35kV变电站综合自动化系统的设计与研究.pdf

山东大学硕士学位论文35kV变电站综合自动化系统的设计与研究姓名：隗蓉申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：田立军20080920山东大学工程硕士学位论文摘要变电站是电力系统中的一个重要环节，它的运行情况直接影响到电力系统的可靠、经济运行。而一个变电站运行情况的优劣，在很大程度上取决于其二次设备的工作性能。变电站综合自动化是指变电站二次系统通过利用计算机技术、现代控制技术、网络通信技术和图形显示技术，实现将常规变电站的控制、测量、信号、保护、计量、安全自动装置、远动等功能整合于一体的计算机监控系统，这项技术涉及多个技术领域，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。论文首先介绍了变电站综合自动化的概念，回顾了变电站综合自动化在国内外发展的历史，分析了变电站综合自动化的研究现状。论文研究了变电站综合自动化系统的功能要求，从控制系统、保护系统以及运行支持系统方面提出具体要求。论文研究了变电站综合自动化系统的几种主要网络结构，介绍了集中式、分布式和分散分布式三种模式，并对目前应用较广的分散分布式结构进行了重点分析。论文对微机保护测控单元的软硬件构成及功能实现进行了详细研究和分析，对目前应用较广的傅氏微机保护算法进行了研究。论文以新建赭山35K V 变电站为工程实例。对该站综自系统的设备选型、功能配置、组屏方式及组网结构进行了设计。并对各组成设备的功能实现进行了详细介绍。该站目前已经投运，经过实践表明，系统性能达到设计要求，并在快速性、安全性、可靠性三方面取得了良好效果。文章最后通过分析变电站综合自动化系统在实际应用中存在的共性问题，提出了相应的改进措施，对综合自动化系统的发展提出了建设性意见。关键词：变电站；综合自动化；微机保护测控装置；监控系统山东大学工程硕士学位论文A bstrac tS u bsta tio nisa nim p o r ta ntelem en tinp o w e rsyste m，itso per a tio nc o nditio nim p a ctsthesta bi1iza tio no fpowersyste mdirect1y T h ew o r kin gc onditio no fasu bsta tio n1a rge1yde p e ndso nth es ec o nd a r ye quip m entsofit In teg r a tedS u bsta tio nA uto m a tio nS yste misthes e c o ndsu bsta tio nsyste mth ro u g hth eu s eo fco m p u te rte ch n o1o g y，m odernco n troltech n o1o g y，n et w o rkcommunica tio nste ch n olo g ya n dg r a p hicsdispla yte ch n ology，toa chie ve c on ven tio nalsu bsta tionc on tr ol，m eas u re m e n t，sign al，p r ote ctio n，m ete ring，a uto m a ticsa f etyde vic es，s u chasre m o tein teg ra tio nin on eoftheco m p ute rmonito ringsyste m Thiste ch no1ogyin vo1Vesan u m be r ofte chnica 1a reas，Itisthea uto m a tio nte chn ology，co m p ute