變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

1、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 授課教師：教學(xué)目標(biāo):1、了解保護(hù)的基本構(gòu)成2、了解變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)造3、理解綜自系統(tǒng)的工作原理4、掌握綜自系統(tǒng)常見(jiàn)故障處理方法5、了解不同綜自廠家技術(shù)特點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn):1、綜自系統(tǒng)的通訊聯(lián)接關(guān)系2、保護(hù)原理的邏輯關(guān)系教學(xué)難點(diǎn)：各種裝置故障的分析和處理電力系統(tǒng)概述一、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的概念和作用故障:包括各種短路（d(3)、d(2)、d(1)、d(1.1)）和斷線（單相和兩相），其中最常見(jiàn)同時(shí)也最危險(xiǎn)的故障是發(fā)生各種型式的短路。在發(fā)生短路時(shí)可能產(chǎn)生以下的后果:    (1)通過(guò)故障點(diǎn)的很大的短路電流和所燃起的電弧，使故障元件損壞。 

2、;   (2)短路電流通過(guò)非故障元件，由于發(fā)熱和電動(dòng)力的作用，引起它們的損壞或縮短它們的使用壽命。    (3)電力系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大大降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響工廠產(chǎn)品質(zhì)量。    (4)破壞電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)振蕩，甚至使整個(gè)系統(tǒng)瓦解。    不正常運(yùn)行狀態(tài):電力系統(tǒng)中電氣元件的正常工作遭到破壞，但沒(méi)有發(fā)生故障的運(yùn)行狀態(tài)。如：過(guò)負(fù)荷、頻率降低、過(guò)電壓、電力系統(tǒng)振蕩等。    事故：系統(tǒng)或其中一部分的正常工作遭到破壞，并造成對(duì)用戶

3、少送電或電能質(zhì)量變壞到不能容許的地步，甚至造成人身傷亡和電氣設(shè)備的損壞。 二、 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)    電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是繼電保護(hù)技術(shù)或繼電保護(hù)裝置的統(tǒng)稱。    繼電保護(hù)技術(shù)是一個(gè)完整的體系，它主要由電力系統(tǒng)故障分析、繼電保護(hù)原理及實(shí)現(xiàn)、繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)、繼電保護(hù)運(yùn)行及維護(hù)等技術(shù)構(gòu)成。    繼電保護(hù)裝置是能反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。 最大運(yùn)行方式，是系統(tǒng)在該方式下運(yùn)行時(shí)，具有最小的短路阻抗值，發(fā)生短路后產(chǎn)生的短路電流最大的一種

4、運(yùn)行方式。一般根據(jù)系統(tǒng)最大運(yùn)行方式的短路電流值來(lái)校驗(yàn)所選用的開(kāi)關(guān)電器的穩(wěn)定性。 最小運(yùn)行方式，是系統(tǒng)在該方式下運(yùn)行時(shí)，具有最大的短路阻抗值，發(fā)生短路后產(chǎn)生的短路電流最小的一種運(yùn)行方式。一般根據(jù)系統(tǒng)最小運(yùn)行方式的短路電流值來(lái)校驗(yàn)繼電保護(hù)裝置的靈敏度    三、 繼電保護(hù)的基本任務(wù)電力系統(tǒng)是由發(fā)電機(jī)，變壓器，輸電線路和負(fù)荷組成的總體，其運(yùn)行過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行的。運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)有正常運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)和不正常運(yùn)行狀態(tài)三種，通常處于正常運(yùn)行狀態(tài)。電力系統(tǒng)可能發(fā)生的各種短路，斷線或同時(shí)出現(xiàn)短路和斷線，屬于故障狀態(tài)，介于正常工作和故障狀態(tài)之間的各種過(guò)負(fù)荷、發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷引起的

5、過(guò)電壓、低壓電網(wǎng)一點(diǎn)接地以及電力系統(tǒng)振蕩等屬于不正常運(yùn)行狀態(tài)。故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)將對(duì)電力系統(tǒng)造成危害，最常見(jiàn)也是最危險(xiǎn)的的故障是電力系統(tǒng)的各種短路。1. 短路可能產(chǎn)生以下后果：故障點(diǎn)通過(guò)的短路電流很大，將產(chǎn)生電弧燒毀設(shè)備；短路電流經(jīng)過(guò)非故障設(shè)備，產(chǎn)生熱效應(yīng)，電動(dòng)力，損壞或縮短非故障設(shè)備壽命；短路點(diǎn)附近電壓下降，破壞用戶正常工作，影響用戶的電能質(zhì)量；短路時(shí)，電壓下降，破壞系統(tǒng)并列運(yùn)行穩(wěn)定性，擴(kuò)大事故甚至造成系統(tǒng)解裂或瓦解；2. 不正常運(yùn)行狀態(tài)的主要影響有：長(zhǎng)時(shí)過(guò)負(fù)荷，電氣元件和絕緣材料溫升超過(guò)允許值，絕緣老化，產(chǎn)生故障系統(tǒng)功率缺額頻率下降影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷使電壓上升，造成過(guò)電壓

6、；低壓電網(wǎng)一點(diǎn)接地使非故障相對(duì)地電壓升高危及非故障相的安全。故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)將引起事故。事故是指系統(tǒng)正常各種遭到破壞，并產(chǎn)生停電或少送電的停電事故和造成傷亡的人生事故以及使設(shè)備損壞的設(shè)備事故。產(chǎn)生故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)的主要原因除客觀因素(地震、雷擊、倒桿、洪災(zāi)等不可預(yù)測(cè)與抗拒因素)造成外，一般都是由于設(shè)備制造缺陷，設(shè)計(jì)、安裝不合理，檢修、運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)，誤操作等主觀因素造成。故須提高電力系統(tǒng)的工作能力，針對(duì)性加強(qiáng)管理，采取各相積極措施，才能防患于未然。在電力系統(tǒng)中，一旦發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)將故障元件及時(shí)切除，無(wú)故障部分繼續(xù)運(yùn)行，減小危害影響程度，確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。通常要求在十分之

7、幾或百分之幾的時(shí)間內(nèi)切除故障，實(shí)踐證明，只有借助一種自動(dòng)裝置繼電保護(hù)裝置來(lái)完成此項(xiàng)任務(wù)。因此，繼電保護(hù)的任務(wù)是：故障時(shí)，自動(dòng)、迅速、有選擇的將故障元件從系統(tǒng)中切除，無(wú)故障部分繼續(xù)運(yùn)行；系統(tǒng)處于不正常工作狀態(tài)時(shí)，動(dòng)作于信號(hào)、減負(fù)荷或跳閘。繼電保護(hù)裝置是系統(tǒng)維持正常運(yùn)行的必備手段，是電力系統(tǒng)的電“醫(yī)生”。(1)自動(dòng)、迅速、有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到 破壞，保證其他無(wú)故障部分迅速恢復(fù)正常運(yùn)行。    (2)反應(yīng)電氣元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件(例如有無(wú)經(jīng)常值班人員)，而動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)、減負(fù)荷或跳閘。繼電保護(hù)的基本要求是：（

8、1）選擇性：選擇性是要求繼電保護(hù)裝置僅將故障元件從系統(tǒng)中切除，保證無(wú)故障部分繼續(xù)運(yùn)行，停電范圍最?。蠢^電保護(hù)應(yīng)指令最靠近故障的斷路器動(dòng)作于跳閘）。選擇性是對(duì)繼電保護(hù)的基本要求。如圖1-1所示，每個(gè)斷路器的位置都是繼電保護(hù)安裝處。當(dāng) K1點(diǎn)短路時(shí)，保護(hù)裝置指令最靠近故障的斷路器4QF動(dòng)作于跳閘，而1、3QF不應(yīng)動(dòng)作，A、B、C母線繼續(xù)供電，停電范圍最?。煌?，K 2點(diǎn)短路時(shí)，3QF處的保護(hù)裝置動(dòng)作于3QF跳閘，A、B母線繼續(xù)供電；K 3點(diǎn)短路時(shí)，1、2QF處的保護(hù)裝置動(dòng)作于1、2QF跳閘，A、B、C母線繼續(xù)供電，如此，便認(rèn)為保護(hù)裝置具有選擇性。（2）速動(dòng)性：速動(dòng)性是要求繼電保護(hù)裝置快速切除故障

