變電站綜合自動化系統(tǒng)介紹

變電站綜合自動化系統(tǒng)介紹變電站綜合自動化系統(tǒng)第一章變電站綜合自動化技術基礎第一節(jié)變電站綜合自動化的基本概念一、 常規(guī)變電站狀況電力系統(tǒng)的環(huán)節(jié)：發(fā)、輸、配、用變電站的基本作用：配電常規(guī)變電站的二次系統(tǒng)構(gòu)成：繼電保護保護屏就地監(jiān)控控制屏遠動裝置中央信號屏錄波裝置錄波屏常規(guī)變電站的二次系統(tǒng)的缺點：安全性、可靠性不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)高可靠性的要求。供電質(zhì)量缺乏科學的保證。指標：U、F、諧波占地面積大，增加了征地投資。不適應電力系統(tǒng)快速計算和實時控制的要求。維護工作量大，設備可靠性差，不利于提高運行管理水平和自動化水平。二、 變電站綜合自動化的基本概念變電站綜合自動化是將變電站的二次設備(包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠動裝置等)經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設計，利用先進的計算機技術、現(xiàn)代電子技術、通信技術和信號處理技術，實現(xiàn)對全變電站的主要設備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、自動控制和微機保護，以及與調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。變電站綜合自動化系統(tǒng)，即利用多臺微型計算機和大規(guī)模集成電路組成的自動化系統(tǒng)，代替常規(guī)的測量和監(jiān)視儀表，代替常規(guī)控制屏、中央信號系統(tǒng)和遠動屏，用微機保護代替常規(guī)的繼電保護屏，改變常規(guī)的繼電保護裝置不能與外界通信的缺陷。三、 變電站實現(xiàn)綜合自動化的優(yōu)越性提高供電質(zhì)量，提高電壓合格率。提高變電站的安全、可靠運行水平。提高電力系統(tǒng)的運行、管理水平?？s小變電站占地面積，降低造價，減少總投資。減少維護工作量，減少值班員勞動，實現(xiàn)減人增效。第二節(jié)變電站綜合自動化的內(nèi)容、主要功能及信息量一、變電站綜合自動化的內(nèi)容電氣量的采集電氣設備（如斷路器等）的狀態(tài)監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)。由繼電保護和故障錄波等完成瞬態(tài)電氣量的采集、監(jiān)視和控制，并迅速切除故障和完成事故后的恢復正常操作。高壓電器設備本身的監(jiān)視信息（如斷路器、變壓器和避雷器等的絕緣和狀態(tài)監(jiān)視等）。將變電站所采集的信息傳送給調(diào)度中心外，還要送給運行方式科和檢修中心，以便為電氣設備的監(jiān)視和制定檢修計劃提供原始數(shù)據(jù)。二、變電站綜合自動化的基本功能監(jiān)控子系統(tǒng)的功能微機保護子系統(tǒng)的功能自動控制裝置的功能遠動及數(shù)據(jù)通信功能2.1監(jiān)控子系統(tǒng)的功能（一） 數(shù)據(jù)采集（1） 模擬量的采集1） 交流模擬量：U、I、P、Q、COS、F2） 直流模擬量：DC220V、DC5V、DC24V（2） 開關量的采集（3）電能計量1）電能脈沖計量法2）軟件計算方法（二） 事件順序記錄包括斷路器跳合閘記錄、保護動作順序記錄（三） 故障記錄、故障錄波和測距（1） 故障錄波與測距微機保護裝置兼作故障記錄和測距采用專用的微機故障錄波器（2） 故障記錄記錄繼電保護動作前后與故障有關的電流量和母線電壓（四） 操作控制功能操作人員都可通過電腦屏幕界面對斷路器和隔離開關進行分、合操作，對變壓器分接開關位置進行調(diào)節(jié)控制，應保留人工直接跳、合閘手段，斷路器操作應有閉鎖功能（五） 安全監(jiān)視功能越限監(jiān)視監(jiān)視保護裝置是否失電自控裝置工作是否正常等（六）人機聯(lián)系功能（1） 人機聯(lián)系橋梁：顯示器、鼠標和鍵盤。（2） 顯示畫面的內(nèi)容：1） 顯示米集和計算的實時運行參數(shù)2） 顯示實時主接線圖3）事件順序記錄4）越限報警5）值班記錄 6）歷史趨勢7）保護定值和自控裝置的設定值（3）輸入數(shù)據(jù)：變比、定值、密碼等（七） 打印功能定時打印報表和運行日志；開關操作記錄打??；事件順序記錄打印；越限打??