【正文】 .................................... 36 小結(jié) ........................................................................................................ 37 第 5 章 總結(jié) .................................................................................................. 38 致謝 ........................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。圖文并冒，最后是將一些關(guān)于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的英文文章進(jìn)行漢語(yǔ)翻譯，這對(duì)了解變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的最新科技有著很大的幫助。并且對(duì)此前景進(jìn)行了簡(jiǎn)介。論文題目： 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 摘 要 本次畢業(yè)論文通過(guò)對(duì)變電站自動(dòng)化的概念和發(fā)展趨勢(shì)，以及變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)研究的意義和國(guó)內(nèi)外現(xiàn)在發(fā)展的狀況的論述，探討了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能，結(jié)構(gòu)，保護(hù)配置，并且進(jìn)一步討論了微機(jī)保護(hù)硬件的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。通過(guò)對(duì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信方面的研究，介紹了當(dāng)前各種總線方式和最新的通信技術(shù)，將各種通信方式進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，并將他們的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，比較了各種方式的性價(jià)比。最后將變電站綜合自動(dòng)化 系統(tǒng)的繼電保護(hù)和綜自設(shè)備的設(shè)置進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。 關(guān)鍵詞 ： 變電站綜合自動(dòng)化，通信協(xié)議， 微機(jī)保護(hù)，硬件配置。 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................. 39 英文翻譯 ............................................................................................................. 40 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。 它為調(diào)度中心提供了廠站端的運(yùn)行情況，通過(guò)控制操作和閉鎖，可以實(shí)現(xiàn)變電站當(dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)方的監(jiān)視和控制；為遠(yuǎn)方的遙調(diào)，遙測(cè)，遙控，遙信和反事故措施提供了可靠的技術(shù)保障；無(wú)人職守的變電站提高了供電的可靠性又實(shí)現(xiàn)了減員增效。 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(guò)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)。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)代替了常規(guī)的測(cè)量和監(jiān)視儀表，代替了常規(guī) 控制屏，中央信號(hào)系統(tǒng)和遠(yuǎn)動(dòng)屏，用微機(jī)保護(hù)代替了常規(guī)的繼電保護(hù)屏，解決了常規(guī)的繼電保護(hù)裝置不能與外界通信的問(wèn)題。通過(guò)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。 與傳統(tǒng)的繼電保護(hù)相比較，微機(jī)保護(hù)具有許多優(yōu)點(diǎn)： （ 1） ：改善和提高了繼電保護(hù)的動(dòng)作特性和性能，動(dòng)作正確率高。 （ 3） ：工藝結(jié)構(gòu)條件優(yōu)越 。 （ 4） ：可靠性提高。 （ 6） ：可以進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控。 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) （ 1） 保護(hù)監(jiān)控一體化 這種方式在 35KV 及以下的電壓等級(jí)中已普遍采用，它的好處是功能按一次單元集中化，利于穩(wěn)定的進(jìn)行信息采集以及對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行控制。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。 (2) 設(shè)備安裝就地化，戶外化 綜合自動(dòng)化裝置將和一次設(shè)備整合在一起，其電氣的抗干擾性能，設(shè)備抗熱，抗寒，抗雨雪，防腐蝕等各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)將達(dá)到極高的地步。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。這將極大的減少整個(gè)變電站的二次電纜，使變電站的建設(shè)簡(jiǎn)化，快速，設(shè)備調(diào)試簡(jiǎn)單。 (3) 人機(jī)操作界面接口統(tǒng)一化，運(yùn)行操作無(wú)線化 無(wú)人無(wú)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(guò)一個(gè)手持式可視無(wú)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(wú)線終端上。 (5) 全站數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 變電站的智能監(jiān)控裝置將無(wú)電壓等級(jí)劃分，只是下載參數(shù)設(shè)置版本不同。其實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)可通過(guò)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(wú)功，開(kāi)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。光電式電流電壓互感器的應(yīng)用，必將給數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)帶來(lái)全新的模式。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。 隨著微處理器技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，人們 可以利用現(xiàn)代先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備來(lái)組成一個(gè)自動(dòng)化的控制和保護(hù)系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)二次設(shè)備模式，做到設(shè)備簡(jiǎn)化，信息共享，減少變電站的造價(jià)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。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。五大類產(chǎn)品的不斷發(fā)展及其功能相互滲透，推動(dòng)了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展，產(chǎn)生了多種多樣的系統(tǒng)模式，按系統(tǒng)模式出現(xiàn)的時(shí)間順序可將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展分為三個(gè)階段： 第一階段：面向功能設(shè)計(jì)的集中式 RTU 加常規(guī)繼電保護(hù)模式 80 年代是以 RTU 為基礎(chǔ) 的遠(yuǎn)動(dòng)裝置及當(dāng)?shù)乇O(jiān)控為代表。