rte chn o1og ya ndco m m unica tionte chnologya ndo th e rhigh te chs ubsta tio ninthefieldofi n t e g r a t e da p p lic a ti o n s T h isp a p e rf i r s td is c u ss e st h eg e n e r a ld e si g nr e q u e s to finte g r a teds ubsta tio n a uto m a tion syste m，re vie wthehisto ryo fin teg ra tedsubsta tio n a uto m a tio nsyste ma ndana1yz ether esearchsitua tio no fit Itinc1ud esm ainf un ction alr equ estofit，net 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V原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式表明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：葺垦笠日期：2 毕关于学位论文使用授权的声明本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，运行论文被查阅或借阅：本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。(保密论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名：墼笠导师签名：避日期：蝉j 二山东大学工程硕士学位论文第一章绪论弟一早硒下匕1 1 变电站综合自动化系统概况随着国民经济的持续发展，电力用户对供电质量的要求愈来愈高，加强电网建设和改造成为电力系统新的工作重点，而依靠科技的进步，采用先进的技术和现代化的管理手段是电网建设和改造的出发点，实现电网自动化则是重要手段。变电站是电力系统中的一个重要环节，它的运行情况直接影响到电力系统的可靠、经济运行。要提高变电站运行的可靠性及经济性，一个最基本的方法就是要提高变电站运行管理的自动化水平，实现变电站综合自动化。变电站综合自动化是指变电站二次系统通过利用计算机技术、现代控制技术、网络通信技术和图形显示技术，实现将常规变电站的控制、测量、信号、保护、计量、安全自动装置、远动等功能整合于一体的计算机监控系统，这项技术涉及多个技术领域，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 1】“o依据大电网会议W G3 4 0 3 工作组的分析，变电站自动化系统较为严格的定义为心：(1)远动功能(四遥功能)：(2)自动控制功能(如有载调压变压器分接头和并联补偿电容器的综合控制(v o c)。电力系统低频减载、静止无功补偿器控制、配网系统故障分段隔离非故障段恢复供电与网络重组等)：(3)测量表计功能(如三相智能式电子电费计量表等)：(4)继电保护功能：(5)与继电保护有关的功能(如故障录波、故障测距、小电流接地选线等)：(6)接口功能(如与微机五防、继电保护、电能计量、全球定位系统(G P S)等IED 的接口)：(7)系统功能(与主站通信，当地SC A D A 等)。山东大学工程硕士学位论文所有能实现这些功能的设备，目前统称为智能式电子仪表(IE D)。变电站自动化的目的，就是实现这些IE D 的信息共享，由此可减少变电站使用的电缆数量和造价，提高变电站的运行和安全可靠性，并减少维护工作量和提高维护水平3。