变电站综合自动化系统研究论文.pdf
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1、精品文档目录前言.-2-!绪论.-3-1.1变电站综合自动化的优越性.-3-1.2变电站综合自动化系统的发展阶段.-4-2变电站综合自动化系统的内容、功能和要求.-8-2.1変电站综合自动化系统的主要内容.-8-2.2变电站综合自动化的基本功能.-9-2.3变电站综合自动化系统的设计原则与要求.-9-3变电站综合自动化系统的硬件结构.-12-3.1 変电站综合自动化系统的结构形式.-12-3.2 变电站综合自动化系统硬件.-13-3.2.1模拟量输入/输出冋路.-14-3.2.2开关量输入及输出电路.-16-3.2.3人机对话硬件.-18-3.2.4键盘响应.-18-3.2.5屏幕显示电路.-
2、19-3.2.6打印机的接口电路.-19-4变电站综合自动化系统的通信.-20-4.1 変电站综合自动化系统通信传输方式.-20-4.1.1 综合自动化系统与控制中心通信.-21-4.1.2变电站内的信息传输.-22-4.2变电站综合自动化系统通信的特点.-22-4.3基于CAN总线的変电站通信网络.-23-4.3.1变电站综合自动化系统通信.-23-4.3.2変电站综合自动化通信结构单元.-24-5 NS2000变电站综合自动化系统.-27-5.1 NS2000综合自动化系统特点.-27-5.1.1、主要功能.-29-5.1.2 NS2000 系统构成.-30-5.1.3通信网络.-32-5
3、.2 NS2000变电站综合自动化计算机监控系统.-34-5.2.1系统结构及软硬件配置.-39-5.2.2系统软件运行环境.-42-5.2.3支撑平台系统.-44-5.2.4数据采集和监控系统(SCADA)功能.-46-5.3 NSC200系列通信控制器.-48-5.3.1 NSC200通信控制器硬件结构及原理.-49-5.4 NSD200系列通用测控装置.-53-5.4.1 NSD200系列通用测控装置硬件结构.-53-5.4.2 NSD200 组态软件.-57-5.4.3 NSD100/500 系列测控装置.-57-5.5 NSR500系列微机保护装置.-58-5.5.1 NSR530系
4、列变压器保护装置.-59-5.5.2 NSR540系列备自投装置.-60-5.5.3 NSR550系列通信管理机及其它辅助装置.-61-5.5.4 NSR570系列线路、馈线保护装置.-61-5.5.5 NSR580系列电容器保护装置.-61-结束语.-63-致谢.一 64-参考文献.-65-刖s变电站是电网中的线路连接点,是用以変换电压、交换功率和汇 集、分配电能的设施。变电站中有不同电压的配电装置、电変压器、控 制、保护、测量、信号和通信设施以及二次回路电源等。有些変电站中还 由于存在无功平衡、系统稳定和限制过电压等因素,需要装设同步调相机、并联电容器、并联电抗器、静止补偿装置、串联补偿装
5、置等。另外,随着 用电负荷的不断增长和负荷密度的加大,変电站的电压等级和容量不断提 高,对供电可靠性的要求也越来越高,为此需要提高変电站的自动化水平。变电站综合自动化技术反用计算机技术、通信技术、检测技术和控制 技术等,将変电站中传统的继电保护系统、测量系统、控制系统、调节系 统、信号系统和远动系统等多个独立的功能系统,经优化、组合为套智 能化的综合系统。这技术的质用,提高了对変电站电气设备和电系统 进行监视、控制和保护的自动化、智能化水平,提高了保护、控制的可靠 性和电系统的安全运行水平,社会经济效益十分显著。此论文是以 NS2000变电站综合自动化系统主体的变电站综合自动化系统研究。!绪论
6、変电站综合自动化是将変电站的二次设备(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,实现对変电 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,以及与调度通信等的综合性的自动化功能。1.1变电站综合自动化的优越性由于传统変电站存在着安全性及可靠性不高、供电质量缺乏科学性、不适取电系统快速计算和实时控制、维护工作量大且设备可靠性差的特 点,在新建変电站中大都采用変电站综合自动化系统,增加了四遥功能,提高了変电站的自动水平,实现无人值班和调度自动化管理。変电站实现综合自动化的优越性主要
