变电站综合自动化的研究与设计

1、毕业设计（论文）题 目变电站综合自动化的研究与设计 班 级 姓 名 指导教师 摘 要 随着高新技术的发展和应用，对电能质量和供电可靠提出了新的要求，高压、超高压变电站的控制和保护系统必须适应这种新形势，因此，改善电网结构，提高供电能力与可靠性以及综合自动化程度，以满足日益增长的社会需求是电力企业的首要目标。 变电站综合自动化系统是在计算机和网络通信技术基础上发展起来的，在我国近几年发展迅速，产品的更新换代及定型也越来越快。从这几年应用和实践看，变电站综合自动化给变电站设计安装、调试和运行、维护、管理等方面都带来了一系列自动化技术的变革。但是，目前国内还没有出台变电站综合自动化系统的详细要求和制造标准，国内市场上变电站综合自动化产品的类型及系统结构也各不相同，因此，选择一种理想的自动化系统，合理组态是工程设计和应用的重点。本文通过对一重点电力工程的全过程设计，提出了一系列满足现场实际和工程需要的技术要求，分析了变电站综合自动化所具备的功能以及发展过程和方向，在对市场和产品充分调研下，提出了基于总线型的分散分布式综合自动化系统是一种比较成熟和实用的系统，并进行了合理选型和组态，改良了产品中

2、不符合现场需要的部分，完成了该变电站综合自动化系统的设计和实施。关键词： 变电站综合自动化，通信协议， 微机保护，硬件配置。目录目录3第1章 绪论51.1 变电站综合自动化系统的研究51.1.1 变电站综合自动化系统的研究意义51.1.2 变电站综合自动化系统的发展趋势61.2 国外变电站综合自动化系统的发展71.3 我国变电站综合自动化技术的发展71.4 变电站实现综合自动化的优越性81.5 变电站综合自动化系统的发展前景81.6 小结8第2章 变电站综合自动化系统的结构，功能与保护配置92.1 变电站综合自动化系统的结构92.1.1 集中式综合自动化系统92.1.2 分散式综合自动化系统102.1.3 分布集中式综合自动化系统112.1.4 集中和分散结合式综合自动化系统112.2 变电站综合自动化系统的功能122.2.1 监测122.2.2 监控122.2.3 远传132.2.4 保护132.3 变电站综合自动化系统的硬件配置132.3.1 综合自动化系统变电站主控室的结构分为三类132.3.2 硬件的配置原则152.3.3 变电站综合自动化系统微机保护的硬件结构162.4 小节

3、19第3章 继电保护设备和综自设备的设置203.1 35KV开关柜智能保护单元203.2 10KV开关柜智能保护单元203.2.1 变压器后备保护203.2.2 电容器保护213.2.3 配电变压器保护263.2.4 馈线保护273.2.5 备自投保护273.2.6 测控及自检功能的配置273.3小结28第4章 变电站综合自动化设计294.1变电站自动化的功能设计原理304.1综合自动化变电所调试38第1章 绪论1.1 变电站综合自动化系统的研究1.1.1 变电站综合自动化系统的研究意义电力系统变电站的安全，可靠和经济运行再很大程度上依赖于变电站继电保护，控制和监控技术的完善程度以及它们的可靠性，技术特性指标和经济性等多方面的因素。计算机技术的发展，推动了电力系统计算机自动化技术的发展，变电站综合自动化技术也日趋完善。它为调度中心提供了厂站端的运行情况，通过控制操作和闭锁，可以实现变电站当地和远方的监视和控制；为远方的遥调，遥测，遥控，遥信和反事故措施提供了可靠的技术保障；无人职守的变电站提高了供电的可靠性又实现了减员增效。通过对变电站综合自动化系统的研究，对于电力系统的运行可靠，保护

4、和控制以及对变电站的设计更加的合理，布局更加紧凑都有很重要的意义。变电站综合自动化系统是一种以计算机为主，将变电站的一，二次设备经过功能组合形成的标准化，模块化，网络化的计算机监控系统。变电站的综合自动化，是将变电站的二次设备经过功能的重新组合和优化设计，利用先进的计算机技术，自动化技术和通信技术，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，控制和微机保护，以及调度通信等综合性的自动化功能。变电站综合自动化系统代替了常规的测量和监视仪表，代替了常规控制屏，中央信号系统和远动屏，用微机保护代替了常规的继电保护屏，解决了常规的继电保护装置不能与外界通信的问题。变电站综合自动化系统可以采集到比较齐全的数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功能，可以方便的监视和控制变电站内的各种设备的运行和操作，它具有功能综合化，结构微机化，操作监视屏幕化，运行管理智能化等显著特点。通过利用先进的综合自动化技术，提高了供电质量，提高了电压合格率，提高了变电站的安全可靠性和系统的运行管理水平，缩小了变电站占地面积，降低了造价，减少了总投资，减少了维护工作量，减少了值班员劳动强度。变电站综合自动

5、化系统是在计算机技术和网络通信技术的基础上发展起来的。与传统的继电保护相比较，微机保护具有许多优点：（1）改善和提高了继电保护的动作特性和性能，动作正确率高。（2）可以方便的扩充其他的辅助功能。（3）工艺结构条件优越。体现在硬件比较通用，制造容易统一标准。（4）可靠性提高。（5）使用灵活方便。（6）可以进行远方监控。微机保护装置具有串行通信功能，与变电所微机监空系统的通信联络使微机保护具有远方监控特性。1.1.2 变电站综合自动化系统的发展趋势（1） 保护监控一体化 这种方式在35KV及以下的电压等级中已普遍采用，它的好处是功能按一次单元集中化，利于稳定的进行信息采集以及对设备状态进行控制。极大的提高了性能效率比。它的缺点是对运行的可靠性要求极高，任何形式的检修维护都将迫使一次设备的停止。可靠性和稳定性要求很高。(2) 设备安装就地化，户外化 综合自动化装置将和一次设备整合在一起，其电气的抗干扰性能，设备抗热，抗寒，抗雨雪，防腐蚀等各项环境指标将达到极高的地步。目前的综合自动化装置都是安装在低电压的中置柜上和室内的开关室内，户外的仅是一些实现简单功能的柱上设备。随着高电压等级的推广，其