9、，減小短路電流對(duì)設(shè)備的損壞，對(duì)用戶的影響，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的不同，對(duì)繼電保護(hù)裝置速動(dòng)性的要求也不同，繼電保護(hù)裝置應(yīng)滿足不同電壓等級(jí)系統(tǒng)對(duì)故障切除時(shí)間的要求。（3）靈敏性：靈敏性是指繼電保護(hù)裝置在保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)各種故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力。靈敏性與短路的位置、類型、系統(tǒng)的運(yùn)行方式有關(guān)，通常以靈敏度（Ksen）衡量，如過(guò)量保護(hù)的動(dòng)作電流為，保護(hù)范圍內(nèi)最小短路電流為，則靈敏系數(shù)，欠量保護(hù)的動(dòng)作電壓為，保護(hù)范圍內(nèi)的最低短路電壓為，則靈敏系數(shù)。這些均涉及到繼電保護(hù)的最大、最小運(yùn)行方式，所謂繼電保護(hù)的最大運(yùn)行方式是指流過(guò)保護(hù)安裝處短路電流為最大的系統(tǒng)運(yùn)行方式，即系統(tǒng)所有元件均投

10、入的運(yùn)行方式；繼電保護(hù)的最小運(yùn)行方式是指流過(guò)保護(hù)安裝處短路電流為最小的系統(tǒng)運(yùn)行方式，即相鄰元件處于檢修或停用，本元件故障時(shí)的運(yùn)行方式。系統(tǒng)中，通常發(fā)電廠按最大容量的一臺(tái)機(jī)組故障、一臺(tái)機(jī)組檢修考慮，變電站按最大容量的一臺(tái)變壓器檢修考慮，雙回線路按停用一條考慮，環(huán)網(wǎng)按閉環(huán)運(yùn)行考慮。（4）可靠性：可靠性是指在保護(hù)范圍內(nèi)，該動(dòng)作的保護(hù)裝置不拒動(dòng)（又稱為可信賴性），不該動(dòng)作的保護(hù)裝置不誤動(dòng)（又稱為安全性）?？煽啃允沁x擇保護(hù)的根本條件。滿足以上四個(gè)基本要求的繼電保護(hù)，即具有了“四性”。繼電保護(hù)的“四性”之間存在矛盾，常常為保證選擇性降低速動(dòng)性、靈敏性，為滿足靈敏性犧牲速動(dòng)性，為了提高速動(dòng)性而犧牲選擇性。四

11、、繼電保護(hù)的基本原理    利用正常運(yùn)行與區(qū)內(nèi)外短路故障電氣參數(shù)變化的特征構(gòu)成保護(hù)的判據(jù)，根據(jù)不同的判據(jù)就構(gòu)成不同原理的繼電保護(hù)。例如:    電流增加（過(guò)電流保護(hù)）:故障點(diǎn)與電源直接連接的電氣設(shè)備上的電流會(huì)增大；    電壓降低（低電壓保護(hù)）:各變電站母線上的電壓也將在不同程度上有很大的降低， 短路點(diǎn)的電壓降低到零；    電流電壓間的相位角會(huì)發(fā)生變化（方向保護(hù)）:正常20°左右，短路：60°85°；     電壓

12、與電流的比值會(huì)發(fā)生變化；    (距離保護(hù)或阻抗保護(hù)):系統(tǒng)正常運(yùn)行是負(fù)荷阻抗，其值較大，系統(tǒng)短路時(shí)Z是保護(hù)安裝處到 短路點(diǎn)之間的阻抗，其值較小；    電流差動(dòng)保護(hù):正常運(yùn)行時(shí) I入=I出，短路時(shí)I入I出   ；    分量保護(hù):出現(xiàn) I2 、I0分量。    另外非電氣量保護(hù)：瓦斯保護(hù)，過(guò)熱保護(hù)。 3.2 繼電保護(hù)裝置的組成    一般由測(cè)量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分組成。（1）測(cè)量部分 

13、60;  測(cè)量部分是測(cè)量從被保護(hù)對(duì)象輸入的有關(guān)電氣量，并與已給定的整定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，從而判斷保護(hù)是否應(yīng)該起動(dòng)。   （2）邏輯部分    邏輯部分是根據(jù)測(cè)量部分各輸出量的大小、性質(zhì)、輸出的邏輯狀態(tài)、出現(xiàn)的順序或它們的組合，使保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系工作，最后確定是否應(yīng)該使斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)，將有關(guān)命令傳給執(zhí)行部分。繼電保護(hù)中常用的邏輯回路有“或”、“與”、“否”、“延時(shí)起動(dòng)”、“延時(shí)返回”以及“記憶”等回路。   （3）執(zhí)行部分    執(zhí)行部分是根據(jù)邏輯部分輸出的信號(hào)，

14、最后完成保護(hù)裝置所擔(dān)負(fù)的任務(wù)。如故障時(shí)，動(dòng)作于跳閘；不正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)出信號(hào)；正常運(yùn)行時(shí)，不動(dòng)作等。動(dòng)作于跳閘的繼電保護(hù)，在技術(shù)上一般應(yīng)滿足四個(gè)基本要求，即選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性五、 繼電保護(hù)的分類繼電保護(hù)的基本原理根據(jù)系統(tǒng)正常運(yùn)行、故障狀態(tài)和不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)電氣量或非電氣量的變化可以構(gòu)成各種保護(hù)方式1.根據(jù)系統(tǒng)電氣量變化構(gòu)成的保護(hù)（1）反應(yīng)線路（元件）單側(cè)電氣量的保護(hù)：（2）反應(yīng)線路（元件）兩側(cè)電氣量的保護(hù)（3）根據(jù)故障的不同類型，還可以構(gòu)成反應(yīng)電氣序分量的保護(hù)：如負(fù)序、零序電流、電壓保護(hù)等。2.根據(jù)非電氣量變化構(gòu)成的保護(hù)如瓦斯保護(hù)、溫度信號(hào)裝置等。各種原理的保護(hù)以不同方式實(shí)現(xiàn)，則可構(gòu)

15、成電磁型、感應(yīng)型、整流型、晶體管型、集成型和微機(jī)型保護(hù)。繼電保護(hù)的組成繼電保護(hù)應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)在正常運(yùn)行和故障及不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的電氣量或非電氣量變化，并與確定的區(qū)別正常與故障及不正常運(yùn)行狀態(tài)的值（繼電保護(hù)中稱為整定值）進(jìn)行比較，根據(jù)要求快速或延時(shí)到執(zhí)行跳閘回路或發(fā)出信號(hào)。因此繼電保護(hù)應(yīng)由如圖1-2所示三部分組成：1、測(cè)量部分；邏輯部分；執(zhí)行部分。  （1）按被保護(hù)的對(duì)象分類：    輸電線路保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)、母線保護(hù)等；  （2）按保護(hù)原理分類：    電流保護(hù)、電壓保護(hù)、距離保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、方

