《变电站综合自动化》PPT课件.ppt

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第 七 章 变 电 所 综 合 自 动 化 和 数 字 化 变 电 所 回 顾 : 电 力 系 统 自 动 化 的 分 类 ( 按 运 行 管 理 区 域 分 类 ) 调 度 自 动 化发 电 厂 自 动 化 火 电 厂 自 动 化水 电 厂 自 动 化配 电 网 自 动 化变 电 站 自 动 化电 力 系 统 自 动 化 第 7章 变 电 所 综 合 自 动 化 和 数 字 化 变 电 所 常 规 的 变 电 站 存 在 的 问 题 : 安 全 性 、 可 靠 性 不 能 满 足 电 力 系 统 发 展 的 需 求 。 不 适 应 电 力 系 统 快 速 计 算 和 实 时 性 要 求 。 供 电 质 量 缺 乏 科 学 的 保 证 。 不 利 于 提 高 运 行 管 理 水 平 。 维 护 工 作 量 大 , 设 备 可 靠 性 差 。 占 地 面 积 大 , 增 加 征 地 投 资 。 科 学 技 术 的 发 展 , 为 发 展 变 电 站 自 动 化 提 供 了 有 利 的 条 件 。 一 、 变 电 站 自 动 化 的 发 展 过 程1、 变 电 站 分 立 元 件 的 自 动 装 置 阶 段 20世 纪 70年 代 以 前 , 这 些 自 动 装 置 主 要 采 用 模 拟 电 路 、 晶 体管 等 分 立 元 件 组 成 , 对 提 高 变 电 站 的 自 动 化 水 平 , 保 证 系 统的 安 全 运 行 , 发 挥 了 一 定 的 作 用 。缺 点 : 这 些 自 动 装 置 , 相 互 之 间 独 立 运 行 , 互 不 相 干 , 而 且 缺乏 智 能 , 没 有 故 障 自 诊 断 能 力 , 在 运 行 中 若 自 身 出 现 故 障 ,不 能 提 供 报 警 信 息 , 有 的 甚 至 会 影 响 电 网 运 行 的 安 全 。 分 立 元 件 的 装 置 可 靠 性 不 高 , 经 常 需 要 维 修 , 且 体 积 大 。第 7章 变 电 所 综 合 自 动 化 和 数 字 化 变 电 所 2、 微 处 理 器 为 核 心 的 智 能 自 动 装 置 阶 段 20世 纪 80年 代 , 随 着 大 规 模 集 成 电 路 和 微 处 理 器 技 术 的 应 用 , 在 变 电 站自 动 化 阶 段 , 将 原 来 由 晶 体 管 等 分 立 元 件 组 成 的 自 动 装 置 逐 步 由 大 规 模集 成 电 路 或 微 处 理 器 替 代 。 微 机 监 控 、 微 机 保 护 、 微 机 远 动 装 置 分 别 设 置 , 分 别 完 成 各 自 的 功 能 。 优 点 : 由 于 采 用 了 数 字 电 路 , 缩 小 了 体 积 , 明 显 的 显 示 出 优 越 性 。 利 用 微 处 理 器 的 智 能 和 计 算 能 力 , 可 以 应 用 和 发 展 新 的 算 法 , 提 高 了测 量 的 准 确 度 和 控 制 的 可 靠 性 , 还 扩 充 了 新 的 功 能 。 装 置 本 身 的 故 障 自 诊 断 能 力 , 对 提 高 装 置 自 身 的 可 靠 性 是 很 有 意 义 的 。 缺 点 : 各 自 动 化 装 置 仍 是 独 立 运 行 , 不 能 互 相 通 信 , 不 能 共 享 资 源 。 国 际 上 , 20世 纪 70年 代 末 开 始 变 电 站 综 合 自 动 化 的 研 究 工 作 ,于 80年 代 开 始 进 入 实 用 应 用 。 例 : 西 门 子 公 司 于 1985年 在 德 国 投 入 其 第 一 套 变 电 站 综 合 自 动 化 系 统 。 我 国 从 20世 纪 80年 代 末 开 始 研 制 和 开 发 , 20世 纪 90年 代 进 入 应用 阶 段 。 例 : 清 华 大 学 电 机 系 研 制 成 功 的 变 电 站 微 机 监 测 、 保 护 综 合 控 制 系 统 。 变 电 站 综 合 自 动 化 阶 段 的 特 征 : 将 微 机 监 控 、 微 机 保 护 、 微 机 远 动 等 功 能 进 行 统 一 考 虑 , 构成 一 个 统 一 的 计 算 机 系 统 来 完 成 以 上 所 有 的 功 能 。 二 、 变 电 站 综 合 自 动 化 的 概 念 变 电 站 综 合 自 动 化 ( Integrated Substation Control System, ISCS) 是 在 变 电 站 应 用 自 动 控 制 技 术 和 信 息 处理 与 传 输 技 术 , 通 过 计 算 机 硬 件 系 统 或 自 动 化 装 置 代 替人 工 进 行 各 种 运 行 作 业 , 提 高 变 电 站 运 行 、 管 理 水 平 的一 种 自 动 化 系 统 。 三 、 变 电 站 综 合 自 动 化 的 发 展 概 况 1、 国 外 变 电 站 综 合 自 动 化 的 早 期 发 展 概 况 国 外 变 电 站 自 动 化 的 研 究 工 作 始 于 20世 纪 70年 代 。 70年 代末 , 英 、 西 德 、 意 大 利 、 澳 大 利 亚 等 国 新 装 的 远 动 装 置 都 是微 机 型 的 。 变 电 站 综 合 自 动 化 的 研 究 工 作 , 于 70年 代 中 、 后 期 开 始 。1975年 由 关 西 电 子 公 司 和 三 菱 电 气 有 限 公 司 合 作 , 研 究 配 电变 电 站 数 字 控 制 系 统 。 1979年 9月 完 成 样 机 , 称 为 SDCS-1型 , 12月 在 变 电 站 安 装 运 行 , 1980年 开 始 商 品 化 生 产 。 SDCS-1型 由 13台 微 机 组 成 。 