变电站综合自动化系统是在计算机和网络通信技术基础上发展起来的.doc

变电站综合自动化系统是在计算机和网络通信技术基础上发展起来的， 在我国近几年发展迅速，产品的更新换代及定型也越来越快。从这几年的应用和实践看，变电站综合自动化给变电站设计安装、调试和运行、维护、管理等方面都带来了一系列的技术变革。 本文对某单位 110kV 变电站综合自动化系统加以设计， 分析了变电站综合自动化系统所具备的功能及其发展方向。通过对变电站一次系统的结构分析，结合综合自动化系统设计原则，设计了变电站综合自动化系统方案，包括一次设备保护测控、 远动及计算机监控系统设计、 通信系统等。 构建了变电站后台系统结构，对二次设备硬件配置、软件配置进行合理选型。在上级调度、变电站层、间隔层之间，采用无缝链接的以太网，从变电站层的主控机，到设备层的传感网络，通过以太网连接真正实现了“一网到底” ，完成了该变电站综合自动化系统的设计。最后对变电站综合自动化系统中的电磁干扰问题进行了研究， 提出了变电站抗电磁干扰的几点措施。 该变电站综合自动化系统不仅满足了变电站控制精度高，响应速度快，数据传输可靠，可扩展性强，易用易维护的要求，而且具有较高的技术水平。 关键词：110kV 变电站；变电站综合自动化；监控系统；通信Integrated automation design of 110kV substation for a Unit Abstract The integrated automation system of the substation is developing rapidly on the basis of the computer and internet communications technology and its products are undergoing continuous upgrading and positioning in recent years in China. As we can see from the practice, the integrated automation has brought about a series of automatic technology reforms in fields of substation design, installation, debugging, operation, maintenance, management and so forth. This paper analyses functions and development trends of the integrated automation, based on the whole designing process of a 110 kV substation for a specific unit. Through structural analysis of the substation system, the writer, keeping in mind the automation designing principles, designs a plan which contains the equipment protection and monitoring, the design of telemechanique and computer monitoring system, communications system and so on. Furthermore, the background system structure is built up in the paper and hardwares as well as softwares of the equipment are reasonably chosen in this paper. Among the high-up dispatching, the substation layer and the space layer, the goal of straigt forward to the bottom via net can be realized through the Ethernet connection from the central computer of the substation layer to the sensor network. Finally, the writer studies on the reliability of the substation integrated automation system and puts forward several countermeasures against the anti-electromagnetic interference in the substation. The integrated automation system designed in this paper not only satisfies the requirements of high controlling