变电站自动化系统毕业设计.docx

变电站自动化系统毕业设计.docx

《变电站自动化系统毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变电站自动化系统毕业设计.docx（59页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

变电站自动化系统毕业设计

毕业设计（论文）

五台变电站自动化系统

（WuTaiSubstationAutomationSysterm）

学生姓名

所在院系

所学专业

所在班级

指导教师

教师职称

完成时间

：

：

电气与信息学院

：

：

：

：

：

2009年6月20日

长春工程学院

摘要

计算机技术、通信技术、自动化技术的日益成熟，使我国电力系统技术迫切的需要改革，以适应现代技术的发展。

在电力系统的三大部分中（发电、输电、变电），变电尤为重要，变电站自动化技术的发展必要也从中凸显。

本设计中，利用PLC的模拟模块对变电站中的模拟量进行采集，并送到监控界面进行监视，利用PLC的数字模块对变电站中的开关量进行控制，使用力控组态软件技术对监控界面进行设计，并在Internet上发布该页面，实现远程控制。

关键词

变电站PLC控制监视页面发布

Abstract:

Computertechnology,communicationtechnology,automationtechnologyhasbecomemoresophisticated,sothatChina'selectricpowersystemtechnologyneedsurgentreforminordertomeettheneedsofmoderntechnology.Inmostofthepowersystemofthree（generation,transmission,substation）,transformationisparticularlyimportanttothedevelopmentofsubstationautomationtechnologytohighlighttheneedtoalso.

Thisdesign,theuseofPLCforthesubstationofthesimulationmoduleofthesimulationwascarriedoutinthecollection,andmonitoringinterfacetomonitortheuseofPLCforthesubstationofthenumberofmodulesintheswitchcontrol,theuseofforce-controlledtechnologytomonitorconfigurationsoftwareinterfacedesign,andpublishingintheInternetinterface,remotecontrol.

Keywords：

substationplccontrolsurveillancepublish-page

1引言

变电站自动化自20世纪90年代以来一直是我国电力行业、计算机行业中的热点之一。

所以成为热点，一是建设的需要，目前全国投入电网运行的35-110kV变电站18000座（不包括用户变），220kV变电站有1000多座，500kV变电站大约有70座。

而且每年变电站的数量以3%-5%的速度增长，也就是说每年都有数千座新建变电站投入电网运行。

同时，根据电网的要求，特别是自上个世纪末在我国全范围内开始的大规模城乡电网改造，不但要新建许多变电站，现有的将近一半以上的建设于上世纪六、七年代、甚至还有五年代的老旧变电站因设备陈旧老化而面临改造。

二是市场的因素，采用综合自动化系统，可在远方设立集控站，通过远方遥控、遥信、遥测、遥调、遥视等五遥功能集中监控若干个变电站，变电站现场实现无人值班，节约了大量的人力；它通过SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系统与MIS（ManagementInformationSystem）系统结合实现了办公自动化，提高了管理效率，为管理人员的决策提供了切实有力的依据

传统的35kV及以上电压等级的变电站的二次回路部分是由继电保护、当地监控、远动装置、故障录波和测距、直流系统与绝缘监视及通信等各类装置组成的，以往它们各自采用独立的装置来完成自身的功能，而且均自成系统，由此可避免各类装置之间功能的相互覆盖、部件重复配置、耗用大量的连接线和电缆等.

90年代中期，随着计算机技术、网络技术及通信技术的飞速发展，同时结合变电站的实际情况，研制成功了各种分散式变电站自动化系统并投入运行。

分散式系统的特点是将现场输入输出单元部件分别安装在中低压开关柜或高压一次设备附近，现场单元部件是保护和监控功能的二合一装置，用以处理各开关单元的继电保护和监控功能，亦可以是现场的微机保护和监控部件，分别保持其独立性。

在变电站控制室内设置内计算机系统——该系统也可布置在远方的集控站，对各现场单元部件进行通信联系。

通信方式多采用常用的串行口如RS-232C,RS-422/485。

但近年推出的分散式变电站自动化系统更多地采用了网络技术，遥测、遥信、采集及处理，遥控命令执行和继电保护功能等均由现场单元部件单独完成，并将这些信息通过网络送至后台主计算机，而变电站自动化的功能均由后台主计算机系统承担。

因此，现在的变电站自动化系统，概括起来，就是以计算机技术为基础，将传统变电站的测量、监控、保护等功能通过计算机网络综合在起，构成一个资源和信息共享的自动化系统，从而将传统的变电站控制屏、保护屏、控制台等结构进行了集成，可以实现远方监控，集中管理，进而实现变电站无人值班，并且实现了变电站管理的自动化。

同时由于装置实现了高度的集成，大大节省了变电站占地。

在当今土地资源和人力资源日趋紧张的情况下，实现变电站的自动化具有明显的经济和技术优势。

分散式变电站自动化系统中，面向对象技术己成为一个十分流行的趋势，即不单纯考虑某一个量，而是为某一设备配备完备的保护和监控功能装置，以完成特定的功能，从而保证了系统的分布式开放性。