如 下 图 , 它 具 有 对 一 个77kV/6.6kV的 配 电 变 电 站 的 全 部 保 护 和 控 制 功 能 。 该 变 电 站具 有 3台 变 压 器 , 4回 77kV进 线 , 36回 6.6kV馈 电 线 路 。 三 、 变 电 站 综 合 自 动 化 的 发 展 概 况 SDCS 1结 构 方 框 图 1、 国 外 变 电 站 综 合 自 动 化 的 早 期 发 展 概 况 2、 我 国 变 电 站 自 动 化 的 发 展 过 程 我 国 变 电 站 综 合 自 动 化 的 研 究 工 作 始 于 80年 代 中 期 。 1987年 清华 大 学 电 机 工 程 系 研 究 成 功 国 内 第 一 个 符 合 国 情 的 综 合 自 动 化 系 统 。该 系 统 由 3台 微 机 组 成 , 其 系 统 结 构 如 下 图 。 1987年 在 山 东 威 海 望岛 变 电 站 成 功 地 投 入 运 行 。 望 岛 变 电 站 是 一 个 35kV/10kV城 市 变 电站 , 有 2回 35kV进 线 , 2台 主 变 , 8回 10kV出 线 , 2组 电 容 器 。 该 系 统担 负 全 变 电 站 安 全 监 控 、 微 机 保 护 、 电 压 无 功 控 制 、 中 央 信 号 等 任务 。 按 功 能 分 为 3个 子 系 统 : ( 1) 安 全 监 控 子 系 统 ; ( 2) 微 机 保护 子 系 统 ; ( 3) 电 压 、 无 功 控 制 子 系 统 。 这 是 我 国 第 一 个 变 电 站 综 合 自 动 化 系 统 , 其 成 功 的 投 入 运 行 ,证 明 了 我 国 完 全 可 以 自 行 研 究 , 制 造 出 具 有 国 际 先 进 水 平 , 符 合 国情 的 变 电 站 综 合 自 动 化 系 统 。 90年 代 中 期 后 , 综 合 自 动 化 系 统 迅 速 发 展 。 随 着 微 机 技 术 的 不断 发 展 和 已 投 入 运 行 的 变 电 站 综 合 系 统 取 得 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益 ,吸 引 全 国 许 多 用 户 和 科 研 单 位 和 高 等 院 校 , 因 此 变 电 站 综 合 自 动 化 系 统 到 90年 代 , 成 为 热 门 话 题 。 三 、 变 电 站 综 合 自 动 化 的 发 展 概 况 三 、 变 电 站 综 合 自 动 化 的 发 展 概 况2、 我 国 变 电 站 自 动 化 的 发 展 过 程 变 电 站 微 机 监 测 、 保 护 综 合 控 制 系 统 框 图 3、 国 外 无 人 值 班 的 发 展 简 况 西 欧 、 北 美 、 日 本 等 发 达 国 家 的 绝 大 多 数 变 电 站 , 包括 许 多 500kV、 380kV的 变 电 站 也 都 实 行 无 人 值 班 。 例 如 : 巴 黎 , 1985年 建 立 新 一 代 的 计 算 机 自 动 管 理 系 统 , 所 有225/20kV变 电 站 都 由 调 度 中 心 集 中 控 制 。 调 度 室 可 掌 握 所 有 225/20kV变 电 站 及 20kV主 网 络 运 行 状 况 , 当 电 网 发 生 事 故 时 , 调 度 中 心 可 以 直接 进 行 必 要 的 处 理 , 使 受 停 电 影 响 的 用 户 迅 速 恢 复 供 电 。 与 此 同 时 也 出 现 一 批 无 人 值 班 或 少 人 值 班 的 大 、 中 小 型水 电 站 。 例 如 , 到 1980年 止 , 意 大 利 ENEL公 司 的 474个 水 电 站 中 , 无 人 值班 达 408个 , 法 国 EDF公 司 450个 水 电 站 中 , 有 403个 无 人 值 班 占 90%。 4、 国 内 无 人 值 班 的 发 展 简 况 早 期 的 无 人 值 班 变 电 站 没 有 自 动 化 功 能 。 只 适 合 不 重 要 的35KV变 电 站 。 20世 纪 60年 代 , 进 入 了 远 方 监 视 的 无 人 值 班 阶 段 。 20世 纪 80年 代 后 期 , 无 人 值 班 技 术 又 上 了 一 个 台 阶 。 促 进 了调 度 自 动 化 实 用 化 的 深 入 开 展 和 电 网 调 度 管 理 水 平 的 提 高 。 国 家 电 力 调 度 通 信 中 心 于 1993年 12月 28日 发 布 了 调 自 1994 2号 文 件 关 于 在 地 区 电 网 中 实 施 变 电 站 遥 控 和 无人 值 班 的 意 见 。 该 文 件 明 确 指 出 实 行 变 电 站 遥 控 和 无 人 值 班 是 可 行 的 , 是 电 网 调 度管 理 的 发 展 方 向 , 并 明 确 指 出 各 单 位 要 积 极 稳 妥 地 开 展 此 项 工 作 , 要 根据 当 地 的 实 际 情 况 , 因 地 制 宜 , 统 筹 安 排 , 综 合 考 虑 , 做 好 规 划 , 逐 步 实 施 。 根 据 需 要 有 些 地 区 可 考 虑 新 建 变 电 站 一 步 到 位 , 即 按 无 人 站 设 计建 设 , 尤 其 是 地 区 变 电 站 。 该 文 件 对 全 国 无 人 值 班 变 电 站 的 建 设 起 了 很大 的 推 动 作 用 。 变 电 站 实 现 无 人 值 班 的 目 的 和 意 义(1) 国 民 经 济 发 展 形 势 的 需 要 不 仅 发 达 地 区 、 人 口 密 集 经 济 发 展 的 地 区 需 要 发 展无 人 值 班 变 电 站 ; 人 口 密 度 少 、 经 济 不 甚 发 达 的 边 远 地区 , 发 展 无 人 值 班 也 很 重 要 。(2) 提 高 运 行 的 可 靠 性 , 减 少 误 操 作 率 。