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1、变电站综合自动化技术 （变电站监控系统）,刘慧海,内容纲要 1、综合自动化的有关基本概念，基本结构及功能介绍 2、国内典型500kV综合自动化变电站特点分析 3、变电站综合自动化系统的数据通信及网络通信 4、变电站监控系统装置介绍 5、变电站监控系统设备的试验、维护及注意事项,1、综合自动化的有关基本概念，基本结构及功能介绍,基本概念 变电站自动化 （计算机技术变电站系统或设备） | （通信和网络技术变电站系统或设备）| （其它各种新技术变电站系统或设备） 变电站自动化 变电站自动化是基于微机的变电站二次系统或设备,变电站综合自动化,变电站综合自动化系统是将变电站的二次设备（包括控制、信号、测
2、量、保护、自动装置、远动等）利用计算机技术、现代通信技术，通过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、测量、控制和调整的一种综合性的自动化系统 特点：功能综合化；设备、操作、监视微机化；结构分层分布化；通信网络化光纤化；运行管理智能化,四遥,遥测，又称远程测量，是指运用远程通信技术传送被测参量的测量值 遥信，又称远程信号，是对状态信息的远程监视 遥控，又称远程切换，是指对具有两个确定状态的运行设备所进行的远程操作 遥调，又称远程整定，是指对具有不少于两个设定值的设备进行远程操作,事件顺序记录,SOE 按照时间顺序记录事故、故障和异常的发生情况 对远动主站而言，事件顺序记录特指保护跳闸及其相关
3、信息 由于对时的原因，事件顺序记录在站内应用较好，但站间的应用效果很差,事故追忆,记录断路器事故跳闸前后一段时间内模拟量的有效值变化过程 有的系统可以每周波记录一次有效值；有的系统等间隔记录一次有效值 由于CT饱和特性的限制，事故追忆仅仅具有参考价值,故障录波,记录断路器事故跳闸前后一段时间内电压、电流、频率等模拟量的故障波形（动态）,RTU,在发电厂、变电所内按远动规约完成远动数据采集、处理、发送、接收以及输出执行等功能的设备称为远动终端（Remote Terminal Unit，即 RTU）,VQC,电压无功控制 实现变电站或局部电网的补偿设备自动投切或调整，以及变压器分接头的自动调整,监
4、控系统按站级与间隔级两个控制层构成。,站级控制层布置在变电所主控制楼内计算机室及主控制室。,在主控制室配置两台主计算机兼做操作员工作站及一台微机五防PC机，两台主机平行运行，互为热备用，运行人员通过操作员工作站对变电所全部一次设备及二次设备进行监视、测量、记录并处理各种信息，并对变电所的主要电气设备实现远方控制。运行人员可通过微机五防PC机进行防误模拟操作。,综自系统基本配置、结构,在计算机室配置1台工程师工作站、2台数据处理和通信装置及公共系统接口机1台。,工程师工作站用于整个监控系统的维护和管理等。,南阳站本期配置：两台64位系统服务器，两台64位操作员站，一台远动工作站，一台64位五防工
5、作站，一台64位工程师站，一台64位仿真培训工作站。,站级控制层的各设备之间通过以太网进行通讯，以太网采用冗余结构。,间隔级控制层由按电气单元组屏的测控部件组成，具有交流采样、测量、防误闭锁、同期检测、就地断路器紧急操作和主接线状态及测量数字显示等功能，并按照电气单元配置分别布置在1000KV保护小室、所用变小室内。,南阳站本期测控装置配置为：1000KV保护小室分1000KV断路器测控装置、1000KV线路测控装置、1000KV线路电抗器测控装置、1000KV公用测控装置。所用变小室包含35KV和0.4KV测控装置。,综自系统基本功能,通过I/O数据采集单元实时采集来自生产过程的模拟量、数字
