变电站综合自动化系统的研究.docx

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变电站综合自动化系统的研究

上海电力学院成教院

本科毕业设计（论文）

题　　目：

变电站综合自动化系统的研究

专　　业：

　　电气工程及其自动化　　　

年　　级：

　　　　2011上电　　　　　

学生姓名：

　　　　　万勇　　　　　　

学　　号：

　　　15110059　　　　

指导教师：

　　　　张永健　　　　　

2013年10月1日

变电站综合自动化系统的研究

摘要随着全国农村电网的改造建设，变电站的投运越来越多，一些老旧的常规变电站需要进行自动化改造升级，升级到无人值守综合自动化变电站。

南昌县供电公司全县共有15座变电站，其中还有六座是老旧的常规综自设备变电站，他们的主变、保护设备基本都使用超过20年。

由于许多变电站中地处偏远、负荷很小的，进行无人值守改造意义重大。

所以如何在现有设备上，在保证合理使用资金的情况下，对这些常规变电站进行无人值守改造，使其能够接入到南昌县调度自动化系统（EMS系统中），将是一个急要解决的问题。

本文以南昌县徐罗变电站为例，在分析国内外调度自动化发展现状和南昌县电网实际情况的前提下，对如何对徐罗变电站进行无人值守改造进行了研究，并对各系统的性能、功能实现提出了设计要求和解决方案，同时也简单介绍调度主站如何接入其信号和相关人机交互功能。

关键词南昌县徐罗变无人值守改造设计

目录

第一章：

引言1

1.1概述1

1.2常见自动化系统结构1

1.3本文所要做的主要工作3

第二章：

徐罗变电站无人值守设计综合自动化改造原则及功能要求4

2.1南昌县调度自动化简介4

2.2设计原则5

2.3功能要求6

2.4无人值守变电站基本要求7

第三章：

徐罗变无人值守综合自动化改造方案8

3.1系统结构8

3.2通信规约方式10

3.3遥信功能实现13

3.4遥测功能实现16

3.5遥控功能实现19

3.6其他功能21

3.7防雷21

结论23

参考文献24

第一章：

引言

电力系统运行的可靠性及其电能的质量与电力系统的自动化水平有密切的联系。

为了使电力系统安全经济运行，各种继电保护和自动装置组成了信息就地处理的自动化系统。

1.1概述

县级电网是整个供电网的末端，其所属变电站一般存在电压等级低、容量相对小、供电范围大、出线较少、设备相对落后等问题,随着调度自动化系统的建立,要求我们逐步实现各站自动化改造,以便接入调度系统,但在自动化改造方面,面临着各种各样的困难。

以南昌县为例，影响变电站自动化改造的主要问题有：

一，由于县域范围大，变电所分散，变电所设备陈旧。

全县很多变电所都是七、八十年代投运的，不少设备早已归属淘汰之列，没有自动化相应的接口,无法实行无人值守。

第二，专业技术人员匮乏。

专业技术人员数量不够,培训力度还不够，影响正常的运行维护管理工作。

第三，县级企业技术改造资金有限，在自动化系统工程改造必须因地制宜，应根据具体情况，采用不同步骤和方式，在保证设计具备安全性、可靠性、稳定性的同时要充分考虑到经济性。

1.2常见自动化系统结构

自动化系统一般由远动子系统、计算机子系统和人机联系子系统组成，如图：

图1－1调度自动化系统结构图

变电所的各种信息，通过远动子系统将其传送到调度中心，并完成对信息的预处理，同时也可将调度中心的控制命令传送到变电所。

计算机子系统是以计算机为基础的信息处理系统，它对远动子系统收集到的基础数据作进一步加工处理、分析、计算，为调度人员监视、分析系统运行状态以及对系统运行进行控制提供依据。