accuracy, rapid responding, reliable data transmission, high expandability and easy maintenance, but also possesses high-end technology. Key words: 110 kV Substation; Substation Integrated Automation; Monitoring System; Communications第一章 绪论 1.1 选题背景及意义 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等）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，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、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。 建立现代意义的变电站自动化系统的目的就是将原来分隔的控制、监视、保护、通信和测量等几大功能结合在一起，把分散的装置进行集成后组成自动化系统。变电站自动化系统实质上是由多台微机组成的分层分布式控制系统，包括微机监控、微机保护、电能质量自动控制等多个子系统。在各个子系统中，往往又由多个智能模块组成。例如:在微机保护子系统中，有变压器保护，电容器保护，各种线路保护等。因此在变电站自动化内部，必须通过内部数据通信，实现各子系统内部和各子系统之间的信息交换和信息共享， 以减少变电站二次设备的重复配置并简化各子系统的互连，既减少重复投资，又提高了系统整体的安全性和可靠性。变电站综合自动化的主要内容有： （1） 电气量和非电气量的采集，电气设备的状态监视、控制和调节。 （2） 实现电站正常运行的监视和操作，保证电站正常运行和安全。 （3） 发生事故时，由继电保护和故障录波装置等完成瞬态电气量的采集、监视和控制，并迅速切除故障设备和完成事故后的恢复正常操作。 （4） 电气设备控制及安全操作闭锁。 （5） 历史数据的保存和查询，事故追忆，各种报表的统计、查询和打印，实时曲线和历史曲线的查询和打印。 （6） 数据的打包和远方通讯。 1.1.1 变电站综合自动化的优越性 变电站实现综合自动化在下面几个方面体现出独特的优越性： （1）在线运行的可靠性高。变电站综合自动化系统利用软件实现在线自检，具有故障诊断功能。微机系统在软件故障时，考虑到电力系统各种复杂的故障，2 可在线实时地对有关硬件电路中各个环节进行自检， 具有很强的综合分析和判断能力；利用有关的硬件和软件相结合技术，防止干扰进入微机系统后造成严重后果； 加之该系统中的各子系统如微机保护装置和微机自动装置具有故障自诊断能力，使得变电站的一次、二次设备运行的可靠性方面已经远远超过了常规站1。 （2）供电质量高。变电站综合自动化系统中的电压、无功自动控制功能，对具有有载调压变压器和无功补偿电容器的变电站，可大大提高电压合格率，保证电力系统主要设备和各种电器的安全，使无功潮流合理，降低网损，节约电能损耗。 （3）专业综合，易于发现隐患，处理事故恢复供电快。变电站实现综合自动化后，各专业综合考虑，装有先进的计算机，可收集众多需要的数据和信号，利用计算机高速计算和正确判断的能力，将数据和信号经计算处理后，以综合的结果反映给值班人员，还可提供事件分析的结果以及如何处理的参考意见。很快发现问题，很快处理事故，很快恢复供电，提高供电的可靠性。 （4）变电站运行管理的自动化水平高。常规站中，二次系统是肉眼监视、人工抄表、手动操作，很难采用计算机技术进行自动化管理。例如，人工抄表，记录的数据误差大、离散性高、可信度低；所记录的报表无法再利用，长年累月大量堆积， 从中得不到有用的数据。 综合自动化以后， 这些数据记录在历史库中，必要时从中调出重要数据，为电力调度、系统的规划等提供重要依据；监视、测量、记录、抄表等工作都由计算机自动进行，提高了测量的精度，避免了人为的主观干预。运行人员通过观看CRT屏幕，变电站主要设备和各输配电线路的运行工况和运行参数便一目了然。综合自动化具有与上级调度通信功能，将监测到的数据及时送往调度中心，调度员及时掌握各变电站的运行情况，对它进行必要的调节和控制，各种操作都有事件记录可供查阅，大大提高运行管理水平2。 （5）减少控制电缆，缩小占地面积。变电站实现综合自动化后，需要获得电力系统测量数据和运行信息的各个部分可统一考虑，统一规划，获得所有数据和信号，节省大量的控制电缆。变电站综合自动化系统采用计算机和通信技术，实现资源共享和信息共享， 硬件电路多采用大规模集成电路， 结构紧凑、 体积小、功能强， 大大缩小变电站的占地面积。 随着处理器和大规模集成电路的不断降价，微计算机性能/价格比逐步上升， 发展的趋势使综合自动化系统的造价逐渐降低，性能逐步提高，减少变电站的总投资。 （6）维护调试方便。综合自动化系统中，各子系统有故障自诊断能力，系统内部有故障时能自检出故障部位，缩短了维修事件。微机保护和自动装置的定值可在线读出检查，节约定期核对定值的时间。 （7）为变电站无人值班提供了可靠的技术条件。有人值班和无人值班是变3 电站运行管理模式，变电站综合自动化是自动化技术在变电站应用的集中体现。 