第7章变电站综合自动化

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1、第第7章章 变电所综合自动化变电所综合自动化回顾：电力系统自动化的分类（按运行管理区域分类）回顾：电力系统自动化的分类（按运行管理区域分类） 调度自动化调度自动化发电厂自动化发电厂自动化火电厂自动化火电厂自动化水电厂自动化水电厂自动化配电网自动化配电网自动化变电站自动化变电站自动化电力系统自动化电力系统自动化第第7章章 变电所综合自动化变电所综合自动化 配电变电所自动化和输电网中变电所自动化主要有两点不同：配电变电所自动化和输电网中变电所自动化主要有两点不同：配电变电所自动化不考虑电力系统的稳定问题，因此，保配电变电所自动化不考虑电力系统的稳定问题，因此，保护和故障录波的要求都比较简单；护和故

2、障录波的要求都比较简单；量大面广的馈电线路开关体积较小，较易与二次自动化设量大面广的馈电线路开关体积较小，较易与二次自动化设备组合成一体，构成机电一体化的智能式开关。备组合成一体，构成机电一体化的智能式开关。当代的变电所自动化正从传统的单项自动化向综合自动化方当代的变电所自动化正从传统的单项自动化向综合自动化方向过渡。向过渡。一、变电站自动化的发展过程一、变电站自动化的发展过程1 1、变电站分立元件的自动装置阶段、变电站分立元件的自动装置阶段 2020世纪世纪7070年代以前，这些自动装置主要采用模拟电路、晶体年代以前，这些自动装置主要采用模拟电路、晶体管等分立元件组成，对提高变电站的自动化水

3、平，保证系统管等分立元件组成，对提高变电站的自动化水平，保证系统的安全运行，发挥了一定的作用。的安全运行，发挥了一定的作用。缺点：缺点： 这些自动装置，相互之间独立运行，互不相干，而且缺这些自动装置，相互之间独立运行，互不相干，而且缺乏智能，没有故障自诊断能力，在运行中若自身出现故障，乏智能，没有故障自诊断能力，在运行中若自身出现故障，不能提供报警信息，有的甚至会影响电网运行的安全。不能提供报警信息，有的甚至会影响电网运行的安全。 分立元件的装置可靠性不高，经常需要维修，且体积大。分立元件的装置可靠性不高，经常需要维修，且体积大。第第7章章 变电所综合自动化变电所综合自动化2 2、微处理器为核

4、心的智能自动装置阶段、微处理器为核心的智能自动装置阶段20世纪世纪80年代，随着大规模集成电路和微处理器技术的应用，在变电站年代，随着大规模集成电路和微处理器技术的应用，在变电站自动化阶段，将原来由晶体管等分立元件组成的自动装置逐步由大规模自动化阶段，将原来由晶体管等分立元件组成的自动装置逐步由大规模集成电路或微处理器替代。集成电路或微处理器替代。微机监控、微机保护、微机远动装置分别设置，分别完成各自的功能。微机监控、微机保护、微机远动装置分别设置，分别完成各自的功能。 优点优点: 由于采用了数字电路，缩小了体积，明显的显示出优越性。由于采用了数字电路，缩小了体积，明显的显示出优越性。 利用微

5、处理器的智能和计算能力，可以应用和发展新的算法，提高了利用微处理器的智能和计算能力，可以应用和发展新的算法，提高了测量的准确度和控制的可靠性，还扩充了新的功能。测量的准确度和控制的可靠性，还扩充了新的功能。 装置本身的故障自诊断能力，对提高装置自身的可靠性是很有意义的。装置本身的故障自诊断能力，对提高装置自身的可靠性是很有意义的。 缺点：缺点： 各自动化装置仍是独立运行，不能互相通信，不能共享资源。各自动化装置仍是独立运行，不能互相通信，不能共享资源。 国际上，国际上，20世纪世纪70年代末开始变电站综合自动化的研究工作，于年代末开始变电站综合自动化的研究工作，于80年代开始进入实用应用。年代

