【正文】 用化、規(guī)范化發(fā)展。 （ 5） 系統(tǒng)信息交換、共享范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。 第 2 章 變電站 綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 變電站綜 合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電氣主接線 本文以電壓等級為 110KV 為例進(jìn)行變電站綜合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，一次電氣主接線總體設(shè)計(jì)方案如下： 綜合自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展過程與集成電路技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)密切相關(guān)。從國內(nèi)外變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展過程來看，其結(jié)構(gòu)形式有集中式、分層分布式、和全分散式等三種類型。 這種系統(tǒng)的主要功能即特點(diǎn)是： 1）能實(shí)時(shí)采集變電站中各種模擬量、開關(guān)量，完成對變電站的數(shù)據(jù)采集和 實(shí)時(shí)監(jiān)控、制表、打印、事件順序記錄等功能。 3）集中式結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、可大大減少占地面積。 集中式結(jié) 構(gòu)最大的缺點(diǎn)是： 1）每臺計(jì)算機(jī)的功能較集中，如果一臺計(jì)算機(jī)出故障，影響面大，因此必須采用雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的結(jié)構(gòu)才能提高可靠性。 3）組態(tài)不靈活，對不同主線或規(guī)模不同的變電站，軟硬件都必須另行設(shè)計(jì)，工作量大，因此影響了批量生產(chǎn)，不利于推廣。 分層分布式的結(jié)構(gòu)形式 在分層分布式結(jié)構(gòu)的變電站綜合自動 化系統(tǒng)中，將整個變電站的一次、二次設(shè)備分為三層，即變電站層、間隔層、和設(shè)備層。變電站綜合自動化系統(tǒng)主要位于 1 層和 2 層，即間隔層和變電站層。 間隔層一般按斷路器間隔來劃分，具有測量、控制部件或繼電保護(hù)部件。 變電站層包括站級監(jiān)控主機(jī)、遠(yuǎn)動通信機(jī)等。變電站綜合自動化系統(tǒng)主要位于 1 層和 2層。 分層分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)如下： 1） 分層分布式的配置，系統(tǒng)采用按功能劃分的分布式多 CPU 系統(tǒng)。 全分散式的結(jié)構(gòu)形式 硬件結(jié)構(gòu)為完全分散式的綜合自動化系統(tǒng)，是指以變壓器、斷路器、母線等一次主設(shè)備為安裝單位，將保護(hù)、控制、輸入 /輸出、閉鎖等單元就地分散安裝在一次主設(shè)備的開關(guān)屏上，安裝在主控制室內(nèi)的主控單元通過現(xiàn)場總線與這些分散的單元進(jìn)行通信，主控單元通過網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控主機(jī)聯(lián)系。 （ 2）節(jié)約控制室面積。 （ 4）綜合性強(qiáng)。 變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件配置 綜合自動化系統(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，臺內(nèi)裝微機(jī)及 UPS 電源，臺上放主機(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。在控制臺對面設(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)臺式 ： 在主控室前部設(shè)微機(jī)臺，無模擬憑，無控制臺。微機(jī)臺內(nèi)裝主機(jī)和微機(jī)電源，微機(jī)臺上放 CRT，打印機(jī)和鍵盤。 監(jiān)測： 綜合自動化系統(tǒng)通過對變電站的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，處理，顯示和打印，使運(yùn)行人員了解變電站的運(yùn)行工況，并采取相應(yīng)的措施。 (1) 模擬量：變電站需要監(jiān)測的各種模擬量包括主變一次，二次和各線路的電流，各段母線及重要線路的電壓，各線路零序電流，母線零序電壓，主變溫度和室溫。 (3) 脈沖量：變電站需要監(jiān)測的各種脈沖量，包括線路，主變一次和二次的有功電度量和無功電度量，電容器的無功電度量，所用電的有功電度量等。