供電課件 單元9

單元9變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)目錄任務(wù)1綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)內(nèi)容1．變電站綜合自動(dòng)化的概念及特點(diǎn)2．變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)3．變電站綜合自動(dòng)化的功能4．變電站綜合自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)重點(diǎn)內(nèi)容1．變電站綜合自動(dòng)化的功能2．變電站綜合自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)任務(wù)1綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)現(xiàn)有的變電站有三種形式：第一種是傳統(tǒng)的變電站：第二種是部分實(shí)現(xiàn)微機(jī)管理、具有一定自動(dòng)化水平的變電站；第三種是全面微機(jī)化的綜合自動(dòng)化變電站。變電站的發(fā)展可以分為以下三個(gè)階段。(1)以分立元件構(gòu)成的自動(dòng)裝置階段。(2)以微機(jī)處理器為核心的智能化自動(dòng)裝置階段。(3)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展階段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，微機(jī)保護(hù)在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)，己成為電力系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)。綜合自動(dòng)化概念任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)供配電系統(tǒng)綜合自動(dòng)化就是應(yīng)用控制技術(shù)、信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)技術(shù)將變電站的二次設(shè)備，包括控制、信號(hào)、測(cè)量、保護(hù)、自動(dòng)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置等進(jìn)行功能的重新組合和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站主要設(shè)備和輸、配電線路進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、控制、保護(hù)以及調(diào)度通信功能的一種綜合性的自動(dòng)化系統(tǒng)。綜合自動(dòng)化概念任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有功能綜合化、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)微機(jī)化、測(cè)量顯示數(shù)字化、操作監(jiān)視屏幕化、運(yùn)行管理智能化等特征。同傳統(tǒng)變電站二次系統(tǒng)不同的是：各個(gè)保護(hù)、測(cè)控單元既保持相對(duì)獨(dú)立，(如繼電保護(hù)裝置不依賴于通信或其他設(shè)備，可自主、可靠地完成保護(hù)控制功能，迅速切除和隔離故障)，又通過計(jì)算機(jī)通信的形式，相互交換信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，協(xié)調(diào)配合工作，減少了電纜和沒備配置，增加了新的功能，提高了變電站整體運(yùn)行控制的安全性和可靠性。綜合自動(dòng)化概念任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)變電站綜合自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)有：（1）控制和調(diào)節(jié)由計(jì)算機(jī)完成，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了誤操作。（2）簡化了二次接線，整體布局緊湊，降低變電站建設(shè)投資。（3）通過設(shè)備監(jiān)視和自診斷，提高了運(yùn)行可靠性。（4）變電站綜合自動(dòng)化以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，具有發(fā)展、擴(kuò)充余地。（5）減少了人的干預(yù)，使人為事故大大減少。（6）提高經(jīng)濟(jì)效益。減少占地面積，降低了二次建設(shè)投資和變電站運(yùn)行維護(hù)成本；設(shè)備可靠性增加，維護(hù)方便；減輕和替代了值班人員的大量勞動(dòng)；延長了供電時(shí)問，減少了供電故障?，F(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)變電站綜合自動(dòng)化是在計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。國外在20世紀(jì)80年代已有分散式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)問世。