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变电站综合自动化概述国网技术学院电网运行培训部韩冬讲义目录•第一章变电站自动化的基本概念•第二章变电站自动化的基本功能•第三章变电站自动化系统的结构•第四章变电站自动化系统的通信第一章变电站综合自动化的基本概念变电站综合自动化是将变电站的二次设备（包括控制、信号、测量，保护、自动装置、远动装置等）利用计算机技术、现代通信技术，经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统，是自动化、计算机、通信技术在变电站的综合应用。比较项目常规变电站综合自动化变电站继电保护及自动装置大多电磁型、小规模集成电路型、晶体管型微机型或大规模集成电路型二次信息传输设备大量电缆，传输模拟信号，强电传输（信息量小、灵活性差、可靠性低、功耗大）网线、光纤，传输数字信号，弱电传输处理核心人（受值班人员的技术水平等条件影响正确性、可靠性）计算机（按规定程序执行）指示仪表模拟式（表计指针式，误差大）数字指示（监控系统上）信号系统灯光（光字牌）、音响（电笛、电铃），为一对一信息。告警信息、报文、音响（电笛、电铃）、语音，信息共享，一对多信息。其他占地面积大，控制室设备复杂。占地面积小，控制室设备简单。变电站综合自动化实质是•自动化、计算机、信息处理、通信、电力、电子技术的综合。•实现设备间信息交换、共享，完成变电站的监、测、控。•取代了常规站的指示仪表、中央信号、控制屏等设备。型号生产厂家监控机操作系统CSC2000V2北京四方Windows/UNIXBSJ-2200南瑞科技UNIXRCS-9000南瑞UNIXRCS-9600（RCS-9700）南瑞继保UNIX/WindowsPS6000国电南自WindowsPowerComm2000上海惠安UNIXCBZ-8000许继自动化Windows/Linux第二章变电站综合自动化的功能事故数据•事件顺序记录（SOE：SequenceOfEventrecording）：实时检测遥信变位（YXBW）（带时标的遥信），立即记录变位时刻、变位设备序号、变位状态等组成SOE优先传送（CDT下）。•事故追忆（PDR：PostDisturbanceReview）：冻结某时刻全网的重要的遥测点、遥信点的画面（如照相），每个这样的画面称为一帧，其循环周期可为数秒到数分。典型的PDR记录长度为：事故前10min，事故后5min。四遥功能的实现遥信（TI或TS:TeleindicationTelesignalisation）遥测（TM:Telemetering）遥控（TC:Telecommand）遥调（TA:Teleadjusting）系统概述变电站自动化系统RTU上行通道调度端自动化系统MTU下行通道遥测遥信遥控遥调遥信开入量开关、刀闸的位置信号国际电工委员会IEC标准规定，以“0”表示断开状态，以“1”表示闭合状态。遥信•断路器的位置信号来源有：•直接利用断路器的辅助触点，•利用操作箱中的跳位继和合位继。•对刀闸位置的采集：•直接利用刀闸的辅助触点，•利用五防锁。遥信遥信采集电路中的继电器隔离K远动装置RR+5vQFC遥信遥信采集电路中的光电隔离远动装置RCVQFR+5v遥控量输出•①过程：当（PB0，PB1）=（0,1）时，H1输出0，光敏三级管导通，继电器K吸合，跳合闸回路接通，动作于断路器。反之类似（PB0，PB1）=（1,0）。•②设置与非门原因：并行口的负载能力有限，不足以直接驱动发光二级管，还有是增加2个条件以抗干扰能力。三态门输入至CPU状态量采集示意图遥信遥信•开关变位的识别•现状⊕原状=1，表示有变位现状⊕原状=0，表示无变位字节D7D6D5D4D3D2D1D0原状10011010现状10001101遥信•遥信采集的几种形式：•1、定时扫查方式以一定时间间隔周期性对遥信输入状态成组扫查。•2、中断方式采用中断方式，只有当遥信有变位时才向CPU申请读遥信状态。