随着计算机技术、网络技术和通信技术的发展及其在电力系统中的广泛应用，变电站综合自动化系统的技术水平也在不断提高)。变电站自动化技术和变电站自动化系统的内涵还在不断的丰富之中。1 2 国内外变电站综合自动化的发展及应用状况国际上对于变电站综合自动化的研究，已经进行了多年，并取得了令人瞩目的进展。早在七十年代末，日本就研制出了世界上第一套综合数字式保护和控制系统S D C S-I。此后，美国、英国、法国、德国等一些发达国家也相继在此领域内取得不同程度的进展。在八十年代初，美国一家电力公司研制了IM Pa c 模块化保护和控制系统。美国西屋公司和EP RI 联合研制出了SP CS 变电站保护和控制综合自动化系统。到19 84 年，瑞士的B B C 公司首次推出了他们的变电站综合自动化系统。19 85 年，德国的西门子公司又推出了他们研制的第一套变电站综合自动化系统LS A 67 8。变电站综合自动化目前在国外已得到了较普遍的应用。例如美国、德国、法国、意大利等国家，在他们所属的某些电力公司里，大多数的变电站都实现了综合自动化及无人值班方式。我国的变电站自动化技术起步于50 年代。19 54 年，我国从前苏联引进了R U T 技术，东北安装了l6 套遥测遥信装置拍1。此后，国内开始了系列远动产品的研制工作。到七十年代初，便先后研制出了电气集中控制装置和集保护、控制及信号为一体的”四合一”装置。在八十年代中期，国内许多高等院校及科研单位也在这方面做了大量的工作，推出一些不同类型、功能各异的自动化系统，为国内的变电站自动化技术的发展起到了卓有成效的推动作用 7 1。我国经历了以下几个发展阶段：2山东大学工程硕士学位论文(1)传统的变电站运行方式20 世纪80 年代早期，传统的变电站自动化系统是由许多安装在控制室内的单项自动化装置组成，主要包括各种继电保护装置、自动重合闸、故障录波装置、变送器和远动装置、模拟盘和各类仪表，还需大量电缆将现场分合闸线圈以及位置信号触点一一对应地联到上述各种自动化装置。除保护动作信号、电能表脉冲信号送至远动装置外，各种保护、自动装置和仪表基本独立工作，微机保护和远动装置之间无计算机通信。保护定值的整定、故障录波和故障数据的收集，基本由现场人工进行。需要一个大控制室来放置各种自动装置和仪表，占地面积大，需要大量电缆管线，施工、安装和调试工作量大，远动装置的本地功能和测量仪表功能重复，各种自动装置和仪表种类、数量较多，工耗、备品备件及运行维护量大。变电站二次设备均按传统方式布置：控制屏实现站内监控，保护屏实现电力设备保护，远动设备实现实时数据采集。它们各司其职、互不相联。(2)远动R T U 方式20 世纪80 年代中、后期，随着微处理器和通信技术的发展，利用微型机构成的远动装置 简称R T U 的功能和性能有很大提高。该方式在原常规有人值班变电站的基础上在R T U 中增加了遥控、遥调功能，站内仍保留传统的控制屏、指示仪表、光字牌等设备。所有信号由R T U 集中采集，遥控、遥调指令通过R T U 装置硬接点输出，由控制电缆引入控制回路，与数字保护不能交换信息，保护动作信号仍需通过继电器接点采集。采用这种方式使二次设备增加，二次回路更复杂。(3)综合自动化方式a)集中式自动化系统20 世纪90 年代数字保护技术(即是微机保护)的广泛应用，使变电站自动化取得实质性的进展。20 世纪90 年代初研制出的变电站自动化系统是在变电站控制室内设置计算机系统作为变电站自动化的心脏，另设置一数据采集和控制部件用以采集数据和发出控制命令。微机保护柜除保护部件外，每个柜有一个管理单元，其串3山东大学工程硕士学位论文行口和变电站自动化系统的数据采集和控制部件相连，传送保护装置的各种信息和参数，整定和显示保护定值，投停保护装置。此类集中式变电站自动化系统结构紧凑、体积小、造价低，尤其适合35 k V 或规模较小的变电站。