16、向保護(hù)、零序保護(hù)等；  （3）按保護(hù)所反應(yīng)故障類型分類：    相間短路保護(hù)、接地故障保護(hù)、匝間短路保護(hù)、斷線保護(hù)、失步保護(hù)、失磁保護(hù)及過(guò)勵(lì)磁保護(hù)等；  （4）按繼電保護(hù)裝置的實(shí)現(xiàn)技術(shù)分類：    機(jī)電型保護(hù)（如電磁型保護(hù)和感應(yīng)型保護(hù)）、整流型保護(hù)、晶體管型保護(hù)、集成電路型保護(hù)及微機(jī)型保護(hù)等；  （5）按保護(hù)所起的作用分類：    主保護(hù)、后備保護(hù)、輔助保護(hù)等；    主保護(hù)滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和設(shè)備安全要求，能以最快速度有選擇地切除被保護(hù)設(shè)備和線路故障

17、的保護(hù)。    后備保護(hù) 主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)用來(lái)切除故障的保護(hù)。又分為遠(yuǎn)后備保護(hù)和近后備保護(hù)兩種。    遠(yuǎn)后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)或斷路器拒動(dòng)時(shí)，由相鄰電力設(shè)備或線路的保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的后備保護(hù)。    近后備保護(hù)：當(dāng)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，由本電力設(shè)備或線路的另一套保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)后備的保護(hù)；當(dāng)斷路器拒動(dòng)時(shí)，由斷路器失靈保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)。    輔助保護(hù)：為補(bǔ)充主保護(hù)和后備保護(hù)的性能或當(dāng)主保護(hù)和后備保護(hù)退出運(yùn)行而增設(shè)的簡(jiǎn)單保護(hù)。第一節(jié)：電壓互感器1.1 電壓互感器原理   電

18、壓互感器（TV）是隔離高電壓，供繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和測(cè)量?jī)x表獲取一次電壓信息的傳感器。是一種特殊型式的變換器。   特點(diǎn)： 容量?。ㄍǔＶ挥袔资不驇装俜玻?          一次電壓（即電網(wǎng)電壓）不受二次電壓的影響           正常運(yùn)行時(shí)近似空載，二次電壓基本上等于二次感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。         &#

19、160; 二次側(cè)嚴(yán)禁短路，一次、二次一般接有熔斷器保護(hù)    1.2 結(jié)構(gòu)形式：    分為電磁式電壓互感器、電容式電壓互感器、光電式互感器   （1）電磁式電壓互感器     優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，暫態(tài)響應(yīng)特性較好。     缺點(diǎn)：因鐵芯的非線性特性，容易產(chǎn)生鐵磁諧振，引起測(cè)量不準(zhǔn)確和造成電壓互感器的損壞。       典型接線：  （2）電容式電壓互感器（CVT）  &

20、#160;  優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有諧振問(wèn)題，裝在線路上時(shí)可以兼作高頻通道的結(jié)合電容器。     缺點(diǎn)：暫態(tài)響應(yīng)特性較電磁式差。       帶載波附件的電容式電壓互感器原理接線如圖所示，電容分壓后的電壓經(jīng)T變換輸出。  （3）光電式互感器     特點(diǎn)：無(wú)飽和，高精度，線性度好，體積小，重量輕，可靠性、安全性高等。 光電互感器的采集器單元（包括電流電壓傳變和信號(hào)處理等）與電力設(shè)備的高電壓部分等電位，高低壓之間連接全部使用光纖，將一次電流

21、電壓傳變?yōu)樾‰妷盒盘?hào)，就地轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過(guò)光纖傳輸給保護(hù)、測(cè)量和監(jiān)控等設(shè)備使用。       1.3 誤差     (1）變比誤差      定義：用電壓互感器測(cè)出的電壓nTVU2與實(shí)際電壓U1之差與實(shí)際電壓U1之比的百分值表示。   (2）角誤差      角誤差是指電壓互感器一次電壓向量與反向二次電壓向量之間的夾角。   (3）電壓

22、互感器的準(zhǔn)確度級(jí)      a: 對(duì)于測(cè)量用電壓互感器的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確度級(jí)有：0.1、0.2、0.5、1.0、3.0五個(gè)等級(jí)                b：繼電保護(hù)用電壓互感器的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確度級(jí)有3P和6P兩個(gè)等級(jí)           第二節(jié)：電流互感器原理2.1 工作原理   電流互感器（TA）就是把大

23、電流按比例降到可以用儀表直接測(cè)量的數(shù)值，以便用儀表直接測(cè)量，并作為各種繼電保護(hù)的信號(hào)源。且其一、二次繞組之間有足夠的絕緣，從而保證所有低壓設(shè)備與高電壓相隔離。        特點(diǎn) :   二次測(cè)接的是儀表和繼電器的電流線圈，阻抗很小，接近于短路工作狀態(tài)；   二次側(cè)阻抗很小，N1N2也很小，故對(duì)一次側(cè)的電流幾乎無(wú)影響，一次側(cè)電流取決于電網(wǎng)負(fù)載；   I1= N1N2I2，如測(cè)得I2，而N1，N2已知，就可得到I1。   電流互感器運(yùn)行時(shí)，應(yīng)特別注意防止二次繞組開(kāi)路。 

24、0; 2.2 電流互感器極性    在繼電保護(hù)中按“減極性”原則標(biāo)示。即一次電流由“*”端流入電流互感器作為它的假定正方向，而二次電流由“*”端流出電流互感器作為它的假定正方向。如下圖所示：                   2.3 電流互感器接線方式    兩相不完全星形接線用于35kV及以下電壓等級(jí)小電流接地系統(tǒng) ?？梢垣@得A、C相電流。   

25、60;                三相完全星形接線用于110kV及以上電壓等級(jí)大電流接地系統(tǒng)，可以獲得三相相電流。                   三相完全星形接線的中線上可以獲得三相電流之和，即3倍的零序電流。   1.2.4 電流互感器的誤差  &

26、#160;     如上圖所示：TA的誤差主要來(lái)自于勵(lì)磁電流，一次電流中有一部分流入勵(lì)磁支路而不變換至二次側(cè)。影響TA誤差的主要因素是二次負(fù)載及一次電流大小。             二次負(fù)載勵(lì)磁電流TA誤差一次電流TA鐵芯趨向飽和勵(lì)磁阻抗下降勵(lì)磁電流增大TA誤差增大    (1)10誤差曲線     繼電保護(hù)使用 TA在誤差為10情況下二次阻抗與一次電流倍數(shù)的關(guān)系曲線稱為10曲線。如下

27、圖所示：                           圖中mI1/I1N為一次電流倍數(shù)，ZLMax為允許的最大二次阻抗。   (2)電流互感器的準(zhǔn)確度級(jí)   a：測(cè)量用電流互感器的準(zhǔn)確度級(jí)為：0.1、0.2、0.5、1、3、5等六個(gè)標(biāo)準(zhǔn)    b：保護(hù)用電流互感器的準(zhǔn)確度級(jí)有5P和

28、10P兩個(gè)準(zhǔn)確度級(jí)第一章：保護(hù)的基本構(gòu)成一 繼電保護(hù)的任務(wù)電力系統(tǒng)是由發(fā)電機(jī)，變壓器，輸電線路和負(fù)荷組成的總體，其運(yùn)行過(guò)程是同時(shí)進(jìn)行的。運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài)有正常運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)和不正常運(yùn)行狀態(tài)三種，通常處于正常運(yùn)行狀態(tài)。電力系統(tǒng)可能發(fā)生的各種短路，斷線或同時(shí)出現(xiàn)短路和斷線，屬于故障狀態(tài)，介于正常工作和故障狀態(tài)之間的各種過(guò)負(fù)荷、發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷引起的過(guò)電壓、低壓電網(wǎng)一點(diǎn)接地以及電力系統(tǒng)振蕩等屬于不正常運(yùn)行狀態(tài)。故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)將對(duì)電力系統(tǒng)造成危害，最常見(jiàn)也是最危險(xiǎn)的的故障是電力系統(tǒng)的各種短路。1. 短路可能產(chǎn)生以下后果：故障點(diǎn)通過(guò)的短路電流很大，將產(chǎn)生電弧燒毀設(shè)備；短路電流經(jīng)過(guò)非故障設(shè)備，產(chǎn)