(3) 提 高 经 济 效 益 和 劳 动 生 产 率(4) 降 低 变 电 站 建 设 成 本 。 变 电 站 综 合 自 动 化 全 面 提 高 无 人 值 班 变 电 站 的 技 术 水 平( 1) 提 高 了 变 电 站 的 安 全 、 可 靠 运 行 水 平 。( 2) 提 高 电 力 系 统 的 运 行 、 管 理 水 平 和 技 术 水 平( 3) 缩 小 变 电 站 占 地 面 积 , 降 低 造 价 , 减 少 总 投 资 。( 4) 提 高 供 电 质 量 , 提 高 电 压 合 格 率 , 降 低 电 能 损 耗 。( 5) 减 少 维 护 工 作 量 。 由 于 综 合 自 动 化 系 统 中 的 微 机 保护 装 置 和 自 动 装 置 , 都 具 有 故 障 自 诊 断 功 能 , 装 置 内 部 有故 障 , 能 自 动 显 示 故 障 部 位 , 缩 短 了 维 修 时 间 。 三 、 变 电 站 综 合 自 动 化 系 统 的 功 能 变 电 站 综 合 自 动 化 系 统 的 基 本 功 能 体 现 在 下 述 5个 子 系 统 的 功能 中 :1. 监 控 子 系 统 (1) 数 据 采 集 对 供 电 系 统 运 行 参 数 的 在 线 实 时 采 集 是 变 电 所 自 动 化 系 统 的 基 本 功 能 之一 , 变 电 站 的 数 据 包 括 模 拟 量 、 开 关 量 和 电 能 量 。 ( 2) 数 据 处 理 与 记 录 数 据 处 理 的 内 容 为 电 力 部 门 和 用 户 内 部 生 产 调 度 所 要 求 的 数 据 。 1) 变 电 所 运 行 参 数 的 统 计 、 分 析 与 计 算 2) 变 电 所 内 运 行 参 数 和 设 备 的 越 限 报 警 及 记 录 3) 变 电 所 内 的 事 件 记 录 ( 3) 运 行 监 视 运 行 监 视 即 对 采 集 到 的 反 映 变 电 所 运 行 状 况 和 设 备 状 态 的 数 据 进 行自 动 监 视 。( 4) 故 障 录 波 和 测 距 、 故 障 记 录 故 障 录 波 与 测 距 110kV及 以 上 的 重 要 输 电 线 路 距 离 长 、 发 生 故 障 影 响 大 , 必 须 尽 快 查找 出 故 障 点 , 以 便 缩 短 修 复 时 间 , 尽 快 恢 复 供 电 , 减 少 损 失 。 故 障 记 录 35kV和 10kV的 配 电 线 路 很 少 专 门 设 置 故 障 录 波 器 , 为 了 分 析 故 障 方 便 ,可 设 置 简 单 故 障 记 录 功 能 。 故 障 记 录 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 。 三 、 变 电 站 综 合 自 动 化 系 统 的 功 能 ( 5) 事 故 顺 序 记 录 与 事 故 追 忆 事 故 顺 序 记 录 就 是 对 变 电 所 内 的 继 电 保 护 、 自 动 装 置 、 断 路 器 等 在事 故 时 动 作 的 先 后 顺 序 自 动 记 录 。 事 故 追 忆 是 指 对 变 电 所 内 的 一 些 主 要 模 拟 量 , 如 线 路 、 主 变 压 器 的 电流 、 有 功 功 率 、 母 线 电 压 等 , 在 事 故 前 后 一 段 时 间 内 作 连 续 测 量 记 录 。 ( 6) 控 制 及 安 全 操 作 闭 锁 操 作 人 员 可 通 过 显 示 器 屏 幕 对 断 路 器 、 隔 离 开 关 进 行 分 、 合 闸 操作 ; 对 变 压 器 分 接 头 进 行 调 节 控 制 ; 对 电 容 器 组 进 行 投 、 切 控 制 。 并 且所 有 的 操 作 控 制 均 能 就 地 和 远 方 控 制 、 就 地 和 远 方 切 换 相 互 闭 锁 , 自 动和 手 动 相 互 闭 锁 。 操 作 闭 锁 包 括 以 下 内 容 : 操 作 系 统 出 口 具 有 断 路 器 分 、 合 闸 闭 锁 功 能 。三 、 变 电 站 综 合 自 动 化 系 统 的 功 能 (7) 人 机 联 系 功 能(8) 谐 波 分 析 与 监 视三 、 变 电 站 综 合 自 动 化 系 统 的 功 能 2. 微 机 保 护 子 系 统 变 电 站 综 合 自 动 化 系 统 中 的 微 机 继 电 保 护 主 要 包 括 : 输 电 线 路 保 护 ; 电 力 变 压 器 保 护 ; 母 线 保 护 ; 电 容 器 保 护 ; 小 电 流 接 地 系 统 自 动 选 线 ; 自 动 重 合 闸 等 。 对 微 机 保 护 的 要 求 : (1)系 统 的 继 电 保 护 按 被 保 护 的 电 力 设 备 单 元 (间 隔 )分 别 独 立 设置 , 直 接 由 相 关 的 电 流 互 感 器 和 电 压 互 感 器 输 入 电 气 量 , 然 后由 触 点 输 出 , 直 接 操 作 相 应 断 路 器 的 跳 闸 线 圈 。 (2)保 护 装 置 设 有 通 信 接 口 , 供 接 入 站 内 通 信 网 , 在 保 护 动 作 后向 变 电 站 层 的 微 机 设 备 提 供 报 告 等 , 但 继 电 保 护 功 能 完 全 不 依赖 通 信 网 。 (3)为 避 免 不 必 要 的 硬 件 重 复 , 以 提 高 整 个 系 统 的 可 靠 性 和 降 低造 价 , 可 以 配 给 保 护 装 置 其 他 一 些 功 能 , 但 不 应 降 低 保 护 装 置的 可 靠 性 。 3. 电 压 、 无 功 综 合 控 制 子 系 统在 运 行 中 , 能 实 时 控 制 电 压 /无 功 的 基 本 手 段 是 有 载 调 压 变压 器 的 分 接 头 调 档 和 无 功 补 偿 电 容 器 组 的 投 切 。 