电力系统综合自动化系统.doc

变电站综合自动化的根本概念：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、自动装置与远动装置等经过功能的组合与优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术与信号处理技术，实现对全变电站的主要设备与输、配电线路的自动监视、测量、自动控制与微机保护，以及及调度通信等综合性的自动化功能。变电站综合自动化系统，即利用多台微型计算机与大规模集成电路组成的自动化系统，代替常规的测量与监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统与远动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，改变常规的继电保护装置不能及外界通信的缺陷。因此，变电站综合自动化系统是自动化技术、计算机技术与通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。常规变电站的二次设备由以下几局部组成：继电保护、自动装置、测量仪表、操作控制屏与中央信号屏以及远动装置较多变电站没有远动装置。在微机化以前，这几大局部不仅功能不同，实现的原理与技术也各不一样，因而长期以来形成了不同的专业与管理部门。变电站综合自动化的内容应包括电气量的采集与电气设备如断路器等的状态监视、控制与调节。实现变电站正常运行的监视与操作，保证变电站的正常运行与平安。发生事故时，由继电保护与故障录波等完成瞬态电气量的采集、监视与控制，并迅速切除故障与完成事故后的恢复正常操作。从长远的观点看，综合自动化系统的内容还应包括高压电器设备本身的监视信息如断路器、变压器与避雷器等的绝缘与状态监视等。除了需要将变电站所采集的信息传送给调度中心外，还要送给运行方式科与检修中心，以便为电气设备的监视与制定检修方案提供原始数据。变电站自动化需完成的功能分为以下几种功能组：1、控制、监视功能。2、自动控制功能。3、测量表计功能。4、继电保护功能。5、及继电保护有关功能。6、接口功能。7、系统功能。变电站的数据包括：模拟量、开关量与电能量。变电站需采集的模拟量有：各段母线电压、线路电压、电流、有功功率、无功功率；主变压器电流、有功功率与无功功率；电容器的电流、无功功率；馈出线的电流、电压、功率以及频率、相位、功率因数等。还有主变压器油温、直流电源电压、站用变压器电压等。对模拟量的采集，有直流采样与交流采样两种方式。变电站需采集的开关量有：断路器的状态、隔离开关状态、有载调压变压器分接头的位置、同期检测状态、继电保护动作信号、运行告警信号等。这些信号都以开关量的形式，通过光电隔离电路输入至计算机。对于断路器的状态，采用中断输入方式或快速扫描方式，以保证对断路器变位的采样分辩率能在5ms之内。对于隔离开关状态与分接头位置等开关信号，不必采用中断输入方式，可以用定期查询方式读入计算机进展判断。近年来微机继电保护装置，大多数具有串行通信功能，因此其保护动作信号可通过串行口或局域网络通信方式输入计算机。电能计量电能计量是指对电能量的采集包括有功电能与无功电能。两种方法：1、电能脉冲计量法这种方法的实质是传统的感应式的电能表及电子技术相结合的产物，即对原来感应式的电能表加以改造，使电能表转盘每转一圈便输出一个或两个脉冲，用输出脉冲数代替转盘转动的圈数，计算机可以对这个输出脉冲进展计数，将脉冲乘以标度系数，便得到电能量。有两种常用仪表可供选用：1、脉冲电能表。2、机电一体化电能计量仪表。2、软件计算方法其实质是数据采集系统利用交流采样得到的电流、电压值，通过软件计算出有功电能与无功电能。目前软件计算电能有两种途径：1、在监控系统或数据采集系统中计算2、用微机电能计量仪表计算。