29、生熱效應(yīng)，電動(dòng)力，損壞或縮短非故障設(shè)備壽命；短路點(diǎn)附近電壓下降，破壞用戶正常工作，影響用戶的電能質(zhì)量；短路時(shí)，電壓下降，破壞系統(tǒng)并列運(yùn)行穩(wěn)定性，擴(kuò)大事故甚至造成系統(tǒng)解裂或瓦解；2. 不正常運(yùn)行狀態(tài)的主要影響有：長(zhǎng)時(shí)過(guò)負(fù)荷，電氣元件和絕緣材料溫升超過(guò)允許值，絕緣老化，產(chǎn)生故障系統(tǒng)功率缺額頻率下降影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷使電壓上升，造成過(guò)電壓；低壓電網(wǎng)一點(diǎn)接地使非故障相對(duì)地電壓升高危及非故障相的安全。故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)將引起事故。事故是指系統(tǒng)正常各種遭到破壞，并產(chǎn)生停電或少送電的停電事故和造成傷亡的人生事故以及使設(shè)備損壞的設(shè)備事故。產(chǎn)生故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)的主要原因除客觀因素(地震、雷

30、擊、倒桿、洪災(zāi)等不可預(yù)測(cè)與抗拒因素)造成外，一般都是由于設(shè)備制造缺陷，設(shè)計(jì)、安裝不合理，檢修、運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)，誤操作等主觀因素造成。故須提高電力系統(tǒng)的工作能力，針對(duì)性加強(qiáng)管理，采取各相積極措施，才能防患于未然。在電力系統(tǒng)中，一旦發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)將故障元件及時(shí)切除，無(wú)故障部分繼續(xù)運(yùn)行，減小危害影響程度，確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。通常要求在十分之幾或百分之幾的時(shí)間內(nèi)切除故障，實(shí)踐證明，只有借助一種自動(dòng)裝置繼電保護(hù)裝置來(lái)完成此項(xiàng)任務(wù)。因此，繼電保護(hù)的任務(wù)是：故障時(shí)，自動(dòng)、迅速、有選擇的將故障元件從系統(tǒng)中切除，無(wú)故障部分繼續(xù)運(yùn)行；系統(tǒng)處于不正常工作狀態(tài)時(shí)，動(dòng)作于信號(hào)、減負(fù)荷或跳閘。繼電保護(hù)裝置是

31、系統(tǒng)維持正常運(yùn)行的必備手段，是電力系統(tǒng)的電“醫(yī)生”。二 對(duì)繼電保護(hù)的基本要求（1）選擇性：選擇性是要求繼電保護(hù)裝置僅將故障元件從系統(tǒng)中切除，保證無(wú)故障部分繼續(xù)運(yùn)行，停電范圍最?。蠢^電保護(hù)應(yīng)指令最靠近故障的斷路器動(dòng)作于跳閘）。選擇性是對(duì)繼電保護(hù)的基本要求。如圖1-1所示，每個(gè)斷路器的位置都是繼電保護(hù)安裝處。當(dāng) K1點(diǎn)短路時(shí)，保護(hù)裝置指令最靠近故障的斷路器4QF動(dòng)作于跳閘，而1、3QF不應(yīng)動(dòng)作，A、B、C母線繼續(xù)供電，停電范圍最?。煌?，K 2點(diǎn)短路時(shí)，3QF處的保護(hù)裝置動(dòng)作于3QF跳閘，A、B母線繼續(xù)供電；K 3點(diǎn)短路時(shí)，1、2QF處的保護(hù)裝置動(dòng)作于1、2QF跳閘，A、B、C母線繼續(xù)供電，如此

32、，便認(rèn)為保護(hù)裝置具有選擇性。（2）速動(dòng)性：速動(dòng)性是要求繼電保護(hù)裝置快速切除故障，減小短路電流對(duì)設(shè)備的損壞，對(duì)用戶的影響，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的不同，對(duì)繼電保護(hù)裝置速動(dòng)性的要求也不同，繼電保護(hù)裝置應(yīng)滿足不同電壓等級(jí)系統(tǒng)對(duì)故障切除時(shí)間的要求。（3）靈敏性：靈敏性是指繼電保護(hù)裝置在保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)各種故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力。靈敏性與短路的位置、類型、系統(tǒng)的運(yùn)行方式有關(guān)，通常以靈敏度（Ksen）衡量，如過(guò)量保護(hù)的動(dòng)作電流為，保護(hù)范圍內(nèi)最小短路電流為，則靈敏系數(shù)，欠量保護(hù)的動(dòng)作電壓為，保護(hù)范圍內(nèi)的最低短路電壓為，則靈敏系數(shù)。這些均涉及到繼電保護(hù)的最大、最小運(yùn)行方式，所謂繼電保護(hù)的

33、最大運(yùn)行方式是指流過(guò)保護(hù)安裝處短路電流為最大的系統(tǒng)運(yùn)行方式，即系統(tǒng)所有元件均投入的運(yùn)行方式；繼電保護(hù)的最小運(yùn)行方式是指流過(guò)保護(hù)安裝處短路電流為最小的系統(tǒng)運(yùn)行方式，即相鄰元件處于檢修或停用，本元件故障時(shí)的運(yùn)行方式。系統(tǒng)中，通常發(fā)電廠按最大容量的一臺(tái)機(jī)組故障、一臺(tái)機(jī)組檢修考慮，變電站按最大容量的一臺(tái)變壓器檢修考慮，雙回線路按停用一條考慮，環(huán)網(wǎng)按閉環(huán)運(yùn)行考慮。（4）可靠性：可靠性是指在保護(hù)范圍內(nèi)，該動(dòng)作的保護(hù)裝置不拒動(dòng)（又稱為可信賴性），不該動(dòng)作的保護(hù)裝置不誤動(dòng)（又稱為安全性）?？煽啃允沁x擇保護(hù)的根本條件。滿足以上四個(gè)基本要求的繼電保護(hù)，即具有了“四性”。繼電保護(hù)的“四性”之間存在矛盾，常常為保證選

34、擇性降低速動(dòng)性、靈敏性，為滿足靈敏性犧牲速動(dòng)性，為了提高速動(dòng)性而犧牲選擇性。第二章：變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)微機(jī)分布式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在我國(guó)已有近十幾年的歷史，隨著時(shí)間的證明，它越來(lái)越受到電力系統(tǒng)的認(rèn)可和歡迎，具有極強(qiáng)的生命力，我們平煤集團(tuán)也在不斷引進(jìn)。變電站綜合自動(dòng)化是將變電站的二次設(shè)備（包括測(cè)量?jī)x表、信號(hào)系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和遠(yuǎn)動(dòng)裝置）經(jīng)過(guò)功能的組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的設(shè)備自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、自動(dòng)控制和微機(jī)保護(hù)，以及與調(diào)度通信等綜合性的自動(dòng)化功能。第一節(jié)：變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)基本概念及現(xiàn)狀一、 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本概念

35、：變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)步而發(fā)展起來(lái)的一門新型交叉學(xué)科。它利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，對(duì)變電站內(nèi)的繼電保護(hù)、控制、測(cè)量、信號(hào)、故障錄波、自動(dòng)裝置及遠(yuǎn)動(dòng)裝置等二次設(shè)備的功能進(jìn)行優(yōu)化重組，通過(guò)其內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)相互交換信息，共享數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)電氣設(shè)備及線路等運(yùn)行狀況的監(jiān)視、測(cè)量、控制及保護(hù)。 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是以組成全站的各控制單元微機(jī)化為基礎(chǔ)，加上相互之間的通信聯(lián)絡(luò)，構(gòu)成的全站二次控制整體自動(dòng)化系統(tǒng)。它改變了變電站傳統(tǒng)的二次系統(tǒng)模式，實(shí)現(xiàn)了信息共享，可以簡(jiǎn)化二次系統(tǒng)，減少電纜，節(jié)省占地面積，降低造價(jià)，是提高變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行水平、降低運(yùn)行維