6、开始进入实用应用。 例：西门子公司于例：西门子公司于1985年在德国投入其第一套变电站综合自动化系统。年在德国投入其第一套变电站综合自动化系统。 我国从我国从20世纪世纪80年代末开始研制和开发，年代末开始研制和开发，20世纪世纪90年代进入应年代进入应用阶段。用阶段。 例：清华大学电机系研制成功的变电站微机监测、保护综合控制系统。例：清华大学电机系研制成功的变电站微机监测、保护综合控制系统。变电站综合自动化阶段的特征变电站综合自动化阶段的特征： 将微机监控、微机保护、微机远动等功能进行统一考虑，构将微机监控、微机保护、微机远动等功能进行统一考虑，构成一个统一的计算机系统来完成以上所有的功能。

7、成一个统一的计算机系统来完成以上所有的功能。3 3、变电站综合自动化阶段、变电站综合自动化阶段、变电站综合自动化阶段、变电站综合自动化阶段二、变电站综合自动化的概念二、变电站综合自动化的概念变电站综合自动化（变电站综合自动化（Integrated Substation Control Integrated Substation Control SystemSystem，ISCSISCS）是在变电站应用自动控制技术和信息处）是在变电站应用自动控制技术和信息处理与传输技术，通过计算机硬件系统或自动化装置代替理与传输技术，通过计算机硬件系统或自动化装置代替人工进行各种运行作业，提高变电站运行、管理水

8、平的人工进行各种运行作业，提高变电站运行、管理水平的一种自动化系统。一种自动化系统。三、变电站综合自动化系统的功能三、变电站综合自动化系统的功能 变电站综合自动化系统的基本功能体现在下述变电站综合自动化系统的基本功能体现在下述5个个子系统的功能中：子系统的功能中：1. 1. 监控子系统监控子系统 (1) (1) 数据采集数据采集 变电站的数据包括模拟量、开关量和电能量。变电站的数据包括模拟量、开关量和电能量。 (2) (2) 事件顺序记录事件顺序记录 事件顺序记录包括断路器跳合闸记录、保护动作顺序记录。事件顺序记录包括断路器跳合闸记录、保护动作顺序记录。(3) (3) 故障录波和测距、故障记录

9、故障录波和测距、故障记录 故障录波与测距故障录波与测距 110kV 110kV及以上的重要输电线路距离长、发生故障影响大，及以上的重要输电线路距离长、发生故障影响大，必须尽快查找出故障点，以便缩短修复时间，尽快恢复供电，必须尽快查找出故障点，以便缩短修复时间，尽快恢复供电，减少损失。减少损失。 故障记录故障记录 35kV 35kV和和10kV10kV的配电线路很少专门设置故障录波器，为了的配电线路很少专门设置故障录波器，为了分析故障方便，可设置简单故障记录功能。分析故障方便，可设置简单故障记录功能。 故障记录是记录继电保护动作前后与故障有关的电流量故障记录是记录继电保护动作前后与故障有关的电流

10、量和母线电压。和母线电压。（4 4）操作控制功能）操作控制功能(5) (5) 安全监视功能安全监视功能 监控系统在运行过程中，对采集的电流、电压、主变压器温度和频监控系统在运行过程中，对采集的电流、电压、主变压器温度和频率等量要不断进行越限监视，如发现越限，立刻发出告警信号，率等量要不断进行越限监视，如发现越限，立刻发出告警信号，同时记录和显示越限时间和越限值；另外，还要监视保护装置是同时记录和显示越限时间和越限值；另外，还要监视保护装置是否失电，自控装置工作是否正常等。否失电，自控装置工作是否正常等。(6) (6) 人机联系功能人机联系功能(7) (7) 打印功能打印功能(8) (8) 数据