我國的變電站綜合自動(dòng)化工作起步較晚，大概從20世紀(jì)90年代開始，初始階段主要研制和生產(chǎn)集中式的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。90年代中期開始研制分散式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。目前，許多高校、科研單位、制造廠家以及規(guī)劃設(shè)計(jì)、基建和運(yùn)行部門在學(xué)習(xí)和借鑒國外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，結(jié)合我國的實(shí)際情況，共同努力，繼續(xù)開發(fā)更加符合我國國情的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。今后其發(fā)展和推廣的速度會(huì)越來越快，與國外的差距會(huì)逐步縮小。現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的具體實(shí)施過程中，由于受現(xiàn)有專業(yè)分工和管理體制的影響而有不同的實(shí)施方法：一種主張站內(nèi)監(jiān)控以遠(yuǎn)動(dòng)(RTU)為數(shù)據(jù)采集和控制的基礎(chǔ)，相應(yīng)的設(shè)備也是以電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化為基礎(chǔ)，“保護(hù)”則相對(duì)獨(dú)立；另一種則主張站內(nèi)監(jiān)控以保護(hù)(微機(jī)保護(hù))為數(shù)據(jù)采集和控制的基礎(chǔ)，將保護(hù)與控制、測(cè)量結(jié)合在一起，國內(nèi)已有這一類產(chǎn)品，如CSC-2000等。后者正在成為一種發(fā)展趨勢(shì)和共識(shí)，因此設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行和管理等部門要打破專業(yè)界限，逐步實(shí)現(xiàn)一體化。這一點(diǎn)對(duì)110kV及以下的變電站尤為必要。現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)從我國目前的運(yùn)行體制、人員配備和專業(yè)分工來看，前者無疑占有較大優(yōu)勢(shì)。因?yàn)闊o論從規(guī)劃設(shè)計(jì)、科研制造、安裝調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)等各方面，控制與保護(hù)都是相互獨(dú)立的兩個(gè)不同專業(yè)，因此更符合我國國情。而后者因難以提供較清楚的事故分析和處理的界面而一時(shí)還不易被運(yùn)行部門接受。但從發(fā)展趨勢(shì)、技術(shù)合理性及減少設(shè)備重復(fù)配置、簡化維護(hù)工作量等方面考慮，后者又有其優(yōu)越性?，F(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)從信息流的角度看，保護(hù)(包括故障錄波等)和控制、測(cè)量的信息源都是來自現(xiàn)場電流互感器TA、電壓互感器TV的二次側(cè)輸出，只是其要求各不同而已。保護(hù)主要采集一次設(shè)備的故障異常狀態(tài)信息，要求TA、TV測(cè)量范圍較寬，通常按10倍額定值考慮，但測(cè)量精度要求較低，誤差在3%以上。而控制和測(cè)量主要采集運(yùn)行狀態(tài)信息，要求TA、TV測(cè)量范圍較窄，通常在測(cè)量額定值附近波動(dòng)，對(duì)測(cè)量精度有一定的要求，測(cè)量誤差要求在1%以內(nèi)。現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)從無人值班角度看，不僅要求簡化一次主接線和主設(shè)備，同時(shí)也要求簡化二次回路和設(shè)備，因此保護(hù)和控制、測(cè)量的一體化有利于簡化設(shè)備和減少日常維護(hù)工作量，對(duì)110kV及以下，尤其是10kV配電站，除了電量計(jì)費(fèi)和功率總加等有測(cè)量精度要求而必須接測(cè)量TA、TV外，其他測(cè)量僅作監(jiān)視運(yùn)行工況之用，完全可與保護(hù)TA、TV合用。此外，在局域網(wǎng)(LAN)上各種信息可以共享，控制和測(cè)量等均不必配置各自的數(shù)據(jù)采集硬件。常規(guī)的控制屏和信息屏、模擬屏等亦可取消?，F(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)數(shù)量較多的10kV配電站，由于接線簡單，對(duì)保護(hù)相對(duì)要求較低，為簡化設(shè)備，節(jié)省投資，建議由RTU來完成線路保護(hù)及雙母線切換(備自投)等保護(hù)功能。為此需在RTU軟件中增加保護(hù)運(yùn)行判斷功能，如備用電源自投功能，可通過對(duì)相應(yīng)母線段失壓和相關(guān)開關(guān)狀態(tài)信號(hào)的邏輯判斷來實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)今后變電站綜合自動(dòng)化的運(yùn)行模式將從無人值班、有人值守逐步向無人值守過渡。