b)分散式自动化系统由于集中式结构存在软件复杂，系统调试麻烦、精度低，维护工作量大，易受干扰，扩容灵活性差等不足；随着计算机技术、网络技术及通信技术的飞跃发展，同时结合变电站的实际情况，各类分散式变电站自动化系统纷纷研制成功和投入运行。分散式系统的特点是各现场输入输出单元部件分别安装在中低压开关柜或高压一次设备附近，现场单元部件可以是保护和监控功能的二合一装置，用以处理各开关单元的继电保护和监控功能，也可以是现场的微机保护和监控部件分别保持其独立单元部件进行通信联系。通信方式大多数通过R S4 22 r s4 85 通信接口相连。但近年来推出的分散式变电站自动化系统更多地采用了网络技术，如现场总线及以太网等。至于变电站自动化的功能，如遥测、遥信、采集及处理，遥控命令执行和继电保护功能等均由现场单元部件独立完成，并将这些信息通过网络送至后台主计算机，而变电站自动化的综合功能均由后台主计算机系统承担。分散式面向对象的变电站综合自动化系统由于大大缩小了主控室的面积，可靠性高，组态灵活，检修方便，降低总投资，目前已成为发展趋势。纵观我国七、八十年代的变电站自动化发展状况，可以看到，初期的变电站自动化，只是在常规二次设备配置的基础上增加了计算机管理功能。如CR T 屏幕监视、数值计算、自动巡检打印及自动报表等。所增加的这些计算机功能并不能取代常规的操作监视设备，因而这种自动化方式只能称作计算机辅助管理。八十年代以后，由于微机技术的发展，使变电站自动化技术得到了进一步的提高，但是此时的自动化管理仍未涉及到继电保护、故障录波等功能。只是在原有基础上增加了以微机为控制中心的就地功能。这种初期的自动化管理方式，各专业在技术上相互独立，资源不能共享，设备设置重复，功能交叉覆盖，无论在技术上或是经济上都不尽合理。进入九4山东大学工程硕士学位论文十年代后，由于数字保护技术的发展，才使得变电站综合自动化技术产生了一个飞跃，使这项技术在我国进入了实质性发展阶段。1 3 变电站综合自动化系统的发展趋势变电站自动化技术伴随着现代科学技术发展，尤其是网络技术、计算机软、硬件技术及超大规模集成电路技术的发展而不断进步，自动化系统以按对象设计的全分层分布式为潮流，朝着二次设备功能集成化，一次设备智能数字化方向发展：同时经济性和可靠性也是变电站自动化技术发展所要考虑的实际问题。EIC 6185 0 标准的实施应用，电能质量监测管理，一次设备的在线监测，以及网络安全技术，变电站综合自动化将更多地融入当今流行的各种新观念、新技术，其发展结果也使整个系统更加安全、高效、经济和可靠。总的发展趋势可从以下几个不同角度来描述1：1)、系统总体结构向开放和全分散型发展。2)、子站模块设计向综合化、多功能发展。3)、通信媒介将更多地引入光纤。4)、从专用设备到总体控制平台，站内综合管理向全开放式5)、从传统控制方法向综合智能方向发展。6)、从单纯的屏幕数据监视到多媒体监视。1 4 本文研究的主要内容本论文将在总结本人从事变电站设计工作五年来的经验基础上，结合本课题完成如下工作：1、首先介绍变电站综合自动化的定义，对变电站综合自动化在国内外的发展及应用情况进行介绍。2、提出变电站综合自动化系统的功能要求，对各组成部分的功能进行分析研究。对变电站综合自动化系统常用组网结构和各自特点进行分析研究。3、研究微机保护测控一体化装置采用的微机保护算法和软硬件构成及功能实现。5山东大学工程硕士学位论文4 以新建赭山35K V 变电站为研究对象，采用南瑞的IS A-30 0系列产品，对该站的综合自动化系统进行总体设计。5 分析研究变电站综合自动化系统在实际应用中存在的共性问题，并提出改进意见。6山东大学工程硕士学位论文第二章35k V 变电站综合自动化系统的功能和结构本章先提出了变电站综合自动化系统应满足的基本要求，接着从保护系统和监控系统两方面对其功能进行了详细介绍和研究。并对变电站综合自动化系统几种常用的组网结构：集中式、分布式、分散分布式结构进行了介绍，对目前应用较广的分散分布式结构进行重点研究。