7、有以下几个方面。提高変电站的安全,可靠运行水平。有的自控装置兼有监视其控 制对象工作是否正常的功能,一旦发现其工作不正常,能及时发出告警信 息。更为重要的是,微机保护装置和微机型自动装置具有故障自诊断功能,这是综合自动化系统比其常规的自动装置或“四遥”装置突出的特点,可 使得采用综合自动化系统的変电站、二次设备的可靠性大为提高。提高了供电质量,提高电压合格率。由于在変电站综合自动化系 统中包括有电压,无功自动控制功能,对于具备有载调压変压器和无功补 偿电容器的変电站,可以大大提高电压合格率,保证电系统主要设备和 各种负荷电器设备的安全,使无功潮流合理,降低网损,节约电能。简化了変电站二次部分的
8、硬件配置。在変电站综合自动化系统中,对某个电气量只需要采集一次便可以供全系统共享。(4)提高电系统的运行、管理水平。変电站实现自动化后,监视、测量、记录、抄袭等工作都是由计算机自动完成,既提高了测量的精度,又避免了人为的主观干预。运行人员只要通过观看CRT屏幕,对变电站主 要设备和各输、配电线路的运行工况和运行参数便一目了然,大大提高运 行管理水平。缩小変电站占地面积,减少总投资。一方面,由于変电站综合自动 化采用微机和通信技术,可以实现资源共享,同时由于硬件电路多数采用 大规模集成电路,机构紧凑、体积小、功能强,与常规的二次设备相比,可以大大缩小変电站的占地面积。另方面,随着微处理器和大规模
9、集成 电路的不断降价,微计算机性能/价格比逐步上升,使综合自动化系统的 造价也逐渐降低,而性能和功能则逐步提高,因而可以减少变电站的总投 资。(6)减少维护工作量,减少值班员劳动量。由于综合自动化系统中,各子系统有故障自诊断功能,系统内部有故障时能自检出故障部位,缩短 了维护时间。微机保护和自动装置的定值又可在线读出检查,可节约定期 核对定值的时间。而监控系统的抄表、记录自动化,值班员可不必定时抄 表、记录。如果配置了与上级调度的通信功能,能实现遥测、遥信、遥控、遥调,则完全可实现无人值班,达到减人增效的目的。有利于提高变电站无人值班管理水平。综合自动化系统可以采集 比常规运动装置更多的変电站
10、运行信息和设备状态信息,这些信息可以迅 速发往上级调度中心。综合自动化系统还能将二次设备的运行状态和故障 自诊断的信息向调度主站报告,这些都是常规的变电站所没有办法达到 的。因此,采用综合自动化系统不仅可以全面提高无人值班変电站的技术 水平,也可提高其可靠性。正是由于变电站综合自动化系统具有以上优点,现在,变电站综合 自动化系统已经开始广泛皮用与新建変电站中,对传统的変电站也进行着 综合自动化系统改造。1.2变电站综合自动化系统的发展阶段1、国外変电站综合自动化发展概况20世纪70年代末,英国、意大利、法国、西德、澳大利亚等国新装 的运动装置都是微型机的个别有用16位小型计算机的,布线逻辑的远
11、动 装置已经开始淘汰。供电网的监控功能正以综合自动化为目标迅速发展,除“三遥”外,还增加了:(1)寻找并处理单相接地故障;(2)作为保护 拒动或短路器拒动的补充保护;(3)负荷管理;(4)成组数据记录,其中 包括负荷曲线、最大需量、运行数据、事故及事件顺序记录等;(5)自动 重合闸及继电保护。20世纪80年代以后,研究変电站综合自动化系统的国家和大公司越 来越多,包括德国西门子公司、ABB公司、AEC公司、美国GE公司、西屋公司,法国阿尔斯通公司等。这些公司都有自己的综合自动化系统产 品1985年,西门子公司在德国汉诺威正式投运第一套変电站自动化系 统LSA67B,至I993年已经有300多套
12、同类型的系统在德国本土及欧洲 其他国家不同电压等级的变电站投入运行。国际电委员会第57次技术委员会成立了“変电站控制和保护接口”工作组,负责起草该接口的通信标准。该工作组由12个国家(主要集中 在北美和欧洲,亚洲有中国,非洲有南非)2000位成员参加。从1994年 3月到1995年4月举行了四次讨论会,与1995年2月向IEC秘书处提交 了保护通信伙伴标准IEC60870-5-103,为控制与保护之间的通信提供了一 个国际标准。2、我国変电站综合自动化的发展过程我国变电站综合自动化研究开始于20世纪80年代中期。1987年,清华大学电机工程系研制成功第一个符合要求的变电站综合自动化系统,在山东
