南瑞NS变电站综合自动化系统应用研究Word格式文档下载.docx

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TheNS2000Narisubstationintegratedautomationsystemforresearch,greatlyimprovethequalityofelectricenergy,ensurethatitissafeandreliablepowerstate,andultimatelyimprovethedegreeofautomationofthepowersupply,ensurethesafetyofproduction,theextraordinarysignificance.

Keywords:

NARINS2000substationintegratedautomationsystem,kV,110Southsubstation

1绪论

1.1研究背景

变电站综合自动化系统主要是借助于微机技术，把变电站在掌控、检测、处理信号传递、继电保护、故障录波以及远动等诸项功能整合于一体的数项机分享系统。

变电站综合自动化系统承担的功能有：

继电保护、运作掌控、故障性录波测距、事件记录、数据搜集、参量监测、信息远传、事故报警、智能化电压无功控制与低周减载以及系统智能化检测等。

变电站综合自动化系统主要在于强化变电站的安全可靠性，使其处于横稳的运作状态，减少运作的维护开支、加强经济实效、提供用户高质量的电能服务项目及其综合性的方案。

在计算机与网络信息技术、智能化技术以及通信技术等高新科技日益发达的背景下，一则综合自动化系统对传统型的变电站二次系统加以代替或更新已变成整个发展的趋向；

二则保护系统亦需要配置诸如故障录波、运行监控、自检测、事件记录与控制管理等多项更为完善的功能，因而发展与改进变电站综合自动化系统也是整个电力行业发展的必然走向。

当下变电站综合自动化技术基本上被广泛地运用在变电站系统内，通过现实的运作流程及其结果证实它具有构造简易、技术领先、功能完善、安全可靠等优点。

在计算机网络技术、信号搜集、通信技术、信号处置与新型分析计算技术等发展之际，特别是一次电气设备的构造、被控程度运用性能的加强，这更加有利于国内的变电站综合自动化的进一步提升，其发展前景看好。

1.2研究意义

在国民经济日益发展的背景下，电力工业在装机容量与社会生活用电负荷方面都呈现出明显递增的态势，同时也在拓宽电网的系统，输电的电压亦在提高。

相应地，在用电的质量及其可靠性方面所提出的要求也在日益强化。

变电站的安全、经济性运作已经变为电力体系中的一个核心组成。

因而，对于综合自动化方面所提出的要求也愈来愈高。

相应地，在技术领域，因为微机保护技术的广泛性运用，多种多样的硬件设备所需成本也在减少，测控设备类型呈现出极大的丰富性，再因为现场总线技术呈现出迅猛的发展态势，进而满足它能够在并不理想化的工业环境中应用，尤其是变电站自动化程度。

这促使变电站综合自动化技术能够深入地发展与提高。

从组成上而言，变电站主要由一次系统与二次系统2个部分。

其中，一次系统所承担的是有关传递、配置电能以及改变电压的任务，而二次系统则主要是对一次设备与流经的电能进行检测、监控与故障警示、维护与开关闭锁等任务。

把变电站的二次设备（主要是信号系统、自动设备、测量仪表、继电保护以及远动设备等）通过功能上的组合与优化设置后，借助于领先的现代电子技术、信号处理技术、计算机技术与通信技术等，完成变电站核心设备以及输、配电路线的智能化监控、检测与微机保护等任务，同时对通信等综合自动化功能加以调度，取代一次性检测与监视仪表与常规型的远动屏、控制屏与中央信号系统等设备。

变电站综合自动化系统能够搜集到比较完善的数据与信息，借助于计算机的计算与逻辑判断等功能，便捷地监控变电站中多种多样的设备运作与操作情况。

就目前的实现功能与技术水平角度而言，变电站综合自动化系统本身凸显出结构微机化、运行管理智能化、功能综合化与操作监视屏幕化等数项特征。

国家电网公司针对性地提出了自主性创新的提议（2009年），其宗旨是“三个统一”，即统一规划、统一标准与统一建设。

打造的电网骨架是特高压电网，确保各级电网能够和谐发展，发展的目标在于关键起互动式、信息化与智能化的电网体系。

智能化的变电站在整个强健型智能电网中占据着核心的地位，也起着节点的支撑作用，是整个电网建设中不可或缺的一个组成。

因而须加快执行此项战略部署与打造强健型智能化电网的脚步，从而强化智能化变电站的构建效率与实效。

广东省约50个代管式县级供电局归属于广东电网公司旗下后（2008年），广东电网公司开始就原先供电局在管理上所存在的诸多问题展开了整治，包括基础差、电网的骨架不牢、电气设备陈旧、供电的稳固性薄弱等，拨冗一部分资金针对性地改造电网，实现升级的目的。