該系統(tǒng)還可以根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行情況自動控制開關(guān)或變壓器分接頭。 操作方式分為手 動操作和遙控執(zhí)行。正常時(shí)利用鍵盤操作，非正常時(shí)通過模擬屏把手操作或保護(hù)柜操作。遙控執(zhí)行：當(dāng)調(diào)度端發(fā)出遙控開關(guān)或遙調(diào)變 壓器分接頭的命令后，該系統(tǒng)能可靠的執(zhí)行。分為有事故跳閘次數(shù)和手動跳閘次數(shù)兩種。也可利用功率方向法等其他方法來判別。確定后，主機(jī)報(bào)警，并顯示和打印。 (3) : 無功電壓自動控制：根據(jù)電網(wǎng)無功，電壓計(jì)算和判斷是投切電容器，還是調(diào)節(jié)變壓器分接頭位置。在變壓器?；螂娋W(wǎng)故障時(shí)不應(yīng)該誤動。 遠(yuǎn)傳： 當(dāng)變電站正常運(yùn)行或發(fā)生事故及報(bào)警等事件時(shí)，遠(yuǎn)傳機(jī)會實(shí)時(shí)的向上級調(diào)度傳送該站信息，使調(diào)度人員了 解該站的運(yùn)行情況。其特點(diǎn)： (1) : 用鍵盤和八段顯示器（ LED）顯示采樣值（電流，電壓，和開關(guān)狀態(tài)）和整定值，并可修改整定值。能夠記錄事故前后的線路電流和母線電壓。能夠?qū)ΡＷo(hù)柜包括主機(jī)在內(nèi)的各元件進(jìn)行在線檢查。雙回線方向橫差保護(hù)和低周減載保護(hù)。本體保護(hù)（重瓦斯，輕瓦斯，有載重瓦斯，有載輕瓦斯等），過流保護(hù)（包括低壓啟動，復(fù)合電壓啟動），過負(fù)荷保護(hù)。 (3): 電容器保護(hù)：包括電流速斷保護(hù)，過流保護(hù)，反時(shí)限過流保護(hù)，相間過電壓保護(hù)，相間低電壓保護(hù)和零序過電壓保護(hù)。如圖 25 所示，變電站層包括前置機(jī)通信單元和后臺監(jiān)控主機(jī)單元，這些構(gòu)成了上位機(jī)系統(tǒng)。 圖 25 變電站綜合自動化系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)框圖 RCS9000 變電站綜合自動化系統(tǒng) RCS9000是新一代的，集保護(hù)、控制、監(jiān)視、測量和其他自動化功能于一體的35kV500kV 變電站綜合自動化系統(tǒng)。 RCS9000是分布式系統(tǒng)，配置有一系列單元監(jiān)控裝置。通信層采用標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約，可以方便地實(shí)現(xiàn)不同廠家的設(shè)備互連。變電站層主要是位于變電站控制室里的總控單元。系統(tǒng)功能 強(qiáng)大，用戶界面友好，可以很好地滿足變電站自動化的要求。 RCS 總線采用電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL/T 6671999（ IEC 608705103）通信規(guī)約，用于站內(nèi)保護(hù)和測控的綜合通信，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可靠性高，具有不同廠家同種規(guī)約產(chǎn)品的互操作變電站 綜合自動化 系統(tǒng) 變電站層 間隔層 前置通信單元 后臺監(jiān)控主 機(jī) 上位機(jī)系 統(tǒng) 主變監(jiān)控保護(hù)單元 線路監(jiān)控保護(hù)單元 主變后備保護(hù)單元 …… 下位機(jī) 系統(tǒng) 性。兩網(wǎng)可以都用于通信，從而提高通信的可靠 性。 以 GPS 對時(shí)網(wǎng)絡(luò)為系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備進(jìn)行時(shí)間同步。監(jiān)控系統(tǒng)采取開放式、模塊化設(shè)計(jì)；基于 Windows NT；通過不同設(shè)置實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)控功能，工作可靠，安全；可以提供保護(hù)和錄波分析的全部信息。 上位機(jī)系統(tǒng) 上位機(jī)系統(tǒng)相對于下位機(jī)系統(tǒng)來說相當(dāng)于主站，主要是對下位機(jī)各測控、保護(hù)單元進(jìn)行監(jiān)控；相對于遠(yuǎn)方的調(diào)度部門來說，又相當(dāng)于子站，上傳變電站的運(yùn)行信息，同時(shí)執(zhí)行該調(diào)度的控制和調(diào)節(jié)命令，完成相應(yīng)的功能。除了要完成變電站正常運(yùn)行時(shí)主設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和處理的任務(wù)外；還要對不正常運(yùn)行狀態(tài)和事故狀態(tài)運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理與數(shù)據(jù)收集（ SCADA）； 同時(shí)還要完成保護(hù)定值的修改與下發(fā)、調(diào)度命令的 隨時(shí) 解釋和下達(dá)執(zhí)行等等。 （ 2）運(yùn)行系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件，處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，下發(fā)控制、調(diào)節(jié)命令，對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、統(tǒng)計(jì)、繪圖、打印和輸出等處理，為系統(tǒng)運(yùn)行管理提供科學(xué)依據(jù)。報(bào)警分為計(jì)算機(jī)圖形報(bào)警、文字報(bào)警和語音告警三種；報(bào)警類型分為事故告警、變位報(bào)警和越限報(bào)警三種。 （ 4）給操作人員提供各種形式的信息顯示界面，其中包括以地圖為背景的實(shí)時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行工況圖。變電站運(yùn)行的各種事件被分別登錄到狀態(tài)變化、遙測越限和 SOE（事件順序記錄儀）登錄表中。 本方案中上位機(jī)的后臺主機(jī)為監(jiān)控主機(jī)。 下位機(jī)監(jiān)測、控制和保護(hù)單元 單元可分為以下幾種裝置：通用測控裝置 NSD200，線路測控裝置 NSD100，保護(hù)測控裝置 NSR600下位機(jī)監(jiān)測、控制和保護(hù)單元由三個功能模塊組成：采集保護(hù)模塊、主 CPU 模塊和通信模塊。應(yīng)用雙口 RAM ，以便使兩 CPU 之間的數(shù)據(jù)順利交換。 從電力系統(tǒng)中輸入到繼電保護(hù)裝置的模擬信號主要有兩類：來自 PT 或 CT 的交流電壓、電流信號，來自分壓器或分流器的直流電壓電流信號。由于輸入的信號往往不止一個，不可能要 A/D 轉(zhuǎn)換器與這些輸入信號一一對應(yīng)。這些數(shù)字量還應(yīng)在存儲器中按先后順序排列，以方便處理程序的調(diào)用。為了保證系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行獨(dú)立性，通信模塊由一片專門的 CPUZ(80C196）負(fù)責(zé)，與測控保護(hù)模塊分開，互不影響。下位機(jī)與 CAN 總線接口的通信，總線控制器可完成 CAN 通信協(xié)議所要 求的大部分功能，包括數(shù)據(jù)的組幀、解幀、幀校驗(yàn)等。 各測控保護(hù)單元采用雙 CPU結(jié)構(gòu)，一塊用于保護(hù)，另一塊用于通信。它擁有一套效率高、執(zhí)行速度快的指令系統(tǒng)。對于高壓和超高壓輸電線路微機(jī)保護(hù)裝置，多單片機(jī)構(gòu)成的多 CPU 硬件結(jié)構(gòu)已成為現(xiàn)行的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。 3 個保護(hù) CPU 分別完成高頻保護(hù)，距離保護(hù)，零序保護(hù)功能。通信控制，保護(hù) CPU 運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等功能。 監(jiān) 控 C P UV / F 轉(zhuǎn) 換通 信 接 口I / O 接 口保 護(hù) C P U 1保 護(hù) C P U 2保 護(hù) C P U 3 但是這種多 CPU 微機(jī)保護(hù)裝置采用了不完全冗余技術(shù)。如果模擬輸入通道和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生故障，那麼輸入 3 個 CPU 插件的故障數(shù)據(jù)將不在準(zhǔn)確，整套裝置不能正確工作；跳閘出口通道發(fā)生故障，整套裝置同樣不能正確工作。 多 CPU 微機(jī)保護(hù)裝置除完成本線路的繼電保護(hù)功能外，同時(shí)還必須完成相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)功能。在距離保護(hù) CPU 插件或者零序保護(hù) CPU 插件發(fā)生故障時(shí)，即使線路的主保護(hù)可以正常工作，仍將失去遠(yuǎn)方后備保護(hù)的功能。 ② 微機(jī)元件繼電保護(hù)： 微機(jī)元件保護(hù)的種類很多，硬件結(jié)構(gòu)也各有特色，基本的 類型有單片機(jī)型和工控機(jī)型微機(jī)元件保護(hù)。比如采用了高壓線路保護(hù)類似的 VFC 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和高性能單片機(jī)構(gòu)成的雙 CPU 系統(tǒng)，變壓器主保護(hù)與變壓器 各側(cè)的后備保護(hù)分別采用不同的 CPU 完成保護(hù)功能。 采用工控機(jī)實(shí)現(xiàn)的微機(jī)保護(hù)，具有小型化，低成本，高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。