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。 此類系統(tǒng)的出現(xiàn)是由于當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)保護(hù)和遠(yuǎn)動(dòng)分屬于不同部門和專業(yè)，另外對(duì)繼電保護(hù)與測(cè)控裝置在技術(shù)上如何融和沒(méi)有達(dá)成一致的認(rèn)識(shí)，故相當(dāng)一部分尤其是 110KV 及以下電壓等級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)采用此類模式。 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)。 變電站實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的優(yōu)越性 （ 1） ：提高供電質(zhì)量，提高電壓合格率 （ 2） ： 提高變電站的安全，可靠運(yùn) 行水平。 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)。雖然變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)在 80 年代后才被開(kāi)發(fā)應(yīng)用。應(yīng)用前景十分的巨大。下來(lái)介紹了國(guó)內(nèi)外變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展過(guò)程和巨大的前景應(yīng)用。 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)。各進(jìn)出線以及其他電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài) 通過(guò) ct,pt，開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)有電纜傳送到變電站的中央控制室的保護(hù)裝置和遠(yuǎn)動(dòng)裝置內(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。缺點(diǎn)是組屏多，占地面積大，而且需要鋪設(shè)大量的電纜，投資量和工程量大，接線復(fù)雜，獨(dú)立單元較多，維護(hù)工作量大，運(yùn)行不可靠。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(lái)，僅做數(shù)據(jù)信息的傳送。缺點(diǎn)是運(yùn)行時(shí)仍不是很穩(wěn)定。設(shè)備層為 0 層，單元層為 1 層，變電站層為 2 層。單元層一般按斷路器間隔劃分，具有測(cè)量，控制部件或繼電保護(hù)部件。單元層本身就是兩級(jí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。變電站層設(shè)現(xiàn)場(chǎng)總線或局域網(wǎng)，供各主機(jī)之間和監(jiān)控主機(jī)和單元層之間交換信息。 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)方式介于集中式和分散式之間。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。 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(cè)，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(kāi)關(guān)量和脈沖量。 (2) 開(kāi)關(guān)量 ： 變電站內(nèi)需要監(jiān)測(cè)的各種開(kāi)關(guān)量，包括各個(gè)開(kāi)關(guān)，刀閘，變壓器分接頭，繼電保護(hù)動(dòng)作信息，開(kāi)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(kāi)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(guò)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(kāi)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(lái)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(kāi)開(kāi)關(guān)自動(dòng)重合，驗(yàn)證主機(jī)的判斷。以 使無(wú)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(guò)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(guò)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 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件配置 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)變電站主控室的結(jié)構(gòu)分為三類： (1) 模擬屏式 ： 在主控室模擬屏前設(shè)微機(jī)臺(tái)，臺(tái)內(nèi)裝微機(jī)及 UPS 電源，臺(tái)上放主機(jī)顯示器 CRT，鍵盤和打印機(jī)。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。在控制臺(tái)對(duì)面設(shè)保護(hù)柜，變送器柜，監(jiān)控柜，電度表柜和交直流電源柜等設(shè)備。打印機(jī)和鍵盤。 主 控 室 前 部 的控 制 臺(tái)上 面 安 裝 顯 示 器 ， 打 印 機(jī) ，鍵 盤 ， 模 擬 主 接 線 ， 操 作 把手 ， 必 要 儀 表保 護(hù) 柜 ， 變 送器 柜 ， 監(jiān) 控柜 ， 電 度 表柜 ， 電 流 柜O P P O S I T E (3)微機(jī)臺(tái)式 ： 在主控室前部設(shè)微機(jī)臺(tái)，無(wú)模擬憑，無(wú)控制臺(tái)。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。不同功能的硬件之間只能有信息交換，不應(yīng)有電的直接聯(lián)系。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。 (2): 軟硬件模塊化，方便維護(hù)和擴(kuò)展。開(kāi) 入板，模入板等，方便維護(hù)，并可在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。 滿足在強(qiáng)電場(chǎng)，高頻影響和諧波沖擊等環(huán)境下可靠工作，并能防止雷電沖擊。 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。再現(xiàn)階段，在一些微機(jī)繼電保護(hù)裝置中，個(gè)別產(chǎn)品也采用了性能更好，功能更強(qiáng)大的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。 單片機(jī)通過(guò)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)。而且某些保護(hù)算法需要使用乘法，除法或是開(kāi)平方運(yùn)算，而早期的片內(nèi)資源有限，實(shí)際應(yīng)用時(shí)常常需要對(duì)其功能進(jìn)行補(bǔ)充和外部擴(kuò)展。運(yùn)行能力也得到了大大的加強(qiáng)，出現(xiàn)了無(wú)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)。其高效豐富的指定系統(tǒng)使得編程及其應(yīng)用即靈活又簡(jiǎn)潔。 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。 數(shù)字信號(hào)處理器 DSP：它與目前通用的 CPU 不同，是一種為了達(dá)到快速運(yùn)算而具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。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