其后，在县级供电局日渐地完成变电站无人值班与调度智能化的任务之后，从而能够满足现代电力体系的管理方式之所需。

南瑞NS2000变电站综合自动化系统工程在110KV城南变电站中的运用过程中，由于采用的是微机综合自动化的相关技术，从而不单单能够完成此变电站的电力体系运作监控和维护，同时通过通信的渠道完成不同级别变电所运作的状态与相关数据的监控与调度，从而得到无人值班的目的，强化变电站的高效运作技术与管理水平，确保电网及其设备处于安全、横稳而又可靠的运行状态中，减少运行的维护费用，强化相关电网工程的供电质量。

可见，研究此课题意义重大。

1.3研究目的

通过本论文的研究，设计出具有如下功能的变电站综合自动化系统：

能够搜集比较完备的数据及其信息，借助于计算机网络的计算与判断能力，监控变电站中不同设备具体的运行与操作情况。

变电站综合自动化有机地融入了网络化遥测、遥信技术、视频技术、光电子技术、现代微机保护技术、遥控以及数据库技术等多种技术元素，通过计算机网络通用硬件平台与具有层次化的构造软件平台，将变电站综合自动化系统打造为根据分层分布式的网络系统，并使其具有自动化、实用化与简易化等特点，进而完成较广领域、深层次化的公司信息集成目标，同时也能够充分地挖掘并使用各层次的数据资源。

变电站由此得以产生小型化与自动化的基础，同时能够拓宽监控的领域，确保变电站的可靠性、经济性、安全性与优质性等，同时提供了有关数据的搜集与监控的支持功能，在此基础上能够完成高程度的无人值班变电站管理目标。

通过本论文的研究，建设起功能完备、技术领先、安全可靠经济的变电站综合自动化系统，构建起高水平程度的电网调度智能化系统。

1.4国内外研究现状

1.4.1国内研究现状

国内有关变电站综合自动化系统的研究起于上个世纪80年代。

1987年清华大学电机工程系的相关人员在山东威海成功地投入望岛变电站的运作，此系统包括3台微机与相应的外围接口电路部分，一年之后通过了相关技术的鉴定，即它是我国的首创，从而弥补了我国在该领域的空白，同时也与全球20世纪80年代的领先水平相吻合。

在上个世纪的90年代，研究变电站综合自动化的机构与生产商家迅速发展起来，具有代表性的诸如清华大学的紫光公司、南京的南瑞公司以及上海的申瑞等，尤其是最近几年中，变电站综合自动化技术更是发展迅猛，出现了大规模的集成电路与通信技术，在它的研究范围中被广泛地加以推广使用，不断地完善自身的功能与性能，变为未来变电站及其技术改进的核心技术。

在变电站综合自动化体系环境下，一般将自动重合闸、故障测距、继电保护与故障录波等多项功能整合起来的设备称之为保护单元，将检测与控制功能等整合起来的设备称之为控制或是I／0单元，二者统一称之为间隔级单元。

不同种类的间隔级单元和变电站的中央（主控）单元整合后，通过间隔级单元所整理到的状态量与测量值，经由软件的方式完成不同保护闭锁的功能，取消或是在很大程度上精简传统设计中为完成闭锁功能相应的二次回路，从而实现变电站综合自动化系统的构建任务。

变电站综合自动化系统所包括的内容主要是变电站在搜集电气量与电气装置（诸如断路器）的情况加以监制与及时地调整。

变电站综合自动化技术可以完成有关变电站的正常性运作的监控与操作，确保变电站处于安全、正常的运作状态中。

若出现事故时，继电保护与故障录波主要负责搜集、监控瞬态的电气量任务，同时快速地排除故障，做好事故之后的修复工作。

在通信技术、计算机网络技术与电子技术迅捷发展的背景下，变电站综合自动化技术同样保持着前进的态势，有关变电站综合自动化系统的系统结构产生了对应的改变，无论是运作的安全可靠性、系统性能与实现功能等方面都在日益地完善。

变电站自动化正由原先的集中化掌控、功能零散化状态进入到分散（层）网络体系的新阶段。

其中，分散式的变电站综合自动化日益地代替了传统的集中式的变电站综合自动化系统结构。

以往的保护、远动与站级监控体系以及故障录波等设施与系统主要是基于功能的零散化进行分析的。

发展走向为从单个功能板块管理进入到数个电气化或是间隔式的单元，完成地理方位的高度化分散式的趋势，确保自动化系统出现故障后削减对电网所产生的影响，加强智能化设备的适应性与独立性等特点。

集中式结构的综合自动化系统指的是集中性地搜集有关变电站的数字量、模拟量与开关量等多种信息，从而展开集中性的计算和处理工作，依次实现智能化控制、微机监控及其保护等多项功能技术。

