第七章变电站综合自动化系统 第一节变电站综合自动化系统概述 1)因此,变电站综合自动化是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在 变电站领域的综合应用 2)只有通过变电站自动化系统才能向电力系统的调度中心提供完整和可靠的信 息,调度中心才能了解和掌握电力系统实时的运行状态。同时,调度中心对 电力系统要下发各种远方控制命令,这些命令只有通过变电站的自动化装置 才能最终完成。也可以说没有一个完整、先进、可靠的基础自动化就不可能 实现一个高水平的电网调度自动化。 3)变电站综合自动化系统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。 4)微机保护代替常规的继电保护屏,改变了常规继电保护装置不能与外界通信 的缺陷。 5)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,可方便的监视和控制变电站内各种设备的运行, 取代了常规的测量和监视仪表、常规控制屏、中央信号系统和远动屏。 6)变电站综合自动化系统具有功能自动化、结构微机化、操作监视屏幕化、运 行管理智能化等特征
-160- 第七章 变电站综合自动化系统 第一节 变电站综合自动化系统概述 1) 因此，变电站综合自动化是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在 变电站领域的综合应用。 2) 只有通过变电站自动化系统才能向电力系统的调度中心提供完整和可靠的信 息，调度中心才能了解和掌握电力系统实时的运行状态。同时，调度中心对 电力系统要下发各种远方控制命令，这些命令只有通过变电站的自动化装置 才能最终完成。也可以说没有一个完整、先进、可靠的基础自动化就不可能 实现一个高水平的电网调度自动化。 3) 变电站综合自动化系统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。 4) 微机保护代替常规的继电保护屏，改变了常规继电保护装置不能与外界通信 的缺陷。 5) 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，可方便的监视和控制变电站内各种设备的运行， 取代了常规的测量和监视仪表、常规控制屏、中央信号系统和远动屏。 6) 变电站综合自动化系统具有功能自动化、结构微机化、操作监视屏幕化、运 行管理智能化等特征
⑦)它的应用为变电所无人值班提供了强有力的现场数据采集和监控支持。 8)其主要功能为:①对变电所所管辖的配电网实行监视和自动操作,如通过投 切配电网中的联络开关和分段开关,切除故障或者调整功率分布。②在系统 频率下降时,切除负荷,或在电压变动时自动投切电容器或者调节变压器的 分接头,调节系统的电压和无功,提高供电质量。③通过对负荷的直接控制 来调节负荷曲线和保持电能的供需平衡。 9)传统变电站自动化系统和变电站综合自动化系统的优越性体现 1、传统的变电站大多数采用常规设备。尤其是二次设备中的继电保护和自 动装置、远动装置等,采用了电磁式或是晶体管形式,因此结构复杂、可靠性不 髙,本身没有故障自检功能,因此不能满足现代电力系统高可靠性的要求, 2、调节电压。电能质量逐渐的引起人们的关注,但是传统的变电站,大多 数都不具备调节电压的手段,至于谐波污染造成的危害,还没有引起足够重视, 更没有采取足够的措施,且缺乏科学的电能质量考核办法,不能满足目前发展的 电力市场需求 3、占地面积。传统的变电站和和二次设备大多采用电磁式和晶体管式,体 积大、笨重,因此主控制室、继电保护室占地面积大,增大了征地投资。实现变 电站综合自动化就会减少占地面积,对国家目前和长远利益是很有意义的。 4、“四遥”信息。传统的变电站不能满足向调度中心及时提供运行参数的要 求,于是就不能适应电力系统快速计算和实时控制的要求。综合自动化系统能够 和上级的调度中心实现信息共享,可以将现场的“四遥”信息及时准确地传递到