11、处理与记录功能数据处理与记录功能历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容。历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容。 (9) (9) 谐波分析与监视谐波分析与监视2. 2. 微机保护子系统微机保护子系统 变电站综合自动化系统中的微机继电保护主要包括：变电站综合自动化系统中的微机继电保护主要包括： 输电线路保护；输电线路保护； 电力变压器保护；电力变压器保护； 母线保护；母线保护； 电容器保护；电容器保护； 小电流接地系统自动选线；小电流接地系统自动选线； 自动重合闸等。自动重合闸等。 对微机保护的要求：对微机保护的要求： (1)系统的继电保护按被保护的电力设备单元系统的继电保护按被保护的电力设

12、备单元(间隔间隔)分别独立设分别独立设置，置，直接由相关的电流互感器和电压互感器输入电气量直接由相关的电流互感器和电压互感器输入电气量，然后，然后由触点输出，直接操作相应断路器的跳闸线圈。由触点输出，直接操作相应断路器的跳闸线圈。 (2)保护装置设有保护装置设有通信接口，通信接口，供接入站内通信网，在保护动作后供接入站内通信网，在保护动作后向变电站层的微机设备提供报告等，向变电站层的微机设备提供报告等，但继电保护功能完全不依但继电保护功能完全不依赖通信网。赖通信网。 (3)为避免不必要的硬件重复，以提高整个系统的可靠性和降低为避免不必要的硬件重复，以提高整个系统的可靠性和降低造价，可以配给保护

13、装置其他一些功能，造价，可以配给保护装置其他一些功能，但不应降低保护装置但不应降低保护装置的可靠性。的可靠性。3. 3. 电压、无功综合控制子系统电压、无功综合控制子系统在运行中，能实时控制电压在运行中，能实时控制电压/无功的基本手段是有载调压变无功的基本手段是有载调压变压器的分接头调档和无功补偿电容器组的投切。压器的分接头调档和无功补偿电容器组的投切。 多采用一种九区域多采用一种九区域控制策略进行电压控制策略进行电压/无功自动控制。无功自动控制。 备用电源自动投入：备用电源自动投入： 当工作电源因故障被断开后，能自动而迅速的将备用电源当工作电源因故障被断开后，能自动而迅速的将备用电源投入，保

14、证用户连续供电的一种装置，称备用电源自动投入投入，保证用户连续供电的一种装置，称备用电源自动投入装置。装置。 发电厂、变电所中都设有备用电源，此外一些重要的工矿发电厂、变电所中都设有备用电源，此外一些重要的工矿企业用户为保证供电的可靠性也设置了备用电源。企业用户为保证供电的可靠性也设置了备用电源。 备用电源自动投入已成为变电站综合自动化系统的基本功备用电源自动投入已成为变电站综合自动化系统的基本功能之一。能之一。4. 4. 低频减负荷控制及备用电源自动投入子系统低频减负荷控制及备用电源自动投入子系统第第7章章 变电所综合自动化变电所综合自动化 5 5通信子系统通信子系统 通信功能包括通信功能包

15、括站内现场级间的通信站内现场级间的通信和和变电变电站自动化系统与上级调度的通信站自动化系统与上级调度的通信两部分两部分。四、变电站综合自动化系统结构四、变电站综合自动化系统结构集中式集中式分布集中式分布集中式分散与集中相结合分散与集中相结合结结 构构四、变电站综合自动化系统的结构结构形式结构形式集中式集中式分布分散式分布分散式分布集中式分布集中式分层分布式分层分布式采采用用不不同同档档次次的的计计算算机机，扩扩展展其其外外围围接接口口电电路路，集集中中采采集集变变电电站站的的模模拟拟量量、开开关关量量和和数数字字量量等等信信息息，集集中中进进行行计计算算与与处处理理，分分别别完完成成微微机机监

16、监控控、微微机机保保护和一些自动控制等功能护和一些自动控制等功能。 把把变变电电所所内内各各回回路路的的数数据据采采集集单单元元、控控制制单单元元和和保保护护单单元元分分别别集集中中安安装装在在变变电电所所控控制制室室内内的的相相应应屏屏（柜）中。（柜）中。 将将变变电电所所内内各各回回路路的的数数据据采采集集，微微机机保保护护及及监监控控单单元元综综合合为为一一个个装装置置，就就地地安安装装在在数数据据源源现现场场的的开开关关柜上。柜上。 按按变变电电所所内内的的回回路路设设计计的的，每每个个单单元元模模块块对对应应于于一一条条回回路路或或按按变变电电所所内内的的一一次次设备对应分布配置。设