36、護(hù)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、向用戶提供高質(zhì)量電能的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。二、傳統(tǒng)變電站二次系統(tǒng)概況及變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 傳統(tǒng)變電站二次系統(tǒng)的設(shè)備是按功能分別組織和設(shè)置的，主要包括繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、測(cè)量?jī)x表、控制系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)以及遠(yuǎn)動(dòng)裝置等，相應(yīng)的有中央信號(hào)屏、控制屏、保護(hù)屏、錄波屏等。這些二次設(shè)備不僅功能不同，實(shí)現(xiàn)的原理和技術(shù)也不同，它們之間互不兼容，彼此獨(dú)立且自成體系。因此，逐步形成了自動(dòng)、遠(yuǎn)動(dòng)和保護(hù)等不同的專業(yè)和相應(yīng)的技術(shù)部門。這種傳統(tǒng)的變電站主要有以下缺點(diǎn)：(1)電能質(zhì)量難以控制。只有及時(shí)掌握系統(tǒng)的運(yùn)行工況，才能采取迅速、有效的控制和調(diào)節(jié)措施，消除不利因素，保證電力系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

37、但常規(guī)變電站的遠(yuǎn)動(dòng)功能不夠完善，提供給調(diào)度中心的信息量少、精度差，而且變電站內(nèi)自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)手段不全，遠(yuǎn)方集中控制、操作的手段較少，不能遠(yuǎn)方修改保護(hù)及自動(dòng)裝置的定值和檢查其工作狀態(tài)可控性不高，難以滿足電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制的要求，不利于電網(wǎng)的優(yōu)質(zhì)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。(2)安全性、可靠性不高。傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)中的繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和遠(yuǎn)動(dòng)裝置等大多為晶體管或小規(guī)模集成電路形式，結(jié)構(gòu)及接線復(fù)雜，二次設(shè)備主要依靠電纜，主要通過(guò)模擬信號(hào)來(lái)交換信息，信息量小，可靠性不高。而且這種二次系統(tǒng)是一個(gè)被動(dòng)系統(tǒng)，沒(méi)有自檢和自診斷的能力，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身的故障，因此需定期進(jìn)行測(cè)試和校驗(yàn)，增加了工作量，若兩次校驗(yàn)之間出現(xiàn)

38、了故障而沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，則系統(tǒng)不能安全可靠地工作，例如可能會(huì)造保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)等。(3)監(jiān)控以人為主。傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)中，主要由人來(lái)處理信息，人處于核心位置，但人在處理大量信息時(shí)的準(zhǔn)確性和可靠性不高，尤其是傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)提供給人的關(guān)于事故發(fā)生情況的具體信息不全面，往往要靠人的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷，這不利于正確處理事故。(4)電纜用量多，調(diào)試和維護(hù)工作量大。傳統(tǒng)變電站的控制，保護(hù)、測(cè)量等都是由電纜連接的，功能受到限制，擴(kuò)展困難，標(biāo)準(zhǔn)也很難統(tǒng)一。每個(gè)一次設(shè)備都與所有這些二次設(shè)備有關(guān)，因而每個(gè)一次設(shè)備的電流互感器的二次側(cè)，都需要分別引到這些屏卜，斷路器的跳、合閘回路也需要連到保護(hù)屏、控制屏、遠(yuǎn)動(dòng)屏及其他自動(dòng)

39、裝置屏上，因此變電站內(nèi)的電纜錯(cuò)綜復(fù)雜。這既增加了投資，又要花費(fèi)大量的人力去從事眾多裝置之間的連接設(shè)計(jì)、配線、安裝、調(diào)試、維護(hù)等工作。(5)二次設(shè)備冗余配置多，占地面積大。傳統(tǒng)變電站的二次沒(méi)備冗余配置多，體積大，笨重，因此主控室、繼電保護(hù)室等占地面積大。三、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)狀變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)，對(duì)微機(jī)化的變電站的二次沒(méi)備進(jìn)行功能的組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)電氣設(shè)備及線路的自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、控制、保護(hù)以及與調(diào)度通信等綜合性的自動(dòng)化功能。它是由多臺(tái)微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路組成的自動(dòng)化系統(tǒng)，在二次系統(tǒng)具體裝置和功能實(shí)現(xiàn)上，微機(jī)化的二次

40、設(shè)備代替和簡(jiǎn)化了非計(jì)算機(jī)設(shè)備，在信號(hào)傳遞上，數(shù)字化信號(hào)傳遞代替了電壓、電流等模擬信號(hào)傳遞，數(shù)字化的處理和邏輯運(yùn)算代替了模擬運(yùn)算和繼電器邏輯。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)集測(cè)量、監(jiān)視、控制、保護(hù)于一體，采用信息共享代替硬件重復(fù)配置，可以全面替代常規(guī)的二次設(shè)備，具有功能綜合化、結(jié)構(gòu)分層分布化、測(cè)量顯示數(shù)字化、操作顯示屏幕化、通信手段多元化、運(yùn)行管理智能化等特征。與傳統(tǒng)變電站二次系統(tǒng)相比，它數(shù)據(jù)采集更精確、信號(hào)傳遞更方便、處理方式更靈活、運(yùn)行維護(hù)更可靠、擴(kuò)展更容易。1、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題目前變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題（其中包括技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、自動(dòng)化系統(tǒng)模式、管理標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題）是當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題

41、。 1.1生產(chǎn)廠家的問(wèn)題 目前在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)選型當(dāng)中存在著如所選系統(tǒng)功能不夠全面，產(chǎn)品質(zhì)量不過(guò)關(guān)，系統(tǒng)性能指標(biāo)達(dá)不到要求等情況，主要有以下問(wèn)題： 由于變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備的生產(chǎn)廠家過(guò)分重視經(jīng)濟(jì)利益，用戶又過(guò)分追求技術(shù)含量，而不重視產(chǎn)品的性能及實(shí)用性，因而一批技術(shù)含量雖較高，但產(chǎn)品并不過(guò)關(guān)，甚至結(jié)構(gòu)、可靠性很差的所謂高技術(shù)產(chǎn)品不斷被使用。廠家只要有人買就生產(chǎn)，改進(jìn)的積極性不高，甚至有些產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中缺乏起碼的質(zhì)量保證措施，有些外購(gòu)部件更是缺乏管理，因而導(dǎo)致部分投產(chǎn)的變電站問(wèn)題較多； 有些廠家就某產(chǎn)品只搞技術(shù)鑒定，沒(méi)搞產(chǎn)品鑒定；另外，生產(chǎn)廠家對(duì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能、作用、結(jié)構(gòu)及各項(xiàng)技

42、術(shù)性能指標(biāo)宣傳和介紹不夠，導(dǎo)致電力企業(yè)內(nèi)部專業(yè)人員對(duì)系統(tǒng)認(rèn)識(shí)不透徹，造成設(shè)計(jì)漏洞較多。 1.2 不同產(chǎn)品的接口問(wèn)題 接口是綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中非常重要而又長(zhǎng)期以來(lái)未得到妥善解決的問(wèn)題之一，包括RTU、保護(hù)、小電流接地裝置、故障錄波、無(wú)功裝置等與通信控制器、通信控制器與主站、通信控制器與模擬盤等設(shè)備之間的通信。這些不同廠家的產(chǎn)品要在數(shù)據(jù)接口方面溝通，需花費(fèi)軟件人員很大精力去協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)格式、通信規(guī)約等問(wèn)題。當(dāng)不同廠家的產(chǎn)品、種類很多時(shí)，問(wèn)題會(huì)很嚴(yán)重。 如果所有廠家的自動(dòng)化產(chǎn)品的數(shù)據(jù)接口遵循統(tǒng)一的、開(kāi)放的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，則上述問(wèn)題可得到圓滿解決，用戶可以根據(jù)各種產(chǎn)品的特點(diǎn)進(jìn)行選擇，以滿足自身的使用要求。 1