第二类：一个真实遥信变位后紧接着几个假遥信读数，最终遥信稳定到真实变位后的状态。第一类：某些遥信不定时地出现“抖动”。两类误遥信•在变电站自动化系统中，开关信号的采集基本取自开关的辅助触点，或者经过中间继电器触点接入。开关机构在操作一定次数时，辅助触点机械部分会出现缝隙导致间隙放电，引起信号抖动；•继电器触点在运行时受环境影响，易氧化和脏污，导致接触不良，引起信号抖动。信号抖动•软件延时判别消抖软件记录变化前沿作为SOE产生时刻，直到遥信变位稳定Td时间后确认该事件，并取刚开始抖动时间作为SOE记录的有效时间。抖动判断遥信变位，作SOE记录时刻防抖时限遥信接点光耦输出•控制回路断线信号=TWJ常闭接点+HWJ常闭接点。•若TWJ和HWJ不同步，则误发控制回路断线信号。1、开关合闸时误报“控制回路断线”假遥信•事故总=KKJ常开接点+TWJ常开接点。•若手合开关时，由于KKJ由0变1，TWJ由1变0，因开关机构老化，TWJ变位慢会导致误发事故总。2、开关合闸时误报“事故总”假遥信KKJ继电器：合后位置继电器是一个双线圈双位置磁保持继电器。该继电器有一动作线圈和复归线圈。•定义：KKJ=1代表开关为人为（手动或遥控）合上；•KKJ=0代表开关为人为（手动或遥控）分开。遥测遥测量:U、I、P、Q、COSφ、f、T交流信号输入回路→低通滤波→采样保持器→多路转换开关→A/D转换→数字信号变换器电压形成回路低通滤波采样保持电压形成回路采样保持低通滤波多路转换开关存储器总线遥测遥测•从TA、TV中取得电流和电压量。由于A/D转换器只能接收电压信号，且不同型号A/D转换器的输入电压范围各不相同，如双极性有0～±2.5V、0～±5V、0～±10V，单极性有0～5V、0～10V、0～20V等，因此需要对模拟量信号进行电压幅值变换，使之能满足A/D转换器输入电压范围要求。1、电压形成回路1）低通滤波由于变电站现场电磁干扰较为严重，为防止输入A/D的电压信号受到干扰（主要是高次谐波叠加干扰）而影响测量精度，必须在电压输出端设置低通滤波电路，以滤去高频干扰信号。通常可采用RC低通滤波电路，TVR1R2C1C2V1V2R1R2C1C2V1V2RTA2、保持电路与模拟低通滤过器S/H电路的作用：采样：将模拟信号变成离散信号采样保持过程：信号采样脉冲采样信号保持信号采样和0000tTctttTs采样：冻结模拟量瞬时值Upp(+15v)Uss(-15v)输出译码/驱动SA15输出Ui0~Ui15EnA0A1A2A3U0SA0EN：使能端，只有在EN端为高电平时多路开关才工作，否则不论A0-A3在什么状态，SA0-A15均处于断开状态。3多路转换开关4模数转换器主次逼近法原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx=13克，可以用下表步骤来秤量：砝码重第一次第二次第三次第四次加4克加2克加1克8克砝码总重待测重量Wx，故保留砝码总重仍待测重量Wx，故保留砝码总重待测重量Wx，故撤除砝码总重＝待测重量Wx，故保留暂时结果8克12克12克13克结论4模数转换器基准电压UREFn位A/D转换器例:4位A/D转换器，输入模拟量ui=3.26V，基准电压U＝５Ｖ。转换精度取决于位数。遥控遥控就是发出命令去控制断路器或隔离开关进行合闸或分闸操作。TVTA开关端子箱操作机构保护保护测控监控后台保护信息管理机网络二次电缆开关站保护室操作箱遥控•遥控过程遥控选择遥控返校遥控执行或撤销执行控制端被控端第三章变电站自动化系统的结构该类系统实际上是在常规的继电保护及二次接线的基础上增设RTU装置以实现“四遥”。结构上仅是站级概念，有关重要信息(如保护动作信息等)通过硬接点送给RTU装置，变电所的监测量一般经变送器变换后送给RTU。开关监测量是直接引至RTU，RTU的控制输出一般经遥控执行柜发出控制命令。该类系统的特点是：系统功能不强，硬件设备重复、整体性能指标低，系统联接复杂，可靠性低，但其成本低，特别适合于老站改造。