多 采 用 一 种 九 区 域控 制 策 略 进 行 电 压 /无 功 自 动 控 制 。 电 压 无 功 控 制 装 置 (VQC): 适 用 于 一 些 地 区 电 网 、 变 电 所 。自 动 电 压 控 制 系 统(Automatic Voltage Control, AVC) : 适 用 于 一 些 省 级 电 网 。自 动 电 压 控 制 装 置 的 类 型 : 变 电 站 10kV系 统 电 压 无 功 综 合 控 制 装 置 简 介 4. 低 频 减 负 荷 控 制自 动 低 频 减 载 装 置 : 当 电 力 系 统 频 率 降 低 时 , 能 根 据 系 统 频 率 下 降 的 不 同程 度 自 动 有 次 序 、 有 计 划 地 切 除 相 应 的 负 荷 , 以 阻 止 系统 频 率 降 低 , 并 使 系 统 频 率 迅 速 恢 复 到 给 定 值 。 5、 备 用 电 源 自 动 投 入 子 系 统备 用 电 源 自 动 投 入 : 当 工 作 电 源 因 故 障 被 断 开 后 , 能 自 动 而 迅 速 的 将 备 用电 源 投 入 , 保 证 用 户 连 续 供 电 的 一 种 装 置 , 称 备 用 电 源自 动 投 入 装 置 。 发 电 厂 、 变 电 所 中 都 设 有 备 用 电 源 , 此 外 一 些 重 要 的工 矿 企 业 用 户 为 保 证 供 电 的 可 靠 性 也 设 置 了 备 用 电 源 。 备 用 电 源 自 动 投 入 已 成 为 变 电 站 综 合 自 动 化 系 统 的 基本 功 能 之 一 。 2021年 4月 22日 备 用 电 源 自 动 投 入 装 置 的 作 用 与 类 型 作 用 : 用 于 两 路 及 以 上 电 源 进 线 的 变 配 电 所 中 , 提 高 供电 可 靠 性 。 工 作 电 源 与 备 用 电 源 的 接 线 方 式 可 分 为 两 大 类 :明 备 用 : 在 正 常 时 , 备 用 电 源 不 投 入 工 作 , 只 有 在 工 作 电源 发 生 故 障 时 才 投 入 工 作 。暗 备 用 : 在 正 常 时 , 两 电 源 都 投 入 , 互 为 备 用 。 在 正 常 情 况 下 ,QF1闭 合 , QF2断 开 ,负 荷 由 工 作 电 源 供 电 。 当 工 作 电 源 故 障 时 ,APD动 作 , 将 QF1断开 , 切 除 故 障 电 源 ,然 后 将 QF2闭 合 , 使备 用 电 源 投 入 工 作 ,恢 复 供 电 。QF2QF1 TV2备用电源工作电源TV1 APDAPDa)明 备 用 正 常 情 况 下 ,QF1,QF2闭 合 , QF3断开 , 两 个 电 源 分 别 向 两段 母 线 供 电 。 TV1 QF3 TV2APDQF1 QF2工作电源B工作电源A 若 电 源 A(B)发 生 故 障 , APD动 作 , 将 QF1(QF2)断 开 , 随即 将 QF3闭 合 , 此 时 全 部 负 荷 均 由 B(A)电 源 供 电 。APDb)暗 备 用 1) 不 论 什 么 原 因 失 去 工 作 电 源 , APD都 能 迅 速 起 动 并投 入 备 用 电 源 ; 2) 必 须 在 工 作 电 源 确 已 断 开 、 而 备 用 电 源 电 压 也 正 常时 , 才 允 许 投 入 备 用 电 源 ; 3) APD应 只 动 作 一 次 , 以 免 将 备 用 电 源 重 复 投 入 永 久性 故 障 回 路 中 ; 4) 当 电 压 互 感 器 二 次 回 路 断 线 时 , APD不 应 误 动 作 。对 备 用 电 源 自 动 投 入 装 置 的 基 本 要 求 第 7章 变 电 所 综 合 自 动 化 5 通 信 子 系 统 通 信 功 能 包 括 站 内 现 场 级 间 的 通 信 和 变 电站 自 动 化 系 统 与 上 级 调 度 的 通 信 两 部 分 。 四 、 变 电 站 综 合 自 动 化 系 统 结 构集 中 式分 层 分 布 式 分 布 集 中 组 屏分 布 分 散 与 集 中 相 结 合结 构 四 、 变 电 站 综 合 自 动 化 系 统 的 结 构结 构 形 式集 中 式 分 布 分 散 式 与 集 中 相 结 合分 层 分 布 式 集 中 组 屏 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 量 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 。 把 变 电 所 内 各 回 路 的 数 据采 集 单 元 、 控 制 单 元 和 保护 单 元 分 别 集 中 安 装 在 变电 所 控 制 室 内 的 相 应 屏( 柜 ) 中 。 将 变 电 所 内 各 回 路 的 数 据采 集 , 微 机 保 护 及 监 控 单元 综 合 为 一 个 装 置 , 就 地安 装 在 数 据 源 现 场 的 开 关柜 上 。 1. 集 中 式 的 结 构( 1) 定 义 : 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 量 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 不 是 指 由 一 台 计 算 机 完 成 保 护 、 监 控 等 全 部功 能 。 多 数 集 中 式 结 构 的 微 机 保 护 、 微 机 监 控 、 与 调 度 等 通信 的 功 能 也 是 由 不 同 的 微 型 计 算 机 完 成 的 。 图 7-2 集 中 式 结 构 的 综 合 自 动 化 系 统 框 图 ( 3) 集 中 式 结 构 的 特 点 : 优 点 : 其 结 构 紧 凑 、 体 积 小 , 可 大 大 减 少 占 地 面 积 , 而 且 造 价 低 。 