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1、第三节第三节 变电站自动化系统的结构变电站自动化系统的结构一、变电站自动化系统的结构形式 变电站自动化技术随着集成电路技术、微机技术、通信技术和网络通信技术的发展，其体系结构也不断变化，性能和功能以及可靠性等也在不断提高。根据目前在变电站中的具体应用，其结构形式可以分为集中式、分布式、分散（层）分布式，从安装位置来划分：集中组屏、分散组屏与全分散式。1. 集中式变电站自动化结构模式 采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算与
2、处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能。完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能。 可采用一台计算机完成，也可采用多台计算机分散完成，但各可采用一台计算机完成，也可采用多台计算机分散完成，但各自任务不同。如图自任务不同。如图4-14-1为具有多台机的结构示意图。如图为具有多台机的结构示意图。如图4-24-2为传统为传统集中式集中式RTURTU实现变电站结构示意图实现变电站结构示意图缺点：缺点：（1）、每台计算机的功能较集中，如果一台计算机出故障，影响面大，因此必须采用双机并联运行的结构才能提高可靠性。（2）、软件复杂，修改工作员大系统调试麻烦。（3）、组态不灵活对不同主接线或规
3、模不同的变电站软、硬件都必须另行设计量大，因此影响了批量生产，不利于推广。（4）、集中式保护与长期以来采用一对一的常规保护相比，不直观，不符合运行和维护人员的习惯，调试和维护不方便，程序设计麻烦，只适合于保护算法比较简单的情况。2.分布式系统集中组屏的变电站系统结构模式 特点：微机保护单元和数据采集单元按一次回路对象设计，分别配置。二次回路设计大为简化。 通常将变电站分为：变电站层、间隔层和过程层等三层。 过程层主要就是指变电站内的变压器、断路器、隔离开关及辅助触点，电流互感器、电压互感器等一次设备。 间隔层一般按照断路器间隔划分，具有测量、控制部件或继电保护部件。测量、控制部件负责该单元的测
4、量、监视、断路器的操作控制和连锁及事件顺序记录等；保护部件负责该单元线路或变压器或电容器的保护、故障记录等。间隔层主要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局域网络或串行总线与变电站层联系。如图4-3所示为采用RS-485星形结构构成的分布式测控单元代替传统的RTU模式。一般在主控室。 变电站层包括全站性的监控主机、远动通信机等。设有现场总线或局域网，供各主机之间和监控主机与间隔层之间交换信息。均安装在控制室。优点：（1）分层式布置，结构、软件相对简单、调试维护方便、组态灵活、系统整体可靠性高等。（2）继电保护相对独立。（3）具有与系统控制中心通信功能。（4）模块化结构，可靠性高
5、。（5）工作环境好，维修方便。3. 3. 分散与集中相结合的变电站结构模式分散与集中相结合的变电站结构模式分散与集中相结合的变电站结构模式分散与集中相结合的变电站结构模式 一体化设备出现，即以电网中每个元件（如一条线路、一台变压器、一体化设备出现，即以电网中每个元件（如一条线路、一台变压器、一组电容器等）为对象，将测量、保护与控制为一体，设计在同一机一组电容器等）为对象，将测量、保护与控制为一体，设计在同一机箱中，主要就是将测量、保护与控制单元分散安装在各个开关中，通箱中，主要就是将测量、保护与控制单元分散安装在各个开关中，通过通信与监控主机相连，实现一次设备监控与保护控制的就地分散化。过通信
6、与监控主机相连，实现一次设备监控与保护控制的就地分散化。主要用于主要用于635kV635kV的配电系统中。的配电系统中。 集中与分散结合式的结构既有集中部分又有分散部分。集中与分散结合式的结构既有集中部分又有分散部分。特点如下：特点如下： （1 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。）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 2）减小了施工和设备安装工程量。）减小了施工和设备安装工程量。 （3 3）简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了大量的连接电）简化了变电站二次设备之间的互连线，节省了大量的连接电缆。缆。 （4 4）分散式结构可靠性高，组态灵活，检修方
