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第四章变电站自动化主要内容：1.变电站自动化概述2.变电站自动化系统的基本功能3.变电站自动化的基本结构4.变电站的电压无功综合控制5.变电站防误操作闭锁系统6.变电站自动化系统其他控制功能及应用7.遥视与检测重点：1、2、4、5难点：4、6第一节变电站自动化概述一、变电站自动化的研究内容常规变电站的二次设备组成一般由以下几部分组成：继电保护、自动装置、测量仪表、操作控制屏和中央信号屏及远动装置(许多变电站没有远动装置)。变电站专业与管理在微机化以前，这几大部分不仅功能不同，实现的原理和技术也各不相同，因而长期以来形成了不同的专业和管理部门。集成电路与微机技术带来的变革20世纪80年代以来，由于集成电路技术和微机技术的发展，上述二次设备开始采用微机型的，例如：微机继电保护装置、微机型自动装置、微机监控系统和微机RTU等。功能不同，但其器件结构大同小异．除微机系统本身外，一般都是由对各种模拟量的数据采集回路和I/O回路组成，而且所采集的量和所控制的对象还有许多是共同的。变电站自动化的优化与组合促使研制者思考如何打破原来常规的二次设备的框框．从变电站的全局出发，着手研究全微机化的变电站二次部分的优化设计问题，这就是”变电站自动化系统”的由来。1.变电站自动化的基本概念变电站自动化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，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，实现全变电站的主要设备和输、配电线路的自动测量、监控和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。改变了传统的测量和监视仪表、常规控制屏、中央信号屏、远动屏、继电保护屏，实现了与外界的通信。变电站自动化是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技技术在变电站领域的综合应用。变电站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，可方便地监视和控制变电站内各种设备的运行和操作。变电站自动化系统具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。2.变电站自动化主要内容变电站自动化系统主要包括如下两方面的内容:（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，对变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，以全面提高变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人增效.(2)对220KV以上的变电站，主要是采用计算机监控系统以提高运行管理水平，同时采用新的保护技术和按制方式，促进各专业在技术真的协调，达到提高自动化水平和运行、管理水平的目的。总体上就是实现电气量的采集和电气设备的状态监视、控制和调节。二、变电站自动化的优越性其优越性主要表现在如下几个方面：(1)变电站自动化系统利用当代计算机技术和通信技术，提供了先进技术的设备，改变了传统的二次设备模式，信息共享，简化了系统，减少了连接电缆，减少占地面积，降低造价，改变了变电站的面貌。(2)提高了自动化水平，减轻了值班员的操作量，减少了维修工作量。(3)随着电网复杂程度的增加，各级调度中心要求各变电站能提供更多的信息，以便及时掌握电网及变电站的运行情况。(4)提高变电站的可控性，要求更多地采用远方集中控制、操作、反事故措施等。(5)采用无入值班管理模式，提高劳动生产率，减少人为误操作的可能。(6)全面提高运行的可靠性和经济性三、变电站自动化的发展过程从变电站自动化的发展过程来看，可分为以下几个阶段。1．变电站分立元件的自动装置阶段为了保证电力系统的正常运行，研究单位和制造厂，长期以来陆续生产出各种功能的自动装置，例如：自动重合闸装置、低频自动减负荷装置、备用电源自投和各种继电保护装置等。电力部门可根据需要，分别选择配置。20世纪70年代以前，这些自动装置主要采用模拟电路，内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。但这些自动装置，相互之间独立运行，互不相干，面且缺乏智能，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，有的其至会影响电网运行的安全，同时，分立元件的装置可靠性不高，经常需要维修，且体积大，不利于减少变电站的占地面积，因此需要有更高性能的装置代替。2.微处理器为核心的智能自动装置阶段20世纪80年代，随着微处理器技术的应用，许多电力行业的科技工作者，把汗意力放征如何将大规模集成电路技术和微处理器技术应用于电力系统各个领域厂在变电站自动化方面，首先将原来出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机替代。由于采用了数字式电路，统一数字信号电平，缩小了体积，明显地显示出优越件，特别是由微处理器构成的自动装置，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利控制的可靠件，还扩充了新的功能。尤其是装置本身的故障口诊断能力，对提高自动装置自身的可靠件和缩短维修时间是很有意义的。这些微机型的自动装置，虽然提高了变电站自动控制的能力和可靠性，但多数仍然是各自独立运行，不能互相通信，不能共享资源，因此仍然解决不了前述变电站设计和运行中存在的所有问题。随着数字技术和微机技术的发展，变电站内自动化孤岛问题引起了国内外科技工作者的关注，并对其开展研究和寻求解决的途径。因此变电站自动化是科学技术发展和变电站自动控制技术发展的必然结果。3．变电站自动化阶段国际上随着微型计算机技术的发展，20世纪70年代末开始变电站自动化的研究工作，20世纪80年代开始进入实际应用。如日本关西电子公司的用于配电变电站的数字控制系统(称为SDCS—1)在20世纪80年代初开始投入运行，该系统是以13台微处理机为基础的系统，具有变电站全部保护、测量和控制功能。