17、备对应分布配置。 1. 集中式的结构集中式的结构（1）定义：）定义： 集中式结构的综合自动化系统指采用不同档次的计算机，集中式结构的综合自动化系统指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，扩展其外围接口电路，集中采集集中采集变电站的模拟量、开关量和变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，数字量等信息，集中进行计算与处理集中进行计算与处理，分别完成微机监控、，分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能。微机保护和一些自动控制等功能。 集中式结构不是指由一台计算机完成保护、监控等全部集中式结构不是指由一台计算机完成保护、监控等全部功能。多数集中式结构的微机保护、微机监控、与调度等通功能。多数集

18、中式结构的微机保护、微机监控、与调度等通信的功能也是由不同的微型计算机完成的。信的功能也是由不同的微型计算机完成的。图图7-2 集中式结构的综合自动化系统框图集中式结构的综合自动化系统框图（2 2）举例：）举例：）举例：）举例： 安装在变电站中央控制室内。安装在变电站中央控制室内。安装在变电站中央控制室内。安装在变电站中央控制室内。（3）集中式结构的特点：）集中式结构的特点： 优点：优点： 其结构紧凑、体积小，可大大减少占地面积，而且造价低。其结构紧凑、体积小，可大大减少占地面积，而且造价低。 缺点：缺点： A、可靠性低：、可靠性低： B、集中式结构的软件复杂，修改工作量大，调试麻烦；、集中式

19、结构的软件复杂，修改工作量大，调试麻烦； C、组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件、组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件都必须另行设计，工作量大，影响了批量生产，不利于推广。都必须另行设计，工作量大，影响了批量生产，不利于推广。 D、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，、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，麻烦，只适合保护算法比较简单的情况只适合保护算法比较简单的情况。 2. 分布式系统集中组屏的结构分布式系统集中

20、组屏的结构 （1）定义：）定义： 所谓分布式结构，是在结构上采用主从所谓分布式结构，是在结构上采用主从CPU协同工作方协同工作方式，各功能模块（通常是各个从式，各功能模块（通常是各个从CPU）之间采用网络技术或）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，多串行方式实现数据通信，多CPU系统提高了处理并行多发事系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了集中式结构中独立件的能力，解决了集中式结构中独立CPU计算处理的瓶颈问计算处理的瓶颈问题，方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块（部件）题，方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块（部件）正常运行。正常运行。 所谓分层式结构，是将变电站信息的采集

21、和控制分为管理层、所谓分层式结构，是将变电站信息的采集和控制分为管理层、站控层和间隔层三个级分层布置。如图站控层和间隔层三个级分层布置。如图7-3所示。所示。（2）举例：）举例： 分层分布式系统集中织屏结构的特点如下分层分布式系统集中织屏结构的特点如下： (1)由于分层分布式结构配置，在功能上采用可以下放的尽量由于分层分布式结构配置，在功能上采用可以下放的尽量下放原则，凡事可以在本间隔层就地完成的功能，绝不依赖下放原则，凡事可以在本间隔层就地完成的功能，绝不依赖通信网。通信网。 这样的系统结构与集中式系统比较，明显优点是：这样的系统结构与集中式系统比较，明显优点是： 可靠性高，任一部分设备有故

22、障时，只影响局部；可扩展可靠性高，任一部分设备有故障时，只影响局部；可扩展性和灵活性高；性和灵活性高； 所内二次电缆大大简化所内二次电缆大大简化，节约投资也简化维护。，节约投资也简化维护。 分布式系统为多分布式系统为多CPU工作方式，各装置都有一定数据处工作方式，各装置都有一定数据处理能力，从而大大减轻了主控制机的负担。理能力，从而大大减轻了主控制机的负担。 (2)继电保护相对独立。继电保护相对独立。 继电保护装置的可靠性要求非常严格，因此，继电保护装置的可靠性要求非常严格，因此，在综合自动化系统中，继电保护单元宜相对独立，在综合自动化系统中，继电保护单元宜相对独立，其功能不依赖于通信网络或其