-161- 7) 它的应用为变电所无人值班提供了强有力的现场数据采集和监控支持。 8) 其主要功能为：①对变电所所管辖的配电网实行监视和自动操作，如通过投 切配电网中的联络开关和分段开关，切除故障或者调整功率分布。②在系统 频率下降时，切除负荷，或在电压变动时自动投切电容器或者调节变压器的 分接头，调节系统的电压和无功，提高供电质量。③通过对负荷的直接控制 来调节负荷曲线和保持电能的供需平衡。 9) 传统变电站自动化系统和变电站综合自动化系统的优越性体现： 1、传统的变电站大多数采用常规设备。尤其是二次设备中的继电保护和自 动装置、远动装置等，采用了电磁式或是晶体管形式，因此结构复杂、可靠性不 高，本身没有故障自检功能，因此不能满足现代电力系统高可靠性的要求。 2、调节电压。电能质量逐渐的引起人们的关注，但是传统的变电站，大多 数都不具备调节电压的手段，至于谐波污染造成的危害，还没有引起足够重视， 更没有采取足够的措施，且缺乏科学的电能质量考核办法，不能满足目前发展的 电力市场需求。 3、占地面积。传统的变电站和和二次设备大多采用电磁式和晶体管式，体 积大、笨重，因此主控制室、继电保护室占地面积大，增大了征地投资。实现变 电站综合自动化就会减少占地面积，对国家目前和长远利益是很有意义的。 4、“四遥”信息。传统的变电站不能满足向调度中心及时提供运行参数的要 求，于是就不能适应电力系统快速计算和实时控制的要求。综合自动化系统能够 和上级的调度中心实现信息共享，可以将现场的“四遥”信息及时准确地传递到
调度中心。因此,可以提高电力系统的运行和管理水平 第二节变电站综合自动化系统的基本功能 变电站综合自动化系统是多专业性的综合技术,它以微型计算机为基础,实 现了电站传统的继电保护、控制方式、测量手段、通信和管理模式的全面技术改 造。国际大电网会议WG3403工作组在研究变电站时,分析了变电站自动化需完 成的功能大概有63种,归纳起来可以分为以下几个功能组:①控制、监视功能; ②自动控制功能;③测量表计功能;④继电保护功能;⑥与继电保护有关功能; ⑥接口功能;⑦系统功能。 结合这五个不同的功能组,我们将系统自动化的基本功能体现在下面的五个 子系统中。 、监控子功能 变电站的监控子功能可以分为以下两个部分 上位机的监视和控制功能以及下位机的监视和控制功能。下位机的监控功能 主要包括电能量、母线电压和电流U、Ⅰ和开关量的采集、故障录波等功能。上 位机主要包含有人机界面和人机对话的功能,通信联络功能。 ()数据采集 变电站的数据包括:模拟量、开关量和电能量 (1)模拟量的采集。变电站需采集的模拟量有:各段母线的电压、线路电 压、电流有功功率、无功功率,主变压器电流、有功功率和无功功率,电容器的
-162- 调度中心。因此，可以提高电力系统的运行和管理水平。 第二节 变电站综合自动化系统的基本功能 变电站综合自动化系统是多专业性的综合技术，它以微型计算机为基础，实 现了电站传统的继电保护、控制方式、测量手段、通信和管理模式的全面技术改 造。国际大电网会议 WG34.03 工作组在研究变电站时，分析了变电站自动化需完 成的功能大概有 63 种，归纳起来可以分为以下几个功能组：①控制、监视功能； ②自动控制功能；③测量表计功能；④继电保护功能；⑥与继电保护有关功能； ⑥接口功能；⑦系统功能。 结合这五个不同的功能组，我们将系统自动化的基本功能体现在下面的五个 子系统中。 一、监控子功能 变电站的监控子功能可以分为以下两个部分。 上位机的监视和控制功能以及下位机的监视和控制功能。下位机的监控功能 主要包括电能量、母线电压和电流 U、I 和开关量的采集、故障录波等功能。上 位机主要包含有人机界面和人机对话的功能，通信联络功能。 （一）数据采集 变电站的数据包括：模拟量、开关量和电能量 （1）模拟量的采集。变电站需采集的模拟量有：各段母线的电压、线路电 压、电流有功功率、无功功率，主变压器电流、有功功率和无功功率，电容器的
电流、无功功率,馈线电流、电压、功率以及频率、相位、功率因数等。此外, 模拟量还有主变压器的油温,直流电源电压、站用变压器电压等。 (2)开关量的采集。变电站的开关量有:断路器的状态、隔离开关状态、 有载调压变压器分接头的位置、同期检测状态。继电保护动作信号、运行告警信 号等这些信号都以开关量的形式,通过光电隔离电路输入到计算机。对于断路器 的状态,我们通常采用中断输入方式和快速扫描方式,以保证对断路器变位的采 样分辨率能在5ms之内。对于给定开关状态和分接头位置等开关信号,可以用定 期查询的方式读取。 (3)电能计量。电能计量即指对电能量(包括有功电能和无功电能)的采 集。对电能的采集可以采用不同的方式。一种就是根据数据采集系统采集的各种 不同的数据通过软件的方法进行不同的计算,得出有功电能和无功电能。这种方 法不需要进行硬件的投资,但是作为实际的电能计费的方式,还不为大家所接受。 另外的方法就是采用微机型电能计量仪表。这种仪表采用单片机和集成电路构 成,通过采样数据进行有功电能和无功电能的计算。因为这种装置是专门为电能 计算设计的,因此,可以保证计量的准确度。这种微机型的电能计量仪表是今后 电能计量的发展方向 (二)事件顺序记录(SOE) 事件顺序记录SOE( Sequence of Events)包括断路器合闸记录、保护动作顺 序记录。微机保护或监控系统采集环节必须有足够的内存,能存放足够数量或足 够厂时间的时间顺序记录,确保当后台监控系统或远方几种控制主站通信中断