；召喚打??；抄屏打印；事故追憶打印。（八） 數(shù)據(jù)處理與記錄功能主變和輸電線路有功和無功功率每天的最大值和最小值以及相應的時間;母線電壓每天定時記錄的最高值和最低值以及相應的時間；計算受配電電能平衡率；統(tǒng)計斷路器動作次數(shù)；斷路器切除故障電流和跳閘次數(shù)的累計數(shù)；控制操作和修改定值記錄。（九） 諧波分析與監(jiān)視（1） 諧波源分析（2） 諧波檢測與抑制2.2微機保護子系統(tǒng)的功能（一） 保護功能：高壓輸電線路的主保護和后備保護；主變壓器的主保護和后備保護；無功補償電容器組的保護；母線保護；配電線路的保護；不完全接地系統(tǒng)的單相接地選線。（二） 輔助功能：（1） 它的工作不受監(jiān)控系統(tǒng)和其他子系統(tǒng)的影響（2） 具有故障記錄功能（3） 具有與統(tǒng)一時鐘對時功能（4）存儲多種保護整定值（5）當?shù)仫@示與多處觀察和授權(quán)修改保護整定值（6）設置保護管理機或通信控制機，負責對各保護單元的管理。（7）通信功能（8）故障自診斷、自閉鎖和自恢復功能。2.3自動控制裝置的功能（1） 電壓、無功綜合控制（2） 低頻減負荷控制（3） 備用電源自投控制（4） 小電流接地選線控制2.4遠動及數(shù)據(jù)通信功能（1） 系統(tǒng)內(nèi)部的現(xiàn)場級間的通信（2） 自動化系統(tǒng)與上級調(diào)度的通信第三節(jié)變電站綜合自動化的基本特征（1） 功能綜合化（2） 分級分布式、微機化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（3） 測量顯示數(shù)字化（4） 操作監(jiān)視屏幕化（5） 運行管理智能化第四節(jié)變電站綜合自動化的結(jié)構(gòu)形式（1） 其結(jié)構(gòu)形式有集中式、分布式、分散（層）分布式；（2） 從安裝物理位置上來劃分有集中組屏、分層組屏和分散在一次設備間隔設備上安裝等形式。一、 集中式綜合自動化系統(tǒng)集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng)，指采用不同檔次的計算機，擴展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關量和數(shù)字量等信息，集中進行計算與處理，分別完成微機監(jiān)控、微機保護和一些自動控制等功能集中式結(jié)構(gòu)最大的缺點是：1） 每臺計算機的功能較集中，如果一臺計算機出故障，影響面大2） 軟件復雜，修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試麻煩。3） 組態(tài)不靈活，影響了批量生產(chǎn)，不利于推廣。4） 集中式保護與長期以來采用一對一的常規(guī)保護相比，不直觀，不符合運行和維護人員的習慣，調(diào)試和維護不方便，程序設計麻煩，只適合于保護算法比較簡單的情況。二、 分層（級）分布式系統(tǒng)集中組屏的綜合自動化系統(tǒng)（一）分層分布式結(jié)構(gòu)的概念所謂分層式結(jié)構(gòu)，是將變電站信息的采集和控制分為管理層、站控層和間隔層三個級分層布置。間隔層按一次設備組織，一般按斷路器的間隔劃分，具有測量、控制和繼電保護部分。站控層的主要功能就是作為數(shù)據(jù)集中處理和保護管理，擔負著上傳下達的重要任務。管理層由一臺或多臺微機組成，這種微機操作簡單方便，界面漢化，使運行值班人員極益掌握。（二） 中、小型變電站的分層分布式集中組屏結(jié)構(gòu)（三） 大型變電站的分層分布式集中組屏結(jié)構(gòu)（四） 分層分布式集中組屏綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點（1） 可靠性高，可擴展性和靈活性高；（2） 二次電纜大大簡化，節(jié)約投資也簡化維護量。（3） 分布式系統(tǒng)為多CPU工作方式，各裝置都有一定數(shù)據(jù)處理能力，從而減輕了主控制機的負擔。（4） 繼電保護相對獨立。（5） 具有與系統(tǒng)控制中心通信功能。（6） 適合于老站改造。主要缺點是安裝時需要的控制電纜相對較多，增加了電纜投資。三、分散分布式系統(tǒng)與集中相結(jié)合的綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分層分散式結(jié)構(gòu)的變電站綜合自動化系統(tǒng)突出的優(yōu)點如下：（1） 簡化變電站二次部分配置，縮小控制室的面積。