此技术已经广泛地运用于电力智能化体系内。

至于传输媒介的运用方面，由于光纤通信本身具备频带宽、抵抗电磁干扰性能优、耗能少与数据传递速率快等优势，广泛地运用在变电站中。

从发展趋势来看，采用光纤局域网是大势所趋。

它能够在很大程度上强化计算机网络的抵抗电磁与射频介入的性能，同时也与大容量的数据传递需求相吻合。

厂站综合自动化系统的代表产品，国内的有北京四方的csc系列、南京中德的Nsc系列及国电南瑞的BsJ系列（监控系统）等，这些产品均为分散式结构，并不断适应新技术发展的需要。

目前由于国内微机监控技术发展较快，使用较为成熟，因此对于国内设计的变电站，一般均采用国内的微机监控系统，而其间隔层保护测控单元则广泛采用西门子公司的PROTEcT4系列产品（有的也采用ABB、Schneider产品）。

南京中德保护控制系统有限公司开发的Nsc系列的厂站综合自动化系统，正是采用以上的典型配置方式，性能可靠，运行经验丰富，性价比较高，尤其是南京中德公司的产品在石化公司已有较好的使用业绩，因此在大乙烯110KV变电站也采用该公司的变电站综合自动化系统一NSC2000综合自动化系统监控系统（以下简称NSC2000系统）。

1.4.2国外研究现状

国外有关变电站综合自动化的起始于上个世纪的70年代。

早在1981年5月，英国举行了第六届全球供电会议，意大利、西德、法国、英国与澳大利亚等国在20世纪70年代末，逐渐废弃了新装变电站的远动装置，只有英国南威尔的电网仍旧在应用外（此区域逐步地规划应用微机远动的装置），此外，该全球供电会议上还指出，监控系统功能程序出拓展的走向。

供电网的监控功能的发展目标主要综合自动化，除却三遥之外，还包括如下的几点：

（1）寻觅且处置有关单相接地过程中所出现的事故；

（2）当做保护拒动或是断路器拒动的方式加以补充式的保护类型；

（3）推行荷载式的管理；

（4）以组别式数据进行记录；

（5）涵盖荷载曲线、故障、运作数据以及事件秩序等多维记录等；

（6）智能化的重台闸与继电保护。

日本研究微处理器运用在电力领域的时间要比欧美等发达国家晚，然而发展后劲十足。

日本通过关西电工企业与三菱电气有限公司共同的作用，于1975年逐渐地将数字控制系统（即SDCS—1）运用在配电变站中，并在4年后研制出样机。

1979年年末，在那须其竹里变安置电站，同时展开现场的调试工作。

1980年则逐渐地进行商业化的生产营销。

在20世纪80年代，分析变电站综合自动化系统的国家地区与大企业愈来愈多。

具有代表性的企业有：

ABB企业、美国GE企业、法国阿尔斯通企业、德国西门子公司、AEG企业以及西屋企业等，均有相应的变电站综台自动化产品。

其中，西门子早在1985年便于德国的汉诺威运作首套变电站自动化系统LSA678，迄今为止，约有近百套相同种类的系统，并广泛地运用在德国本地与欧洲等多个国家中各类用电级别的变电站中运作，并获得了不菲的成绩。

1995年，该企业也到中国投资运营，迄今也建成几十余座110kV的城市变电站，并也已经成功得运作变电站综合自动化系统。

综上所述，国外研究变电站综合自动化起始于上个世纪的70年代末，80年代则已经比较成熟地投入运作之中，同时就技术规范与准则的确定领域，也替中国80年代引入并研究变电站综合自动技术提供了珍贵的借鉴价值与经验。