2 1 变电站综合自动化系统的功能要求变电站自动化系统的具体功能要求主要决定于变电站在电力系统中的地位、作用和变电站的规模、电压等级及一次设备状况。高压、超高压变电站自动化系统的主要功能要求，概括起来有3 个方面凹。12 1：控制系统：运行人员监视与控制、自动控制、电力系统紧急控制与当地后备控制、故障录波与事件记录、测量与计量、自动数据分析；保护系统：变压器保护、线路保护及自动重合闸、母线保护、电容器保护；运行支持系统：设备维修支持、设备非正常状态的恢复支持、电力系统故障恢复支持、自动故障恢复。每个变电站自动化的功能将随原来系统的运行经验、成本和性能的要求不同而变化，但它们都要适应以下基本要求3 1：a 当电力系统发生故障时，继电保护系统准确检测故障，跳开相应开关，迅速切除故障，不造成故障连锁反应，使故障造成的影响限制在尽可能小的范围；b 收集、处理各种设备的运行信息和数据，按要求发送到集控中心和远方调度控制中心，满足调度部门对电力系统的监视、控制和运行操作；C 收集设备的状态数据，支持设备的状态维修和可靠性为中心的维修系统，提高设备可用率和使用寿命；d 在集控中心或调度控制中心对变电站失去监控的情况下，变电站的后备控制能对变电站进行控制；e 收集并及时传送电力市场实时交易所需的技术数据，促进安7山东大学工程硕士学位论文全交易，减少交易风险。针对以上基本要求，在做变电站综合自动化系统设计时，可靠、实用、技术先进和利于推广是系统设计的基本指导思想。变电站综合自动化系统设计过程中，可靠性与系统总体设计及软硬件结构和工艺关系密切，考虑软硬件总体方案时，可靠性必须放在第一位。其次应强调性能价格比这个重要指标，机型选择、硬件配置上，应从应用对象实际情况出发，特别重视性能价格比。同时还应考虑操作方便，具有完备的防误提示和措施。2 1 1 保护系统功能保护装置是综合自动化系统的重要组成部分，以被保护的一次设备为对象，直接由相关的C T 和P T 输入电气量，动作后由接点输出，直接作用于相应断路器的跳闸线圈6 1。要求和自动化系统保持相对独立，一般要求保证电磁兼容指标，设置专用电源回路(35k V电压等级以上)，保护T A 与测量T A 分开6 1，可远方投退压板和控制字，在线修改定值，带简短的事故采样数据和动作记录等。当监控系统异常或失去联系时，保护系统能够独立地完成它的使命，做电力系统的守护神。从功能上可分为线路保护、母线保护、变压器保护、电容器保护及备用电源自投、故障录波、低周低压减载等安全自动装置。微机保护应具有与监控系统通信的功能，包括：接受监控系统查询，若返回正确应答信号，则表明保护装置通信接口完好；若超时无应答或应答错误，则表明通信接口或保护装置本身出现故障；传送事件报告，包括跳闸时间(分辨率2 mS)、跳闸元件、相别、测距、故障波形等，且掉电后信息能保留：传送自检报告，包括装置内部自检和对输入信号的检查；修改时钟及对时，目前至少要有通信广播对时及分秒中断对时，并能GP S 外部对时；修改保护定值，定值要经过上传、下装、反校、确认等环节后，保护装置才予以修改；接受投退保护命令，保护信号应具有掉电白保持，能够远方或就地复归；接受查询定值并送出定值；实行显示保护主要状态(功山东大学工程硕士学位论文能投入情况输入量值等)。与监控系统通讯，主动上传故障信息、动作信息、动作值及自诊断信息，接受监控系统命令上传整定值及历史事件，与监控系统通讯应采用标准规约。2 1 2 监控系统功能(1)数据采集系统由数据采集装置采集现场所有状态量、模拟量及脉冲量，并可从各保护装置采集保护运行状态、保护动作信息、保护定值信息、保护故障信息、保护电源及保护装置自检信息。a)状态量采集包括断路器状态、隔离开关状态、接地刀闸状态、变压器分接头位置等，这些信号大部分采用光电隔离方式的开关量中断输入。对重要的状态量(如断路器位置)采用双位置接点进行采集，即1 1、0 0 分别表示二个状态，以保证正确无误地反映断路器位置，防止继电器触点的失效与抖动而引起的状态误报。