（2） 減少了施工和設備安裝工程量。（3） 簡化了變電站二次設備之間的互連線，節(jié)省了大量連接電纜。（4） 分層分散式結(jié)構(gòu)可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便。 以上幾點都說明采用分層分散式的結(jié)構(gòu)可以降低總投資，在今后的技術條件下，應該是變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向。第二章變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件原理第三章變電站綜合自動化系統(tǒng)的微機保護、監(jiān)視與控制子系統(tǒng)第一節(jié)繼電保護基本知識一、 繼電保護應滿足的要求（1） 選擇性（2） 快速性（3） 靈敏性（4） 可靠性二、 主保護、后備保護和輔助保護（1） 主保護是指滿足系統(tǒng)穩(wěn)定及設備安全要求，有選擇地切除被保護設備和全線路故障的保護。（2） 后備保護指的是主保護或斷路器拒動時，用以切除故障的保護。（3） 輔助保護是為補充主保護和后備保護的不足而增設的簡單保護。三、繼電保護的基本原理（1） 反映電流改變的，有電流速斷、定時過流及零序電流等保護；（2） 反映電壓改變的，有低電壓（或過電壓）、零序電壓保護等；（3） 既反映電流又反映電流與電壓間相角改變的，有方向過電流保護；（4） 反映電壓與電流的比值，即反映短路點到保護安裝處阻抗（或距離）的，有距離保護;（5） 反映輸入電流和輸出電流之差的，有變壓器差動保護等。第二節(jié)輸電線路的微機保護、監(jiān)視與控制子系統(tǒng)一、輸電線路繼電保護原理1、 電網(wǎng)相間短路的三段式電流保護（1） 無時限（瞬時）電流速斷保護此種保護的動作電流是按躲過被保護輸電線路末端最大短路電流整定的，它沒有時限元件。（2） 帶時限（限時）電流速斷保護保護范圍限定在相鄰線路無時限電流速斷保護的保護區(qū)內(nèi)，在無時限電流速斷保護的基礎上增加了一個時限元件△t=0.5s。（3） 定時限過電流保護定時限過電流保護的動作是按躲過最大負荷電流整定。2、 電網(wǎng)相間短路的方向電流保護定義：方向繼電器又稱為功率繼電器，它的動作具有方向性，即規(guī)定當功率由母線流向線路時它才動作，進而使整個方向電流保護動作切除故障。二、輸電線路的自動重合閘定義：自動重合閘裝置就是將跳閘后的斷路器自動重新投入的裝置，簡稱AAR裝置。1、 單電源供電線路的三相一次自動重合閘（1） 當線路發(fā)生瞬時性故障或由于其他原因使斷路器誤跳閘時（2） 線路上發(fā)生永久性故障時（3） 手動跳閘及遙控跳閘時（4） 閉鎖重合閘（5） 手動合閘到故障線路時2、 雙電源供電線路的三相一次自動重合閘（1） 故障點斷電時間問題（2） 同步問題（3） 重合閘實現(xiàn)方式：檢無壓檢同期3、自動重合閘與繼電保護的配合（1） 重合閘前加速保護（2） 重合閘后加速保護三、自動按頻率減負荷運行規(guī)程規(guī)定：電力系統(tǒng)的運行頻率偏差為±0.2Hz,系統(tǒng)頻率不能長時間運行在49.5?49Hz以下，事故情況下，不能較長時間停留在47Hz以下，系統(tǒng)頻率的瞬時值絕不能低于45Hz。1、 自動按頻率減負荷的基本工作原理2、 自動按頻率減負荷的實現(xiàn)方法采用專用的自動按頻率減負荷裝置把自動按頻率減負荷的控制分散設在每回饋線保護裝置中3、 對自動按頻率減負荷裝置閉鎖方式的分析時限閉鎖方式低電壓帶時限閉鎖低電流閉鎖方式滑差閉鎖方式第三節(jié)電力變壓器的微機保護、監(jiān)視與控制子系統(tǒng)一、 概述1、 保護內(nèi)容主保護配置：比率制動式差動保護②差動速斷保護本體重瓦斯、有載調(diào)壓重瓦斯和壓力釋放后備保護配置：三段復合電壓閉鎖方向過電流保護三段過負荷保護冷控失電，主變壓器過溫報警二段式零序過電流保護一段兩時限零序電流閉鎖過電壓保護一段兩時限間隙零序過電流保護2、 配置方案雙繞組變壓器后備保護可以配置一套，裝于降壓變壓器的高壓側(cè)(或升壓變壓器的低壓側(cè))三繞組變壓器后備保護可以配置兩套：一套裝于高壓側(cè)另一套裝于中壓側(cè)或低壓側(cè)的電源側(cè)二、 變壓器差動保護基本原理用環(huán)流法構(gòu)成的兩繞組變壓器電流差動保護的原理接線圖三、 變壓器差動保護的特殊問題兩側(cè)電流互感器的形式不同兩側(cè)電流互感器的變比不同變壓器各側(cè)繞組接線方式不同變壓器空載合閘時的勵磁涌流在運行中改變變壓器的變比四、 變壓器微機保護的電流平衡微機變壓器保護電流互感器接線原則電流平衡的調(diào)整系數(shù)五、 電力變壓器比率制動差動保護比率制動式差動保護的基本原理定義：比率制動式差動保護的原理簡單地說就是保護的動作電流(差動電流定值)隨外部短路電流按比率增大，即能保證外部不誤動，又能保證內(nèi)部短路有較高的靈敏度。