6、量、脉冲量及温度量等输入量,数据处理功能,画面显示,记录和打印功能,管理功能,时钟同步,与保护设备的数字接口,监控系统的自诊断和自恢复,报警处理,操作功能,控制功能,同期检测及操作,防误操作,计算机通信网接口,维护功能,2、国内典型500kV综合自动化系统特点分析,变电站自动化系统的技术特点：(在技术、设备没有大的发展情况下，各厂家趋于统一) 面向间隔的分层分布式结构（两层设备） 后台硬件异构平台（64位机和32位机） 混合操作系统平台（WINDOWS和UNIX) 站控层五防与间隔五防互补的五防体系 抗干扰性能优越的可配置的测控装置 面向间隔的数据库,三种方案的共同要求 测控单元出以太网，数据
7、不经转换直接送到远动主机和当地监控主机。 操作员站和服务器可以分开布置，也可以合并运行。分开布置时，服务器放置在计算机室内。 间隔层和变电站层分别组成以太网，各间隔层以太网与变电站层以太网通过光纤连接,220kV及以上高集成化典型结构,3、变电站综合自动化系统的数据通信及网络通信,一、变电站内的信息传输内容,间隔层设备大多需要从现场一次设备的电压和电流互感器采集正常情况和事故情况下的电压值和电流值，采集设备的状态信息和故障诊断信息，这些信息主要是：断路器、隔离开关位置、变压器的分接头位置，变压器、互感器、避雷器的诊断信息以及断路器操作信息。,1、现场一次设备与间隔层间的信息传输,3、间隔层与变
8、电站层的信息,（1）测量及状态信息,（2）操作信息,（3）参数信息，微机保护和自动装置的整定值等。,2、间隔层的信息交换,这类信息有如测量数据、断路器状态、器件的运行状态、同步采样信息等。,二、综合自动化系统与控制中心的通信内容,综合自动化系统前置机或通信控制机具有执行远动功能，会把变电站内所相关信息传送控制中心，同时能接收上级调度数据和控制命令。变电站向控制中心传送的信息通常称为“上行信息”；而由控制中心向变电站发送的信息，常称为“下行信息”。,综合自动化系统的通信网络,计算机局部网络（Local Area Networks ，简写LAN），简称局域网，是计算机技术急剧发展的新领域。它是把多
9、台小型、微型计算机以及外围设备用通信线路互连起来，并按照网络通信协议实现通信的系统。,构成局域网的四大因素是网络的拓扑结构和传输介质、传输控制和通信方式,1、局域网的拓扑结构,（A）星型,星型网络结构简单，任何一个非中心节点故障对整个系统影响不大。但中心节点故障时会使全系统瘫痪。为了保证系统工作可靠，中心节点可设置备份。在电力系统中，采用循环式规约的远动系统中，其调度端同各厂、站端的通信拓扑结构就是星型结构。,（B）总线型,采用总线方式时增加或减少用户比较方便。某一节点故障时不会影响系统其他部分工作。但如总线故障，就会导致全系统失效。,（C）环型,由于环型网的各个节点在环中串接，因而任何一个节
10、点故障，都会导致整个环的通信中断。,局域网可采用双绞线、同轴电缆或光纤等作为传输信道，也可采用无线信道。,2、局域网的传输信道,3、常用的局域网以太网,以太网是采用总线型拓扑结构。它是一种局部通信网，通常在线路半径1-10km中等规模的范围内使用，为单一组织或单位的非公用网，网中的传输介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤等。它的特点是：信道带宽较宽；传输速率可达 10-100mbit/s，误码率很低；具有高度的扩充灵活性和互联性；建设成本低，见效快。,常规光纤以太网技术,双光纤自愈环网以太网技术,现场总线简介,现场总线是应用在生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信的系统，也被
11、称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。 现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制设备连接成的网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场设备与远程计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。,几种有影响的现场总线有：基金会现场总线（FF，Foundation Fieldbus），是现场总线基金会在1994年9月开发出的国际上统一的总线协议；Lonworks现场总线，是美国echelon公司推出并由它与摩托罗拉、东芝公司共