缺 点 : A、 可 靠 性 低 : B、 集 中 式 结 构 的 软 件 复 杂 , 修 改 工 作 量 大 , 调 试 麻 烦 ; C、 组 态 不 灵 活 ,对 不 同 主 接 线 或 规 模 不 同 的 变 电 站 , 软 、 硬 件都 必 须 另 行 设 计 , 工 作 量 大 , 影 响 了 批 量 生 产 , 不 利 于 推 广 。 D、 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 号 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 保 护 算 法 比 较 简 单 的 情 况 。 一 般 适 合 于 小 型 变 电 所 的 新 建 或 改 造 。 2. 分 层 分 布 式 系 统 集 中 组 屏 的 结 构 ( 1) 定 义 : 所 谓 分 布 式 结 构 , 是 在 结 构 上 采 用 主 从 CPU协 同 工 作 方 式 ,各 功 能 模 块 ( 通 常 是 各 个 从 CPU) 之 间 采 用 网 络 技 术 或 串 行方 式 实 现 数 据 通 信 , 多 CPU系 统 提 高 了 处 理 并 行 多 发 事 件 的能 力 , 解 决 了 集 中 式 结 构 中 独 立 CPU计 算 处 理 的 瓶 颈 问 题 ,方 便 系 统 扩 展 和 维 护 , 局 部 故 障 不 影 响 其 他 模 块 ( 部 件 ) 正常 运 行 。 所 谓 分 层 式 结 构 , 是 将 变 电 站 信 息 的 采 集 和 控 制 分 为 管 理 层 、站 控 层 和 间 隔 层 三 个 级 分 层 布 置 。 如 图 7-3所 示 。 ( 2) 举 例 : 分 层 分 布 式 系 统 集 中 组 屏 结 构 的 特 点 如 下 : (1)由 于 分 层 分 布 式 结 构 配 置 , 在 功 能 上 采 用 可 以 下 放 的 尽 量下 放 原 则 , 凡 事 可 以 在 本 间 隔 层 就 地 完 成 的 功 能 , 绝 不 依 赖通 信 网 。 这 样 的 系 统 结 构 与 集 中 式 系 统 比 较 , 明 显 优 点 是 : 可 靠 性 高 , 任 一 部 分 设 备 有 故 障 时 , 只 影 响 局 部 ; 可 扩展 性 和 灵 活 性 高 ; 所 内 二 次 电 缆 大 大 简 化 , 节 约 投 资 也 简 化 维 护 。 分 布 式 系 统 为 多 CPU工 作 方 式 , 各 装 置 都 有 一 定 数 据 处理 能 力 , 从 而 大 大 减 轻 了 主 控 制 机 的 负 担 。 (2)继 电 保 护 相 对 独 立 。 继 电 保 护 装 置 的 可 靠 性 要 求 非 常 严 格 , 因 此 ,在 综 合 自 动 化 系 统 小 , 继 电 保 护 单 元 宜 相 对 独 立 ,其 功 能 不 依 赖 于 通 信 网 络 或 其 它 设 备 。 通 过 通 信网 络 和 保 护 管 理 机 传 输 的 只 是 保 护 动 作 的 信 息 或记 录 数 据 。 (3)具 有 和 系 统 控 制 中 心 通 信 的 能 力 。 综 合 自 动 化 系 统 本 身 已 具 有 对 模 拟 量 、 开 关 量 、 电 能脉 冲 量 进 行 数 据 采 集 和 数 据 处 理 的 功 能 , 还 收 集 继 电 保护 动 作 信 息 、 事 件 顺 序 记 录 等 , 因 此 不 必 另 设 独 立 的RTU的 装 置 , 不 必 为 调 度 中 心 单 独 采 集 信 息 。 综 合 自 动 化 系 统 采 集 的 信 息 可 以 直 接 传 送 给 调 度 中 心 ,同 时 也 可 以 接 受 调 度 中 心 下 达 的 控 制 、 操 作 命 令 和 在 线修 改 保 护 定 值 命 令 。 (4)模 块 化 结 构 , 可 靠 性 高 。 综 合 自 动 化 系 统 小 的 各 功 能 模 块 都 由 独 立 的 电 源 供 电 ,输 入 输 出 回 路 也 相 互 独 立 , 因 此 任 何 一 个 模 块 故 障 , 都 只 影响 局 部 功 能 , 不 会 影 响 全 局 。 由 于 各 功 能 模 块 都 是 面 向 对 象设 计 的 , 所 以 软 件 结 构 较 集 中 式 的 简 单 , 便 于 调 试 和 扩 充 。 (5)室 内 工 作 环 境 好 , 管 理 维 护 方 便 。 分 级 分 布 式 系 统 采 用 集 中 组 屏 结 构 , 屏 全 部 安 放 在 控 制室 内 , 工 作 环 境 较 好 , 电 磁 干 扰 比 放 于 开 关 柜 附 近 弱 , 便 于管 理 和 维 护 。 分 布 集 中 式 机 构 的 主 要 缺 点 是 安 装 时 需 要 的 控 制 电 缆 相对 较 多 , 增 加 了 电 缆 投 资 。 3. 分 散 式 与 集 中 相 结 合 的 结 构 分 散 式 与 集 中 相 结 合 的 结 构 是 将 配 电 线 路 的 保 护和 测 控 单 元 分 散 安 装 在 开 关 柜 内 , 高 压 线 路 保 护 和 主变 压 器 保 护 装 置 等 采 用 集 中 组 屏 的 系 统 结 构 。 这 是 当 前 综 合 自 动 化 系 统 的 主 要 结 构 形 式 。 分 散 式 与 集 中 相 结 合 的 特 点 :( 1) 简 化 了 变 电 站 二 次 部 分 的 配 置 , 大 大 缩 小 了 控 制 室 的 面积 。( 2) 减 少 了 设 备 安 装 工 程 量 。( 3) 简 化 了 变 电 站 二 次 设 备 之 间 的 互 连 线 , 节 省 了 大 量 连 接电 缆 。( 4) 分 层 分 散 式 结 构 可 靠 性 高 , 组 态 灵 活 , 检 修 方 便 。 