【正文】 ......................................................... 35 翻譯（中文） ........................................................... 37 英文原文 ............................................................... 40 6致謝 ............................................................. 44 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁(yè) 1 緒論 變電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)監(jiān)控、遠(yuǎn)方調(diào)度控制和通信等技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與電力設(shè)備相結(jié)合，將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的監(jiān)測(cè)、保護(hù)、控制、計(jì)量和供用電部門的工作管理有機(jī)地融合在一起，改進(jìn)供電質(zhì)量，與用戶建立更密切、更負(fù)責(zé)的關(guān)系，力求供電經(jīng)濟(jì)性最好，企業(yè)管理更為有效。變電站自動(dòng)化系 統(tǒng)，即利用多臺(tái)計(jì)機(jī)算和大規(guī)模集成電路組成的自動(dòng)化系 統(tǒng)，代替常規(guī)的測(cè)量和監(jiān)視儀表，代替常規(guī)控制屏、中央信號(hào)系統(tǒng)和遠(yuǎn)動(dòng)屏，利用微機(jī)保護(hù)代替常規(guī)的繼電保護(hù)，并改變常規(guī)的繼電保護(hù)裝置不能與外界通信的缺陷。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，變電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)已成為一種必然趨勢(shì)和發(fā)展方向 [1]。監(jiān)控軟件作為 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，集數(shù)據(jù)采集、顯示、控制、通信等功能于一體，是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的最終實(shí)現(xiàn)工具。因此，開發(fā)專用的變電站監(jiān)控組態(tài)軟件成為滿足變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的必然選擇。 監(jiān)控軟件是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，集數(shù)據(jù)采集、顯示、控制、通信等功能于一體，是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的最終實(shí)現(xiàn)工具。因此， 開發(fā)專用的變電站監(jiān)控組態(tài)軟件成為滿足變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的必然選擇。 依據(jù)大電網(wǎng)會(huì)議 工作組的分析，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)較嚴(yán)格的定義為 [2]: (l)遠(yuǎn)動(dòng)功能 (四遙功能 )。電力系統(tǒng)低頻減載、靜止無(wú)功補(bǔ)償器控制、配網(wǎng)系統(tǒng)故 障分段隔離 /非故障段恢復(fù)供電與網(wǎng)絡(luò)重組等 )。 (4)繼電保護(hù)功能 。 (6)接口功能 (如與微機(jī)五防、繼電保護(hù)、電能計(jì)量、全球定位系統(tǒng) (GPS)等 IED 的接口 ): (7)系統(tǒng)功能 (與主站通信，當(dāng)?shù)?SCADA 等 )。使用監(jiān)控軟件，完成諸如網(wǎng)絡(luò)通訊、實(shí)時(shí)庫(kù)生 成、報(bào)警設(shè)計(jì)分析、歷史庫(kù)關(guān)機(jī)、報(bào)表管理等生成功能，使用于各種電壓級(jí)變電站監(jiān)視與控制、繼電保護(hù)、自動(dòng)化裝置等綜合自動(dòng)化系統(tǒng)?？偟脑瓌t是在技術(shù)上容許的條件下力求到先進(jìn)水平（包括各項(xiàng)功能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)）。計(jì)算機(jī)要能長(zhǎng)期連續(xù)工作，要具有較強(qiáng)的抗干擾能力和自檢自恢復(fù)功能。硬件方面要選擇可靠性較高的 控制機(jī)，要有一個(gè)合理的結(jié)構(gòu)，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化的功能模塊，對(duì) 接口的可靠性要給予特別重視。軟件方面也要有一個(gè)合理的結(jié)構(gòu)，力求按模塊化，構(gòu)結(jié)化的要求設(shè)計(jì)程序。 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)各種信息的采集和處理要滿足實(shí)時(shí)性的要求，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種狀態(tài)要能及時(shí)響應(yīng)。