事件顺序记录SOE包括断路器跳合闸记录、保护动作顺序记录。故障录波与测距：110KV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，减少损失。设置故障录波与故障测距是解决此问题的最好途径。变电站的故障录波与测距可采用两种方法实现，一是由微机保护装置兼作故障记录与测距，再将记录与测距结果送监控机存储及打印输出或直接送调度主机，但故障记录的量有限；另一种方法是采用专用的微机故障录波器，并且故障录波器应具有串行通信功能，可以及监控系统通信。故障记录：35KV、10KV与6KV的配电线路很少专门设置故障录波器，为了分析故障的方便，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及故障有关的电流量与母线电压，故障记录量的选择可以按以下原那么考虑：如果微机保护子系统具有故障记录功能，那么该保护单元的保护启动同时，便启动故障记录，这样可以直接记录发生事故的线路或设备在事故前后的短路电流与相关的母线电压的变化过程；假设保护单元不具备故障记录功能，那么可以采用保护启动监控机数据采集系统，记录主变压器电流与高压母线电压。记录时间一般可考虑保护启动前2个周波即发现故障前2个周波与保护启动后10个周波以及保护动作与重合闸等全过程的情况，在保护装置中最好能保存连续3次的故障记录。操作控制功能：无论是无人值班还是少人值班变电站，操作人员都可通过CRT对断路器与隔离开关进展分、合操作，对变压器分接开关位置进展调节控制，对电容器进展投、切控制，同时要能承受遥控操作命令，进展远方操作；为防止计算机系统故障时无法操作被控设备，在设计时，应保存人工直接跳、合闸手段。断路器操作应有闭锁功能，操作闭锁应包括以下内容：1、断路器操作时，应闭锁自动重合闸。2、当地进展操作与远方控制操作要互相闭锁，保证只有一处操作，以免互相干扰。3、根据实时信息，自动实现断路器及隔离开关间的闭锁操作。4、无论当地操作或远方操作，都应有防误操作的闭锁措施，即要收到返校信号后，才执行下一项；必须有对象校核、操作性质校核与命令执行三步，以保证操作的正确性。平安监视功能：监控系统在运行过程中，对采集的电流、电压、主变压器温度、频率等量，要不断进展越限监视，如发现越限，立刻发出告警信号，同时记录与显示越限时间与越限值，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。人机联系功能：1、人机联系桥梁。CRT显示器、鼠标、键盘。变电站采用微机监控系统后，无论是有人值班还是无人值班站，最大的特点之一是操作人员或调度员只要面对CRT显示器的屏幕，通过操作鼠标或键盘，就可对全站的运行工况与运行参数一目了然，可对全站的断路器与隔离开关等进展分、合操作，彻底改变了传统的依靠指针式仪表与依靠模拟屏或操作屏等手段的操作方式。2、CRT显示画面内容显示的内容有以下几个方面：1、显示采集与计算的实时运行参数。2、显示实时主接线图。主接线图上断路器与隔离开关的位置要及实际状态相对应。3、事件顺序记录SOE显示。显示所发生的事件内容及发生事件的时间。4、越限报警显示。显示越限设备名、越限值与发生越限的时间。5、值班记录显示。6、历史越势显示。显示主变压器负荷曲线、母线电压曲线等。7、保护定值与自控装置的设定值显示。8、其他。包括故障记录显示、设备运行状况显示等。3、输入数据。需要输入的数据至少有以下几种内容：1、TA与TV变比。2、保护定值与越限报警定值。3、自控装置的设定值。4、运行人员密码。打印功能：监控系统配备打印机，完成以下打印记录功能：1、定时打印报表与运行日志。2、开关操作记录打印。3、事件顺序记录打印。4、越限打印。5、召唤打印。6、抄屏打印。7、事故追忆打印。对于无人值班变电站，可不设当地打印功能，各变电站的运行报表集中在控制中心打印输出。