分 层分 散 式 结 构 , 由 于 分 散 安 装 , 减 小 了 TA的 负 担 。 由 于 采 用 分 散 式 的 结 构 可 以 降 低 总 投 资 , 所 以 全 分 散 式 结构 是 变 电 站 综 合 自 动 化 系 统 的 发 展 方 向 。 第 二 节 数 字 化 变 电 所传 统 变 电 站 存 在 的 问 题 : 规 约 不 统 一 模 拟 信 号 级 联 信 号 重 复 引 线 第 二 节 数 字 化 变 电 所 数 字 化 变 电 站 的 概 念 数 字 化 变 电 站 是 由 智 能 化 一 次 设 备 和 网 络 化 二 次设 备 分 层 构 建 , 建 立 在 IEC61850通 信 规 范 基 础 之上 , 能 够 实 现 变 电 站 内 智 能 电 气 设 备 间 信 息 共 享和 互 操 作 的 现 代 化 变 电 站 。 数 字 化 变 电 站 的 四 大 技 术 特 点 : 1、 新 型 电 流 、 电 压 互 感 器 代 替 常 规 电 流 电 压 互 感 器 , 将大 电 流 、 高 电 压 直 接 变 成 数 字 信 号 或 低 电 平 信 号 。 2、 利 用 高 速 以 太 网 构 成 数 据 传 输 系 统 3、 数 据 和 信 息 实 现 基 于 IEC61850标 准 的 统 一 建 模 。 4、 采 用 智 能 断 路 器 等 一 次 设 备 , 实 现 一 次 设 备 控 制 和 监视 的 数 字 化 。 第 二 节 数 字 化 变 电 所 数 字 式 变 电 站 与 传 统 变 电 站 的 概 要 比 较 常 规 互 感 器 的 缺 陷 : 绝 缘 、 饱 和 、 爆 炸 、 谐 振 、 精 度 等 . 传 统 互 感 器 二 次 输 出 侧 以 1A, 5A, 或 100V的 信号 形 式 与 电 能 表 计 、 控 制 保 护 等 二 次 设 备 相 连 接 ,目 前 绝 大 多 数 二 次 设 备 厂 商 提 供 的 产 品 也 是 按 此 匹配 的 。 而 新 型 互 感 器 的 二 次 输 出 参 数 则 完 全 不 同 , 继电 保 护 、 计 量 仪 表 及 测 控 装 置 等 二 次 装 置 具 适 合 数字 化 的 特 点 。第 二 节 数 字 化 变 电 所一 、 新 型 电 流 、 电 压 互 感 器 传 感 准 确 化 输 出 数 字 化传 输 光 纤 化电 力 系 统 安 全 可 靠 和优 质 经 济 运 行 的 需 要数 字 电 力 系 统建 设 的 需 要互 感 器 发 展 趋 势 1、 研 制 情 况 ( 1) 我 国 研 制 情 况 我 国 二 十 世 纪 九 十 年 代 初 开 始 电 子 式 互 感 器 的 研 究 。 主要 研 制 单 位 有 清 华 大 学 、 华 中 科 技 大 学 、 中 国 电 力 科 学 研 究院 、 南 瑞 继 保 、 南 自 新 宁 等 。 ( 2) 国 外 研 制 情 况 ABB及 ALSTHOM约 十 年 前 研 制 出 无 源 电 子 式 电 流 互 感 器和 无 源 电 子 式 电 压 互 感 器 , 但 目 前 无 源 电 子 式 互 感 器 实 际 运用 的 还 不 多 。 NxtPhase公 司 前 两 年 研 制 出 全 光 纤 无 源 电 子 式 电 流 互 感器 , 其 计 量 精 度 满 足 0.2级 要 求 , 目 前 处 于 试 运 行 阶 段 。 ( 一 ) 电 子 式 互 感 器 ( 一 ) 电 子 式 互 感 器2、 电 子 式 互 感 器 的 类 型 Faraday原 理 电 子 式 互 感 器电 流 互 感 器 电 压 互 感 器Pockels效 应 电 容 /电 感 分 压 原 理Rogowski线 圈 ( 一 ) 电 子 式 互 感 器3、 基 于 Rogowski线 圈 的 电 子 式 电 流 互 感 器( 1) 特 点 : 没 有 铁 芯 , 不 会 出 现 饱 和 现 象 。 输 出 的 二 次 电 压 量 非 常 小 , 在 毫 伏 级 , 必 须 就 地 转 化 成数 字 量 , 再 传 输 给 二 次 设 备 。 必 须 具 有 电 子 器 件 实 现 积 分 、 模 数 转 换 等 环 节 , 才 能 得到 一 次 电 流 量 。 所 以 电 子 线 路 板 必 须 放 置 在 线 圈 的 二 次 出 口 。Rogowski线 圈 dt tdiMtu )()( 有 源 式 电 子 电 流 互 感 器 激 光 器 驱 动 电 路PIN 数 据 处 理 合并单元 保 护测 控计 量 LPCT 空 芯 线 圈远 端 模 块复 合 绝 缘 子光 纤 光 缆 通 过 远 端 模 块 将 模 拟 信 号 转 换 为数 字 信 号 后 经 通 信 光 纤 传 送 至 二 次系 统 。 传 感 头 部 分 有 电 源 电 路 , 所 以 称为 有 源 式 电 子 互 感 器 。 1、 光 学 电 流 互 感 器 发 展 现 状 ( 二 ) 基 于 法 拉 第 磁 致 旋 光 效 应 的 光 学 电 流 互 感 器 ( 二 ) 基 于 法 拉 第 磁 致 旋 光 效 应 的 光 学 电 流 互 感 器 各 种 安 装 方 式 的 全 光 纤 电 子 式 电 流 互 感 器 通 过 原 武 汉 高 压 研 究 院 的 型 式 试 验 , 精 度 达 到 0.2s级 通 过 的 委 托 试 验 达 到 了 0.1级 精 度 挂 网 试 运 行 一 年 半 多 , 运 行 稳 定 可 靠 已 实 现 国 内 应 用 , 有 几 十 套 投 入 运 行 , 最 高 应 用 的 电 压等 级 为 500kV( 二 ) 基 于 法 拉 第 磁 致 旋 光 效 应 的 光 学 电 流 互 感 器 2、 全 光 纤 电 流 互 感 器 的 原 理法 拉 第 磁 光 效 应 原 