43、.3 抗干擾問(wèn)題 關(guān)于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的抗干擾問(wèn)題，亦即所謂的電磁兼容問(wèn)題，是一個(gè)非常重要然而卻常常被忽視的方面。傳統(tǒng)上的變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備出廠時(shí)抗干擾試驗(yàn)手段相當(dāng)原始，僅僅做一些開(kāi)關(guān)、電焊機(jī)、風(fēng)扇、手提電話等定性實(shí)驗(yàn)，到現(xiàn)場(chǎng)后往往也只加上開(kāi)合斷路器的試驗(yàn)，一直沒(méi)有一個(gè)定量的指標(biāo)，這是一個(gè)極大的隱患。 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的抗干擾措施是保證綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，選擇時(shí)應(yīng)注意， 合格的自動(dòng)化產(chǎn)品，除滿足一般檢驗(yàn)項(xiàng)目外，主要還應(yīng)通過(guò)高低溫試驗(yàn)、耐濕熱試驗(yàn)、雷電沖擊電壓試驗(yàn)、動(dòng)模試驗(yàn)，而且還要重點(diǎn)通過(guò)四項(xiàng)電磁兼容試驗(yàn)，分別是：1 MHz脈沖干擾試驗(yàn)、靜電放電干擾試驗(yàn)、輻射電磁場(chǎng)干

44、擾試驗(yàn)、快速瞬變干擾試驗(yàn)。 1.4 傳輸規(guī)約和傳輸網(wǎng)絡(luò)的選擇問(wèn)題 變電站和調(diào)度中心之間的傳輸規(guī)約。目前國(guó)內(nèi)各個(gè)地方情況不統(tǒng)一，變電站和調(diào)度中心之間的信息傳輸采用各種形式的規(guī)約，如部頒CDT、SC-1801、DNP3.0等。 1995年IEC為了在兼容的設(shè)備之間達(dá)到互換的目的，頒布了IEC 60870-5-101傳輸規(guī)約，為了使我國(guó)盡快采用遠(yuǎn)動(dòng)傳輸?shù)膰?guó)際標(biāo)準(zhǔn)，1997年原電力部頒布了國(guó)際101規(guī)約的國(guó)內(nèi)版本DL/T 634-1997，并在1998年的桂林會(huì)議上進(jìn)行了發(fā)布。該規(guī)約為調(diào)度端和站端之間的信息傳輸制定了標(biāo)準(zhǔn)，今后站端變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備與遠(yuǎn)方調(diào)度傳輸協(xié)議應(yīng)采用101規(guī)約。 站內(nèi)局域網(wǎng)的通

45、信規(guī)約。目前許多生產(chǎn)廠家各自為政，造成不同廠家設(shè)備通信連接的困難和以后維護(hù)的隱患。 1997年IEC頒布了IEC 60870-5-103規(guī)約，國(guó)家經(jīng)貿(mào)委在1999年頒布了國(guó)際103規(guī)約的國(guó)內(nèi)版本DL/T 667-1999，并在2000年的南昌會(huì)議上進(jìn)行了發(fā)布，103規(guī)約為繼電保護(hù)和間隔層（IED）設(shè)備與變電站層設(shè)備間 的數(shù)據(jù)通信傳輸規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)，今后變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)站內(nèi)協(xié)議要求采用103規(guī)約。 電力系統(tǒng)的電能計(jì)量傳輸規(guī)約。對(duì)于電能計(jì)量采集傳輸系統(tǒng)，IEC在1996年頒布的IEC 60870-5-102標(biāo)準(zhǔn)，即我國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 719-2000，是我們?cè)趯?shí)施變電站電能計(jì)量系統(tǒng)時(shí)需要遵守

46、的。 上述的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)即常說(shuō)的101、102、103協(xié)議，運(yùn)用于三層參考模型（EPA）即物理層、鏈路層、應(yīng)用層結(jié)構(gòu)之上，是相當(dāng)一段時(shí)間里指導(dǎo)變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的三個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。這些國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是按照非平衡式和平衡式傳輸遠(yuǎn)動(dòng)信息的需要制定的，完全能滿足電力系統(tǒng)中各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將得到廣泛應(yīng)用。 IECTC57即將制定無(wú)縫遠(yuǎn)動(dòng)通信體系結(jié)構(gòu)，具有應(yīng)用開(kāi)放和網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放統(tǒng)一的傳輸協(xié)議 IEC 61850。該協(xié)議將是變電站(RTU或者變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng))到控制中心的唯一通信協(xié)議，也是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，甚至控制中心的唯一的通信協(xié)議。目前各個(gè)公司使用的標(biāo)準(zhǔn)尚不統(tǒng)一，系統(tǒng)互聯(lián)和互操作性差，因此，在變電站綜合

47、自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)和設(shè)備選型上應(yīng)考慮傳輸規(guī)約問(wèn)題，即在變電站和控制中心之間應(yīng)使用101規(guī)約，在變電站內(nèi)部應(yīng)使用103規(guī)約，電能量計(jì)量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)應(yīng)使用102規(guī)約。新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61850頒布之后，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)從過(guò)程層到控制中心將使用統(tǒng)一的通信協(xié)議。 1.5 開(kāi)放性問(wèn)題 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備的互操作性(互換性)；系統(tǒng)應(yīng)能包容變電站自動(dòng)化技術(shù)新的發(fā)展要求；還必須考慮和支持變電站運(yùn)行功能的要求。而現(xiàn)有的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)卻不能滿足這樣的要求，各廠家的設(shè)備之間接口困難，甚至不能連接，從而造成各廠家各自為政，重復(fù)開(kāi)發(fā)，浪費(fèi)了大量的財(cái)力物力。 另外，各種屏體及設(shè)備的組織方

48、式不盡相同，給維護(hù)和管理帶來(lái)許多問(wèn)題。 在我們現(xiàn)有的綜合自動(dòng)化設(shè)備中，廠家數(shù)量較多,各廠不同系列的產(chǎn)品造成產(chǎn)品型號(hào)復(fù)雜，備品備件難以實(shí)現(xiàn)，設(shè)備運(yùn)行率低的問(wèn)題。 2組織模式選擇的問(wèn)題 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方案隨著變電站的規(guī)模、復(fù)雜性、變電站在電力系統(tǒng)的重要地位、所要求的可靠性以及變電層和過(guò)程層總線的數(shù)據(jù)流率的不同而變化。如果一個(gè)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)模式選擇合適的話，不僅可以節(jié)省投資、節(jié)約材料，而且由于系統(tǒng)功能全、質(zhì)量高、其可靠性高、可信度大，更便于運(yùn)行操作。因此，把好變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的選擇關(guān)，意義十分重大。 目前應(yīng)用較廣泛的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式主要有集中式、分散與集中相結(jié)合和

49、全分散式三種類型?，F(xiàn)將三種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)簡(jiǎn)述如下。 集中式：集中式結(jié)構(gòu)的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是指采用不同檔次的計(jì)算機(jī)，擴(kuò)展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開(kāi)關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算與處理，分別完成微機(jī)控制、微機(jī)保護(hù)和一些自動(dòng)控制等功能。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、可減少占地面積、造價(jià)低，適用于對(duì)35 kV或規(guī)模較小的變電站，但運(yùn)行可靠性較差，組態(tài)不靈活。 分散與集中相結(jié)合：分散與集中相結(jié)合的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是將配電線路的保護(hù)和測(cè)控單元分散安裝在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，而高壓線路和主變壓器保護(hù)裝置等采用集中組屏的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)形式較常用，它有如下特點(diǎn)： 635 kV 饋線保護(hù)采用分散式結(jié)構(gòu)

