110KV变电站综合自动化系统结构设计.x11

湖南水利水电职业技术学院 2012 届毕业设计课题名称：110KV 变电站综合自动化技术专 业：电力系统自动化学生姓名：孙伟学 号：200922030020班 级：电力三班指导老师：朱雪雄时 间：2011 年 12 月前 言变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。为了提高变电站安全稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能服务，变电站综合自动化技术开始兴起并得到广泛应用。变电站综合自动化技术应用计算机技术，通信技术，检测技术和控制技术等，将变压器中传统的继电保护系统，测量系统，控制系统，调试系统，信号系统和运动系统等多个独立的功能系统，经济化，组合为一套智能化的综合系统。这一技术的应用，提高了对变电站电气设备和电力系统进行监视，控制和保护的自动化，智能化水平，提高保护，控制的可靠性和电力系统的安全运行水平，社会经济效益十分显著。此论文是以变电站综合自动化系统主体的变电站综合自动化系统的研究。限于作者水平有限，论文中难免存在错误和不当之处，敬请专家和读者批评指正，作者不胜感激。设计者：孙伟2011 年 12 月第 1 章 变电站综合自动化概论1.1 变电站综合自动化基本概念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。变电站综合自动化系统，即利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，代替常规的测量和监视仪表，代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏，用微机保护代替常规的继电保护屏，改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。1.2 变电站综合自动化基本现状变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，随着电压等级的提高，供电范围的扩大，输电容量的增大，采用传统的变电站及其控制技术越来越难满足电力系统降低投资、提高效益的发展要求。研制和开发以计算机技术和网络通信技术为基础的、各种电压等级的变电站综合自动化系统，取代、更新和改造传统的变电站二次系统，逐步实现无人值班和调度自动化，以适应现代电力系统管理模式的需求。今后变电站自动化的运行模式将从无人值班，有人值守逐步向无人值守过渡。因此遥视警戒技术(防火、防盗、防渍、防水汽泄漏及远方监视等)将应运而生，并将得到迅速发展。随着计算机和网络通信技术的发展，站内 RTU 几 TU 或保护测控单元将直接上网，通过网络与后台机(上位机)及工作站通信。取消传统的前置处理机环节，从而彻底消除通信“瓶颈”现象。1.3 变电站综合自动化发展趋势计算机网络通讯技术和微机实时技术在电力系统变电站自动化系统中的应用，为进一步提高变电站的自动化水平开辟了新途径。建立一个监视控制自动化、管理信息化、实时信息共享的变电站综合自动化系统已成为发展趋势：（1） 系统从集中控制、功能分散型向分散网络型发展。（2） 设备安装就地化、户外化。（3） 测量、控制设备向通用化、规范化发展。（4） 通讯网络协议标准化。（5） 系统信息交换、共享范围进一步扩大。（6） 变电站综合自动化系统安全体系不断升级。第 2 章 变电站综合自动化系统结构设计2.1 变电站综合自动化系统结构电气主接线本文以电压等级为 110KV 为例进行变电站综合系统的设计，一次电气主接线总体设计方案如下：2.2 综合自动化系统的硬件结构变电站综合自动化系统的发展过程与集成电路技术、微计算机技术、通信技术和网络技术密切相关。随着这些高科技的不断发展，综合自动化系统的体系结构也不断发生变化，其性能和功能以及可靠性等也不断提高。