因此遙視警戒技術(shù)(防火、防盜、防漬、防水汽泄漏及遠(yuǎn)方監(jiān)視等)將應(yīng)運(yùn)而生，并得到迅速發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，站內(nèi)RTU/LTU或保護(hù)監(jiān)控單元將直接上網(wǎng)，通過網(wǎng)絡(luò)與后臺(tái)機(jī)(上位機(jī))及工作站通信。取消傳統(tǒng)的前置處理機(jī)環(huán)節(jié)，從而徹底消除通信“瓶頸”現(xiàn)象。綜合自動(dòng)化功能組成任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)變電站綜合自動(dòng)化是多專業(yè)性的綜合技術(shù)，它以微計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電站傳統(tǒng)的繼電保護(hù)、控制方式、測(cè)量手段、通信和管理模式等的全面技術(shù)改造。歸納起來可分為以下幾種功能組：①控制、監(jiān)視功能；②自動(dòng)控制功能；③測(cè)量表計(jì)功能；④繼電保護(hù)功能；⑤與繼電保護(hù)有關(guān)功能；⑥接口功能；⑦系統(tǒng)功能。綜合自動(dòng)化功能組成任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)1．監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)取代常規(guī)的測(cè)量系統(tǒng)，取代指針式儀表；改變常規(guī)的操作機(jī)構(gòu)和模擬盤，取代常規(guī)的報(bào)警、中央信號(hào)和光字牌等；取代常規(guī)的遠(yuǎn)動(dòng)裝置等。其功能應(yīng)包括以下幾部分內(nèi)容：（1）數(shù)據(jù)采集（2）事件順序記錄（3）故障錄波和測(cè)距、故障記錄（4）操作控制功能（5）安全監(jiān)視功能（6）人機(jī)聯(lián)系功能（7）打印功能（8）數(shù)據(jù)處理和記錄（9）諧波分析與監(jiān)視綜合自動(dòng)化功能組成任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)2．微機(jī)保護(hù)（1）保護(hù)裝置必須滿足快速性、選擇性、靈敏性和可靠性的要求。（2）故障記錄功能。（3）具有與統(tǒng)一時(shí)鐘對(duì)時(shí)功能。（4）存儲(chǔ)多種保護(hù)整定值。（5）當(dāng)?shù)仫@示與多處觀察和授權(quán)修改保護(hù)整定值。（6）設(shè)置保護(hù)管理機(jī)或通信控制機(jī)，負(fù)責(zé)對(duì)各保護(hù)單元的管理。（7）通信功能。（8）故障自診斷、自閉鎖和自恢復(fù)功能。綜合自動(dòng)化功能組成任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)3．電壓、無功綜合控制變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)必須具有保證安全、可靠供電和提高電能質(zhì)量的自動(dòng)控制功能。電壓和頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，因此電壓、無功綜合控制也是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。對(duì)電壓和無功功率進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，不僅可以提高電能質(zhì)量，提高電壓合格率，而且可以降低網(wǎng)損。電力系統(tǒng)中電壓和無功功率的調(diào)整對(duì)電網(wǎng)的輸電能力、安全穩(wěn)定運(yùn)行水平和降低電能損耗有極大影響。因此，要對(duì)電壓和無功功率進(jìn)行綜合調(diào)控，以保證包括電力部門和用戶在內(nèi)的總體運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到最佳。綜合自動(dòng)化功能組成任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)4．低頻減負(fù)荷控制電力系統(tǒng)的頻率是電能質(zhì)量重要的指標(biāo)之一。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，必須維持頻率在50±(0.1～0.2)Hz的范圍內(nèi)。系統(tǒng)頻率偏移過大時(shí)，發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備都會(huì)受到不良的影響。在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，這時(shí)應(yīng)做到有次序、有計(jì)劃地切除負(fù)荷，并保證所切負(fù)荷的數(shù)量合適，以盡量減少切除負(fù)荷后所造成的經(jīng)濟(jì)損失。這是低頻減負(fù)荷裝置的任務(wù)。用微機(jī)實(shí)現(xiàn)低頻減負(fù)荷的方法大體有兩種。①采用專用的低頻減負(fù)荷裝置實(shí)現(xiàn)②把低頻減負(fù)荷的控制分散裝設(shè)在每回饋電線路的保護(hù)裝置中綜合自動(dòng)化功能組成任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)5．