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1、变电站综合自动化技术,教材：变电站综合自动化技术 丁书文 编著 中国电力出版社,参考教材1：变电站综合自动化技术 路文梅 编著 中国电力出版社 参考教材2：变电站综合自动化技术 黄益庄 编著 中国电力出版社,第一章概述,第一节 变电站综合自动化的 基本概念及特点,电力系统的概念：传统的说法叫做发、变、输、配、用电设备的组合体系统；或发电机、变压器、电力线路、电容器、电抗器和各种用电设备组成的有机整体。,电力系统的基本特点：连续运行的系统，电能的生产、传输、分配和消耗必须同时完成。,变电站：介于发电厂和电力用户之间的中间环节，由主变压器、母线、断路器、隔离开关、避雷器、电容器、电抗器、互感器等设
2、备集合而成。,变电站的运行是一个连续的过程，作为电力系统的一个重要环节，其运行具有电力系统中电能快速变换和电气过程快速传播的特点。,避雷针,主变 （分相）,母线,均压环,母线,220kV断路器,220kV电流互感器,阻波器,220kV母线 （双母并列运行）,保护室,均压环,电容器组,隔离开关,一、变电站综合自动化的 基本概念,监控台,继电保护 装置,计量装置,分立元件阶段（世纪年代以前，模拟装置） 功能：继电保护、故障录波、监控及远动 缺点： 1、专业技术管理条块分割、装置互不兼容。 2、二次设备型号多，难以达到标准化 3、出线电缆多、设备体积大、安装、调试、检修、维护不方便、占地面积大、投资
3、大。 4、设备无自检功能 微机化的智能元件阶段（世纪年代微处理技术的发展，装置各自独立，数据不能共享）,常规变电站的功能及缺点,变电站综合自动化的概念,综合自动化阶段（年代后期） 变电站综合自动化是将变电站的二次设备（包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、通信技术、现代电力电子技术、信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、控制、保护、与上级调度通信的综合性自动化功能。 是利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统。 是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。,“综合自动
4、化”： 横向综合：二次设备间功能的综合。 纵向综合：调度、变电站、设备间控制、调节、分析等功能的综合。 与一般意义的自动化的关键区别：自动化系统作为一个整体执行保护、检测、和控制功能。,二、 变电站综合自动化的 优越性,传统（常规）变电站控制的问题,无法满足快速计算、实时控制的要求。 难以保证供电质量。 安全、稳定性不够。 占地面积大。 维护工作量大。,变电站综合自动化的优越性,在线运行的可靠性高。 供电质量高。 专业综合、易于发现事故隐患、处理事故恢复供电快、安全、稳定性不够。 管理的自动化水平高。 减少控制电缆，占地面积小。 检修、维护方便。 为实现无人值班提供了可靠的技术条件。,变电站综
5、合自动化 与无人值班,无人值班是管理模式，综合自动化是技术水平。 常规保护和常规控制的时代。 只要具备四遥功能（遥信、遥测、遥控、遥调），就可实现无人值班。 综合自动化比四遥功能在技术水平上有很大提高。,南昌变电站 集控中心,保护室,微机继电保护装置,变电站综合自动化的特点,利用微机和大规模集成电路组成的自动化系统代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏。 利用微机保护代替常规保护。 能采集完整的运行信息，利用计算机的高速计算与逻辑判别能力实现实时监视、控制、运行报告等功能。 功能综合化、结构微机化、监视屏幕化数字化、运行管理智能化。,第二节变电站综合自动化的主要内容及基本功能,综自系统的主要内容