為了達(dá)到上述要求，硬件上要采用轉(zhuǎn)換 速度比較快的接口及比較完善的中斷申請(qǐng)和優(yōu)先排隊(duì)電路，軟件上要盡量縮短處理和運(yùn)算 時(shí)間，對(duì)任 務(wù)進(jìn)行合理安排和調(diào)度，使重要任務(wù)得到優(yōu)先處理等，也可提高實(shí)時(shí)性。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行情況發(fā)生變化時(shí)，要求通過(guò)簡(jiǎn)單的開關(guān)操作或改變某些特征標(biāo)志和整定值就能適應(yīng)。 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的主要特點(diǎn) 變電站監(jiān)控系統(tǒng)具有以下基本特點(diǎn) : l)變電站監(jiān)控系統(tǒng)的輸入回路將各類信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并通過(guò)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)信息共享。 2)采用模數(shù)變換、數(shù)字濾波和 處理技術(shù)，能保證各種量值的測(cè)量精度要求。 3)變電站設(shè)備和電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，故障信息，設(shè)備操作等采用屏幕顯示，電氣操作人員可通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行全面監(jiān)視與操作，取代了常規(guī)中央信號(hào)屏，控制屏等有關(guān)設(shè)備，為電氣操作人員提供了方便直觀的監(jiān)控條件。 5)能減少重復(fù)性硬件設(shè)備，節(jié)約大量控制電纜，縮小控制室建筑面積，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。 7)監(jiān)控系統(tǒng)可通過(guò) Mls系統(tǒng)上互聯(lián)網(wǎng)，這樣電氣管理人員可在異地通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)直接監(jiān)視變電站的工作情況。 總之，變電站監(jiān)控系統(tǒng)是提高變電站安全穩(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)量電能的重要技術(shù)措施之一，具有功能綜合化、結(jié)構(gòu)微機(jī)化、操作監(jiān)視屏幕化，運(yùn)行管理智能化的基本特征，為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化、配電自動(dòng)化和電網(wǎng)的現(xiàn)代化管理奠定了良好 的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的變電站大多采用常規(guī)的設(shè)備 , 它的二次設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜 , 可靠性不強(qiáng) , 沒(méi)有故障自診斷能力 , 只在計(jì)劃停車或保護(hù)裝置發(fā)生拒動(dòng)和誤動(dòng)時(shí)才能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。傳統(tǒng)變電站大多不具備調(diào)壓手段 , 且缺乏科學(xué)的電能質(zhì)量考核辦法 ,不能滿足企業(yè)考核的需求。傳統(tǒng)變電站二次設(shè)備體積大、笨重 , 器件組屏數(shù)量多 , 因此 , 控制室和繼電保護(hù)室占地面 積大 , 不能滿足企業(yè)發(fā)展和擴(kuò)規(guī)的要求。變電站要做到優(yōu)質(zhì)、可靠、安全運(yùn)行 , 必須掌握系統(tǒng)的運(yùn)行工況 , 才能采取一系列的自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)手段。 5) 設(shè)備可靠性差 , 維護(hù)量大。 相比較而言， 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)越性體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1) 提高供電質(zhì)量及電壓合格率。 2) 提高變電站的安全、可靠運(yùn)行水平。由于微機(jī)的應(yīng)用 , 更突出了自動(dòng)裝置和四遙裝置的有利特點(diǎn) , 這使得變電站的一、二次設(shè)備的可靠性大大提高。變電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化后 , 監(jiān)視、測(cè)量、記錄、抄表等工作由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成 , 提高了測(cè)量精度 , 避免了人為誤差。 4) 減小占地面積。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁(yè) 5 4 3 3.. ?? caTN SS5) 減少維護(hù)工作量 , 減少勞動(dòng)強(qiáng)度 , 實(shí)現(xiàn)減人增效。 課題來(lái)源及內(nèi)容 本課題來(lái)自東湖龍礦 35KV 地面變電所，研究對(duì)象為該變電站監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)。 