50、，就地安裝，可節(jié)約控制電纜，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與保護(hù)管理機(jī)交換信息。 高壓線路保護(hù)和變壓器保護(hù)采用集中組屏結(jié)構(gòu)，保護(hù)屏安裝在控制室或保護(hù)室中，同樣通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與保護(hù)管理機(jī)通信，使這些重要的保護(hù)裝置處于比較好的工作環(huán)境，對(duì)可靠性較為有利。 其他自動(dòng)裝置中，如備用電源自投控制裝置和電壓、無(wú)功綜合控制裝置采用集中組屏結(jié)構(gòu)，安裝于控制室或保護(hù)室中。 全分散式：全分散式的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是以一次主設(shè)備如開(kāi)關(guān)、變壓器、母線等為安裝單位，將控制、I/O、閉鎖、保護(hù)等單元分散，就地安裝在一次主設(shè)備屏（柜）上。站控單元通過(guò)串行口與各一次設(shè)備相連，并與管理機(jī)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心通信。它有如下特點(diǎn)： 簡(jiǎn)化了變電站二次部分的

51、配置，大大縮小了控制室的面積。 減少了施工和設(shè)備安裝工程量。由于安裝在開(kāi)關(guān)柜的保護(hù)和測(cè)控單元在開(kāi)關(guān)柜出廠前已由廠家安裝和調(diào)試完畢，再加上鋪設(shè)電纜的數(shù)量大大減少，因此現(xiàn)場(chǎng)施工、安裝和調(diào)試的工期隨之縮短。 簡(jiǎn)化了變電站二次設(shè)備之間的互連線，節(jié)省了大量連接電纜。 全分散式結(jié)構(gòu)可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便，且抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。 上述三種變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的推出，雖有時(shí)間先后，但并不存在前后替代的情況，變電站結(jié)構(gòu)形式的選擇應(yīng)根據(jù)各種系統(tǒng)特點(diǎn)和變電站的實(shí)際情況，予以選配。如以RTU為基礎(chǔ)的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可用于已建變電站的自動(dòng)化改造，而分散式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，更適用于新建變電站。 3、變電

52、站綜合自動(dòng)化采用自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)變電站二次系統(tǒng)的部分或全部功能。為達(dá)到這一目的，滿足電網(wǎng)運(yùn)行對(duì)變電站的要求，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)體系由“數(shù)據(jù)采集和控制”、“繼電保護(hù)”、“直流電源系統(tǒng)”三大塊構(gòu)成變電站自動(dòng)化基礎(chǔ)?！巴ㄐ趴刂乒芾硎菢蛄海?lián)系變電站內(nèi)部各部分之間、變電站與調(diào)度控制中心之間使其相互交換數(shù)據(jù)。“變電站主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”對(duì)整個(gè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)、管理和控制，并向運(yùn)行人員提供變電站運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)、接線圖、表格等畫面，使運(yùn)行人員可遠(yuǎn)方控制斷路器分、合操作，還提供運(yùn)行和維護(hù)人員對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和干預(yù)的手段?！白冸娬局饔?jì)算機(jī)系統(tǒng)”代替了很多過(guò)去由運(yùn)行人員完成的簡(jiǎn)單、重復(fù)和繁瑣的工作，

53、如收集、處理、記錄、統(tǒng)計(jì)變電站運(yùn)行數(shù)據(jù)和變電站運(yùn)行過(guò)程中所發(fā)生的保護(hù)動(dòng)作、斷路器分、合閘等重要事件，還可按運(yùn)行人員的操作命令或預(yù)先設(shè)定執(zhí)行各種復(fù)雜的工作?！巴ㄐ趴刂乒芾磉B接系統(tǒng)各部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)和命令的傳遞，并對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行協(xié)調(diào)、管理和控制。 與變電站傳統(tǒng)電磁式二次系統(tǒng)相比，在體系結(jié)構(gòu)上，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)增添了“變電站主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”和“通信控制管理”兩部分；在二次系統(tǒng)具體裝置和功能實(shí)現(xiàn)上，計(jì)算機(jī)化的二次設(shè)備代替和簡(jiǎn)化了非計(jì)算機(jī)設(shè)備，數(shù)字化的處理和邏輯運(yùn)算代替了模擬運(yùn)算和繼電器邏輯；在信號(hào)傳遞上，數(shù)字化信號(hào)傳遞代替了電壓、電流模擬信號(hào)傳遞。數(shù)字化使變電站自動(dòng)化系統(tǒng)與傳統(tǒng)變電站二次系統(tǒng)相比，數(shù)據(jù)

54、采集更精確、傳遞更方便、處理更靈活、運(yùn)行維護(hù)更可靠、擴(kuò)展更容易。4、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系較為典型的是：(1)在低壓無(wú)人值班變電站里，取消變電站主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或者簡(jiǎn)化變電站主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。(2)在實(shí)際的系統(tǒng)中，更為常見(jiàn)的是將部分變電站自動(dòng)化設(shè)備，如微機(jī)保護(hù)、RTU與變電站二次系統(tǒng)中電磁式設(shè)備(如模擬式指針儀表、中央信號(hào)系統(tǒng))揉和在一起，組成一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行。這樣，即提高了變電站二次系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，改進(jìn)了常規(guī)系統(tǒng)的性能，又需投入更多的物力和財(cái)力。 變電站綜合自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)模式：變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式主要有集中式、集中分布式和分散分布 （一） 集中式結(jié)構(gòu) 集中式一般采用功能較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)并擴(kuò)展

55、其IO接口，集中采集變電站的模擬量和數(shù)量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算和處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)控制等功能。集中式結(jié)構(gòu)也并非指只由一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成保護(hù)、監(jiān)控等全部功能。多數(shù)集中式結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)、微機(jī)監(jiān)控和與調(diào)度等通信的功能也是由不同的微型計(jì)算機(jī)完成的，只是每臺(tái)微型計(jì)算機(jī)承擔(dān)的任務(wù)多些。例如監(jiān)控機(jī)要擔(dān)負(fù)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、斷路器操作、人機(jī)聯(lián)系等多項(xiàng)任務(wù)；擔(dān)負(fù)微機(jī)保護(hù)的計(jì)算，可能一臺(tái)微機(jī)要負(fù)責(zé)多回低壓線路的保護(hù)等。 5、集中式系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：(1)能實(shí)時(shí)采集變電站各種模擬量、開(kāi)關(guān)量，完成對(duì)變電站的數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控、制表、打印、事件順序記錄等功能。(2)完成對(duì)變電站主要設(shè)備和進(jìn)、出線的保護(hù)任務(wù)

56、。(3)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，可大大減少站地面積。(4)造價(jià)低，尤其是對(duì)35kV或規(guī)模較小的變電站更為有利。(5)實(shí)用性好。 6、集中式的主要缺點(diǎn)有： (1)每臺(tái)計(jì)算機(jī)的功能較集中，若一臺(tái)計(jì)算機(jī)出故障，影響面大，因此，必須采用雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的結(jié)構(gòu)才能提高可靠性。(2)軟件復(fù)雜，修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試煩瑣。(3)組態(tài)不靈活，對(duì)不同主接線或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件都必須另行設(shè)計(jì)，工作量大。(4)集中式保護(hù)與長(zhǎng)期以來(lái)采用一對(duì)一的常規(guī)保護(hù)相比，不直觀，不符合運(yùn)行和維護(hù)人員的習(xí)慣，調(diào)試和維護(hù)不方便，程序設(shè)計(jì)麻煩，只適合于保護(hù)算法比較簡(jiǎn)單的情況。分布式結(jié)構(gòu)：該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能分散給