備用電源自動(dòng)投入控制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、備用設(shè)備或其他正常工作的電源自動(dòng)地投入工作，使原來工作電源被斷開的用戶能迅速恢復(fù)供電的一種自動(dòng)裝置。微機(jī)型的備用電源自投裝置具有以下特點(diǎn)。(1)綜合功能比較齊全，適應(yīng)面廣。(2)備用電源自投裝置具有串行通信功能，。(3)體積小，性能價(jià)格比高。(4)故障自診斷能力強(qiáng)，可靠性高。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)1．集中式的結(jié)構(gòu)集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)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)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和一些自動(dòng)控制等功能，集中式結(jié)構(gòu)不是指由一臺(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、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。圖9-1是這種集中式的結(jié)構(gòu)，它是根據(jù)變電站的規(guī)模，配置相應(yīng)容量的集中式保護(hù)裝置和監(jiān)控主機(jī)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，安裝在變電站中央控制室內(nèi)。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)主變壓器和各進(jìn)出線及站內(nèi)所有電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，通過TA、TV經(jīng)電纜傳送到中央控制室的保護(hù)裝置和監(jiān)控主機(jī)(或遠(yuǎn)動(dòng)裝置)。繼電保護(hù)動(dòng)作信息往往是取保護(hù)裝置的信號(hào)繼電器的輔助觸點(diǎn)，通過電纜送給監(jiān)控主機(jī)(或遠(yuǎn)動(dòng)裝置)。這種系統(tǒng)每臺(tái)計(jì)算機(jī)的功能較集中，如果一臺(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；由于采用集中式結(jié)構(gòu)，軟件復(fù)雜，修改工作量大，調(diào)試麻煩，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。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)2．分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)分布式系統(tǒng)集中組屏的結(jié)構(gòu)是把整套綜合自動(dòng)化系統(tǒng)按其不同的功能組裝成多個(gè)屏(或稱柜)。這些屏都集中安裝在主控室中，這種形式被稱為“分布集中式結(jié)構(gòu)”，其典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖9-2和圖9-3所示，圖中保護(hù)單元是按對(duì)象劃分的，即一回線路或一組電容器各用一臺(tái)單片機(jī)，再把各保護(hù)單元和數(shù)采單元分別安裝在各保護(hù)屏和數(shù)采屏上，由監(jiān)控主機(jī)集中對(duì)各屏進(jìn)行管理，然后通過調(diào)制解調(diào)器與調(diào)度中心聯(lián)系。上述自動(dòng)化系統(tǒng)可應(yīng)用于有人值班或無人值班變電站。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)（1）分布式的配置圖采用按功能劃分的分布式多CPU系統(tǒng)，其功能單元有：各種高、低壓線路保護(hù)單元；電容器保護(hù)單元；主變壓器保護(hù)單元；備用電源自投控制單元；低頻減負(fù)荷控制單元；電壓、無功綜合控制單元；數(shù)據(jù)采集與處理單元；電能計(jì)量單元等。每個(gè)功能單元基本上由一個(gè)CPU組成，也有一個(gè)功能單元的功能由多個(gè)CPU完成的，例如主變壓器保護(hù)，有主保護(hù)和多種后備保護(hù)，因此往往由兩個(gè)或兩個(gè)功能以上CPU完成不同的保護(hù)功能，這種按功能設(shè)計(jì)的分散模塊化結(jié)構(gòu)，具有軟件相對(duì)簡單、調(diào)試維護(hù)方便、組態(tài)靈活、系統(tǒng)整體可靠性高等特點(diǎn)。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)任務(wù)一綜合自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)（2）繼電保護(hù)相對(duì)獨(dú)立繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)中對(duì)可靠性要求非常嚴(yán)格的設(shè)備。在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，繼電保護(hù)單元宜相對(duì)獨(dú)立，其功能不依