、河流 本地區(qū)地形為丘陵地帶，地面工業(yè)廣場(chǎng)海拔高度 800m，土壤為黃土。土壤凍結(jié) 深度為 ，全年主要風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，最大風(fēng)速 25m/s，年平均雷暴日為 40 日。 本礦井為低瓦斯礦井，礦井設(shè)計(jì)能力為年產(chǎn) 120 萬(wàn)噸，在冊(cè)職工人數(shù)為 5000 人。 H，基本電費(fèi)按安裝容量計(jì)收為 5元 /KVA。變電所有一、二類負(fù)荷，為了保證供電的可靠性所以選擇兩臺(tái)變壓器，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。主變壓器的負(fù)荷率 : . ?? TNTSS? SFL716000/35 型變壓器主要技術(shù)數(shù)據(jù)見下表一 : 礦區(qū)西家莊站為 110kV 變電站，其 35kV 母線最大運(yùn)行方式下的短路容量為 400MVA，最小運(yùn)行方式下短路容量為 300MVA，繼電保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間為 秒。 ，輸出電壓不穩(wěn)定且波動(dòng)大，無(wú)法保證變電站二次設(shè)備的直流供電的要求。 ，報(bào)警的自動(dòng)化程度不完善，也帶來(lái)一旦出現(xiàn)電力設(shè)備故障，值班人員和相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)不能及時(shí)得知情況，不能做到故障的及時(shí)處理，嚴(yán)重影響電力設(shè)備的安全、正常運(yùn)行。 由于本人專業(yè)知識(shí)很有限，且關(guān)于東湖龍 35KV 地面變電站的資料掌握不全，該系統(tǒng)也不能實(shí)現(xiàn)實(shí)際的鏈接。 本監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)目標(biāo)為： （ 1） 通過(guò)主接線圖可以清晰的看到變電站的一次接線情況 ，并且可以直觀的監(jiān)控到整個(gè)變電站供電系統(tǒng)的狀態(tài)和運(yùn)行情況。 （ 3） 當(dāng)某線路的運(yùn)行不正?；虿僮鞑划?dāng)時(shí)會(huì)彈出警告窗口，并對(duì)其進(jìn)行事件記錄。 （ 5） 對(duì)斷路器和隔離開關(guān)操作設(shè)有密碼保護(hù)，只有通過(guò)密碼校驗(yàn)獲得認(rèn)可，才能對(duì)相關(guān)器件進(jìn)行操作。 （ 6） 設(shè)置監(jiān)控屏，通過(guò)監(jiān)控屏可以直觀的讀取一些數(shù)據(jù)。負(fù)荷名稱 電動(dòng)機(jī)名稱 電動(dòng)機(jī)額定容量/KW 設(shè)備臺(tái)數(shù) 設(shè)備容量 /KW 需用系數(shù) 功率因數(shù) 距變電所距離 重要負(fù)荷率 % 備注 安裝 工作 安裝 工作 一、地面 主井提升機(jī) 繞線 1500 1 1 1500 1500 250 100 副井提升機(jī) 繞線 1500 1 1 1500 1500 200 100 主扇風(fēng)機(jī) 同步 1600 2 1 3200 1600 3500 100 超前?cos 壓風(fēng)機(jī) 同步 750 3 2 500 1200 500 100 超前?cos 機(jī)修廠 1885 1000 0 工人村 1976 1200 0 洗煤廠 1598 800 50 鍋爐房 800 50 東湖龍村 1500 0 外供電 二、井下 距井口 最大 8000 300 100 正常 7000 300 100 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè) 2 變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 概述 變電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備由帶有通訊接口的采集控制模塊 :多功能電力綜合儀表、開關(guān)量采集模塊、電流量采集模塊、模擬量采集模塊、繼電器控制輸出模塊、通訊管理機(jī)、 24V直流電源，低壓電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器、中壓微機(jī)綜合保護(hù)器以及中央監(jiān)控主機(jī)等組成。一般安置在有人或無(wú)人值班的總值班室內(nèi)，用于整個(gè)變配電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)分析、歷史記錄、故障報(bào)警、控制等。 集中式綜合自 動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 以變電站為對(duì)象，面向功能設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)，稱之為集中式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（圖 21所示）。 主要缺點(diǎn) :運(yùn)行可靠性差，每臺(tái)計(jì)算機(jī)的功能較集中，如果一臺(tái)計(jì)算出故障，影響面較大，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 。組態(tài)不靈活，對(duì)不同主接線或不同規(guī)模的變電站，軟硬件都必須另行設(shè)計(jì)，可移植性差，不利于批量推廣。 