变电站综合自动化系统可收集到非常齐全的数据信息。 有强大的计算机计算能力和逻辑判断功能，可方便地监测和控制变电站的各种设备。如：监控系统的抄表、记录的自动化，现场值班员不必定期抄表、记录，可实现少人值班；配置了与上级调度的通信功能，可实现遥测、遥信、遥控、遥调。目前新建的变电站一般采用综合自动化系统，提高无人值班变电站的技术水平，为变电站安全稳定运行提供可靠保证。 1.1.2 对变电站综合自动化系统的要求 （1）变电站综合自动化系统全面代替常规的二次设备。综合自动化系统集变电站的基点保护、测量、监视、运行控制和通信于一个分级分布式的系统中，系统由多个微机保护子系统、测量子系统、各种功能的控制子系统组成，代替常规的继电保护、仪表、中央信号、模拟屏、控制屏和运行控制装置，提高变电站的技术水平和可靠性。 （2）变电站微机保护的软、硬件设置与监控系统相对独立，相互协调。微机保护是综合自动化系统中很重要的环节，软、硬件配置需相对独立，在系统运行中，继电保护的动作行为与保护装置有关，不依赖于监控系统的其他环节，保证在综合自动化系统中，任何其他环节故障只影响局部功能的实现，不影响保护子系统的正常工作。协调性表现在与监控系统需保持紧密通信联系。 （3）微机保护装置具有串行接口或现场总线接口，向计算机监控系统或RTU提供保护动作信息或保护定值等信息。 （4）变电站综合自动化系统的功能和配置，满足无人值班的总体要求。随着我国电力工业进入大电网、大机组时代，无人值班变电站的实施已成为电网调度自动化深入发展的必然趋势，是电网调度管理的发展方向。传统的四遥装置，无论从可靠性、测量精度、传输速率和技术水平等方面，都不能满足现代电网调度、管理的要求。变电站综合自动化系统的功能设计，需从电力系统的安全、稳定运行、提高经济效益等综合指标和提高电网基础自动化水平的综合要求出发，其软、硬件的配置需考虑具备与上级调度通信的能力，具备RTU的全部功能，以满足和促进变电站无人值班的实施。 （5）有可靠、先进的通信网络和合理的通信协议。 （6）保证综合自动化系统有较高的可靠性和较强的抗干扰能力。变电站安全运行时变电站设计的基本要求，在考虑系统的总体结构时，注意主、次分清，对关键环节，有一定的冗余。综合自动化系统的各个子系统相对独立，系统中某部分出现故障，尽量缩小故障影响的范围并能尽快恢复故障。各子系统有独立的4 故障自诊断和自恢复功能，任一部分发生故障时，通知监控主机发出警告指示，迅速将自诊断信息送往控制中心。 （7）系统有良好的可扩展性和适应性。随着我国经济建设的发展，每年有不少新建变电站有设计、建设和投产，它们需有技术先进、功能齐全、性能价格比高的自动化系统提供选用。此外，每年有大量各式各样的老站需改造，这些老站由于投资水平不同，在系统中的地位和原来采用的设备以及基础各不相同，要求自动化设备根据变电站的不同要求，组成不同规模和不同技术等级的系统。 （8）系统的标准化程度和开发性能好。研究新产品时，应符合国家或部颁发标准，使系统开发性能好，也便于升级。 （9）充分利用数字通信的优势，实现数据共享。数据共享是综合自动化系统发展的趋势，实现数据共享，简化自动化系统的结构，减少设备的重复，降低造价。 （10）变电站综合自动化系统的研究和开发工作，统一规划，统一指挥。变电站综合自动化系统是一项技术密集、 涉及面广、 综合性很强的基础自动化工程，在研究、开发和应用过程中，各专业互相配合，避免各自为战，整个系统协调工作，对系统的信息集中管理和共享，避免不必要的重复和相互干扰。 1.2 变电站综合自动化系统的基本特征 变电站综合自动化系统是建立在计算机技术、数据通讯技术、模块化软件技术上发展起来的，是一种集保护、测量、控制及远动于一体的微机控制系统。系统主要是由多个微机保护单元、通讯网络、后台管理机、打印机等设备组成，接线非常简单，可方便解决传统变电站二次系统存在的问题，提高了电力系统的供电可靠性，适应了现代生产发展和能源管理的要求。变电站综合自动化主要有如下特点： (1)功能综合化： 变电站综合自动化技术是一个技术密集、多种专业技术相互交叉、相互配合的系统。传统变电站内全部二次设备的功能均综合在此系统中。监控子系统综合了原来的仪表屏、操作屏、模拟屏和变送器柜、中央信号系统等功能；保护子系统代替了电磁式或晶体管式继电保护装置，同时还具有继电保护定值管理、微机防止误操作闭锁等新功能；还可根据用户的需要，将微机保护子系统和监控子系统结合起来，综合故障录波、故障测距、自动重合闸和小电流接地选线等自动装置功能。可以说，变电站综合自动化系统综合了变电站内除交、直流电源以外的全部二次设备。这种综合性功能是通过局域通讯网络中各微机系统硬、软件的资源共享来实现的。 5 (2)分层分布式、微机化的系统结构 综合自动化系统内各子系统和各功能模块由不同配置的单片机和微型计算机组成，采用分布式结构，通过网络、总线将微机保护、数据采集、控制等各子系统连接起来。一个综合自动化可以有多个微处理器同时并行工作，实现各种功能。另外，按照各子系统功能分工的不同，综合自动化系统的总体结构又按分层原则来组成。典型的分层原则是将变电站综合自动化系统分为三层，即管理层、站控层和间隔层（或称单元层） 。由此，构成了分层、分布式结构3。变电站综合自动化系统分层结构如图 1-1 所示。