变电站综合自动化技术

变电站综合自动化技术电力系统自动化的分类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配电变电所自动化和输电网中变电所自动化主要有两点不同：1.配电变电所自动化不考虑电力系统的稳定问题，因此，保护和故障录波的要求都比较简单；2.量大面广的馈电线路开关体积较小，较易与二次自动化设备组合成一体，构成机电一体化的智能式开关。当代的变电所自动化正从传统的单项自动化向综合自动化方向过渡。一、基础知识变电站综合自动化系统是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备（包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等）的功能进行重新组合，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。通过变电站综合自动化系统内各设备间互相交换信息，数据共享，完成变电站运行监视和控制任务。变电站综合自动化替代了变电站常规二次设备，简化了变电站二次接线。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。2.综合自动化变电站与常规变电站的对比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。分立元件构成的自动装置阶段：20世纪70年代；分立元件：自动重合闸、低周低压自动减载负荷、备自投等设备；特点：相互独立、缺乏智能、可靠性不高。以微处理器（MPU）为核心的智能化阶段：20世纪80年代；MPU替代原来的晶体管组成的分立元件；特点：测量准确度提高，可靠性上升，有功能扩展能力，基本上仍维持原有功能逻辑，独立运行不互相通信；如南京银山YS-88录波器。综合站发展阶段：80年代中期已开始；电气集中控制装置和集保护、控制、信号为一体的装置组成计算机监控系统。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。3.综合自动化的发展历史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:①由于采用了数字电路，缩小了体积，明显的显示出优越性。②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。③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。3、变电站综合自动化阶段综合自动化的发展的代表产品投运时间变电站产品型号产品厂家说明80年代中期吉林通化220kV梅河变电站南自院国内首个综合自动化变电站1998年浙江金华500kV双龙变电站RCS-9000南瑞500kV首个UNIX平台综自站2000年10月江西南昌500kV南昌变电站CSC2000北京四方500kV首个Win平台综自站4.国内变电站综合自动化系统型号生产厂家监控机操作系统CSC2000北京四方WindowsBSJ-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一.变电站自动化系统的发展过程:2.变电站计算机监控系统Computer-basedSubstationControlSystem3.变电站综合自动化系统IntegrateSubstationAutomationSystem4.变电站自动化系统SubstationAutomationSystem1.远动终端设备RemoteTerminalUnit遥测(遥测信息)：远程测量。采集并传送运行参数，包括各种电气量（线路上的电压、电流、功率等量值）和负荷潮流等。遥信(遥信信息)：远程信号。采集并传送各种保护和开关量信息遥控(遥控信息)：远程控制。接受并执行遥控命令，主要是分合闸，对远程的一些设备进行远程控制遥调(遥调信息)：远程调节。接受并执行遥调命令，对远程的设备进行远程调试，如调节发电机输出功率按功能(四遥)设计的模式称为---RTU模式(1,2)按对象(间隔)设计的模式称为---分层分布式(或网络)模式(3,4)1.发展第一阶段:(始于80年代初)RTU模式+继电保护InSCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition)systems,anRTUisadeviceinstalledataremotelocationthatcollectsdata,codesthedataintoaformatthatistransmittableandtransmitsthedatabacktoacentralstation,ormaster.AnRTUalsocollectsinformationfromthemasterdeviceandimplementsprocessesthataredirectedbythemaster.RTUsareequippedwithinputchannelsforsensingormetering,outputchannelsforcontrol,indicationoralarmsandacommunicationsport.