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1、第六章 变电所的综合自动化,主要内容概念、特征基本功能结构、硬件配置微机保护,常规变电所的二次系统,维护工作量大,缺点：,安全性、可靠性不高；,电能质量可控性不高；,占地面积大；,实时计算和控制性不高；,变电站综合自动化由来,变电站综合自动化系统概念,通过监控系统的局域网通信，将微机保护、微机自动装置、微机远动装置采集的模拟量、开关量、状态量、脉冲量及一些非电量信号，经过数据处理及功能的重新组合，按照预定的程序和要求，对变电站实现综合性的监视和调度。,综合自动化结构示意图,自动监控系统,变电站综合自动化系统基本配置,时钟系统,调制解调装置,调度,综合测控装置,自动装置,远动装置,继电保护,模拟
2、/开关量采集装置,保护单元1,保护单元n,工作站,工作站,主控机,外设,中心处理机,网络,1、功能综合化 综合了变电所内除一次设备和交直流电源以外的所有二次设备。微机监控系统综合了仪表屏、操作屏、模拟屏、变送器屏、中央信号系统，远动装置RTU，电压及无功自动调节等功能。微机保护综合了故障录波、故障测距、小电流接地选线、自动按频率减负荷、自动重合闸等功能。,变电所综合自动化特征,2、结构分布、分层化,分布式结构：结构上采用主从CPU协同工作方式，各功能模块（从CPU）间采用网络技术或串行方式实现通信。优点：多CPU提高了处理并行多发事件的能力，方便系统扩展与维护，局部故障不影响其它模块的正常运行
3、。,分层式结构,监控主机,打印机,显示器,综合监控单元,前置机,数据采集,TA/TV,TA/TV,综合监控单元,线路保护单元,主变保护单元,电容器保护单元,间隔层,站控层,管理层,在变电站综合自动化系统中，通常把继电保护、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能综合在一起的装置称为保护单元，而把测量和控制功能综合在一起的装置称为控制或I/O单元。两者通称为间隔级单元(bay level unit)。各种类型的间隔级单元与变电站的中央单元(central unit)相结合，并利用间隔级单元搜集到的状态量和测量值，通过软件来实现各种保护闭锁，取消或大大简化传统设计中为实现闭锁功能所需要的二次回路，以组
4、成变电站综合自动化系统。,间隔层按一次设备组织，一般按断路器的间隔划分，具有测量、控制和继电保护部分。测量、控制部分负责该单元的测量、监视、断路器的操作控制和闭锁及事件顺序记录等；保护部分负责该单元线路或变压器或电容器的保护、各种录波等。间隔层本身是由各种不同的单元装置组成，这些独立的单元装置直接通过总线接到站控层。,综合自动化系统使变电站的值班人员完全是面对大屏幕显示器进行变电站的全方位监视与操作。,3、操作监视屏幕化,指针式仪表,模拟屏,跳、合闸操作,数据显示,实时主接线画面,画面文字语言报警,光字牌报警,鼠标键盘操作,原来的二次设备只能监视一次设备；综合自动化系统：监测一次设备；常规自动
5、化功能；在线自诊断；与控制中心通信。,4、运行管理智能化,无人值守变电站,无人值班变电站：调度值班员借助微机远动技术替代变电所现场值班员来控制和管理的变电所。是变电所的一种先进管理模式。调度员在主站端设备的键盘上进行必要的遥控、遥调操作。并非任何操作都无须人员现场进行。不必再配置单独RTU，模拟量和开关状态信息，通过通信管理单元直接送往调度。各微机保护单元将动作信息送给调度，并通过通信管理单元转发或执行调度下达的命令。,6.2 变电所综合自动化系统的基本功能,1、数据采集 是在线采集供电系统的运行参数，主要包括：模拟量，状态量和脉冲量。模拟量 采集进线的电压、电流和功率值，馈线回路的电流及功率
6、值，还包括变压器的温度，电容器的温度，直流电源电压等。状态量 采集变电所里的开关、断路器的位置状态等。脉冲量 脉冲电度表输出的脉冲信号等。,电力部门和用户内部生产调度需要的数据。变电所运行参数的统计、分析与计算。变电所内各种事故信息的顺序记录并登录存档。变电所运行参数和设备越限报警及记录。,2、数据处理与记录,变电所内的各高压断路器，隔离开关可以通 过变电所综合自动化系统CRT屏幕进行操作，也可以对变压器的分接头进行调节控制，可对电容器组进行投切。为了防止计算机系统故障时无法操作被控设备。应保留人工直接跳合闸手段。,3、控制与操作闭锁,a、操作出口具有跳、合闭锁功能。b、操作出口具有并发性操作