从国内外变电站综合自动化系统的发展过程来看，其结构形式有集中式、分层分布式、和全分散式等三种类型。2.2.1 集中式的结构形式集中式结构的综合自动化系统，指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、开关俩个和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能，集中式结构也并非指由一天计算机完成保护、监控等全部功能。这种系统的主要功能即特点是：1）能实时采集变电站中各种模拟量、开关量，完成对变电站的数据采集和实时监控、制表、打印、事件顺序记录等功能。2）完成对变电站主要设备和进出线的保护任务。3）集中式结构紧凑、体积小、可大大减少占地面积。4）造价低，尤其是对 35kV 或规模较小的变电站更为有利。集中式结构最大的缺点是：1）每台计算机的功能较集中，如果一台计算机出故障，影响面大，因此必须采用双机并联运行的结构才能提高可靠性。2）集中式结构，软件复杂，修改工作量大，系统调试麻烦。3）组态不灵活，对不同主线或规模不同的变电站，软硬件都必须另行设计，工作量大，因此影响了批量生产，不利于推广。4）集中式保护与长期以来采用一对一的常规保护相比，不直观，不符合运行和维护人员的习惯，调试和维护不方便，程序设计麻烦，只适合于保护算法比较简单的情况。2.2.2 分层分布式的结构形式在分层分布式结构的变电站综合自动化系统中，将整个变电站的一次、二次设备分为三层，即变电站层、间隔层、和设备层。在所分的三层中，变电站层称为 2 层，间隔层为 1 层，设备层位 0 层。变电站综合自动化系统主要位于 1 层和 2 层，即间隔层和变电站层。设备层主要指变电站内的变压器和断路器、隔离开关及其辅助触点，也包括电流互感器、电压幅干起等一次设备。间隔层一般按断路器间隔来划分，具有测量、控制部件或继电保护部件。测量、控制部分完成该单元的测量、监视、操作控制、联锁及事件顺序记录等功能；保护部分完成该单元线路或变压器或电容器的保护、故障记录等功能。变电站层包括站级监控主机、远动通信机等。变电站层设现场总线或局域网，供各主机之间和监控主机与间隔层之间交换信息。变电站综合自动化系统主要位于 1 层和 2 层。变电站层的有关自动化设备一般安装于控制室，而单元层的设备宜安装于靠近现场，以减少控制电缆长度。分层分布式系统的特点如下：1）分层分布式的配置，系统采用按功能划分的分布式多 CPU 系统。这种分散模块化结构具有软件相对简单、调试维护方便、组态灵活、系统整体可靠性高等特点；2）继电保护相对独立；3）具有与控制中心通信功能；4）可靠性高；5）维护管理方便；6 ) 需要电缆较多。2.2.3 全分散式的结构形式硬件结构为完全分散式的综合自动化系统，是指以变压器、断路器、母线等一次主设备为安装单位，将保护、控制、输入/输出、闭锁等单元就地分散安装在一次主设备的开关屏上，安装在主控制室内的主控单元通过现场总线与这些分散的单元进行通信，主控单元通过网络与监控主机联系。这种完全分散型结构的综合自动化系统的主要特点是：（1）系统部件完全依主设备分散安装。（2）节约控制室面积。（3）节约二次电缆。（4）综合性强。综上所述，经过三种综合自动化结构形式的对比，本设计选择分层分布式的结构形式进行详细阐述，并充分利用其优点来满足系统的要求。2.3 变电站综合自动化系统的硬件配置2.3.1 综合自动化系统变电站主控室的结构分为三类：(1) 模拟屏式：在主控室模拟屏前设微机台，台内装微机及 UPS 电源，台上放主机显示器 CRT，键盘和打印机。模拟屏主接线图上安装仪表和操作把手。其他如保护柜，变送器柜，电度表柜，监控柜，交直流电源柜等均放在模拟屏后，或分置于其他房间。模拟屏主接线图上安装仪表和操作把手微机台 ， 显示器 ， 键盘 ， 打印机保护柜 ， 变送器柜 ， 电度表柜 ， 监控柜前部后部(2) 控制台式：再主控室前部设控制台，无模拟屏。