西门子公司于1985年在德国汉诺威投入其第一套变电站自动化系统(LSA678)，该系统的结构有全分散式和局部分散式两种．均由测控系统、保护系统和开关闭锁系统三部分组成，到1993如年已有300多套同类型的系统投人运行，在我国也有一些110kv变电站在运行该系统。ABB公司的变电站自动化系统有用于中低变电站的SCS100和用于高压变电站的SCS200两种系统，其系统功能和特点与西门子公司的LSA类似，只是硬件配置有差异，它的间隔级将保护、测量控制和闭锁功能集成在起，便于实现分散式安装，在我国也有应用。国内变电站自动化系统从20世纪80年代末开始研制和开发，别世纪90年代进入应用阶段。如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。变电站自动化的真正投入实用则是在中低压微机保护投入实用并能实现同监控系统交换数据之后。特征是将保护和测量控制综合考虑配置，监控系统除了完成远动四遥功能外，还能同微机保护和小电流接地装置交换信息。站内需要通信系统，站端要有上位计算机作为监控之用。随着微计算机相通信技术的进一步发展，变电站自动化技术还在不断发展和完善。四、变电站自动化系统的基本要求1.变电拈自动化系统应能全面代替常规的二次设备，应集变电站的继电保护、测量、监视、运行控制和通信于一个分级分布式的系统中。2.变电站微机保护的软、硬件设置既要与监控系统相对独立，又要相互协调。微机保护是综合自动化系统中很重要的关键环节，因此其软、硬件配置要相对独立，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，任何其它环节故障只影响局部功能的实现，小影响保护子系统的正常工作。但与监控系统耍保持紧密通信联系。3.微机保护装置应具有串行接口或现场总线接口，向计算机监控系统或RTU提供保护动作信息或保护定值等信息。4.变电站自动化系统的功能和配置，应满足无人值班的总体要求。5.要有可靠、先进的通信网络和合理的通信协议。6.必须保证综合自动化系统具有高的可靠性和强的抗干扰能力。一旦系统中某部分出现故障，应尽量缩小影响范围并能尽快修复故障。7.系统的可扩展性、适应性要好。8.系统的标准化程度和开放性能要好。应尽量符合国家或部颁标准。9.数据共享应该是综合自动化系统发展的趋势，必须充分利用数字通信的优势，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，降低造价。10.变电站自动化系统的研究和开发工作，必须统一规划，统一指挥。变电站自动化系统是一项技术密集、涉及面广、综合性很强的基础自动化工程。在研究、开发和应用过程小，各专业要互相配合，避免各自为战，整个系统才能协调工作，对系统的信息才能集中管理和共享，避免不必要的重复和相互的干扰。五、变电站自动化系统的特点变电站综合自动化将变电站的监视控制，继电保护、自动控制和远动等所要完成的功能组合在一起，通过计算机硬件、软件和数据通信网而构成的一个综合系统。其最明显的特征表现在一下几个方面。1.功能综合化2.结构分布，分层化3.测量显示数字化4.操作监视屏幕化5.通信网络化、光缆化6.运行管理智能化第二节变电站自动化的基本功能变电站自动化是多专业性的综合技术，它以微机为基础，实现了对变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，实现了电网运行管理的一次变革。变电站自动化需完成的功能大概有63种，归纳起来可分为以下几种功能：(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；(5)与继电保护有关的功能；(6)接口功能；(7)系统功能。结合我国的情况来说，变电站自动化系统的基本功能体现在下述五个子系统：一、监控子系统的功能(一)数据采集1．模拟量的采集变电站器采集的模拟量有各段母线电压、线路电压、电流、有功功率、无功功率，主变压器电流、有功功串和无功功率，电容器的电流、无功功率，馈出线的电流、电压、功率及频率、相位、功率因数等。此外，模拟量还有主变压器油温、直流电源电压、站用变压器电压等。对模拟量的采集，可根据技术需要采用直流采样成交流采样方式。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、继电保护动作信号、运行告警信号等。3．电能计量电能量包括对进线、变压器和各条出线的电能量(包括有功电能和无功电能)的采集。众所周知，对电能量的采集，传统的方殆是采用机械式的电能表，由电能表盘转动的因数来反映电能量的大小。这些机械式的电能表，无法和计算机直接接口。计算机对电能量进行计量的常用方法有两种：(1)电能脉冲计量法。常用的有两种仪表类型①脉冲电能表;②机电一体化电能计量仪表。(2)软件计算方法。软件计算方法其实质是数据采集系统利用交流采样得到的电流、电压值，通过软件计算出有功电能和无功电能。专用的微机型电能表，彻底打破了传统机械式仪表的结构和原理．全部由单片机和集成电路构成，通过采样电压和电流量，由软件计算出有功电能和无功电能。因为这种装置是专门为计算电能量而设计的，因而可以保证计量的准确度比较高，而且不仅能保存电能值，方便地实现分时统计，还具有串行通信功能也可同时输出脉冲量。因此，微机电能表从功能、准确度和性能价格比上都大大优于脉冲电能表，是今后发展的方向。(二)事件顺序记录SOE事件顺序记录SOE(SequenceofEvents)包括断路器跳合闸记录、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长时间段的事件顺序记录，确保当后台监控系统或远方集中校制主站通信中断时，不丢失事件信息，并贞记录事件发生的时间(精确至毫秒级)。通过这一记录可了解系统或某一回路在事故前后所处的工作状态，对于分析和处理事故其辅助作用。(三)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。变电站的故障录波和故障测距可采用两种方法实现，一是由微机保护装量兼作故障记录和测距，这种方法可节约投资，减少硬件设备，但故障记录的量有限；另一种方法是采用专用的微机故障录波器，并且故障录波