可以大大縮短微機(jī)保護(hù)裝置的開發(fā)周期，實(shí)現(xiàn)微機(jī)繼電保護(hù)裝置的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，便于運(yùn)行部門的運(yùn)行維護(hù)，必將在微機(jī)保護(hù)的發(fā)展中發(fā)揮重要的作用。采用 “一對一：實(shí)現(xiàn)時(shí)，一套裝置負(fù)責(zé)一條線路或一臺變壓器的測量，保護(hù)和控制。它具有分布式結(jié)構(gòu)的全部優(yōu)點(diǎn)而且又便于設(shè)計(jì)安裝及運(yùn)行維護(hù) 。 110KV 變電站綜合自動化系統(tǒng)保護(hù)測控裝置詳細(xì)配置 （ 1） 110kv 側(cè)保護(hù)測控裝置配置 本設(shè)計(jì)采用 RCS9700C 系列測控裝置 RCS9700C 系列測控裝 置 是為將測控功能分散實(shí)現(xiàn)而設(shè)計(jì)開發(fā)的，在設(shè)計(jì)的過程中充分考慮了裝置惡劣的運(yùn)行條件。 RCS9700C 系列測控裝置綜合考慮變電站對數(shù)據(jù)采集、處理的要求，以計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、控制、信號等功能。該系列裝置除完成常規(guī)的數(shù)據(jù)采集外，還可實(shí)現(xiàn)豐富的測量、記錄、監(jiān)視、控制功能，取代了其它常規(guī)的專門測量儀表。 裝置在設(shè)計(jì)的過程中充分考慮了運(yùn)行的安全性，控制系統(tǒng)中的各種閉鎖、開放控制電路的設(shè)置，高可靠性連接元件的選用，通信技術(shù)的應(yīng)用，新型大節(jié)點(diǎn)容量繼電器的使用，出口繼電器檢驗(yàn)，保證了裝置能更安全可靠的接地運(yùn)行。 RCS9702C、 RCS9703C、 RCS9705C、RCS9706C、 RCS9709C、 RCS9701C 可提供硬件邏輯閉鎖接點(diǎn)輸出。各部分功能如下： 1) 測量單元 現(xiàn)場 CT、 PT來的 5A 和 1A、 100V 的交變波形經(jīng)高精度的變換器轉(zhuǎn)換成適合計(jì)算機(jī)采集的小信號，經(jīng)濾波后送入 A/D變換成數(shù)字信號，最后進(jìn)入 CPU 進(jìn)行計(jì)算。 2) 遙信單元 信號以空節(jié)點(diǎn)方式引入，經(jīng)過光電隔離后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)入裝置，從 而取得狀態(tài)信號，變位信號。此外每一信號的采集帶有現(xiàn)場可整定的時(shí)限，以確保信號功能的準(zhǔn)確性。該控制受開放控制電路的限制，每一對象的遙控輸出都受雙 CPU 的控制，操作步驟為：選擇、返校、執(zhí)行三部分，實(shí)現(xiàn)繼電器出口校驗(yàn)，保證了遙控能安全、可靠地執(zhí)行。 5) 通訊接口 裝置支持電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL/T6671999（ IEC608705103標(biāo)準(zhǔn)的通訊規(guī)約，配有以太網(wǎng)，雙網(wǎng)， 100Mbps,超五類線或光纖通訊接口。圖形化人機(jī)接口，主接線圖、開關(guān)、刀閘及模擬量的顯示，菜單及圖形界面可編輯，并可通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)直接下載。 8) 邏輯閉鎖功能 當(dāng)裝置邏輯閉鎖功能投 入時(shí)，裝置能夠接受邏輯閉鎖編程，當(dāng)遠(yuǎn)方遙控或就地操作時(shí)，裝置自動啟動邏輯閉鎖程序，以決定是否允許操作。 遙測采集及計(jì) 算 遙測量通過 PT/CT 將強(qiáng)電壓、電流量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的弱電電壓信號后，由 A/D 轉(zhuǎn)換進(jìn)入主 CPU,可輸入四個電壓和三個電流。本裝置對頻率進(jìn)行跟蹤計(jì)算，調(diào)整采樣周期后進(jìn)行等間隔采樣。 遙信測量 遙信輸入采用光耦進(jìn)行隔離，以避免外部干擾的闖入。對象操作嚴(yán)格按照選擇、校核、執(zhí)行三步驟，實(shí)現(xiàn)出口繼電器校驗(yàn)。 GPS 對時(shí) 本裝置可與 GPS 對時(shí)，實(shí)現(xiàn)裝置時(shí)鐘與天文時(shí)鐘同步。 RCS9700系列 C 型測控裝置均為后插式結(jié)構(gòu)， 110KV 側(cè)變壓器本體保護(hù)采用RCS9703C 測控 裝置，它是二分之一的 6U機(jī)箱。： 1) 56路開關(guān)量變位遙信，開工量輸入為 220V/110V 光電隔離輸入 ； 2) 一組電壓、一組電流的模擬量輸入，其基本內(nèi)容有電流、電壓、電度計(jì)算、頻率、功率及功率因素； 3) 8路變送器接口單元； 4) 15次諧波測量； 5) 遙控輸出可配置