b)模拟量采集采样各段母线电压、各进出线回路的电流和功率值；电网频率与相位等电量参数以及变压器的瓦斯值、温度、压力等非电量参数。目前各种电量参数在综合自动化系统中均采用交流采样，直接采集由电流互感器与电压互感器提供的交流参数，常规变送器加A D 变换方式只用于对非电量参数如变压器油温、主控室温的采集。C)脉冲量采集采集由全电子电能表输出的电量脉冲值，也可直接采集电能量。d)继电保护数据采集包括保护动作信号、保护状态、保护定值等。(2)事件记录及故障录波事件记录包括保护动作序列记录S0 E(Sequ e n c e0fE ve nts)、开关跳合记录，事件分辨率可根据不同电压等级的要求确定，一般为1 3 mS，能存放10 0 个以上的事件顺序记录。当出现电网故障时9山东大学工程硕士学位论文(如接地短路故障)，能记录故障前1OO mS 以及故障后3S 的波形，供事故分析。对高压变电站故障录波可根据需要采用两种方式实现：一是配置专用微机故障录波器，并能与监控系统通讯；另一种则由微机保护装置兼作记录及测距计算，再将数字化的波形及测距结果送监控系统，由监控系统存储及打印波形。对低压变电站可给出故障报告，包括故障类型、动作类型及开关遮断电流大小。(3)远方整定保护定值对各保护装置，可在当地或远方设置一组或多组保护定值，并可在当地或远方显示、切换整定值。此功能应具有远方、当地闭锁，操作权限闭锁措施。(4)控制和操作闭锁可对断路器、隔离开关的分、合进行操作，对变压器分接头进行调节控制，对电容器组进行换切。这些控制和操作可在远方的调度中心或变电站内的后台监控系统的C R T 及键盘上发命令完成(具有操作密码和操作者及操作内容归档功能)，也可在装置面板上进行操作，以保证系统的更高的使用灵活性。为确保操作的准确可靠，操作步骤按“选择一返送校核一执行”来进行，并具备逻辑闭锁功能，每次操作均有打印输出。操作闭锁应包括以下内容：a)操作出口应具有跳、合闭锁功能。b)操作出口应具有并发性操作闭锁功能。C)根据实时信息，实现断路器、刀闸操作闭锁功能。d)C R T 屏幕操作闭锁功能。只有输入正确的操作口令和监护口令才有权进行操作控制。(5)电压无功综合控制在上级调度直接控制时，变压器分接头调整和电容器组的投切直接接受上级调度的控制；当给定电压曲线的情况下，则由变电站自动化系统进行控制，按系统电压与功率因数变化自动调节变压器分接头位置或投切电容器，保证电压质量和优化无功补偿。(6)与远方调度中心通信实现远动装置的常规的遥测、遥信、遥控和遥调四遥功能，即将采集的数字量和状态量实时地送往调度中心，并接受上级调度中1 0山东大学工程硕士学位论文心的控制和调节操作命令。若有事故发生，如开关变位等事故发生或数字量越限时则插入优先发送，及时向调度中心报警。此外还将故障录波和其他继电保护信息送往调度中心，同时接受调度中心发来的修改继电保护整定值的命令等。传送通道可以是电力载波、微波、光纤或专用通道。通信波特率随所选用通信通道及通信方式来决定。通信规约可以采用远动标准规约或计算机通信规约，视调度中心的要求而定。(7)数据处理和统计记录系统将采集来的状态量、数字量和脉冲量按规定的要求进行处理，送往当地监控系统的后台机和上级调度中心。这些数据主要有：线路、变压器的电流、有功和无功，母线电压定时记录的最大值、最小值及其时间等；整点数据的日报表；每日的峰值和谷值，并标以时间；断路器动作次数、断路器切除故障时的故障电流和跳闸操作次数统计；控制操作及修改整定值的记录及有关操作者；独立负荷有功无功每天的峰值、最大值及其时间，并保存归档。历史数据在监控系统的后台机内至少能保存1 年以上。(8)人机联系功能j，当变电站有人值班时，人机联系功能在当地监控系统的后台机上进行。当变电站无人值班时，。则在远方的调度中心或集控中心的调度或监视主机上进行。