在控制台对面设保护柜，变送器柜，监控柜，电度表柜和交直流电源柜等设备。控制台上或旁边放主机显示器CRT。打印机和键盘。模拟主接线，操作把手，必要的仪表和光字均安装在控制台面上。主控室前部的控制台上面安装显示器 ， 打印机 ，键盘 ， 模拟主接线 ， 操作把手 ， 必要仪表保护柜 ， 变送器柜 ， 监控柜 ， 电度表柜 ， 电流柜O P P O S I T E(3)微机台式：在主控室前部设微机台，无模拟凭，无控制台。主控室后部设保护柜，变送器柜，监控柜，电度表柜，交直流电源柜等设备。微机台内装主机和微机电源，微机台上放 CRT，打印机和键盘。主 控 室前部微机台内 设 有 主 机 和 微 机 电 源 ， 打 印 机 ， 键 盘后 部保 护 柜 ， 变 送 器 柜 ， 监 控 柜 ， 电 度 表柜 ， 交 直 流 电 流 柜2.4 变电站综合自动化系统的功能变电站综合自动化系统的功能主要包括监测，监控，远传，保护四部分。2.4.1 监测：综合自动化系统通过对变电站的数据进行采集，处理，显示和打印，使运行人员了解变电站的运行工况，并采取相应的措施。所采集的数据分为三大类：模拟量，开关量和脉冲量。(1) 模拟量：变电站需要监测的各种模拟量包括主变一次，二次和各线路的电流，各段母线及重要线路的电压，各线路零序电流，母线零序电压，主变温度和室温。(2) 开关量：变电站内需要监测的各种开关量，包括各个开关，刀闸，变压器分接头，继电保护动作信息，开关机构运行状态，交直流电源运行状态，各微机运行状态等。(3) 脉冲量：变电站需要监测的各种脉冲量，包括线路，主变一次和二次的有功电度量和无功电度量，电容器的无功电度量，所用电的有功电度量等。2.4.2 监控： 综合自动化系统提供方便可靠的人机对话，运行人员利用键盘和显示器操作开关，刀闸和变压器分接头。该系统还可以根据电网运行情况自动控制开关或变压器分接头。所有操作的可靠性在软硬件设计中都应符合双重化原则。操作方式分为手动操作和遥控执行。手动操作分为三种方式：键盘操作，把手操作，保护柜操作。正常时利用键盘操作，非正常时通过模拟屏把手操作或保护柜操作。保护柜操作可通过保护机键盘或柜上按扭实现。遥控执行：当调度端发出遥控开关或遥调变压器分接头的命令后，该系统能可靠的执行。变电站监控的内容主要有以下几个方面：(1) ：跳闸统计：统计开关跳闸次数。分为有事故跳闸次数和手动跳闸次数两种。(2) ：接地选相：对于中性点不接地系统，当电网出现单相接地故障时利用零序电压，零序电流增量以及压降可判断接地线路及相别，也可以利用功率方向等其它方法来判别。也可利用功率方向法等其他方法来判别。为了保证可靠性，应多次采样后才能确定。确定后，主机报警，并显示和打印。运行人员按照提示，用人工检除方法跳开开关自动重合，验证主机的判断。(3) : 无功电压自动控制：根据电网无功，电压计算和判断是投切电容器，还是调节变压器分接头位置。以使无功和电压满足要求。在变压器。电容器。或电网故障时不应该误动。当电容器检修时，不应参与控制。2.4.3 远传： 当变电站正常运行或发生事故及报警等事件时，远传机会实时的向上级调度传送该站信息，使调度人员了解该站的运行情况。2.4.4 保护： 微机保护不仅有较高的可靠性和灵敏性，而且使用方便。其特点：(1) : 用键盘和八段显示器（LED）显示采样值（电流，电压，和开关状态）和整定值，并可修改整定值。(2) : 具有事故追忆功能。能够记录事故前后的线路电流和母线电压。(3) : 具备实时自检功能。能够对保护柜包括主机在内的各元件进行在线检查。变电站保护分为以下几种类型：(1): 线路保护：包括电流速断保护，定时限过电流保护，方向性电流保护，零序电压，电流及方向保护，反时限过流保护，高频保护，距离保护。双回线方向横差保护和低周减载保护。(2): 变压器保护： 包括差电流速断保护，带二次谐波制动的比例差动保护。本体保护（重瓦斯，轻瓦斯，有载重瓦斯，有载轻瓦斯等） ，过流保护（包括低压启动，复合电压启动）