13、威海望岛変电站成功地投入运行。该系统主要由3台微机及其外围 接口电路组成。20世纪80年代后期,不少高等院校、研究单位和生产厂家投入到変 电站综合自动化的研究中。90年代,召开了规模很大全国変电站综合自 动化研讨和技术经验交流会。规模比较大的单位有南瑞公司、四方公司等,变电站综合自动化系统的产品种类越来越多。近几年来,大规模集成电路技术和通信技术的迅猛发展,网络技术、现场总线等的出现,为提高变电站综合自动化技术水平提供了技术支持。90年代中,変电站综合自动化已经成为电系统自动化最重要的装置,其功能和性能也不断完善。変电站综合自动化已成为新建変电站的主导技 术。3、综合自动化系统的发展趋势随着电
14、力工业的发展,以及微机通信技术的广泛使用,変电站综合自 动化技术也取得了巨大进步。从20世纪80年代起,我国先后开展了变电 站综合自动化工作,到90年代初,结合变电站技术改造和变电站无人值 班工作的开展,出现了多种结构、功能不一的変电站综合自动化系统。现 在,这项技术正向纵深发展。由功能分散向单元分散发展早期的変电站综合自动化系统,通常将微机保护、微机监控、故障录 波、微机运动等按功能分散考虑,个功能模块管理很多个设备、多个单 元。现在更多地考虑分散性,让个综合模块去管理一个电气系统,这种 综合模块既可分散安装在电气单元附近,也可适当集中到个控制小间。这种单元分散式模块的独立性很强,硬件故障不
15、会波及到其他单元。由集中控制向分散方式网络发展早期的変电站综合自动化系统是由传统自动化发展起来的,大多数采 用集中控制方式,硬件上采用总线插槽中插入功能模块。这种结构一方面 要将设备单元的信息通过电缆集中;另方面数据通信处理能力受到限 制,系统可靠性不高。采用网络结构,特别是分布式的网络结构,可从根 本上克服了集中控制的缺点。由功能向多功能发展変电站综合自动化系统所能完成的功能是逐步增加的。早期的変电站 综合自动化系统仅是传统功能的简单集中,现在则在多个面增加功能、增 强其综合性。例如、从测量、监控、保护相对独立发展到测量、监控、保护一体化。故障录波由微机保护兼容,省去了故障录波装置。电压 无
16、功综合控制纳入变电站综合自动化系统。操作闭锁已成为变电站综合 自动化系统的功能之一。变电站中原来未能实现独立自动化的功能正在逐 步由变电站综合自动化系统来完成。(4)向测量数据完全共享发展变电站综合自动化数据完全共享是指继电保护所需的输入信息和测 量信息完全共享。测量信息完全共享的优点是:保护和测量可以共用同一 个CPU和共用相同的模拟量输入通道,即同一个功能单元既完成保护的 功能,也完成测量的功能,因此可减小测控单元体积,降低设备造价.。変电站综合自动化向规范化方向发展変电站综合自动化技术的迅猛发展和良好前景,吸引了越来越多行业 技术力量的参与。随着変电站综合自动化系统产品制造商越多,技术规
17、范 和标准的制定和实施等更为重要。国际电委员会第5?技术委员会(IEC TC57)已经颁布了与此相关的IEC 60870-5系列标准,我国也陆续推出了 与之配套的相关标准 DL/T634-1997,DL/T667-1999,DL/T719-2000 等。变电站综合自动化系统的开发商都按照标准组织生产,将有利于系统的集 成,有利于変电站综合自动化技术的推广和发展,有利于変电站综合自动 化技术水平的提高。変电站综合自动化更深层次的发展,必然使変电站综合自动化系统的 功能更加强大,其后用范围也必然更为全面。変电站综合自动化深层次,宽范围的发展,必然能极大促进电系统的长足发展。2变电站综合自动化系统的
18、内容、功能和要求変电站综合自动化系统具有强大的功能,无论监控控制功能还是微 机保护方面都是常规模式所不能比拟的。完善的操作性能、强大而趋于完 善的功能,正是変电站综合自动化系统独特的性能。2.1 变电站综合自动化系统的主要内容变电站综合自动化的内容主要包括変电站电气量的采集和电气设备(如断路器等)的状态监视、控制和调节。通过変电站综合自动化技术,实现変电站正常运行的监视和操作,保证変电站的正常运行和安全。当发 生事故时,由继电保护和故障录波等完成瞬态电气量的采集、监视和控制,并迅速切除故障,完成事故后的恢复操作。由于变电站有多种电压等级,在电网中所起的作用不同,変电站综合 自动化在实现的目标上
19、可分为以下两种情况:(1)对220kV及以下中、低压变电站,采用自动化系统,利用现代计算 机和通信技术,对変电站的二次设备进行全面的技术改造,取消常规的保 护、监视、测量、控制屏,实现综合自动化,以全面提高変电站的技术水 平和运行管理水平,并逐步实行无人值班或减少人增效。对220kV以上的变电站,主要是采用计算机监控系统提高运行管理 水平,同时采用新的保护技术和控制方式,促进各专业在技术上的协调,达到提高自动化水平和运行、管理水平的目的。此外,变电站综合自动化的内容还成包括监视高压电器设备本身的运 行(如断路器、変压器和避雷器等的绝缘和状态监视等),并将変电站所 采集的信息传送给调度中心,必要