数据处理及记录功能：历史数据的形成与存储是数据处理的主要内容。为满足继电保护专业与变电站管理的需要，必须进展一些数据统计，其内容包括：1、主变与输电线路有功与无功功率每天的最大值与最小值以及相应的时间。2、母线电压每天定时记录的最高值与最低值以及相应的时间。3、计算受配电电能平衡率。4、统计断路器动作次数。5、断路器切除故障电流与跳闸次数的累计数。6、控制操作与修改定值记录。谐波分析及监视：随着非线性器件与设备的广泛应用，电气化铁路的开展与家用电器的不断增加，电力系统的谐波含量显著增加。电力系统的电力变压器与高压直流输电中的换流站是系统本身的谐波源。电力网中的电气化铁路、地铁、电弧炉炼钢、大型整流设备等非线性不平衡负荷是负载注入电网的大谐波源。各种家电电器，如单相风扇、红外电器、电视机、收音机、调光日光灯等均是小谐波源。谐波对电力系统本身的影响主要表现在以下几个方面：增加输电线损耗；消耗电力系统的无功储藏；影响自动装置的可靠运行；更为严重的是影响继电保护的正确动作。对接入电力系统中的设备影响主要是：测量仪表的测量误差增加；电动机产生额外的热损耗；用电设备的运行平安性下降。对电力系统外的影响主要是对通信设备的电磁干扰。抑制谐波有两种途径：1、主动型。从产生谐波的电力电子装置本身出发，设计不产生谐波的装置。2、被动型。即外加滤波器来消除谐波。通常滤波器有两种：无源滤波器、有源滤波器。一般常用LC或LRC无源滤波器来抑制谐波，这种方法本钱低、原理简单、技术成熟，目前被广泛采用。例如在变电站的并联无功补偿电容器组中，为了防止电容器投入运行时对某几次谐波的放大作用，故在电容器回路中串入局部电抗器，就是为了消除3、5、7次谐波而设计的。电力滤波器有多种类型：并联有源电力滤波器及并联无源滤波器组成混合型电力滤波器；也有串联有源滤波器及并联无源滤波器组成混合型的方案。造成系统电压下降的主要原因是系统的无功功率缺乏或无功功率分布不合理。所以，对发电厂来说，主要的调压手段是调整发电机的励磁；在变电站主要的调压手段是调节有载调压变压器分接头位置与控制无功补偿电容器。少数220KV以上的高压或超高压变电站装有调相机或静止无功补偿器，有的变电站既装有并联电容器也装有并联补偿电抗器。在变电站中，对电压与无功的自动控制，主要是自动调节有载调压变压器的分接头位置与自动控制无功补偿设备电容器、电抗器、调相机等的投、切或控制其运行工况。电力系统的电压、频率是电能质量重要的指标。同步传送方式同步传送方式又称为无条件程序控制方式。这种传送方式只适合于CPU及比拟简单而且数据状态变化速度缓慢或变化速度是固定的外设交换信息时采用。这类设备用作输入时，其数据保持时间相对于CPU的处理速度慢得多，因此可以认为其数据总是准备好的，CPU要读其状态数据时，只要随时对它执行输入指令，就可以把状态数据读入，不必事先查询它的工作状态。同步传送方式必须确保执行输入指令时，外设一定是准备好的，而执行输出操作时，外设一定是空的，即CPU及外设传送数据时必须保证同步。这对于许多外设来说，是比拟难实现的。特别是一些数据状态变化不规那么的外设，如果传送数据时，CPU及外设不同步，那么传送数据便要出错。为了解决此问题，使CPU能及各种速度的外设配合工作，可以采用查询传送方式。查询传送方式查询传送方式又称条件程序传送方式或异步传送方式。特点是CPU在对输入/输出设备传送数据前，先输入外设的状态，并测试其是否“准备好，只有在测试到输入/输出设备已准备就绪后，CPU才对输入/输出设备传送数据。输入/输出设备所谓“准备好，对于输入设备来说，即输入存放器已满-已准备好新数据供CPU读取；对于输出设备而言，即输出存放器已空原有数据已被使用，可以接收CPU送新的数据。由于查询方式是在查询到条件满足时，再传送，其传送也是靠输入、输出程序进展的，因此也称条件传送方式。