操作人员的人机联系界面是C R T 屏幕与键盘或鼠标器，可实现下列主要功能：C R T 屏幕上可显示各种画面、数据和表格，包括主接线图、开关状态、潮流信息、报警画面与提示信息、事故记录SO E、负荷曲线、系统的配置和工作情况、保护整定值、日运行报表等，并可将显示画面和表格拷贝打印记录下来。实施远方控制和操作，包括保护装置的投入和退出、断路器以及隔离开关的操作、变压器分接头位置控制等。输入或修改数据，包括远方操作的密码、操作人员的代码及密码、保护定值的设置和修改、报警值设置和修改、远方当地操作的设置、控制闭锁与允许等。显示系统各设备的诊断自检结果。山东大学工程硕士学位论文无人值班站应保留一定的人机联系功能，以保证变电站现场检修或巡视的要求，能显示站内各种数据和状态量；操作出口回路具有人工当地紧急控制设施；变压器分接头应备有当地人工调节手段。(9)系统的自诊断检测功能系统的各装置如保护装置、数据采集装置、控制装置等都具有自诊断功能，所有数据采集、控制、保护等主要单元模块故障，应能自诊断出故障部位；具有失电保护、失电自检、自复位至原运行状态的能力。当数据采集出现非法错误时，应能输出出错信息，进行报警和闭锁故障单元，保证其它部分的正常工作。当系统在线诊断出故障时，应能自动报警，并将故障内容及发生时间登录在事件一览表中。诊断结果周期性地送当地监控系统的后台机和远方调度中心，故系统中各装置的状态一目了然，无需定期检修。(10)对时系统对时要求是变电站自动化系统的最基本要求。1 10k V 枢纽以上站要求系统具有GP S 对时功能，能够对变电站层设备和间隔层IE 1)设备(包括全电子电能表等)实现G PS 对时，并具有时钟同步网络传输校正措施。1 l0kV 终端站、35k V 变电站不要求GP S 对时功能，但要求具有一定精度的站内系统对时功能，定时完成由系统主机或由调度端发出的对站内间隔层设备的对时功能。(11)同期检测和同期合闸由于实现电网互联是必然趋势，所以负责系统联络线联络变压器的枢纽变电站仍需配置自动同期装置，使待并列的两个系统在电压、频率、相位角都能满足条件的情况下能够进行并列操作，分为手动和自动两种方式实现，一般应具有两种方式供选择，这部分功能也应纳入自动化系统。2 2 变电站综合自动化系统的网络结构变电站自动化系统的组成可分为2 个层次，即间隔级和变电站级，也称间隔层和站控层。间隔级的集成是构筑一个通用的硬件和1 2山东大学工程硕士学位论文软件平台，将间隔内的控制、保护、测量等功能集成在这个通用的平台上。通用的硬件平台指的是由一组元件组成一个多功能装置，用于各个间隔。通用的软件平台指的是在多功能装置内建立一个通用的功能软件库和数据库。通过通用的硬件和软件采集各功能需要的数据和状态量，实现数据共享。这样，原来控制、保护等功能将不再需要专用的硬件装置和专用的输入、输出通道，而是由合理的软件设计来实现。站级的集成是将变电站自动化需在站级处理的各个功能通过信息网络组合在一个系统中。这样，原来站级各个分隔的系统及其多个通信网络将不再需要，从而简化了网络结构和通信规约。目前，国内外变电站综合自动化系统大体可分为三种结构：集中式、分布式以及分散(层)分布式7 l。2 2 1 集中式结构集中式的变电站综合自动化系统结构按信息类型划分功能。采用这类结构的系统其功能模块与硬件无关，各功能模块的连接通过模块化软件实现，信息是集中采集、处理和运算的。受计算机硬件水平的限制，该结构在早期自动化系统中应用较多，图2 1 是一种较典型的集中式结构“8 1。此类结构对监控主机的性能要求较高，且系统处理能力有限，开发手段少，系统在开放性、扩展性和可维护性等方面较差，抗干扰能力不强。系统结构如图2 1 所示：系统管理，通信管理，；l 工控机；一实时数据处理一：人机界面等模块ooo图2 1集中式结构保护电表其它智能电子设备山东大学工程硕士学位论文I I2 2 2 分布式结构分布式结构则按功能设计，如按保护和监控等功能划分单元，分布实施。