圖 21 集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)框圖 遠(yuǎn)方調(diào)度中心 打印機(jī) 彩顯 當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng) 鍵盤 鼠標(biāo) 數(shù)據(jù)采集及控制部分 微機(jī)保護(hù)管理單元 MODEM 交直流采樣YC 開關(guān)量采集YX 電能表脈沖采集 YM 開 關(guān)控制輸出 YK 保護(hù)單元 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁(yè) 分層分布式綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)（圖 22 所示）是以變電站內(nèi)的電氣間隔和元件 (變壓器、電抗器、電容器、中壓開關(guān)柜、低壓開關(guān)柜、鐘 S、直流屏等 )為對(duì)象開發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。每層由不 同的設(shè)備或子系統(tǒng)組成，完成監(jiān)測(cè)和遙控的功能。 分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)、功能與特點(diǎn)： 1）基本結(jié)構(gòu) 分層分布式系統(tǒng)從邏輯上將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)劃分為兩層，即變電站層（站級(jí)測(cè)控主單元）和間隔層（間隔單元）。這種系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是以一次電力設(shè)備為安裝單位，講控制、 I/O、保護(hù)等單元分散地安裝在一次電力設(shè)備屏柜上。 變 電站層包括前置機(jī)通信單元和后臺(tái)監(jiān)控主機(jī)單元，這些構(gòu)成了上位機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)底層網(wǎng)絡(luò)采用 CAN 總線技術(shù)。 圖 22 分散分布式結(jié)構(gòu)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)框圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 主要硬件設(shè)備及其功能 l)間隔層 間隔層保護(hù)裝置的設(shè)備及功能 :根據(jù)變配電站的規(guī)模以及是否是新建電站，間隔層保護(hù)監(jiān)控裝置可以采用 分散安裝在開關(guān)柜上，也可以集中組屏。 間隔層保護(hù)裝置二次設(shè)計(jì)思路 :變配電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路隨著微機(jī)繼電保護(hù)裝置的不斷發(fā)展而相應(yīng)地做出調(diào)整。 2)通信管理層 通信管理層的功能是收集間隔層智能設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，處理上行、下行的信息 。主要有集線器和網(wǎng)絡(luò)交換等設(shè)備，通常由網(wǎng)絡(luò)集線器、交換機(jī)、光電轉(zhuǎn)換器、通訊管理機(jī)、接口設(shè)備和傳輸設(shè)備。 3)站控層 站控層設(shè)備主要包括主機(jī)、操作員站、工程師站、遠(yuǎn)動(dòng)通信設(shè)備等，其通常安放在主控室。站控層的主機(jī)也可作操作員站。 變電站級(jí)主要包括本地監(jiān)控工作站和工程師工作站微機(jī)，以及用于傳送遠(yuǎn)動(dòng)信息的主站微機(jī)。對(duì)于站級(jí)和出線間隔級(jí)功能進(jìn)行微處理化和分散安裝（地理上的分散和功能上的分布），站級(jí)主單元、間隔級(jí)I/O 單元、保護(hù)單元或測(cè)控保護(hù)綜合單元之間又分為保護(hù)相對(duì)獨(dú)立，控制和測(cè)量合一及保護(hù)、控制和測(cè)量合一等兩種模式。這種分層分布式系統(tǒng)同集中式系統(tǒng) 相比具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)分散，有利于無(wú)人值班，系統(tǒng)可靠性高，局部故障不會(huì)導(dǎo)致全系統(tǒng)癱瘓；保護(hù)和控制功能集中到同一裝置中，簡(jiǎn)化了二次設(shè)備之間的互連線，節(jié)省電纜，簡(jiǎn)化維護(hù)，減少了站級(jí)主機(jī)的負(fù)擔(dān)；各模塊與監(jiān)控主機(jī)間通過(guò)局域網(wǎng)或現(xiàn)場(chǎng)總線連接，信息的傳輸均為數(shù)字信號(hào)，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)；系統(tǒng)響應(yīng)速度快，因此，本設(shè)計(jì)選用分層分布式系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì) [6]。 數(shù)據(jù)通信指通過(guò)某種類型的傳輸介質(zhì)在兩地之間傳送二進(jìn)制位串的過(guò)程，它包括數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸兩部分。 串行通信 監(jiān)控系統(tǒng)的串行通信主要是指數(shù)據(jù)