人机联系子系统包括屏幕显示器、打印机、键盘。

鼠标、调度模拟屏等设备，用于向调度人员显示和输出信息，也可以输入调度人员的控制命令。

从原理上将自动化系统按其功能又可以分成如下四个子系统。

图1－2自动化系统原理图

1．信息采集和命令执行子系统

信息采集和命令执行子系统是指设置在变电站中的运动终端（综自设备）。

运动终端与主站配合可以实现四遥功能。

2．信息传输子系统

信息传输子系统也就是通信系统，它为自动化系统提供传输通道，满足信息的上下传递的需要。

通信系统按信道的制式不同，可分为模拟传输系统和数字传输系统两类，其具体的设备组成各不同。

3．信息的采集处理和控制子系统

信息的采集处理和控制子系统是指主站调度自动化系统，它实现对整个电网的监视和控制，收集分散在变电站的实时信息，对这些信息进行分析和处理，并将结果显示给调度员或产生输出命令对系统进行控制。

4．人机联系子系统

从自动化系统收集到的信息，经过计算机加工处理后，通过各种显示装置反馈给运行人员。

运行人员收到这些信息作出决策后，再通过键盘、鼠标、显示屏触摸等操作手段，对电力系统进行控制，这就是人机联系。

1.3本文所要做的主要工作

本文是在阅读了大量国内外有关文献资料的基础上，依据省、市公司文件精神，根据南昌县电网具体情况，以徐罗变电站为列，主要完成以下工作：

1、根据应用需要，提出徐罗变无人值守综合自动化改造设计原则和功能要求。

2、从经济、实用、安全、可靠的原则出发，按照“三遥”功能的要求，提出徐罗变无人值守综合自动化改造方案。

3、简单介绍徐罗变如何接入主站调度自动化系统（EMS系统）。

第二章：

徐罗变电站无人值守设计综合自动化改造原则及功能要求

2.1南昌县调度自动化简介

南昌县县调自动化主站系统是按省公司确定的大型县模式建设，其主站系统硬件配置、设备选型和主站系统软件功能要求严格按照省公司招标确定的配置方案和设备选型。

考虑到县级调度的规模及应用，南昌县调工程使用的是EMS系统。

南昌县变电站分布示意图：

图2－1南昌县变电站分布图

全县共有35KV变电站15座（滁搓、太殿、幽兰、北山、红旗泵、新联、武阳、徐罗、黄湖、南新、蒋巷、富山、岗上、广福、东新），其中蒋巷、富山、黄湖、徐罗、北山、太殿6座为常规综自设备变电站。

这6座常规站站内设备一般都已使用20年以上，大部分主变都不具备有载调压功能，无法实施无人值守，急需对他们进行无人值守综合自动化改造，以便接入调度自动化系统。

在六座常规综自设备站中，徐罗变处于电网末端，该站建于1988年，具备常规的差动，过流，速断保护，无安全自动装置，共有6条10kV出线，负责着南昌县三江镇、黄马乡供电，在全县各站中属于供电范围最大的几座变电站之一，2012年最大负荷达到11MW，且该站一次设备都是户外式，老化最为严重，故本文以徐罗变研究无人值守设计综合自动化改造。

图2－2徐罗变电站一次接线图

2.2设计原则

由于徐罗变电站设备陈旧，要将变电站的继电保护、测量、监视、控制和通信都集中于自动化系统中，应至少能满足以下设计原则。

1、安全可靠性

必须保证变电站自动化系统具有高的可靠性和安全性，能在强的干扰情况下、电磁环境下工作，尽可能保证自动化设备的独立性，避免其干扰站内继保等设备，优先选择性价比高的、技术成熟先进且通过国家质量检测机构检测的。