20、时送给运行方式科和检修中心等,以便 为电气设备监视和制定检修计划提供原始数据。变电站实现综合自动化的基本目标是提高变电站的技术水平和管理 水平,提高电网和设备安全、可靠、稳定运行水平,降低运行维护成本,提高供电质量,并促进配电系统自动化。2.2 变电站综合自动化的基本功能变电站综合自动化的基本功能包括下面几个方面:1、监视和控制功能、数据采集。模拟量的采集;状态量的采集;脉冲量的采集。事件顺序纪录SOE。事故纪录、故障录波和故障测距。(4)操作控制功能。安全监视功能。(6)人机联系功能。打印功能。(8)数据处理与纪录功能。谐波分析与监视。2、微机保护功能。微机保护的功能。高压输电线路的主保护和
21、后备保护;主变 压器的主保护和后备保护;无功补偿电容器组的保护;母线保护;配电线路的保护;不完全接地系统的单相接地选线。电压、无功综合控制。包括集中控制、分散控制、关联分散控制。低频减负荷控制。(4)备用电源自投控制。通信功能。(6)时钟功能。自诊断功能。2.3 变电站综合自动化系统的设计原则与要求变电站综合自动化包含了变电运行、继电保护、测量监控、运动和通 信等多个方面。随着变电站综合自动化系统的技术水平的提高,体系结构 的不断改进,为了达到变电站综合自动化的总体目标,在设计变电站综合 自动化系统时,必须考虑以下原则要求:(1)系统运行的安全性。変电站微机保护的软件、硬件设置,既 要与监控系
22、统相对独立,又要相互协调,即在系统运行中,继电保护的动 作行为仅与保护装置有关,不依赖于监控系统的其它环节,保证综合自动 化系统中任何其他环节故障只影响局部功能的实现,不影响保护子系统的 正常工作。但微机保护与监控系统要保持紧密通信联系。(2)信息共享。必须充分利用数字通信的优势,实现数据共享。数据共享应该是综合自动化系统发展的趋势,只有实现数据共享,才能简 化自动化系统的结构、减少设备的重复、低造价。(3)充分体现综合性。変电站综合自动化系统后该能全面代替常 规的二次设备,并提供良好的操作控制。综合自动化系统以该集変电站的 继电保护、测量、监视、运行控制和通信于一体,形成一个由监视控制、微机
23、保护子系统、测量子系统、各种功能的控制子系统、通信子系统等组 成的分级分布的系统。该系统后该能代替常规的继电保护、仪表、中央信 号、模拟屏、控制屏和运行控制装置。为了提高変电站的技术水平和可靠 性,一般要求的故障录波及测距功能由保护系统完成,在有特殊较高要求 时,可专门设置独立完成,并将其状态信息传送给监控系统。(4)技术先进性。変电站综合自动化系统的功能和配置,反满足 无人值班的总体要求,随着我过电工业进入大电网,大机组的时代,无 人值班変电站的实施已经成为电网调度自动化深入发展的必然趋势,是电 网管理的发展方向。无论从可靠性、测量精度、传输速率和技术水平等方 面衡量,传统的“四遥”装置都不
24、能满足现代电网调度和管理的要求。変 电站综合自动化系统的功能设计,要从电系统的安全、稳定运行、提高 经济效益等综合指标以及提高电网基础自动化水平的综合要求出发,其 软、硬件的配置必须具备RTU的全部功能,必须具备与上级调度通信的 能力,以便满足和促进変电站无人值班的实施。(5)结构上的灵活性。在电系统中,新建变电站和对老变电站 改造是常见的,它们的自动化水平要求各不相同,需要有不同规模和不同 技术等级、技术先进、功能可选、性能价格比高的自动化系统可供选用。根据实际情况,可采用集中式结构,分层分布式结构,完全分散式结构等 系统。(6)通信的可靠性。在变电站综合自动化系统内,许多信息需要 快速交换
25、。各个功能模块之间宜采用网络方式,便于接口功能的扩充。网 络可选用星形、总线形或环行等结构。网络介质一般采用电缆或光缆。系 统反支持标准的或合理的通信协议。(7)运行模式的适成性。変电站综合自动化系统成能灵活地提供 监控操作手段,满足有人或无人值班的需要。(8)很强的抗干扰能力。変电站安全运行是変电站综合自动化系 统设计的基本要求,为此,在考虑提供的总体结构时,要注意主、次分清。对关键环节,要有异地能够的冗余。各子系统皮具有独立的故障自诊断和 自恢复功能,任何一部分发生故障时,成同志监控主机发出警告指示,并 能迅速将自诊断信息送往控制中心。(9)标准化和开放性。所设计的変电站综合自动化成尽量符
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