同步传送方式虽然简单，但只适合于变化速度缓慢的外设。查询传送方式虽然解决了CPU可及各种速度的外设配合工作的问题，但CPU必须不断查询外设的状态，占用了CPU大量的时间。在查询方式中，CPU一直处于主动地位，而外设是被动待查，如果多个外设同时工作，都要等待CPU去查询，造成有些已准备好的外设或有紧急情况需要CPU立刻处理，而得不到及时的处理。中断控制输入/输出方式中断传送方式，即当CPU需要及外设交换信息时，假设外设要输入CPU的数据已准备好，存放于输入存放器中，或在输出时，假设外设已把上一个数据取走，即输出存放器已空，那么由外设向CPU发出中断申请，CPU接到外设的申请后，假设没有更重要的处理，CPU就暂停当前执行的程序即实现中断，转去执行输入或输出操作称中断效劳，待输入或输出操作完成后返回，CPU再继续执行原来的程序，这样就大大提高CPU的效率，同时使外设发生的事件能及时得到处理，因此，有了中断传送方式后，CPU可以及多个外设同时工作。直接存储器访问方式DMA方式中断传送仍是由CPU通过程序来完成的，在中断效劳程序中，不仅要有完成信息传输的程序段，还必须保护断点、保护现场、中断效劳程序执行完后，还必须恢复现场等，这些工作都靠程序来完成，因此执行这些程序也要花费时间，用中断方式来传输信息就显得太慢了。为了解决此问题，希望用硬件在外设及内存间直接进展数据交换即DMA，而不通过CPU，这样数据传送速度的上限就取决于存储器的工作速度。在变电站综合自动化系统中，DMA传送方式也是常采用的方式之一。如在CPU的微机保护模块中，可以由一个CPU负责采集数据，另一个CPU负责数据处理，计算与判断被保护对象是否发生故障或异常情况，并进展故障处理等。利用DMA技术，将采样CPU存入存储器中的最新数据，直接传送给数据处理的CPU的存储器。由于两台CPU间数据的传送是由DMA控制器控制的，因此两台机完全可以并行工作，既不影响采样机的连续采样，也不影响数据处理机的数据处理与故障处理，保证了保护动作的快速性。抗干扰最简单的方法有：1、光电隔离利用光电耦合器可以实现现场开关量及计算机总线之间的完全隔离，光电耦合器由发光二极管与光敏三极管组成。发光二极管与光敏三极管之间是绝缘的，两者都封装于同一芯片中。2、继电器隔离3、继电器与光电耦合器双重隔离将现场的开关辅助触点先经过继电器隔离，继电器的辅助触点再经过光电耦合器隔离，再输入至计算机。这样双重隔离对提高抗干扰能力与消除开关动作时的抖动具有很好的效果。模拟量输入通道组成局部：传感器非电量物理量转换成电量、信号处理环节、多路转换开关、采样保持器、A/D转换器。微机保护与微机监控的根本原理类似，都是把经过电流互感器TA与电压互感器TV变换后的电流、电压等模拟信号连续变化转换为数字信号离散的采样序列，然后通过数学运算得到所需电流、电压的有效值峰值与相位以及有功功率、无功功率等量，或者算出它们的序分量，或者线路与元件的视在阻抗，或者某次谐波的大小与相位等。变电站监控保护综合自动化系统系统用途：变电站微机监控保护综合自动化系统按无人值班设计，能保证在无人值班的条件下系统平安可靠运行。可广泛应用于城网、农网及工矿企业的电力系统，作保护、控制、测量、监视之用，并有及调度中心通信的接口，完成遥测、遥信、遥控、遥调等功能。监控系统特点：1、基于二层Client/Server(客户机/效劳器)模式的分布式网络构造，系统配置灵活易于扩大与升级。2、主站系统采用开放性、实时性、分布式的支持平台Windows2000，具有可持续开发的环境。3、网络拓扑构造为高速Ethernet以太网，传输速率为100Mbps。4、功能强大的各种保护，可用于城网、农网及工矿企业的电力系统各种规模的枢纽变、终端变。第 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