1.5论文内容与构架

本论文的内容主要包括以下的5个方面：

（1）阐述变电站综合自动化的定义及内涵，对变电站综合自动化在国内外的发展及应用情况进行简单介绍。

（2）提出变电站综合自动化系统的功能要求，对各组成部分的功能进行分析研究。

对变电站综合自化系统常用组网结构和各自特点进行分析研究。

（3）研究微机保护测控一体化装置采用的微机保护算法和软硬件构成及功能实现。

（4）以110kV城南变电站综合自动化改造及应用为研究对象，采用南瑞NS2000的系列产品，对该站的综合自动化系统进行分析研究。

（5）分析研究变电站综合自动化系统在实际应用中存在的共性问题，并提出改进意见。

本论文的构架如下：

第一章，绪论。

本章主要对论文的研究背景、研究意义、研究目的、国内外研究现状等加以介绍，最后简介本论文的内容及其构架。

第二章，变电站综合自动化的基础理论。

首先，本章对变电站综合自动化的定义加以界定；

其次，本章分析变电站综合自动化的几个主要的特征；

再次，本章分析变电站综合自动化的结构；

接着，本章阐述变电站综合自动化的若干关键功能；

最后，本章探讨变电站综合自动化的保护设置。

第三章，NS2000综合自动化系统在110kV变电站中的实现与应用。

首先，本章对NS2000综合自动化系统加以概述；

其次，本章分析保护测控装置情况；

再次，本章分析的是微机监控信息的搜集与处置；

然后，本章从多个方面分析系统的硬件设计；

接着，本章对系统的软件展开设计；

最后，本章分析系统的应用。

第四章，NS2000综合自动化系统在110kV变电站中的优化。

本章依次进行如下的优化设计及其分析：

调度机的改进、强化后台机运作的平稳性、完善监控界面、加强报警功能、改进统计与报表体系、优化SOE功能等。

第五章，结论。

即对全文内容做一个简单的总结。

1.6论文的创新点

从当前的发展走向来看，变电站综合自动化技术日益朝向标准化、高集成化与数字化等。

在集成电路与计算机网络技术发达的背景下，不同类型的大型规模集成电路则会深入运用在继电保护与测控设备上，上述新型技术的运用会确保保护与测控装置所对应的电路板变得更为小型化与集成化。

而高集成化则能够让设备、通信数据的储存与处理性能更为成熟完善，减少成本开支，降低故障率，从而推动完成电力系统运作的统一化管理。

可见，变电站自动化系统会逐渐地过渡至产品的标准化趋势，即体现在：

产品的主要功能设计及其要求、产品的对外接口与通讯协议都在逐步地标准化，变电站中各个厂家的装置能够达到相连的目的，插上就可以使用，递增了用户挑选变电站中不同装置及其更新装置的自由度，而与标准化设置需求并不吻合的商家则会被日益地淘汰，从而确保变电站智能化专业日益趋于良性化的发展趋势。

上述也正是本论文的创新点，即设计并研究变电站的综合自动化技术及其运用情况，挖掘出现现实运用时所暴露出的共同症结，从而提出针对性的改进方案，从而针对性地就综合自动化系统的深入发展提出创意性的意见与建议。

2变电站综合自动化的基础理论

2.1变电站综合自动化的定义

变电站综合自动化融合了数项的专业性综合技术，借助于领先的现代电子技术、信息处理技术、计算机网络技术与通信技术等，完成变电站二次设备（涵盖监控、信号、智能化设备继电保护、检测、故障录波与远动设备等）相关功能的重组、优化与设计，从而有效地监控、检测、调整整座变电站所有装置的具体运作状况，构建起综合化的自动化体系结构。

变电站综合自动化本身具备运作管理自动化、检测显示数字化、功能综合化与结构分层化以及设备监控与操作微机化等多元特点。

它的问世成为了变电站自动化、小型化与拓宽监控领域的保证，同时也确保变电站处于安全、经济、横稳、可靠与优质等状态。

它的广泛应用代替了以往运作时不同类型的人工作业模式，进而强化了变电站的运作与管理情况。

它让变电站减少了运作与维护的费用，强化经济实效性，替用户能够使用高质量的电能。

此外，变电站综合自动化让电网调度智能化，即从原先必须经过厂站的自动化设备与系统过渡至调度智能化系统，同时提供更为准确的数据内容，调度控制中心基于此更为全面地获取电力系统的同步运行情况与厂站装置的运作情况，进而提出具有实质性的决策方案。

相类似地，要完成调度控制中心的远程掌控操作，必须经过变电站智能化设备才可以完成才能相关的操作指令目标。

因而，稳定的、完整的与技术领先的变电站综合自动化，是确保实现电网调度处于高水平与智能化的前提。

总而言之，变电站综合自动化的流程能够归结成如下：

第一时期：

基于功能设置的集中式RTU以及常规性的保护装置（上个世纪的80年代）；

第二时期：

基于功能设置分布式的测控设备以及微机保护设备（上个世纪的90年代）；

第三时期：

基于间隔化、对象设置的分层布局式的结构方式（上个世纪的90年代末），此为目前使用最为广泛的范式。

当下，变电站综合自动化技术过渡至数字化的新阶段。

2.2变电站综合自动化的特征

2.2.1功能的综合化

变电站综合自动化系统本身凸显出技术密集性以及数类专业技能相交叠与配合的体系。

其前提条件是计算机硬件与软件技术以及数据通信技术等。

它有机地综合了全部变电站中除却一次设备和交流与直流电源之外的所有二次性设备。

微机监控分体系综合了原先的操作屏、仪表屏、模拟屏，而远动装置、中央信号系统、变送器柜等功能微机保护分体系取代了电磁式或是晶体管式的保护设备，同时还能够基于用户所需，微机保护分体系与监控分体系相结合，融合了小电流接地、故障录波以及故障测距等属于分系统的多种功能。

2.2.2分级化的分布式以及微机化的体现构造

综合自动化体现在不同分系统与各功能板块的构成主要是多种相异的配备单片机或是微型计算机，采用的构造为分