远动终端设备(RTU)上级调度控制中心实现遥控,遥测,遥信,遥调*********….保护及其它IED开关位置信号模拟量输入开关量输出硬接线按功能设计当地监控串口结构特点:•集中式,保护信号硬接点接入•面向功能设计•成本低2.发展第二阶段：(始于80年代中后期)监控系统(RTU模式)+继电保护模式保护装置变电站层上级调度控制中心测控单元测控单元测控单元计算机监控系统(CSCS)通过数字通信,将测量、控制、远传等功能为一体串口/以太网通信层间隔层现场总线结构特点:•分散式测控装置(RTU),保护信号多以硬接点接入•分层分布式,以太网,现场总线和串口通信•监控后台(取代传统的模拟盘监控)•面向功能设计3.发展第三阶段：(始于90年代)变电站综合自动化系统--监控系统+微机保护RTU模式分层分布式(网络)模式….测控测控测控网络(现场总线)保护保护微机保护上级调度控制中心串口/以太网变电站综合自动化系统(ISAS)是集保护、测量、控制、远传等功能为一体，通过数字通信及网络技术来实现信息共享的一套微机化的二次设备及系统串口变电站层通信层间隔层保护结构特点:•分散式测控+微机保护装置,通信接入,四合一保护测控•分层分布式,以太网,现场总线和串口通信•监控后台•面向功能设计面向对象设计3.第四阶段：变电站自动化系统(2003年,随着IEC61850标准的出台)SubstationAutomationSystem--SAS国际电工委员会解释为“在变电站内提供包括通信基础设施在内的自动化系统(SAS-SubstationAutomationSystem：TheSASprovidesAutomationinaSubstationincludingtheCommunicationinfrastructure)”分层分布式(网络)模式过程层(电子PTCT,智能开关)变电站层(包括网络)间隔层(保护,测控,故障录波,IED…)变电站自动化系统(SAS)上级调度控制中心远方控制层结构特点:•全开放式,所有智能电子设备(IED)通信接入•分层分布式,以太网为主,现场总线和串口通信为辅•监控后台•以面向对象(间隔)设计为主,面向功能设计为辅•能适应未来技术的发展,如IEC618501.我国变电站自动化技术应用情况•35~750kV变电站约14000座,每年新增变电站的数量约为3%•主要生产厂家:国外—ABB、SIEMENS、GE等国内—南瑞集团、北京四方、许继电气、国电南自等二.变电站自动化技术现状国内外变电站自动化产品比较:•国外起步较早,几大公司代表国际水平,占领大部分国际市场,装置有技术优势•国内起步晚,进步快,在中低压技术领域,已完全实现国产化.超高压大多实现国产化•国内中低压产品已开始走向国际市场•国内在技术理念上还落后,模仿学习为主,产品工艺上有差距,关键技术上有点受制于人GPS监控工作站现场总线测控装置第三方智能设备对时总线总控通信单元（远动工作站）保护测控装置RS232/422/485MODEM路由器调度总控通信单元（远动工作站）保护装置110KV及以下变电站综合自动化系统典型结构图110KV部分35KV,10KV部分110KV及以下变电站综合自动化系统典型结构图监控工作站现场总线测控装置第三方智能设备对时总线总控通信单元（远动工作站）保护测控装置RS232/422/485MODEM路由器调度总控通信单元（远动工作站）保护装置110KV部分35KV,10KV部分监控工作站以太网测控装置第三方智能设备对时总线保护测控装置RS232/422/485MODEM路由器调度远动工作站）保护装置110KV及以下变电站综合自动化系统典型结构图35KV,10KV部分110KV部分特点：1.10KV保护测控一体化,110KV线路保护测控独立,可靠性,经济性2.现场总线与以太网并存(现状)3.以太网取代现场总线(不久将来)4.淡化后台作用,加强远动工作站性能,适应集控站模式,无人值班模式站控层100MB网络交换机服务器A双10/100M以太网公用接口装置GPS工程师工作站操作员工作站间隔层服务器BWEB服务器五防工作站远动工作站路由器保护信息网保护信息子站高压1#继电器小室测控装置测控装置保护管理机保护装置高压2#继电器小室保护测控装置保护管理机测控装置测控装置保护装置保护管理机对时总线MODEM调度220KV及以上变电站综合自动化系统典型结构图站控层100MB网络交换机服务器A双10/100M以太网公用接口装置GPS工程师工作站操作员工作站间隔层服务器BWEB服务器五防工作站远动工作站路由器保护信息网保护信息子站高压1#继电器小室测控装置测控装置保护装置保护装置高压2#继电器小室保护测控装置保护管理机测控装置测控装置保护装置保护装置对时总线MODEM调度220KV及以上变电站综合自动化系统典型结构图特点：1.面向间隔对象设计的2.分层分布式结构模式3.单层网为主,保护和故障录波宜单独组网4.高