6、,包括： 变电站电气量的采集和电气设备的状态监视、控制和调节。 （1）采集 （2）分析计算 （3）处理 实现目标： 220kV及以下改造； 220kv以上采用全新的计算机监控系统。,国际大电网会议的分类,控制和监视 自动控制 测量 继电保护,WG34.03工作组分析了变电站自动化的功能共63种，分7个大类 ：,与继电保护有关的功能 接口功能 系统功能,国内应用的分类 (基本功能),继电保护（微机） 电压和无功自动控制 低频减载 备用电源自动投入 小电流接地选线,测量和监视 操作控制 人机联系 事件顺序记录与故障录波和测距 数据通信,微机保护,微机保护的种类 高压输电线的主保护和后备保护 馈线的
7、保护 主变的主保护和后备保护 补偿电容的保护 母线保护 不完全接地系统的单相接地选线 故障录波,微机保护,微机保护的优点 实现算法灵活。 性能稳定，可靠性高。 设备自检和自恢复。 运行维护工作量小，现场调试和整定方便。,微机保护,对微机保护的要求 满足保护的4性要求：选择性、速动性、灵敏性、可靠性。 具有故障记录功能。 通信功能与统一校对时钟。 能存贮多种保护定值。 当地或远程修改保护定值。 设置保护管理机或通信控制机。 故障自诊断、自闭锁、自恢复功能。,电压和无功控制,调控目标 维持供电电压在规定范围内。各级供电母线电压的运行波动范围（以额定电压为基准5 ） 220kV母线，正常时105；
8、35kV及以上母线，正常时010； 配电网10kV及以下母线，9.310.7kV 保持电力系统稳定和合适的无功平衡。 在电压合格的条件下实现使电能损耗最小。,电压和无功控制,调控措施 调整变压器的分接头位置。 补偿电容器。 控制方式 集中控制。 分散控制。 关联分散控制。,自动低频减载,控制目标 运行规程规定：电力系统的允许频率偏差为0.20.5Hz；系统频率不能长时间运行在49.549Hz以下；事故情况下，不能较长时间停留在47Hz以下；系统频率瞬时值不能低于45Hz。,自动低频减载,低频减载的任务 在系统发生故障，有功功率严重缺额，频率下降时，需要有计划、按次序切除负荷，并保证切除负荷量合
9、适。 实现方法 采用专用的低频减载装置。 分散到每条线路的保护装置中。,备用电源自动投入,明备用：正常由1B供电，1B故障断开后，BZT自动投入2DL、 4DL，由2B供电。 暗备用：正常1B、2B都供电，1B故障时，BZT自动投入5DL保持供电。,1B,2B,1DL,2DL,5DL,BZT,3DL,4DL,备用电源自动投入,采用微机实现BZT，可以实现灵活的自动投入控制方式，比如几种备用电源投入方式可以用一部微机设备实现。同时装置可以自诊断，并可以具有通信功能与其他自动化系统相联系。,人机联系 操作控制 事件顺序记录与故障录波和测距 通信,第三节变电站综合自动化的结构及配置,设计的原则和要求
10、,功能、配置服从电网调度自动化的总体设计 功能配置下放原则 应能全面替代常规二次设备。 微机保护的软硬件与监控系统既相对独立，又相互协调。 微机保护应有通信功能 应能满足无人值班的要求。 有可靠的通信网络和通信协议。 有良好的抗干扰能力。,设计的原则和要求,设备运行可靠性高。 系统可扩展性好。 系统的标准化和开放性能要好。 采用局域网通信方式,综自系统结构,（1）简化,（2）与常规设备组合,RTU的职能是采集所在发电厂或变电站表征电力系统运行状态的模拟量和状态量，监视并向调度中心传送这些模拟量和状态量，执行调度中心发往所在发电厂或变电站的控制和调节命令。,（一）集中式结构形式,1、当地监控系统
11、由一台主机或两台互为备用的主机承担所有功能。 2、集中采集、集中处理 。 3、微机保护装置、监控主机及数据采集系统集中安装在主控室内，通过电缆与现场TA、TV连接。 4、主要出现在综自系统初期。,多台微机,集中式综自系统特点： 实时采集、处理； 界面监控； 自诊断、自恢复； 造价低，适于中小型站的改造。 集中式综自系统缺点： 每台主机功能过于集中，需双机备份保证系统可靠性； （针对不同变电站）软件复杂，不便于调试； 组态不灵活,（二）分层分布式结构集中组屏形式,设备层（一次）单元层或间隔层（二次）变电站层管理层 分布式结构：主从CPU协同工作方式。 分层：设备层（0层）、间隔层（1层）、变电站