12、同倡导、于1990年正式公布而形成的。CAN总线（control area network）是控制局域网络的简称，最早由德国BOSCH公司推出的。,并行数据通信是指数据的各位同时传送。可以以字节为单位（8位数据总线）并行传送，也可以以字为单位（16位数据总线）通过专用或通用的并行接口电路传送，各位数据同时传送，同时接收。,1、并行数据通信,综自系统串、并行通信简介,常用在短距离传输中（通常小于10m），要求传输速度高的场合 。,2、串行数据通信,串行通信是数据一位一位顺序地传送，串行通信数据的各个不同位，可以分时使用同一传输线，故串行通信最大的优点是可以节约传输线，特别是当位数很多和远距离传送
13、时，这个优点更为突出，这不仅可以降低传输线的投资，而且简化了接线。但串行通信的缺点是传输速度慢，且通信软件相对复杂些。,在变电站综合自动化系统内部，特别是微机保护、自动装置与监控系统相互通信电路中各种自动装置间或继电保护装置与监控系统间，为了减少连接电缆，简化配线，降低成本，主要是使用串行通信。,RS-232是美国电子工业协会（EIA，Electronic Industries Association）制定的物理接口标准，也是目前数据通信与网络中应用最广泛的一种标准。,一、物理接口标准RS-232,特点是：传送每种信号只用一根信号线，而它们的地线是使用一根公用的信号地线。这种电路是传送数据的最
14、简单方法，因此得到广泛应用。但是RS-232也存在一些不足，表现在以下几方面：,1）数据传输速率局限于20KBPS。 2）理论传输距离局限于15M（如果合理的选用电缆和驱动电路，这个距离可能增加）。 3）每个信号只有一根信号线，接收和发送仅有一根公用地线，易受噪声干扰。 4）接口使用不平衡的发送器和接收器，可能在各信号成分间产生干扰。,二、物理接口标准RS-485,RS-485适用于多个点之间共用一对线路进行总线式联网， RS-485的使用，可节约昂贵的信号线，同时可高速远距离传送。它的传输速率达到93.75kbps，传送距离可达1.2km。因此，在变电站综合自动化系统中，各个测量单元、自动装
15、置和保护单元中，常配有RS-485总线接口，以便联网构成分布式系统。,综合自动化变电站系统的规约转换,在综合自动化的通信系统中，为了确保通信双方能有效、可靠地进行数据传输，在发送和接收之间要有一定的约定。这种通信约定就是通信协议，也就是通信规约。,什么是通信规约？,规约转换就是由各监控厂家将需接入监控系统的二次设备所用的不同类型规约转换成各监控系统规约。,南瑞科技规约监控规约： IEC 60870-5-103 规约,国电南自监控规约： IEC 60870-5-103规约,四方公司监控规约： 四方内部规约,正是因为传输规约没有标准化，才需规约转换！,4、监控系统装置介绍,新一代数字测控装置CSI
16、-200E采用按间隔设计思想设计，硬件采用全分布式多CPU的32位微处理器硬件平台，充分分散数据处理负荷，最大程度的提高系统的整体性能；CPU模块之间通过内部高速工业总线传递数据，保证数据处理与传输的稳定可靠。,装置内部及网络结构,交流测量插件,最多采集12路模拟量（8U4I/6U6I /4U3I/8U）； 测量精度高：电压电流0.2级，功率0.5级； 零漂刻度整定无需调节电位器； 检同期、手合同期；,直流测温插件,可采集5路直流或5路温度； 直流、温度经过变送器接入端子； 直流种类：0-5v、4-20mA、24V、110V、220V（订货时说明）； 温度：3线热电阻直接接入； 测量精度：直流0.2级，温度1,开入插件,24 路开入，分为4组，各组路数分别为8、4、8、4。每组一个公共端； 各组功能可配置（单、双位置，开关档位，电度脉冲等），参数可整定（SOE，长短延时，双遥变位时差，电铃电笛告警等）； SOE分辨率：1ms； 每路防抖时间可整定：1ms-25s； 输入电压： DC220V/110V/24V,扩展开入插件,24路开入，分组情况与基本配置开入板