23、它设备。通过通信网其功能不依赖于通信网络或其它设备。通过通信网络和保护管理机传输的只是保护动作的信息或记录络和保护管理机传输的只是保护动作的信息或记录数据。数据。 (3)具有和系统控制中心通信的能力。具有和系统控制中心通信的能力。 综合自动化系统本身已具有对模拟量、开关量、电能综合自动化系统本身已具有对模拟量、开关量、电能脉冲量进行数据采集和数据处理的功能，还收集继电保护脉冲量进行数据采集和数据处理的功能，还收集继电保护动作信息、事件顺序记录等，因此不必另设独立的动作信息、事件顺序记录等，因此不必另设独立的RTU的的装置，不必为调度中心单独采集信息。装置，不必为调度中心单独采集信息。 综合自动

24、化系统采集的信息可以直接传送给调度中心，综合自动化系统采集的信息可以直接传送给调度中心，同时也可以接受调度中心下达的控制、操作命令和在线修同时也可以接受调度中心下达的控制、操作命令和在线修改保护定值命令。改保护定值命令。 (4)模块化结构，可靠性高。模块化结构，可靠性高。 综合自动化系统小的各功能模块都由独立的电源供电，综合自动化系统小的各功能模块都由独立的电源供电，输入输出回路也相互独立，因此任何一个模块故障，都只影输入输出回路也相互独立，因此任何一个模块故障，都只影响局部功能，不会影响全局。由于各功能模块都是面向对象响局部功能，不会影响全局。由于各功能模块都是面向对象设计的，所以软件结构较

25、集中式的简单，便于调试和扩充。设计的，所以软件结构较集中式的简单，便于调试和扩充。 (5)室内工作环境好，管理维护方便。室内工作环境好，管理维护方便。 分级分布式系统采用集中组屏结构，屏全部安放在控制分级分布式系统采用集中组屏结构，屏全部安放在控制室内，工作环境较好，电磁干扰比放于开关柜附近弱，便于室内，工作环境较好，电磁干扰比放于开关柜附近弱，便于管理和维护。管理和维护。 分布集中式机构的主要缺点是安装时需要的控制电缆相对分布集中式机构的主要缺点是安装时需要的控制电缆相对较多，增加了电缆投资。较多，增加了电缆投资。3. 分散式与集中相结合的结构分散式与集中相结合的结构 分散式与集中相结合的结

26、构是将分散式与集中相结合的结构是将配电配电线路的保线路的保护和测控单元分散安装在开关柜内护和测控单元分散安装在开关柜内，高压线路高压线路保护保护和主变压器保护装置等采用集中组屏的系统结构。和主变压器保护装置等采用集中组屏的系统结构。 这是当前综合自动化系统的主要结构形式。这是当前综合自动化系统的主要结构形式。 分散式与集中相结合的特点：分散式与集中相结合的特点：（1）简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面）简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面积。积。（2）减少了设备安装工程量。）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）简化了变电站二次

27、设备之间的互连线，节省了大量连接电缆。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，减小了分散式结构，由于分散安装，减小了TA的负担。的负担。 由于采用分散式的结构可以降低总投资，所以全分散式结由于采用分散式的结构可以降低总投资，所以全分散式结构是变电站综合自动化系统的发展方向。构是变电站综合自动化系统的发展方向。本章作业本章作业1、变电站综合自动化系统的主要功能有哪些、变电站综合自动化系统的主要功能有哪些?2、熟悉分散分布式与集中相结合的综合自动化系统、熟悉分散分布式与集中相结合的综合自动化系统的基本结构。它有哪些优势的基本结构。它有哪些优势?