綜合自動化結構配置及發展方向電氣化3111班

2009－8－30一變電站綜合自動化系統的結構形式§變電站綜合自動化系統的設計原則和要求§綜合自動化系統的硬件結構§保護和控制集成系統§變電所綜合自動化的現狀§變電所綜合自動化的發展方向變電站綜合自動化系統應能全面代替常規的二次設備。變電站微機保護的軟、硬件設置既要與監控系統相對獨立，又要相互協調。微機保護裝置應具有串行接口或現場總線接口，向計算機監控系統或RTU提供保護動作信息或保護定值等信息。變電站綜和自動化系統的功能和配置，應滿足無人值班的總體變求。要有可靠、先進的通信網絡和合理的通信協議。必須保證綜合自動化系統具有高的可靠性和強的抗干擾能力。系統的可擴展性和適應性要好。系統的標準化程度和開放性能要好。必須充分利用數字通信的優勢，實現數據共享。變電站綜合自動化系統的研究和開發工作，必須統一規劃，統一指揮。§變電站綜合自動化系統的設計原則和要求第三章變電站綜合自動化系統的結構形式§綜合自動化系統的硬件結構從國內外變電站綜合自動化系統的發展過程來看，其結構形式有集中式、分布集中式、分散與集中相結合和全分散式等四種類型。一、集中式的結構形式第三章變電站綜合自動化系統的結構形式這種系統的主要功能及特點是：(1)能實時采集變電站中各種模擬量、開關量，完成對變電站的數據采集和實時監控、制表、打印、事件順序記錄等功能。(2)完成對變電站主要設備和進、出線的保護任務。(3)集中式結構緊湊、體積小，可大大減少占地面積。(4)造價低，尤其是對35kv或規模較小的變電站更為有利。(5)實用性好。(6)符合國情。集中式結構最大的缺點是：(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,因此必須采用雙機并聯運行的結構才能提高可靠性。(2)集中式結構，軟件復雜，修改工作量大，系統調試麻煩。(3)組態不靈活，對不同主接線或規模不同的變電站。軟、硬件都必須另行設計，工作量大，因此影響了批量生產，不利于推廣。(4)集中式保護與長期以來采用一對一的常規保護相比，不直觀，不符合運行和維護人員的習慣，調試和維護不方便，程序設計麻煩，只適合于保護算法比較簡單的情況。第三章變電站綜合自動化系統的結構形式二、分層(級)分布式系統集中組屏的結構形式第三章變電站綜合自動化系統的結構形式圖3-2變電站的一、二次設備分層結構示意圖分布式系統集中組屏的結構是把整套綜合自動化系統按其不同的功能組裝成多個屏(或稱柜)。這些屏都集中安裝在主控室中，這種形式被稱為“分布集中式結構”，其典型系統結構框圖如圖3-3和圖3-4所示，圖中保護單元是按對象劃分的，即一回線路或一組電容器各用一臺單片機，再把各保護單元和數采單元分別安裝在各保護屏和數采屏上，由監控主機集中對各屏進行管理，然后通過調制解調器與調度中心聯系。特點：1)分布式的配置圖采用按功能劃分的分布式多CPU系統。2)繼電保護相對獨立。3)具有與系統控制中心通信功能4)模塊化結構，可靠性高5)管理維護方便圖3-3分層分布式系統集中組屏結構的綜合自動化系統框圖(一)

圖3-4分層分布式系統集中組屏結構的綜合自動化系統框圖(二)