7、闭锁功能，c、根据实时信息，实现断路器、隔离开关操作闭锁功能。d、适应一次设备现场维修操作的“电脑五防操作及闭锁系统”。即：防止带负荷拉、合隔离开关；防止误入带电间隔；防止误分、合断路器；防止带电挂接地线；防止带地线合隔离开关。e、CRT屏幕操作闭锁功能，只有输入正确的操作口令和监护口令才有权进行操作控制。,操作闭锁的内容,4、微机保护,微机保护主要包括线路保护、变压器保护、母线保护、电容器保护、备用电源的自动投入装置和自动重合闸装置等。a、故障记录，且断电保持。b、存储多套整定值；并能显示及当地修改整 定值。c、实时显示保护主要状态。d、与监控系统通信。,“四遥”远方修改定值向电力调度部门传
8、送数据信息,5、与远方操作控制中心通信,（1）屏幕显示（2）通过键盘输入数据（3）人工操作控制（4）运行参数及信息的打印记录,6、人机联系功能,综合自动化系统的各单元模块应具有自诊断功能，自诊断信息也像数据采集一样周期性地送往后台机操作控制中心。,7、自诊断功能,1、供电系统对变电所综合自动化系统结构的原则要求可靠性实用性先进性,6.3 变电所综合自动化系统的结构和硬件配置,2、变电站综合自动化系统结构,系统为多微机、多层次结构形式。最上层设在电力系统控制中心；13层均设在变电站内。,结构形式：集中式、分布集中组屏和分布分散式。,集中式,采用计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、
9、开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动化功能。微机保护、微机监控和与调度等通信的功能由不同的微机完成。,集中式结构框图,缺点：可靠性差。软件复杂，调试麻烦，修改工作量大。组台不灵活。不直观。,分布分散式,每个回路均实现保护测控一体化各回路通过网络电缆连接，独立与监控主机通信。减少了所内的二次设备及信号电缆系统中任一部分故障时，只影响局部，提高了整个系统的可靠性可扩展性和运行的灵活性。,分布式综合自动化系统框图,分布集中组屏的结构模式，是将变电所内各回路的数据采集单元、控制单元和保护单元分别集中安装在变电所控制室内的数据采集柜、控制柜和保护柜中，相互间通过
10、网络与控制主机相连。分布集中组屏的结构便于扩充和维护，其中一个环节故障，不会影响其它部分的正常运行。适用于主变电所的回路数相对较少，一次设备比较集中，从一次设备到数据采集柜和控制柜等所用的信号电缆不长，易于设计、安装和维护管理的(10一35)kV供电系统变电所。,分布集中组屏,35kV变电站自动化系统配置方案,110/35kV变电站自动化系统配置方案,小 结,变电所综合自动化概念变电所综合自动化特点功能综合化、结构微机化、操作与监视屏幕化、运行管理智能化变电所综合自动化基本功能数据采集、数据处理与记录、控制与操作闭锁、微机保护、与远方操作控制中心通信、人机联系、自诊断、数据库变电所综合自动化系
11、统的结构集中式、分布分散式、分布集中组屏,变电所综合自动化系统的硬件配置一般由中央处理机（包括打印仉、监视器、通信接口等外围设备）、数据采集与处理、微机保护、操作与控制、故障滤波等各种功能模块及所内通信网络组成。,6.3.2 变电所综合自动化系统的硬件配置,（一）、中央处理机,中央处理机系统可采用单机系统和多机系统两种基本配置。单机系统：指变电所综合自动化的全部功能由一台中央处理机来控制和完成。优点是系统结构简单，造价低。缺点是容量受限制，如检测量较多，则响应速度会受到影响，且工作可靠性较差。单饥系统大多用于中、小型变电所。,多机系统一般分两种配置方式。两台主机一台工作，另一台处于热备用状态。
12、一台（或两台）主机和若干台前置机，由前置机负责数据的采集和通信联络工作，收集到的信息经初步处理后向主机传送。这种系统称为分布式多机系统。分布式多机系统的优点是功能强、容量大、灵活、可靠，便于维护和扩充。它可以根据现场实际情况灵活地增减前置机的数量，以满足不同供电系统的需要。而且中央处理机可以采用高级语言编程，因此比较容易实现更复杂的功能和运算。,多机系统,在变电所系统中数据信息的采集和处理是变电所综合自动化系统的主要功能之一。供电系统中数据信息的采集主要有模拟量和开关量。1、模似量的检测与处理 在变电所综合自动化系统中，模拟量的检测一般有两种方式，即直流采样检测和交流采样检测。前者结构较复杂，
13、但程序设计简单，精度容易满足；后者结构简单，但在实现高精度检测时，技术要复杂一些。,（二）、数据与信息的采集和处理,同时采样，同时A/D转换,顺序采样,依次A/D转换,同时采样，依次A/D转换,直流采样检测方式是采用电量变送器将供电系统的交流电压、交流电流、有功功率、无功功率等转换为05v（无功为 5v）的直流电压信号供微机检测。可以采用单极性A/D转换接口，对转换速度的要求也不高，精度比较容易保证程序设计也较简单，主要缺点是电量变送器投资较大，二次接线、维护复杂，且变送器有一定的延时，因此该方式一般适用于检测变化速度比较缓慢的过程和稳态量。,（1）直流采样检测及其数据处理,将交流电量转换为线
