(hù)單元與CAN總線的接口的：包括從CAN總線接收數(shù)據(jù)和向CAN 總線發(fā)送數(shù)據(jù)。任何一個(gè)模塊出錯(cuò)不會(huì)影響另一模塊的正常運(yùn)行。在本系統(tǒng)中，選用PHILIPS公司生產(chǎn)的獨(dú)立CAN總線控制器SJA1000；總線收發(fā)器是CAN控制器與物理總線間的接口，系統(tǒng)中選用PHILIPS公司生產(chǎn)的芯片PCA82C25O，它可以提供對(duì)總線的差動(dòng)收發(fā)能力。這兩個(gè)CPU都選用為80C196KB。 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(dòng)作正確率也已經(jīng)超過了常規(guī)保護(hù)。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)的測頻，采樣值標(biāo)度變換，保護(hù)功能計(jì)算。監(jiān)控CPU主要負(fù)責(zé)人機(jī)接口，保護(hù)定值管理。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。保護(hù)輸入和輸出通道不采用冗余技術(shù)，而只是在信號(hào)處理器部分采用。因此整個(gè)保護(hù)裝置并不因?yàn)椴捎昧硕郈PU技術(shù)而使可靠性大幅度的提高。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。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。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)。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)場總線的通信接口功能。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。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)。使用“一對(duì)N”方式實(shí)現(xiàn)時(shí)，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。為中低壓變電站廣為采用。裝置具有良好的電磁兼容性能，抗電磁干擾能力強(qiáng)，功耗低，工作溫度范圍寬。該裝置完全按照分布式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，在信息源點(diǎn)安裝小型的高可靠性的單元測控裝置，采用工業(yè)測控網(wǎng)絡(luò)與安裝于控制室的中心設(shè)備相連接，實(shí)現(xiàn)全變電站的監(jiān)控。因此，這種系統(tǒng)充分滿足各種電壓等級(jí)的變電站對(duì)實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化和無人值班的要求。RCS9700C系列測控裝置采用新型的ARM+DSP硬件平臺(tái)，14位并行AD轉(zhuǎn)換器，160*240圖形點(diǎn)陣液晶，100M以太網(wǎng)雙網(wǎng)，工業(yè)用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大容量、高精度的快速、實(shí)時(shí)信息處理 ，裝置支持主接線圖顯示圖形可網(wǎng)絡(luò)下載，裝置具備完善間隔層聯(lián)鎖功能，聯(lián)鎖邏輯可網(wǎng)絡(luò)下裝。RCS9700C系列測控裝置主要包括交直流測量單元、獨(dú)立遙控單元、狀態(tài)量采集單元、脈沖累計(jì)計(jì)算單元、網(wǎng)絡(luò)接口。本裝置按每個(gè)周波采集32點(diǎn)，對(duì)CT、PT和直流變送器進(jìn)行交直流采樣，并按N次等間隔采樣的離散表達(dá)式計(jì)算電流、電壓、有功、無功、有功電度、無功電度、功率因素、頻率等交流值和溫度、電流、電壓等直流測量值。信號(hào)量的采集帶有濾波回路，有變位即進(jìn)行記錄，信號(hào)采集具有防止接點(diǎn)抖動(dòng)的能力。3) 控制單元控制操作由調(diào)度或當(dāng)?shù)乇O(jiān)控下達(dá)命令，裝置接收此命令并返回校核無誤，即輸出此命令對(duì)開關(guān)進(jìn)行跳/合操作。4) 脈沖計(jì)數(shù)功能 脈沖電度表發(fā)出的脈沖信號(hào)經(jīng)光電隔離轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)去抖過程后進(jìn)入脈沖計(jì)數(shù)功能。6) 人機(jī)接口160*240大屏幕點(diǎn)陣液晶顯示及薄膜式鍵盤，能方便地實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。7) 當(dāng)?shù)夭僮骺稍谥鹘泳€圖上，直接對(duì)開關(guān)、刀閘進(jìn)行就地操作，減少誤操作的可能性。CPU板主要功能主CPU板以32位ARM+DSP為核心，CPLD，EPROM,RAM及外圍接口