6、设备都将就地安装在户外的端子箱上，对环境条件要求高。这种方式最终将带来无人值班变电站没有建筑小室或仅设一个控制小室，它最多也就是一台控制显示终端。这将极大的减少整个变电站的二次电缆，使变电站的建设简化，快速，设备调试简单。同时也极大的提高了变电站的运行稳定性，可靠性。(3) 人机操作界面接口统一化，运行操作无线化 无人无建筑小室的变电站，变电运行人员如果在就地查看设备和控制操作，将通过一个手持式可视无线终端，边监视一次设备边进行控制操作，所有相关的量化数据将显示在可视无线终端上。(4) 就地通讯网络协议标准化 强大的通讯接口能力，主要通讯部件双备份冗余设计（双CPU，双电源等），采用光纤总线等等，使现代化的综合自动化变电站的各种智能设备通过网络组成一个统一的，互相协调工作的整体。(5) 全站数据标准化 变电站的智能监控装置将无电压等级划分，只是下载参数设置版本不同。全站统一数据库，统一维护组态工具软件，分类分单元下载参数设置数据。其实时运行数据库可通过严密的安全防护措施与整个电力系统实时数据连在一起(6) 数据采集和一次设备一体化 除了常规的电流电压，有功无功，开关状态等信息采集外，对

7、一些设备的在线状态检测量化值，直接采集到监控系统的实时数据库中。高技术的智能化开关。光电式电流电压互感器的应用，必将给数据采集控制系统带来全新的模式。 1.2 国外变电站综合自动化系统的发展70年代末80年代初，国外开始了对于ISA技术的研究，这是由于电网规模不断扩大，要求电网及变电站的控制和保护系统必须运行安全、可靠、经济。因此，各级调度中心需要更多的信息，以便及时掌握电网及变电站的运行情况。同时，采用无人值班管理模式，进行远方控制，减少人为误操作的可能性，提高运行可靠性，降低变电站的造价和运行维护费用。随着微处理器技术、计算机网络技术、数字通信技术的发展，人们可以利用现代先进的技术和设备来组成一个自动化的控制和保护系统，改变传统二次设备模式，做到设备简化，信息共享，减少变电站的造价和运行维护费用。世界发达国家率先研制出成熟系统，并推广应用，大大提高了变电站管理的自动化水平，实现电力系统的安全、可靠、经济运行。目前，日本日立、三菱、东芝公司，德国西门子公司（SIEMENS）、AEG公司，瑞士ABB公司，美国通用电气公司（GE）、西屋电气公司（Westing house），法国阿尔斯通

8、公司（ALSTHOM），瑞士Landis&Gyr公司等国际著名大型电气设备制造公司都开发和生产了变电站综合自动化系统（或称保护与控制一体化装置），并取得了较为成熟的运行经验. 1.3 我国变电站综合自动化技术的发展我国变电站自动化系统的发展阶段：变电站内二次设备传统按功能可分为五类：继电保护，自动装置, 故障录波，当地监控和远动。五大类产品的不断发展及其功能相互渗透，推动了变电站自动化系统的发展，产生了多种多样的系统模式，按系统模式出现的时间顺序可将变电站自动化系统的发展分为三个阶段： 第一阶段：面向功能设计的集中式RTU加常规继电保护模式80年代是以RTU为基础的远动装置及当地监控为代表。该类系统是在常规的继电保护及二次接线基础上增设RTU装置，功能主要为完成与远方调度主站通信实现“四遥”(遥测，遥信，遥调，遥控)，继电保护及自动装置与系统联结采用硬接点状态接入。此类系统特点是功能简单，整体性能指标较低，系统联结复杂，不便于运行管理与维护，为自动化系统的初级阶段。 第二阶段：面向功能设计的分布式测控装置加微机保护模式90年代初期，微机保护及按功能设计的分布测控装置得以广泛应用，保护与

9、测控装置相对独立，通过通信管理单元能够将各自信息送到当地监控计算机或调度主站。此类系统的出现是由于当时国内电力系统保护和远动分属于不同部门和专业，另外对继电保护与测控装置在技术上如何融和没有达成一致的认识，故相当一部分尤其是110KV及以下电压等级自动化系统采用此类模式。该模式没有做到面向对象设计，信息共享程度不高，另外系统的二次电缆互联较多，扩展性不好，不利于运行管理和维护。 第三阶段：面向间隔和对象(object-oriented)的分层分布式结构模式90年代中期，随着计算机技术、网络和通信技术的飞速发展，行业内对计算机保护与测控技术不断争论和探讨达成了一致的认识，采用面向设备或间隔为对象设计的保护及测控单元，采用分层分布式的系统结构，形成了真正意义上的分层分布式自动化系统。该系统特点是针对110KV以下电压等级的设备或间隔采用保护测控一体化设计的装置，针对110KV及以上电压等级的设备或间隔采用继电保护装置与测控装置分别独立设计但共同组屏的原则，故障录波功能下放至各间隔或设备的继电保护装置中去，采用先进的网络通信技术，系统配置灵活，扩展方便，非常方便运行管理和维护。1.4 变电站实现综合自动化的优越性（1）提高供电质量，提高电压合格率（2）提高变电站的安全，可靠运行水平。（3）减少维护工作时间，减少值班人员的劳动强度，

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