其结构采用主从C P U 协同工作方式，各功能模块如智能电子设备之间采用网络技术或串行方式实现数据通信。分布式结构有助于其它模块正常运行。安装方式有集中组屏和分层组屏两种方式，较适合于中低压变电站。系统结构如图2-2 所示。图2 2分布式结构2 2 3 分散(层)分布式结构分散(层)分布式结构采用“面向对象 设计。所谓面向对象，就是面向电气一次回路设备或电气间隔设备，间隔层中数据、采集、控制单元(I 0 单元)和保护单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近，相互间通过通信网络相连，与监控主机通信9。目前，此种系统结构在自动化系统中较为流行，主要原因是：现在的IE D设备大多是按面向对象设计的，如专门的线路保护单元、主变保护单元、小电流接地选线单元等，虽然有将所有保护功能综合为一体的趋势，但具体在保护安装接线中仍是面向对象的；利用了现场总线的技术优势，省去了大量二次接线，控制设备之间仅通过双绞线或光纤连接，设计规范，设备布置整齐，调整扩建也很简单，成本低，运行维护方便；系统装置及网络性强，不依赖于通信网和1 4山东大学工程硕士学位论文主机，主机或1 台IE D 设备损坏并不影响其它设备的正常工作，运行可靠性有保证。系统结构如图2 3 所示：单元间隔1单元间隔n间隔1间隔n图2 3分散(层)分布式结构系统结构的特点是功能分散，管理集中。分散(层)分布有两层含义：其一，对于中低压电压等级，无论是I 0 单元还是保护单元皆可安装在相应间隔的开关盘柜上，形成地理上的分散分布；其二，对于1 1O k V 及以上的电压等级，即使无法把间隔单元装在相应的开关柜上，也应集中组屏，在屏柜上明确区分相应间隔对应的单元，在物理结构上相对独立，以方便各间隔单元相应的操作和维护。山东大学工程硕士学位论文第三章微机保护测控一体化装置的研究微机保护测控一体化装置已在1 10 K V 及以下电压等级的变电站逐步得到采用。由于其可集中组屏，开关柜就地安装，各间隔相互独立，相互间以及与站控层间通过通信网互联，不仅二次电缆使用量大大减少，而且大大提高了系统的可靠性，实践证明保护测控一体化装置越来越得到重视和推广心0 1。下面将详细介绍保护测控装置的微机保护算法、软硬件构成及功能实现。3 1 常用的微机保护算法研究要在计算机上实现某种继电保护原理，需先作出这种继电保护的数学模型，再根据数学模型编制计算机的执行程序。其实质是通过采样线路上电流、电压的信号瞬时离散值，并将这些采样值经过一系列信号处理，得出与线路故障相关的特征值，最后根据这些特征值来判断什么时候出现故障，及出现了哪一种类型的故障。数字信号处理方法和微机继电保护算法在变电站的综自系统中有着十分重要的作用。3 1 1F o u rier 分析方法目前综自系统数字处理方法主要采用的是文献 21 22 研究的F o u r i e r 分析方法，通过短时F o u r ie r 变换求得电流和电压、信号的各次谐波分量，并根据这些谐波分量的幅值和相位判断出故障。此类分析的方法比较成熟，并且在实际应用中能满足大部分的电网继电保护的要求。文献 23 24 研究的小波分析理论是近10 年来迅速发展起来的新兴学科。本文将重点研究F ou rier 分析方法。l、连续F ou rie r 变换设f(t)在全实轴R 上是以2 万为周期的函数，厂(f+2 z)=f(t)，且在(0，2 z)上平方可积，怯m 1 2 矿 0 是固定的。这时，式(3 10)变成了既。()=f e-I o。l f(t)w(t-n b o)d t(3 11)如果W 是紧支撑的，那么适当的选取，F ou rie r 系数既。()足以特征化这个信号。在应用中，假定w 在某个时间和某个频率周围聚集：如果w 与影都在零点周围聚集，那么既。(厂)(彩)能够不严谨的解释为f 接近时间