三、分散式與集中相結合的結構按每個電網元件(例如：一條出線、一臺變壓器、一組電容器等)為對象，集測量、保護、控制為一體，設計在同一機箱中。對于配電線路，可以將這個一體化的保護、測量、控制單元分散安裝在各個開關柜中，然后由監控主機通過光纜或電纜網絡，對這些單元進行管理和交換信息，這就是分散式的結構。對于高壓線路保護裝置和變壓器保護裝置，仍采用集中組屏安裝在控制室內。這種將配電線路的保護和測控單元分散安裝在開關柜內，而高壓線路保護和主變壓器保護裝置等采用集中組屏的系統結構，稱為分散和集中相結合的結構，其框圖如圖3-5所示，這是當前綜合自動化系統的主要結構形式。圖3-5分散與集中相結合的變電站綜合自動化系統框圖全分散式的結構是今后的發展方向。一方面是分散式的自動化系統具有上述的突出優點；另一方面，隨著電-光傳感器和光纖通信技術的發展，為分散式的綜合自動化系統的研制和應用提供了有力的技術支持。§保護和控制集成系統第三章變電站綜合自動化系統的結構形式將保護和控制功能集成到同一裝置中，實現數據的完全共享是一個發展的趨勢。與傳統的獨立部件的結構相比，這種保護和控制集成的結構，可提供大量的保護功能和更多的監控及數據采集(Scada)功能，而使性能價格比更憂。Scada所需要的許多初始數據與繼電保護所處理的數據是相同的。最近的發展趨勢是將這些分布式的變電站Scada功能集成到微機保護繼電器中，使保護和Scada共用一個硬件平臺，則可實現很明顯的經濟性。這種保護和Scada的集成，國外稱為PROScada策略。采用PROScada策略需注意以下問題。(1)集成而不犧牲功能。(2)保護和控制集成單元必須具有開放性。變電所綜合自動化的現狀目前牽引變電所綜合自動化系統的結構模式

分層分布式概念：分布(分散)是指系統是按照變電所的元件、斷路器間隔設計、也可理解為一對一保護控制模式分層是指變電所綜合自動化系統按邏輯上劃分為三層，即站級管理層、通信層、間隔層變電所綜合自動化的現狀變電所以太網接線方式結構圖變電所綜合自動化的現狀變電所現場總線+以太網接線方式結構圖變電所綜合自動化的現狀設備組成

站級管理層：監控計算機、打印機、人機接口設備

通信層：通信處理裝置、遠程通信設備、所內通信網絡、通信切換裝置

間隔層：變壓器保護測控裝置、饋線保護測控裝置、電容器保護測控裝置、綜合測控裝置、進線及主變自投裝置等變電所綜合自動化的現狀變電所綜合自動化系統的站級管理層變電所綜合自動化的現狀變電所綜合自動化系統的通信現場級通信 a.各間隔單元與變電所計算機系統通信 b.各間隔單元之間的互通信 c.其他智能化電子設備與后臺監控計算機通信與上級調度的通信 主要實現四遙功能：遙信、遙測、遙控、遙調變電所綜合自動化的現狀通信接口 a.并行、串行 b.局域網、區域網、廣域網、互聯網 c.現場總線變電所綜合自動化的現狀以太網通信結構 是一種總線型拓撲結構，增減用戶方便，某一節點故障不影響其他部分工作。 可以采用雙絞線或光纖作為介質，傳輸距離可達到1～10km，速率可達10Mbit/s。變電所綜合自動化的現狀現場總線通信結構 主要使用的有Lonworks現場總線、CAN總線控制局域網絡 Lonworks通信速度可達1.25Mbit/s，此時有效距離為130m；直接通信距離長達2700m/78kbpsCAN的速率可到1Mbit/s，此時有效距離為40m；直接通訊距離最遠可達10km/5kbps可以采用雙絞線或光纖作為介質變電所綜合自動化的現狀變電所內通信規約類型 IEC60870-5-103遠動通信規約類型IEC60870-5-101/103/104 DL451－1991(國標CDT) N4F-POLLINGSC1801DNP3.0變電所綜合自動化的現狀傳輸介質 主要以雙絞線（5類線）、電力載波、音頻電纜、無線（RF）、紅外（IR）、同軸電纜和光纖通信，其中尤以光纖通信抗電磁干擾能力強，通信容量大。變電所綜合自動化的現狀變電所綜合自動化系統的間隔單元變電所綜合自動化的現狀牽引變電所綜合自動化系統的功能介紹 國際大電網會議WG34.03工作組將變電所自動化功能分類為：控制與監視功能、自動控制功能、測量表計功能、繼電保護功能、與繼電保護有關功能、接口功能、系統功能等7種。 變電所綜合自動化功能由電網安全穩定運行和變電站建設、運行維護的綜合經濟效益要求所決定。變電所綜合自動化的現狀繼電保護功能