7、便。）分散式结构可靠性高，组态灵活，检修方便。图4-5 分散与集中相结合的变电站自动化系统结构示意图图4-6 大型变电站分散与集中相结合的变电站自动化系统结构示意图3. 3. 全分散的变电站结构模式全分散的变电站结构模式全分散的变电站结构模式全分散的变电站结构模式 特点：以一次主设备如开关、变压器、母线等为安装单位，将特点：以一次主设备如开关、变压器、母线等为安装单位，将控制、控制、I/OI/O、闭锁、保护等单元分散就地安装在一次主设备、闭锁、保护等单元分散就地安装在一次主设备( (屏柜屏柜) )上。上。站控单元站控单元( (在控制室内在控制室内) )通过串行口通过串行口( (光纤通信光纤通信
8、) )与各一次设备屏柜与各一次设备屏柜( (在在现场现场) )相连，组成以太网与上位机和远方调度中心通信。相连，组成以太网与上位机和远方调度中心通信。 如图如图4-74-7所所示。示。 具体实施，可采用保护独立，控制、测量合一；也可以保护、具体实施，可采用保护独立，控制、测量合一；也可以保护、控制测量合一。控制测量合一。 优点：节省占地面积和减小二次电缆。缺点投资大，主要用于优点：节省占地面积和减小二次电缆。缺点投资大，主要用于城市（市内）变电站。一般用于城市（市内）变电站。一般用于35110kV35110kV中低压变电站。中低压变电站。二、变电站无人值班二、变电站无人值班 变电站实现无人值班
9、和有人值班是两种不同的管理模式，是变电站运行管理在“当地”和“远方”两种管理模式中选择的问题，与变电站一次、二次系统技术水平的发展，与变电站是否实现自动化无直接关系，是不同范畴的问题。1.实现变电站无人值班的条件 （1）、通过调度自动化系统完成对无人值班变电站的监视和操作。 （2）、完成无人值班变电站运行参数的远方调整和无人值班变电站内的信号远方复归。 （3）、完成对无人值班变电站内的站用电源和直流操作电源的远方监视和调整。2. 2. 变电站无人值班的意义变电站无人值班的意义变电站无人值班的意义变电站无人值班的意义 主要体现在以下几个方面： （1）有利于提高电网管理水平）有利于提高电网管理水平
10、 （2）有利于提高电网的安全、经济运行水平）有利于提高电网的安全、经济运行水平 （3）有利于提高电力企业经济效益）有利于提高电力企业经济效益 （4）变电站无人值班与综合自动化）变电站无人值班与综合自动化3. 无人值班变电站的管理模式无人值班变电站的管理模式 一般采用集控站控制的管理模式，见教材图4-8所示。该模式建立了一个集中控制的主站成为集控站，可实现对某一区域的若干无人值班变电站统一监视、控制和巡视维护。无人值班变电站与集控站通过通信建立联系，在集控站可实现调度控制中心的“四遥”功能。一般一个集控站可控制68个无人值班变电站，集控可单独设置，也可放在某一变电站内。4.4.无人值班变电站的二
11、次回路改造无人值班变电站的二次回路改造无人值班变电站的二次回路改造无人值班变电站的二次回路改造（1）无人值班变电站二次回路改造要求： 1）断路器控制回路改造后，要简单、可靠、无迂回接线。 2）断路器控制回路断线、失去控制电源时应实现远方报警，并保留控制问路故障信号。 3）保护回路单独设有熔断器的变电站，保护回路直流消失后，能远方报警。 4）重合闸装置要实现自动投退。在遥控和当地操作合闸后重合闸电源应自动投入，重合闸放电回路自动断开。在遥控和当地操作跳问后，自动退出重合闸电源，同时重合闸装置自动放电。根据需要实现重合闸后加速和一次重合闸。 5）低频咸负荷装置或其它系统稳定装置动作跳闸时，应自动闭
12、锁重合闸。 6）取消断路器位置信号灯的不对应闪光功能，信号灯具改为发光二极管等节能型灯具。 7）加装遥控与就地跳、合闸闭锁回路。 8）中央信号装置有关回路作相应改造。取消全站闪光信号及闪光小母线；保留中央事故菏响及预告音响接线，加装可投入和退出的装置；或者改为音响信号可重复动作，延时自动复归接线，事故信号实现远动、就地、自动三种可任选的复归接线；信号继电器改用电压保持继电器。（2）无人值班变电站断路器控制回路改造 关于断路器控制接线的改造有许多重要问题值得研究。主要以下几点： 1） 远动操作如何保持断路器位置对应。 2） 远动操作停、投重合闸，提供合闸后空触点。 3） 远动分闸操作对重合闸放电，闭锁重合闸装置。 4） 远方对控制回路断线的监视功能如何实现。 5） 远方分闸如何解决起动后加速三、数字化变电站三、数字化变电站 智能化开关、光电式电流和电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站操作培训仿真等技术的日趋成熟以及计算机高速网络在实时系统中的应用，全数字化变电站即将出现。主要具有以下几个特点： （1）、智能化的一次设备的应用。 （2）、网络化的二次设备。 （3）、自动化的运行管理系统。 （4）、操作控制的执行与驱动。 目前，还存在一些问题： （1）、研究开发过程中专业协作需要加强； （2）、材料器件方面的缺陷及改进； （3）、试验设备、测试方法、校验标准等。