比率就是指差動電流與制動電流之比。制動電流這樣選?。涸诓黄胶怆娏鬏^大的外部故障時有制動作用，而在內(nèi)部故障時制動作用最小。和差式比率制動的差動保護原理變壓器勵磁涌流的判斷及二次諧波制動系數(shù)勵磁涌流的特點：最大值可達額定電流的6?8倍波形是非正弦的，含有很大的非周期分量，特性曲線幾乎全部偏在時間軸的一邊包含以二次諧波為主的高次諧波波形之間出現(xiàn)間斷勵磁涌流開始瞬間，衰減很快勵磁涌流的閉鎖條件：將二次諧波分量算出，作為制動分量，與基波分量進行比較二次諧波制動比定值=0.15變壓器的差動速斷保護定義：差動速斷保護是差動電流過電流瞬時速動保護。差動速斷的整定值按躲過最大不平衡電流和勵磁涌流來整定，其整定值可取正常運行時負荷電流的5?6倍。電流互感器斷線監(jiān)視六、 電力變壓器后備保護復合電壓閉鎖方向過流保護復合電壓閉鎖過流保護為三段式：I段動作跳本側(cè)分段斷路器(或橋斷路器)II段動作跳本側(cè)斷路器III段跳三側(cè)斷路器復合電壓啟動判劇：母線線電壓小于本側(cè)母線線電壓的低電壓定值負序電壓超過負序電壓定值或的關系方向：如果作為變壓器相鄰元件的后備保護，則變壓器指向母線為正方向如果作為變壓器本身的后備保護，則母線指向變壓器的正向為正方向（2） 變壓器過負荷保護I段用于發(fā)警告信號II段用于啟動風扇冷卻器III段用于閉鎖有載調(diào)壓（3） 變壓器零序保護中性點直接接地保護方式由兩段式經(jīng)零序電壓閉鎖的零序電流構(gòu)成，每段設一個時限。I段時限跳母聯(lián)（或分段）斷路器或跳三繞組變壓器中壓側(cè)有源線路；II段時限跳本側(cè)（或全跳）斷路器中性點不接地的零序保護方式裝設I段兩時限的零序無流閉鎖零序過電壓保護，第一時限跳母聯(lián)或分段開關，第二時限跳本變壓器各側(cè)中性點經(jīng)放電間隙接地的零序保護方式I段兩時限方式，第一時限跳高壓側(cè)母聯(lián)開關（或分段開關），第二時限跳本變各側(cè)開關第四節(jié)電力電容器的微機保護、監(jiān)視與控制子系統(tǒng)一、 電力電容器的內(nèi)部和外部故障（1） 電容器內(nèi)部故障的原因（2） 電容器的外部故障及系統(tǒng)異常（3） 電容器保護配置：過電壓和欠電壓的電壓保護限時過電流保護防止電容器內(nèi)部故障的電容器組專用保護二、 并聯(lián)補償電容器組的通用保護（1） 與電容器串聯(lián)的電抗器（2） 避雷器的過電壓保護（3） 電容器組的電壓保護。主要用于防止系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)過電壓和欠電壓。（4） 電容器組的電流保護三、 電容器組內(nèi)部故障的專用保護（1）單Y形接線的電容器組保護：采用零序電壓保護橋式差流的保護方式電壓差動保護方式雙Y形接線的電容器組保護：采用不平衡電流或電壓保護三角形接線的電容器組保護：采用零序電流保護第五節(jié)電壓、無功綜合控制子系統(tǒng)一、 變電站電壓、無功綜合控制的原理在變電站主要的調(diào)壓手段是調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭位置和控制無功補償電容器。有載調(diào)壓變壓器可以在帶負荷的情況下切換分接頭位置，從而改變變壓器的變比，起到調(diào)整電壓和降低損耗的作用?？刂茻o功補償電容器的投切，可改變網(wǎng)絡中無功功率的分布，改善功率因數(shù)，減少網(wǎng)損和電壓損耗，改善用戶的電壓質(zhì)量。二、 電力系統(tǒng)的電壓、無功綜合控制的方式集中控制：指在調(diào)度中心對各個變電站的主變壓器的分接頭位置和無功補償設備進行統(tǒng)一的控制。分散控制：指在各個變電站或發(fā)電廠中，自動調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器的分接頭位置或其他調(diào)壓設備，以控制地區(qū)的電壓和無功功率在規(guī)定的范圍內(nèi)。