理 A) 不 通 电 B) 通 电保 护 :5P30/1P50, 测 量 :0.2级符 合 IEC60044-8和 GB/T 20840.8 光 源 探 测 器耦 合 器 偏 振 器相 位 调 制 器光 纤 汇 流 排反射镜 信 号 处 理电 路两 偏 振 光 传 播 方 向( 红 、 绿 箭 头 ) 利 用 磁 光 法 拉 第 效 应 光 波 在 通 电 导 体 的 磁场 作 用 下 , 光 的 传 播 发生 相 位 变 化 检 测 光 强 的 相 位 变 化 ,测 出 对 应 电 流 大 小 2、 全 光 纤 电 流 互 感 器 的 原 理 3、 全 光 纤 电 流 互 感 器 的 特 点 敏 感 元 件 和 传 输 元 件 全 部 采 用 光 纤 ; 共 光 路 技 术 和 差 动 信 号 解 调 方 式 提 高 了 抗 干扰 能 力 采 用 了 全 数 字 闭 环 控 制 技 术 ; 受 环 境 影 响 小 ; 高 精 确 度 和 大 测 量 动 态 范 围 ; 精 确 测 量 直 流 。 安 装 方 式 灵 活 , 适 应 性 强 。 ( 灵 活 的 安 装 方 式 ) ( 灵 活 的 安 装 方 式 ) 全 光 纤 电 流 互 感 器 以 其 先 进 的 技 术 优 势 成 为 新型 电 流 互 感 器 发 展 和 应 用 的 主 流 方 向 。 FOCT的 基 础 是 光 纤 陀 螺 技 术 , 可 靠 性 和 长 期 工作 稳 定 性 已 经 经 过 了 长 期 考 验 。 FOCT具 有 带 宽 高 、 绝 缘 简 单 、 抗 干 扰 能 力 强 等优 点 , 是 国 际 上 技 术 水 平 最 高 的 产 品 之 一 , 必 将 得到 广 泛 应 用 。4、 对 全 光 纤 电 流 互 感 器 的 展 望 ( 三 ) 低 功 率 电 磁 式 电 流 互 感 器 LPCT的 输 出 一 般 是 直 接 提 供 给 电 子 电 路 , 所 以二 次 负 载 比 较 小 ; 其 铁 心 一 般 采 用 微 晶 合 金 等 高导 磁 性 材 料 , 在 较 小 的 铁 心 截 面 (铁 心 尺 寸 )下 ,就 能 够 满 足 测 量 准 确 度 的 要 求 。 它 被 列 为 电 子 式 电 流 互 感 器 的 一 种 实 现 形 式 , 代表 着 电 磁 式 电 流 互 感 器 的 一 个 发 展 方 向 , 具 有 广阔 的 应 用 前 景 。 而 在 中 低 压 系 统 中 , 基 于 罗 氏 线 圈 的 电 子 式 电 流互 感 器 和 光 学 电 流 互 感 器 成 本 较 高 。其 它 新 型 电 流 互 感 器 。 二 、 智 能 断 路 器l CIGRE对 SF6断 路 器 的 可 靠 性 调 查 结 果 表 明 , 72%的 故 障 是由 断 路 器 的 二 次 设 备 、 机 械 缺 陷 引 起 的 。 二 、 智 能 断 路 器l 高 压 断 路 器 二 次 技 术 的 发 展 趋 势 是 用 微 电 子 、 计 算 机 技 术 和新 型 传 感 器 建 立 新 的 断 路 器 二 次 系 统 , 开 发 具 有 智 能 化 操 作功 能 的 断 路 器 。1. 由 电 力 电 子 技 术 、 数 字 化 控 制 装 置 组 成 执 行 单 元 , 代 替 常 规 机 械 结构 的 辅 助 开 关 和 辅 助 继 电 器 。 可 按 电 压 波 形 控 制 跳 、 合 闸 角 度 , 精确 控 制 跳 、 合 闸 过 程 的 时 间 , 减 少 瞬 时 过 电 压 幅 值 。2. 断 路 器 操 作 所 需 的 各 种 信 息 由 装 在 断 路 器 设 备 内 的 数 字 化 控 制 装 置直 接 处 理 , 使 断 路 器 装 置 能 独 立 地 执 行 其 当 地 功 能 , 而 不 依 赖 于 变电 站 级 的 控 制 系 统 。3. 新 型 传 感 器 与 数 字 化 控 制 装 置 相 配 合 , 独 立 采 集 运 行 数 据 , 可 检 测设 备 缺 陷 和 故 障 , 在 缺 陷 变 为 故 障 之 前 发 出 报 警 信 号 , 以 便 采 取 措 施 避 免 事 故 发 生 。4. 断 路 器 具 有 数 字 化 接 口 , 可 收 发 GOOSE消 息 以 实 现 开 关 控 制 。 二 、 智 能 断 路 器l 智 能 操 作 断 路 器 是 在 现 有 断 路 器 的 基 础 上 引 入 智 能控 制 单 元 , 它 由 数 据 采 集 、 智 能 识 别 和 调 节 装 置 3个基 本 模 块 构 成 。 智 能 断 路 器 的 技 术 基 础l 基 于 微 机 、 电 力 电 子 技 术 和 新 型 传 感 器 ( 电 子 互感 器 、 光 学 互 感 器 ) 建 立 新 的 断 路 器 二 次 系 统 ;l 基 于 IEC 61850, 保 护 和 控 制 命 令 可 以 通 过 光 纤 网络 实 现 与 断 路 器 操 作 机 构 的 数 字 化 接 口 。 这 些 技术 使 得 变 电 站 的 过 程 层 也 得 以 数 字 化 , 以 太 网 构成 全 变 电 站 的 神 经 中 枢 。二 、 智 能 断 路 器 应 用 示 例l 光 纤 电 流 传 感 器 安 装 在 电 压 为 145KV的 断 路 器 上二 、 智 能 断 路 器 智 能 操 作 的 优 越 性1. 使 断 路 器 实 际 操 作 大 多 是 在 较 低 速 度 下 开 断 , 从 而 减 小 断 路 器 开 断 时 的 冲击 力 和 机 械 磨 损 , 不 仅 可 减 少 机 械 故 障 和 提 高 可 靠 性 , 还 能 提 高 断 路 器 的操 作 使 用 寿 命 , 在 工 程 上 有 较 大 的 经 济 效 益 和 社 会 效 益 ;2. 