57、多臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)完成。分布式模式一般按功能設(shè)計(jì)，采用主從CPU系統(tǒng)工作方式，多CPU系統(tǒng)提高了處理并行多發(fā)事件的能力，解決了CPU運(yùn)算處理的瓶頸問(wèn)題。各功能模塊(通常是多個(gè)CPU)之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，選用具有優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)較好地解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。分布式結(jié)構(gòu)方便系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)，局部故障不影響其它模塊正常運(yùn)行。該模式在安裝上可以形成集中組屏或分層組屏兩種系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)，較多地使用于中、低壓變電站。7、分布分散(層)式結(jié)構(gòu)：分布分散式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)從邏輯上將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)劃分為兩層，即變電站層(站級(jí)測(cè)控單元)和間隔層(間隔單元)。也可分為三層，即變電站層、通信

58、層和間隔層。該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是按照變電站的元件，斷路器間隔進(jìn)行設(shè)計(jì)。將變電站一個(gè)斷路器間隔所需要的全部數(shù)據(jù)采集、保護(hù)和控制等功能集中由一個(gè)或幾個(gè)智能化的測(cè)控單元完成。測(cè)控單元可直接放在斷路器柜上或安裝在斷路器間隔附近，相互之間用光纜或特殊通信電纜連接。這種系統(tǒng)代表了現(xiàn)代變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，大幅度地減少了連接電纜，減少了電纜傳送信息的電磁干擾，且具有很高的可靠性，比較好的實(shí)現(xiàn)了部分故障不相互影響，方便維護(hù)和擴(kuò)展，大量現(xiàn)場(chǎng)工作可一次性地在設(shè)備制造廠家完成。7.1分布分散式結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)有：(1)間隔級(jí)控制單元的自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化使系統(tǒng)適用率較高。(2)包含間隔級(jí)功能的單元直接定位在變電站的間隔

59、上。(3)邏輯連接到組態(tài)指示均可由軟件控制。(4)簡(jiǎn)化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。 (5)簡(jiǎn)化了變電站二次設(shè)備之間的互連線，節(jié)省了大量連接電纜。(6)分布分散式結(jié)構(gòu)可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便。8、微機(jī)保護(hù)簡(jiǎn)要介紹：采用微機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的保護(hù)稱為微機(jī)保護(hù)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：     （1）可靠性高；    （2）靈活性強(qiáng)；    （3）性能改善，功能易于擴(kuò)充；     （4）維護(hù)調(diào)試方便；    （5）有利于實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化

60、60;  微機(jī)保護(hù)裝置從功能上可以分為六個(gè)部分，如圖所表示：各部分的功能如下：    8.1.模擬量輸入系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ）采集由被保護(hù)設(shè)備的電流電壓互感器輸入的模擬信號(hào)，將此信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波，然后轉(zhuǎn)換為所需的數(shù)字量。   8. 2.CPU主系統(tǒng)包括微處理器CPU，只讀存儲(chǔ)器（EPROM）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）及定時(shí)器（TIMER）等 。CPU執(zhí)行存放在EPROM中的程序，對(duì)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至RAM區(qū)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并與存放于E2PROM中的定值比較，以完成各種保護(hù)功能 。    8

61、.3.開(kāi)關(guān)量輸入/輸出回路由并行口、光電耦合電路及有接點(diǎn)的中間繼電器等組成，以完成各種保護(hù)的出口跳閘、信號(hào)指示及外部接點(diǎn)輸入等工作。    8.4.人機(jī)接口部分包括打印、顯示、鍵盤、各種面板開(kāi)關(guān)等，其主要功能用于人機(jī)對(duì)話，如調(diào)試、定值調(diào)整等。    8.5.通訊接口用于保護(hù)之間通訊及遠(yuǎn)動(dòng)。   8. 6電源提供整個(gè)裝置的直流電源。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與微機(jī)接口數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是將模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字量的系統(tǒng)。     根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換的原理不同，微機(jī)保護(hù)裝置中模擬量輸入回路方式，一是基于逐次逼近

62、型A/D轉(zhuǎn)換方式，二是利用電壓/頻率變換（VFC）原理進(jìn)行A/D變換的方式 。   為保證定時(shí)采樣，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與微機(jī)接口一般采用中斷方式。實(shí)時(shí)時(shí)鐘到達(dá)一方面向采樣保持器發(fā)出采樣保持信號(hào)，另一方面向CPU發(fā)出外部中斷請(qǐng)求信號(hào)。CPU收到中斷請(qǐng)求 后，轉(zhuǎn)入采樣中斷服務(wù)程序，并通過(guò)總線發(fā)出讓多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)MPX接通第一路采樣通道的信號(hào)，同時(shí)起動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換器完成模數(shù)轉(zhuǎn)換后向CPU發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，CPU查詢到轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)后通過(guò)數(shù)據(jù)總線讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并起動(dòng)第二路的AD轉(zhuǎn)換，直到所有通道的AD轉(zhuǎn)換完成。 如下圖所示： 開(kāi)關(guān)量輸入、輸出系統(tǒng)原理所謂開(kāi)關(guān)量，就是只有兩

63、種狀態(tài)的量，包括不帶電位的接點(diǎn)位置（接通或斷開(kāi)）及只有高低兩種電位的邏輯電平。  8.3.3.1開(kāi)關(guān)量輸入回路    開(kāi)關(guān)量輸入大多數(shù)是接點(diǎn)狀態(tài)的輸入，可以分成兩類：一是安裝在裝置面板上的接點(diǎn),另一類是從裝置外部經(jīng)過(guò)端子排引入裝置的觸點(diǎn)。8.3.3.2開(kāi)關(guān)量輸出回路     開(kāi)關(guān)量輸出主要包括保護(hù)的跳閘出口以及本地和中央信號(hào)等。9、微機(jī)保護(hù)的軟件構(gòu)成微機(jī)保護(hù)的程序由主程序與中斷服務(wù)程序兩大部分組成。在中斷服務(wù)程序中有正常運(yùn)行程序模塊和故障處理程序模塊。    正常運(yùn)行程序中進(jìn)行采樣值自

64、動(dòng)零漂調(diào)整、及運(yùn)行狀態(tài)檢查，運(yùn)行狀態(tài)檢查包括交流電壓斷線、檢查開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)、變化量制動(dòng)電壓形成、重合閘充電、準(zhǔn)備手合判別等。不正常時(shí)發(fā)告警信號(hào)，信號(hào)分兩種，一種是運(yùn)行異常告警，這時(shí)不閉鎖裝置，提醒運(yùn)行人員進(jìn)行相應(yīng)處理；另一種為閉鎖告警信號(hào)，告警同時(shí)將裝置閉鎖，保護(hù)退出。    故障計(jì)算程序中進(jìn)行各種保護(hù)的算法計(jì)算，跳閘邏輯判斷以及事件報(bào)告、故障報(bào)告及波形的整理等。   9.1主程序    主程序按固定的采樣周期接受采樣中斷進(jìn)入采樣程序，在采樣程序中進(jìn)行模擬量采集與濾波，開(kāi)關(guān)量的采集、裝置硬件自檢、交流電流斷線和起動(dòng)判據(jù)的計(jì)算，根據(jù)是否滿足起動(dòng)條件而進(jìn)入正常運(yùn)行程序或故障計(jì)算程序。硬件自檢內(nèi)容包括RAM、E2PROM、跳閘出口三極管等。   9.2中斷服務(wù)程序   9.2.1故障處理程序   根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的不同，保護(hù)的故障處理程序有所不同。對(duì)于線路保護(hù)來(lái)說(shuō)，一般包括縱聯(lián)保護(hù)、距離保護(hù)、零序保護(hù)、電壓電流保護(hù)等處理程序。  &#