關聯(lián)分散控制：指電力系統(tǒng)正常運行時，由分散安裝在各廠、站的分散控制裝置或控制軟件進行自動調(diào)控，調(diào)控范圍和定值是從整個系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行出發(fā)，事先由電壓、無功優(yōu)化程序計算好的，而在系統(tǒng)負荷變化較大或緊急情況或系統(tǒng)運行方式發(fā)生大的變動時，可由調(diào)度中心直接操作控制，或由調(diào)度中心修改下屬變電站所應維持的母線電壓和無功功率的定值，以滿足系統(tǒng)運行方式變化后新的要求。關聯(lián)分散控制的實現(xiàn)方法一是通過監(jiān)控系統(tǒng)的軟件模塊實現(xiàn)；另一種是由獨立的關聯(lián)分散控制裝置實現(xiàn)。第六節(jié)變電站綜合自動化系統(tǒng)的其他子系統(tǒng)一、備用電源自動投入裝置定義：備用電源自投裝置是因電力系統(tǒng)故障或其他原因使工作電源被斷開后，能迅速將備用電源或備用設備或其他正常工作的電源自動投入工作，使原來工作電源被斷開的用戶能迅速恢復供電的一種自動控制裝置。備用電源的配置明備用的控制暗備用的控制微機型的備用電源自投裝置的基本特點工作電源確實斷開后，備用電源才投入。備用電源自動投入切除工作電源斷路器必須經(jīng)延時。手動跳開工作電源時，備自投投入裝置不應動作。應具有閉鎖備自投裝置的功能。備用電源不滿足有壓條件，備自投裝置不應動作。工作母線失壓時還必須檢查工作電源無流，才能啟動備自投投入。備自投裝置只允許動作一次。二、小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的檢測概述根據(jù)系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時接地電流的大小劃分：小電流接地系統(tǒng)：中性點不接地中性點經(jīng)消弧線圈接地大電流接地系統(tǒng)：中性點直接接地第六節(jié)變電站綜合自動化系統(tǒng)的其他子系統(tǒng)小電流接地系統(tǒng)的接地電流中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障時的接地電流特征：當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，非故障電路電容電流就是該線路的零序電流，故障線路首段的零序電流數(shù)值上等于系統(tǒng)非故障線路全部電容電流的總和，其方向為線路指向母線，與非故障線路中零序電流的方向相反，系統(tǒng)中性點電壓發(fā)生較大的位移。實現(xiàn)方法：基于基波零序電流方向的自動接地選線原理中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障時的接地電流特征：在單相接地時，故障線路首端的5次諧波電流在數(shù)值上等于系統(tǒng)非故障線路5次諧波電流的總和，其方向與非故障線路腫次諧波零序電流方向相反，由線路指向母線。實現(xiàn)方法：基于5次諧波零序電流方向的自動接地選線原理第五章數(shù)字化變電站簡介變電站自動化技術經(jīng)過十多年的發(fā)展已經(jīng)達到一定的水平，在我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造與建設中不僅中低壓變電站采用了自動化技術實現(xiàn)無人值班，而且在220kV及以上的超高壓變電站建設中也大量采用自動化新技術，從而大大提高了電網(wǎng)建設的現(xiàn)代化水平，增強了輸配電和電網(wǎng)調(diào)度的可能性，降低了變電站建設的總造價，這已經(jīng)成為不爭的事實。然而，技術的發(fā)展是沒有止境的，隨著智能化開關、光電式電流電壓互感器、一次運行設備在線狀態(tài)檢測、變電站運行操作培訓仿真等技術日趨成熟，以及計算機高速網(wǎng)絡在實時系統(tǒng)中的開發(fā)應用，勢必對已有的變電站自動化技術產(chǎn)生深刻的影響，全數(shù)字化的變電站自動化系統(tǒng)即將出現(xiàn)1數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)的特點1.1智能化的一次設備一次設備被檢測的信號回路和被控制的操作驅(qū)動回路采用微處理器和光電技術設計，簡化了常規(guī)機電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu)，數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡取代傳統(tǒng)的導線連接。換言之，變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替，常規(guī)的強電模擬信號和控制電纜被