2、规范性

变电站自动化系统的设计应执行国家、行业的有关标准、规范及规程、规定。

符合《35kV～110kV无人值班变电所设计规程》（DT/T5103-2012）要求，应选择通过ISO9000质量体系认证的企业生产的变电站自动化设备。

变电站自动化系统的各种接口规约应采用国家或行业标准，特殊的通信规约应具备详尽规约文本，能够接入现有EMS系统（支持104规约）。

3、分层分布式

优先选用分层分布式变电站自动化结构。

充分应用现场总线或局域网等先进通信技术解决变电站内数据交换问题。

4、开放性

自动化系统必须具备灵活的平台结构，扩展方便，以便今后扩充或升级。

5、经济性

在满足以上要求的同时，充分考虑改造的经济性，尽量选择性价比高的设备。

2.3功能要求

根据现有工作实际，我们对变电站自动化系统功能的主要要求是数据采集、安全监视，并与主站保持实时信息通信。

具体功能要求如下：

1.数据采集

·主变有功功率、无功功率、电流、

·母线电压

·线路有功功率、无功功率、电流

·直流母线电压

·电气设备运行状态

·主保护运行状态

2.运行记录

·事件顺序记录与存档

·控制操作记录

3.远动功能

·与主站通信

·当地人机接口

·远方控制操作

·远方／当地自动化控制系统操作切换

2.4无人值守变电站基本要求

无人值守变电站的技术和设备选择应遵循“安全、高效、环保”原则，力求标准化、无人化、小型化、最优化，优先采用技术成熟先进、结构简单、自动化程度高、少维护、运行运行业绩优异的高可靠性产品。

变电站设备的选型应满足节能、低噪音等环保要求。

对于老旧设备以及事故频发、影响运行的设备，必须更换。

在设备、规约方面宜考虑数字化变电站的技术要求，适应变电站发展趋势。

在保证供电网络可靠运行的基础上，应适当简化接线方式。

同一单位在同一电压等级上宜采用统一的接线方式和设备配置原则。

一、二次设备的选型应规范统一，避免设备繁杂。

无人值守变电站的继电保护及安全自动装置应选用性能稳定、质量可靠的微机型产品，并应具备信息远传功能。

无人值守变电站的自动化系统，应采用变电站计算机监控系统。

变电站的信息采集应满足无人值守的运行要求。

无人值守变电站的通信配置应能支撑无人值守站各分系统对通信的需要。

无人值守变电站、调度、监控中心之间的通信配置应稳定可靠。

无人值守变电站的交直流电源设备应根据无人值守站的实际地理和交通条件考虑适当提高配置，应具备远方监控和控制功能。

无人值守变电站条件许可下建议配置相应的视频安防、消防、环境监测等系统，并应能够实现远方监视和控制。

第三章：

徐罗变无人值守综合自动化改造方案

3.1系统结构

变电站自动化系统的基本结构及特点

  1、集中式系统结构集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其I／O接口，集中采集变电站的模拟量和数量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。

由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。

此类结构对监控主机的性能要求较高，且系统处理能力有限，开发手段少，系统在开放性、扩展性和可维护性等方面较差，抗干扰能力不强，该结构在早期自动化系统中应用较多，目前国内许多的厂家尚属于这种结构方式。

  2、分布式系统结构按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设备，将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。

其结构的最大特点是采用主、从CPU协同工作方式，各功能模块如智能电子设备（IntelligentElectronicDevice，IED）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。

各功能模块（通常是多个CPU）之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。

  其结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。

该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。

分布式变电站综合自动化系统自问世以来，显示出强大的生命力。

但目前，还存在在抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上的问题等。

  3、分层分布式结构。

分层分布式结构采用“面向对象”设计。

所谓面向对象，就是面向电气一次回路设备或电气间隔设备，间隔层中数据、采集、控制单元（I/O单元）和保护单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近，相互间通过通信网络相连，与监控主机通信。

目前，分层分布式结构系统结构在自动化系统中较为流行，主要原因是：

①现在的IED设备大多是按面向对象设计的，如专门的线路保护单元、主变保护单元、小电流接地选线单元等，虽然有将所有保护功能综合为一体的趋势，