有 可 能 改 变 目 前 的 试 探 性 自 动 重 合 闸 的 工 作 方 式 , 而 成 为 自 适 应 自 动 重 合闸 , 即 做 到 在 短 路 故 障 开 断 后 , 如 故 障 仍 存 在 , 则 会 拒 绝 重 合 , 只 有 当 故障 消 除 后 才 能 重 合 ;3. 实 现 定 相 合 闸 , 降 低 合 闸 操 作 过 电 压 , 取 消 合 闸 电 阻 , 进 一 步 提 高 可 靠 性 ;4. 实 现 选 相 分 闸 , 控 制 实 际 燃 弧 时 间 , 使 断 路 器 起 弧 时 间 控 制 在 最 有 利 于 燃弧 的 相 位 角 , 不 受 系 统 燃 弧 时 差 要 求 的 限 制 , 从 而 提 高 断 路 器 实 际 开 断 能力 ;5. 实 现 集 成 开 关 设 备 , 从 而 实 现 紧 凑 型 变 电 站 。二 、 智 能 断 路 器 集 成 开 关 设 备 ( 系 统 )l 智 能 断 路 器 技 术 的 进 一 步 发 展 就 是 将 非 常 规 互感 器 、 间 隔 内 的 隔 离 开 关 、 接 地 开 关 等 一 次 设备 及 其 相 应 控 制 装 置 有 机 地 组 合 和 集 成 到 智 能断 路 器 内 , 这 种 集 成 装 置 可 称 为 智 能 开 关 系 统 。二 、 智 能 断 路 器 智 能 断 路 器 举 例 :智 能 断 路 器 : PASSl ABB: 插 接 式 开 关 系 统 PASS(Plug&Switch System)。PASS采 用 了 智 能 化 传 感 器 技 术 和 微 处 理 技 术 , 通 过数 字 通 信 实 现 对 设 备 的 在 线 监 测 、 诊 断 、 过 程 监 视和 站 内 计 算 机 监 控 。 通 过 智 能 软 件 分 析 可 确 定 出 设备 的 运 行 状 况 。 PASS中 安 装 了 电 子 式 互 感 器 。 通 过高 速 现 场 总 线 传 送 数 字 化 的 电 流 电 压 信 号 。l 全 部 采 用 智 能 化 PASS开 关 的 澳 大 利 亚 的 275kV Blackwall变 电 站 和 Braemar变 电 站 已 分 别 于 1999年和 2000年 投 入 了 运 行 。二 、 智 能 断 路 器 智 能 断 路 器 : MITSl 三 菱 : MITS智 能 化 开 关 产 品 ( Mitsubishi Information Technology Switchgear)MITS以 无 铁 芯 电 流 互 感 器 和 分 压 式 电 压 互 感 器 取 代了 常 规 电 流 互 感 器 和 电 压 互 感 器 , 配 合 使 用 同 步 相位 控 制 器 和 复 合 传 感 器 , 可 以 实 现 智 能 化 变 电 站 的全 数 字 化 要 求 。l 三 菱 公 司 在 广 东 500kV西 江 变 电 站 部 分 间 隔 安 装 了MITS系 统 , 由 南 瑞 继 保 、 北 京 四 方 提 供 配 套 的 二 次保 护 控 制 设 备 , 进 行 运 行 试 验 。二 、 智 能 断 路 器 智 能 断 路 器 : HISl SIEMENS: HIS(Highly Integrated Switchgear)类 似 于 ABB的 PASS, 但 未 采 用 电 子 式 互 感 器 。 在断 路 器 智 能 化 方 面 , 采 用 了 智 能 模 块 对 断 路 器的 相 关 参 数 进 行 监 视 , 并 通 过 高 速 现 场 总 线 传输 到 变 电 站 层 作 进 一 步 的 分 析 。二 、 智 能 断 路 器 智 能 断 路 器 : 国 内 情 况l 国 内 制 造 商 也 开 始 了 智 能 断 路 器 技 术 的 研 究 。 平 顶 山 天 鹰 集 团 的 ZF11-252KV GIS, 状 态 监 控 系 统 集成 了 传 感 器 技 术 、 PLC技 术 、 计 算 机 技 术 、 监 测 技 术 、 网 络技 术 以 及 通 讯 技 术 等 , 实 现 对 GIS产 品 内 部 电 器 元 件 、 特 别是 对 其 中 断 路 器 及 其 操 作 机 构 部 分 的 状 态 监 测 , 通 过 对 其内 部 多 种 状 态 参 数 的 采 集 和 结 果 的 分 析 处 理 , 完 成 状 态 信息 和 分 析 结 果 的 显 示 以 及 相 应 的 控 制 操 作 , 已 在 云 南 大 关变 应 用 。 南 瑞 PCS-9820A智 能 控 制 装 置 和 CZX-12R1型 操 作 继 电 器可 组 成 智 能 断 路 器 操 作 系 统 。 智 能 断 路 器 数 字 接 口 四 、 国 际 电 工 委 员 会 IEC61850标 准 产 生 背 景 : 目 前 变 电 站 内 通 信 规 约 杂 乱 , 既 有 各 个 厂 商 私 有 的 规约 , 又 有 不 同 版 本 的 国 家 或 国 际 规 约 , 设 备 之 间 的 通 信要 经 过 规 约 转 换 才 能 互 连 , 因 此 有 必 要 建 立 统 一 的 规 约 ,形 成 电 力 系 统 无 缝 通 信 体 系 , IEC61850孕 育 而 生 。 2001年 6月 11日 在 挪 威 奥 斯 陆 召 开 会 议 , 会 议 正 式 提出 了 电 力 系 统 无 缝 通 信 体 系 结 构 方 案 , 如 下 图 : a)调 度 中 心 之 间 通 信 采 用 IEC60870 6 TASE.2( 已 颁 布 ) 。b)变 电 站 内 网 络 采 用 IEC61850( 第 1版 已 颁 布 ) 。c) 变 电 站 之 间 网 络 采 用 IEC61850 ( 正 在
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