-163- 电流、无功功率，馈线电流、电压、功率以及频率、相位、功率因数等。此外， 模拟量还有主变压器的油温，直流电源电压、站用变压器电压等。 （2）开关量的采集。变电站的开关量有：断路器的状态、隔离开关状态、 有载调压变压器分接头的位置、同期检测状态。继电保护动作信号、运行告警信 号等这些信号都以开关量的形式，通过光电隔离电路输入到计算机。对于断路器 的状态，我们通常采用中断输入方式和快速扫描方式，以保证对断路器变位的采 样分辨率能在 5ms 之内。对于给定开关状态和分接头位置等开关信号，可以用定 期查询的方式读取。 （3）电能计量。电能计量即指对电能量（包括有功电能和无功电能）的采 集。对电能的采集可以采用不同的方式。一种就是根据数据采集系统采集的各种 不同的数据通过软件的方法进行不同的计算，得出有功电能和无功电能。这种方 法不需要进行硬件的投资，但是作为实际的电能计费的方式，还不为大家所接受。 另外的方法就是采用微机型电能计量仪表。这种仪表采用单片机和集成电路构 成，通过采样数据进行有功电能和无功电能的计算。因为这种装置是专门为电能 计算设计的，因此，可以保证计量的准确度。这种微机型的电能计量仪表是今后 电能计量的发展方向。 （二）事件顺序记录（SOE） 事件顺序记录 SOE（Sequence of Events）包括断路器合闸记录、保护动作顺 序记录。微机保护或监控系统采集环节必须有足够的内存，能存放足够数量或足 够厂时间的时间顺序记录，确保当后台监控系统或远方几种控制主站通信中断
时,不会丢失事件的信息,并记录事件发生的时间(应该精确到毫秒级)。 (三)故障记录、故障录波和测距 (1)故障录波与测距。110KV及以上的重要输电线路距离厂、发生故障的 影响大。必须尽快査找故障点,以缩短修复时间,尽快恢复供电,减小损失。设 置故障录波和各种测距是解决此问题的最好途径。变电站的故障录波和测距可采 用两种方法实现,一是由微机保护装置兼作故障记录和测距,在将记录和测距结 果送监控机存储和打印输岀或是直接送调度主站,这种方法可节约投资,减小硬 件投资,但故障记录的数量有限;另外的方法就是采用专门的微机故障录波器, 并且故障录波器应具有串行通信功能,可以与监视系统通信。 (2)故障记录。35KV、10KV、6KⅤ的配电线路很少专门设置故障录波 器,为了分析故障的方便,可以设置简单故障记录功能 故障记录功能是记录继电保护动作前后与故障有关的电流量和母线电压,故 障记录量的选择可以按照以下的原则: 对于大量中、低压变电站,没有配备专门的故障录波装置,而10KV出线数 量大、故障率髙,在监控系统中设置了故障记录功能,对分析和掌握情况、判断 保护动作是否正确很有益处。 (四)操作控制功能 无论是无人值班还是少人值班变电站,操作人员都可以通过CRT屏幕对断路 器和隔离开关(如果允许电动操作的话)进行分、合操作,对变压器分接头开关 位置进行调节控制,对电容器进行投切控制,同时要能接受遥控操作命令,进行
-164- 时，不会丢失事件的信息，并记录事件发生的时间（应该精确到毫秒级）。 （三）故障记录、故障录波和测距 （1）故障录波与测距。110KV 及以上的重要输电线路距离厂、发生故障的 影响大。必须尽快查找故障点，以缩短修复时间，尽快恢复供电，减小损失。设 置故障录波和各种测距是解决此问题的最好途径。变电站的故障录波和测距可采 用两种方法实现，一是由微机保护装置兼作故障记录和测距，在将记录和测距结 果送监控机存储和打印输出或是直接送调度主站，这种方法可节约投资，减小硬 件投资，但故障记录的数量有限；另外的方法就是采用专门的微机故障录波器， 并且故障录波器应具有串行通信功能，可以与监视系统通信。 （2）故障记录。35 KV 、10 KV、 6 KV 的配电线路很少专门设置故障录波 器，为了分析故障的方便，可以设置简单故障记录功能。 故障记录功能是记录继电保护动作前后与故障有关的电流量和母线电压，故 障记录量的选择可以按照以下的原则： 对于大量中、低压变电站，没有配备专门的故障录波装置，而 10KV 出线数 量大、故障率高，在监控系统中设置了故障记录功能，对分析和掌握情况、判断 保护动作是否正确很有益处。 （四）操作控制功能 无论是无人值班还是少人值班变电站，操作人员都可以通过 CRT 屏幕对断路 器和隔离开关（如果允许电动操作的话）进行分、合操作，对变压器分接头开关 位置进行调节控制，对电容器进行投切控制，同时要能接受遥控操作命令，进行