现在全国大量远行的无人值班变电站多采用此种模式。实际上该类系统仅为变电站综合自动化的初级形式，尚不能称为综合自动化系统。第一种类型，集中式第1代综合自动化系统•远动终端：电网调度自动化系统中安装在发电厂、变电站的一种具有四遥远动功能的自动化设备。远动装置=远方终端=远动终端=RTU（RemoteTerminalUnit）。•RTU在电网调度自动化系统中具有重要的作用。（系统结构：调度端SCADA/EMS＋远动信道＋厂站端RTU）。CRTPC机RTU微机保护模拟量开关量脉冲量控制量调度主站系统第2种类型集中式早期的变电站综合自动化系统由一台或两台计算机完成变电站的所有继电保护、测量监视、操作控制、中央信号数据通信和记录打印等功能。系统各功能模块与硬件无关，采用模块化软件连接来实现，集中采集信息，集中处理运算。具有工作可靠、结构简单、性价比高等优点，但可扩充性、可维护性差。集中组屏式总控单元监控主机显示、打印高压微机保护中压微机保护遥测单元遥信单元电能单元遥控单元交直流单元VQC单元时钟单元RS-485/RS232调度主站第3种类型分散式第2代综合自动化系统从硬件结构上按功能对装置进行了划分，摒弃了集中式单CPU结构而走向分散，系统由数据采集单元(模拟量、开关堡、脉冲量)，主机单元(总控单元)、遥控执行单元、保护单元组成。各功能单元(设备)通过通信网络等手段实现有机结合，构成系统。该类系统可替代常规的保护屏、控制屏、中央信号屏、远动屏、测量仪表等。它具有较强的在线功能。各种功能比较完善，且人机界面较好。但系统仍然比较复杂，联结电缆较多，系统可靠性不太高。这类系统虽然做到了一定程度上的分散(功能分散)，但没有从整体上来考虑变电站综合自动化系统的结构、一般仅是监控系统和保护系统简单的相加。由于我国保护和远动分属不同的部门和专业。故我国目前的大多数综合自动化系统均属此类结构系统。分层分布式调度主站监控主机显示、打印测量单元开关量输入故障录波变压器保护VQC电容器保护线路保护备自投装置数采控制机保护管理机开关量输出变电站层单元层设备层TV、TA输入，断路器、隔离开关辅助触点输入，断路器控制等设备分变电站层设备(站控级)和间隔层设备(间隔级)。间隔层设备原则上按一次设备组织，例如l条线路、l台主变压器。每一间隔层设备包括保护、控制、测量、通信、录波等所有功能。设计的原则是：凡是可以在本间隔层设备完成的功能，尽量由间隔层设备就地独立处理，不依赖于通信网和变电站层设备。变电站层设备是通过间隔层设备了解和掌握整个变电站实时运行情况、并通过间隔层设备实现变电站控制，它还负责站内信息收集、分析、存储以及与远方调度中心的联系，这类系统实现了信息资源的共享以及保护、监控功能的综合化，大大简化了站内二次回路，它完全消除了设备之间错综复杂的二次电缆。由于间隔层设备可放在开关柜上或放置在一次设备附近，从而可大大缩小主控制室面积，节省控制电缆、减少CT负担。同时大大提高了整个系统的可靠性、可扩展性，是综合自动比系统的发展方向。第4种类型分层分布式结构第3代综合自动化系统测量控制保护1号开关柜测量控制保护2号开关柜测量控制保护N号开关柜监控主机显示、打印总控单元CANnet或LON-WORK完全分散式第四章变电站自动化系统的通信变电站自动化系统的通信分两大部分：（1）变电站内的信息传输。（2）变电站自动化系统与调度中心的通信。串行通信方式连接串行通信：按照一定的格式一位一位地顺序传送数据。信息在一根信号线上传输。优点:便于长距离传送缺点:传送速度较慢•串行数据传输主要出现在接口与外部设备、计算机与计算机之间。PC系列机上有两个串行异步通信接口、键盘、鼠标器与主机间采用串行数据传送。•需要进行数据格式转换。计算机计算机或外设状态控制串行通信方式并行通信：数据的各位同时发送或同时接收优点:传送速度快缺点:不便长距离传送•计算机“主机”部件之间，如CPU与存储器、CPU与接口电路，多采用并行方式传输数据。•并行通信通