牽引主變壓器保護饋線保護及自動重合閘并聯電容器保護動力變壓器保護

保護裝置應滿足可靠性、選擇性、靈敏性、速動性四項基本要求

變電所綜合自動化的現狀監視控制功能

實時數據采集與處理運行監視功能故障錄波與測距功能 事故順序記錄與事故追憶功能控制及安全操作閉鎖功能數據處理與記錄功能變電所綜合自動化的現狀監視控制功能人機聯系功能打印功能運行的技術管理功能諧波分析和監視功能自診斷、自恢復和自動切換功能變電所綜合自動化的現狀自動控制裝置的功能備用電源自投控制遠動及數據通信功能綜合自動化系統的現場級通信綜合自動化系統與上級調度的通信變電所綜合自動化的現狀影響綜合自動化系統可靠運行的問題變電所設計方面問題(技術標準)運行管理方面問題(設備維護)產品質量問題(功能完善、電磁兼容水平)供應商服務問題變電所綜合自動化的現狀

電力系統電磁兼容問題●電力系統內電氣和電子設備集中，電磁環境復雜，在正常和異常運行狀態下都會產生或出現各種電磁干擾，例如開關操作、短路故障等的暫態過程；高電壓、大電流導線或設備附近的電場和磁場；射頻電磁輻射；雷電；靜電放電；供電網的電壓波動、電壓突降和中斷；諧波；電子設備的工作信號和噪聲等。變電所綜合自動化的現狀

●在電力系統中運行的自動化設備是電磁干擾的敏感者。以微電子技術和計算機技術為基礎的二次弱電設備，如繼電保護、自動控制、遠動和通信裝置等在電力系統中廣泛使用，它們的靈敏度高，且與強電設備靠近，很容易受到干擾。在我國電力系統中，由于開關操作、雷電、輻射電磁場、工頻磁場等原因引起的干擾事件屢有發生，其結果是造成保護誤動，自動化設備不能正常工作，甚至造成元件或設備損壞。變電所綜合自動化的現狀●

電磁干擾導致設備系統性能下降、無法工作甚至損壞通信故障、中斷設備無法工作、損壞電網保護裝置誤動或拒動，導致電網事故系統“死機”靜電引起火災、設備損壞●對人類健康產生影響變電所綜合自動化的現狀

EMC電磁兼容(Electro-MagneticCompatibility)EMC=EMI+EMS

EMI(Electronic-MagneticInterferenc)電磁干擾：裝置、設備對外界產生的電磁發射

EMS(Electronic-MagneticSusceptibility)電磁抗擾度（敏感度）：裝置、設備或系統對外界電磁干擾的抵抗能力變電所綜合自動化的現狀脈沖群瞬態干擾雷擊浪涌輻射靜電放電變電所綜合自動化的現狀電磁干擾傳播方式傳導（電源線、互連線、共阻抗）輻射（近場感應、遠場輻射）變電所綜合自動化的現狀干擾源●自然干擾源：雷電、宇宙噪聲等●人為干擾源：發射機、各類電子電氣設備、架空輸電線、高壓設備、電動工具、照明器具、家用電器等●靜電變電所綜合自動化的現狀主要干擾源●高壓回路中操作斷路器、隔離開關引起的電磁暫態干擾●高壓裝置產生的工頻電場和磁場●接地系統中的短路電流引起的電位升●雷電引起的暫態干擾●低壓設備開合操作引起的電快速瞬變●靜電放電變電所綜合自動化的現狀主要干擾源●由于設施內部或外部的無線電發射裝置產生的高頻場●由于設施內其他電氣或電子設備產生的高頻傳導和輻射干擾●由供電線路傳來的低頻傳導騷擾●核電磁脈沖●地磁干擾變電所綜合自動化的現狀對二次設備最具影響的干擾波形●阻尼振蕩波：源于高壓斷路器、隔離開關操作●電快速瞬變脈沖群：斷開低壓直流電路中(如機電式繼電器、接觸器等)的小電感負載而引起的暫態電壓●輻射電磁場：源于電磁發射，如對講機等●浪涌：源于雷擊時產生的強大電磁能量●工頻磁場：源于載流導體和運行中的電力設備變電所綜合自動化的現狀解決電磁兼容問題根本途徑●去除干擾源●切斷干擾傳播路徑●提高感受器的抗干擾能力變電所綜合自動化的現狀解決電磁干擾的方法(變電所)

電力系統設計時應考慮：●接地網●電纜鋪設●屏蔽提高二次設備的抗干擾性能：●開發設計●制造工藝●試驗檢測變電所綜合自動化的現狀緊湊的機箱結構、可靠的接地

變電