14、性成比例输出直流模拟电量的装置。无源型和有源型两种无源型电量变送器主要有电流变送器和电压变送器两种，由于它不需要供电电源，从而使安装接线得以简单，价格较低。但无源型电量变送器在小信号输入时，测量精度不易保证。目前应用的大多是有源型电量变送器，它包括电压，电流，功率，电能，功率因数变送器等。有源型电量变透器的供电电源分为交流110V，220V；直流24V,48V,110V等。,1）电量变送器,2）直流采样检测的数据处理 在直流采样检测中某一模拟量经变送器，低通滤波，采样保持，AD转换被采集到内存还需进行一系列的加工和处理才能成为有用的数据通过软件实现如下：a)采样到的数据要重新排队b)数字滤波排
15、除随机干扰c)数据合理性检测和越限检测d)微机处理及其转换,交流采样检测是采用交流变换器将交流电压和交流电流转换成 5v（峰值）的交流电压信号，供微机检测，这种方法的特点是结构简单，速度快，投资省，工作可靠，缺点是程序设计较繁琐，要提高检测精度在技术上比较复杂。同时它要A/D转换接口是双极性的，对转换速度要求较高。由于交流采样所得到的信号是瞬时值，这些量是随时间而变化的交变量人们无法直接识别它的大小和传送方向（指功率）。这就需要通过一定的算法把信号的有效值计算出来；交流采样的算法很常用的算法有：两点采样算法、全周波傅氏算法,（2）交流采样检测及算法,U、I为电流电压的有效值，,如果要是要是复合
16、量输入，即：,1）两点采样的特点是简单、快速。但90度样本身无滤波作用，因此输入信号必须是纯正弦波才不致引起误差。2）全周波傅氏算法：当输入信号为含有高次谐波的畸变电量时，通常采用多点采样法即全周波的傅氏算法。,在变电所综合自动化系统中，数据采集系统往往要同时采集输入多个信号如三相电流电压等，在每个采样周期中，要对多个通道输入信号全部采样一次；一般有下列几种采样方式。1）同时采样。2）顺序采样。,（3）采样保持与多路转换器的配置,小 结,变电所综合自动化系统硬件配置中央处理机数据与信息的采集和处理模拟量的监测与处理直流采样检测及数据处理交流采样检测及数据处理开关量的检测与识别变电所的运行控制与
17、操作,6.4 供电系统的微机保护,随着计算机技术的发展和变电所综合自动比系统的实现以及变电所无人值班的运行方，系统对保护的要求更高，使现有的模拟式继电保护难以满足。主要表现在以下几个方面:动作速度慢，一般超过0.02s。没有自诊断和自检功能，保护装置中的元件损坏不能及时发现，易造成严重后果。保护的每一种方式都是靠相应的硬件相连线来实现所以保护装置的功能灵活性差。对于供电系统中一些复杂的保护方式（如变压器的差动保护）。参数整定繁琐，调试工作量大，灵活性差，容易发生误动和拒动。,典型的微机保护装置硬件系统包括：（一）数据采集系统 数据采集系统包括交流变换、电压形成，模拟滤波，采样保持，多路转换以及
18、模数转换等，完成模拟输入量到所需数字量的准确转换。（二）微机系统 微机系统是微机保护装置的核心部分包括CPU,RAM，EPROMEEPROM可编程定时器、控制器等。（三）开关量输入/输出系统 该系统由若干并行接口适配器光电隔离器及有接点的中间继电器等组成。以完成各种保护的出口跳闸、信号报警、外部节点输入机人机对话等功能。,一、微机保护装置的构成及基本硬件,二、微机电流保护,人机联系1,供电系统的主接线；供电系统的实时运行参数；变电所内一次设备的运行状况；报警画面与提示信息；事件的顺序记录；事故记录；保护整定值；控制系统的配置显示；退出运行的设备和装置的显示以及值班记录；各种报表和负荷曲线；故障
19、信息及故障处理的有关规程程序和操作指令。,运行操作人员的代码及密码；运行操作人员密码的更改；保护类型的选择及定值的更改；报瞥的界限、设置与退出；手动/自动设置等。,人机联系2,断路器及隔离开关的操作；变压器分接头位置的控制；控制闭锁的设定；保护装置的投入或退出；设备运行/检修的设置；当地远方控制的选择；信号复归等。,人机联系3,人机联系4,屏幕显示的优点是直观、灵活、容易更新。但屏幕显示是暂时性的，不能够长期保存信息。而人机联系的另一种方式就是打印记录，打印记录功能就可将各类数据和信息长期保存。因此屏幕显示相打印记录是变电站综合自动化系统进行人机联系不可缺少的互补措施。打印分为定时、随机和召唤打印三种。,