12、层（2层）、管理层（3层）。 间隔层（单元层）：以断路器按功能划分，开关量输入、输出，模拟量输入、输出，元件保护、自动装置各为单独模块（CPU）。 变电站层：包括主处理机和远动主机。变电站层通过现场总线或局域网与单元层通信。 管理层：监控主机和人机设备。通过现场总线或局域网与站控层通信。 集中组屏：把整套综自系统按其功能组装成多个屏所有保护屏、数据采集屏、控制出口屏全部集中安装在中央控制室内，需要较多的控制连接电缆。,设备层,分层分布式集中组屏综自系统结构特点： 功能尽量下放原则，能在本间隔层就地完成的功能，绝不依赖通信网，减少设备故障影响范围； 多CPU分布式工作方式，减轻主机负担； 保护相
13、对独立； 保护、监控数据存放在数据库，调度中心可直接调取，提高无人站的可靠性； 通信控制机完成与调度中心的信息互传。,（三）分散与集中相结合,间隔层变电站层+管理层 面向对象：面向一次设备（一条出线、一台主变。）。 间隔层按间隔划分，以每个电网元件为对象，集测量、控制、保护集中于一体，设计在同一个机箱中，将这种模块单元分散安装在一次主设备的开关柜中。（低压配电线路） 功能分布与物理分散相结合。 各模块单元与监控主机通过网络联系。 高压线路保护，变压器保护，自动装置（备自投、电压无功控制，低频减载）仍可集中安装在中央控制室内。,将配电线路的保护和测控单元分散安装在开关柜内；高压线路保护和主变压器
14、保护装置等采用集中组屏的系统结构分层分散式结构的变电站综合自动化系统有以下优点： （1）简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面积。 （2）减少了设备安装工程量。 （3）简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了大量连接电缆。 （4）分层分散式结构可靠性高，组态灵活，检修方便。分层分散式结构，由于分散安装，减小了TA的负载。,（四）完全分散式结构形式,间隔层变电站层 面向对象：面向一次设备。 间隔层按间隔划分，以每个电网元件为对象，集测量、控制、保护于一体，设计在同一个机箱中，将这种模块单元完全分散安装在一次主设备的开关柜中。（低压配电线路） 各模块单元与主控单元通过现场总线联系。 主控
15、单元与监控主机通过网络联系。,完全分散式综自系统结构特点： （1）系统部件完全依主设备分散安装； （2）节约控制室面积； （3）节约二次电缆； （4）综合性能强。,保护与监控数据是否共享,数据完全共享。用同一CPU和采集通道采集保护和测量需要的电量。结构简单，造价低。但是由于一次保护CT和测量CT特性不同，所以不能保证测量准确度。应用难度较大。现在已经在研究新的测量方法使得大小电流可共用同一组CT。 数据各自处理。用各自的采集通道，可以共用或不共用CPU，解决以上问题。 硬件完全分离。各自构成模块，完全不相关，只是安装在同一开关柜内。,第五节 综自技术的发展方向,一、发展过程 （1）分立元件阶
16、段（世纪年代以前，模拟装置） （2）微机化的智能元件阶段（世纪年代微处理技术的发展，装置各自独立，数据不能共享） （3）综合自动化阶段,二、综自技术的发展特点及方向 发展特点： （1）智能化装置 （2）总线技术及网络技术 （3）视频监控技术 （4）电气设备状态检测及故障诊断技术 （5）光电传感器 （6）电能质量控制 发展趋势： （1）从集中控制、功能分散型向全分散网络发展； （2）软硬件平台的标准化； （3）从集中控制向综合智能控制发展； （4）（二次设备）从室内向室外发展； （5）从屏幕监控向多媒体监控发展； （6）设计实现纵向与横向的功能的综合。,作业,1、变电站综合自动化的基本概念及其基本功能。 2、变电站综合自动化系统的主要结构形式及其特点。,