从技术发展的趋势看，将来的测控设备还将和一次设备完全融合，即实现所谓的智能一次设备，每个对象均含有保护、监控、计费、操作、闭锁等一系列功能及信息库，面向自动化的仅是一对通信双绞线，该双绞线以网络方式和计算机相连。

完全分散式的实现依托于现今发展很快的计算机及网络技术，特别是现场总线技术。

这一技术的使用已使得自动化系统的实现简单得多，性能上也大大优于以往的系统，并可解决以往系统中RS-485链路信息传输的实时性问题，以及信号传输的容量问题。

一个典型的变电站自动化系统，可分为三个层次，三个层次分别为:

1、现场1/0层，用于和现场一次设备的信号和控制相连。

2、通信层，完成上位机（Workstation）和数据终端设备（（DTE）Dataterminalequipment）的数据和命令传输。

3、计算机管理层，完成相应的SCADA及变电站管理功能以及其它相应的辅助功能。

（1）现场单元功能与性能

在分散式变电站自动化系统中，特点是以变电站一次设备（如高低压开关等）为单位。

现场单元可以是监控和保护二合一装置，亦可以保持相对独立，但有一点是共同的，就是现场单元要求能独立完成监控和保护的功能。

现场监控单元具有遥测量采集及计算，遥信采集及处理，电能脉冲采集及累计，遥控命令接收与执行，对关键芯片的定时自检，与保护单元的通信（当与保护单元保持相对独立时），并在当地显示等功能。

现场保护单元可以根据安装单位的继电保护配置完成保护功能，接收与执行后台机下发的保护定值修改，自检功能，发送保护装置的工作信息、告警信息、动作信息、自检信息，接收与发送上级对保护装置整定值和测量值的查询，保护装置初始化，并当地显示等功能。

2变电站自动化系统

2.1变电站自动化系统的发展与展望

2.1.1变电站自动化技术的发展历程

1、国外变电站自动化的发展

国外变电站自动化的研究工作始于70年代。

根据1981年5月在英国召开的第六届国际供电会议资料报道，英国、西德、意大利、法国、澳大利亚等国家，于70年代末，新装的变电站远动装置已开始淘汰，当时仅英国南威尔电网还在使用（该地区当时已计划用微机远动装置代替），同时第六届国际供电会议的有关文章资料提出，监控系统的功能有扩大的趋势。

变电站的监控功能正以综合自动化为目标迅速发展，除三遥（遥信、遥测、遥控）外，一般有:

①寻找并处理单相接地故障；②作为保护拒动或断路器拒动的补充保护；③负荷管理；④成组数据记录；⑤其中包括负荷曲线，运行数据，事故及事件顺序记录等；⑥自动重合闸及继电保护。

日本在微处理器应用于电力系统方面的研究，虽晚于欧美，但后来居上。

于1975年在三菱电气有限公司的协助下，开始研究用于配电变电站的数字控制系统，于1979年9月完成样机，同年12月在变电站安装并进行现场调试。

1980年开始商业化生产。

80年代以后，研究变电站自动化系统的国家和大公司越来越多。

例如:

德国西门子公司、美国GE公司、西屋公司、法国阿尔斯通公司等都拥有自己的自动化系统产品。

西门子公司于1985年在德国汉诺威正式投运第一套变电站自动化系统（LSA678），至1993年已有了50多套同类型的系统在德国本土及欧洲其它国家不同电压等级的变电站投运，取得显著业绩。

1995年该公司在中国也陆续建立十几个110kV城市变电站，成功地投运了变电站自动化系统。

由此可见，国外研究变电站自动化系统始于70年代后期.80年代发展较快，而且在技术规范和标准的制定方面，为我国在80年代引进和研究变电站自动技术方面，提供了宝贵的经验

。

2、我国变电站自动化技术的发展过程

我国变电站自动化的研究工作开始于80年代中期，1987年清华大学电机工程系在山东威海望岛变电站成功地投入运行，系统主要由3台微机及其外围接口电路组成。

该系统于1987年成功投入运行，1988年通过技术鉴定。

鉴定结论为国内首创，填补了国内一项空白，并达到国际80年代先进水平。

在90年代，研究变电站自动化的研究单位和生产厂家快速发展.如南京的南瑞公司、上海的申瑞、北京清华大学的紫光公司等，特别是近几年来，变电站自动化技术更是精益求精，大规模集成电路技术和通信技术，在其研究的领域得到广泛应用，其功能和性能得到不断完善，已成为今后新建变电站以及变电站进行技术改造的主导技术

。

2.1.2变电站自动化技术的发展趋势

1、保护监控一体化

这种方式在35千伏及以下的电压等级中已普遍采用，今后在110千伏及以上的线路间隔和主变三侧中采用此方式也已是大势所趋。

它的好处是功能按一次单元集中化，利于稳定的进行信息采集以及对设备状态进行控制，极大地提高了性能效率比。

其目前的缺点也是显而易见的:

此种装置的运行可靠性要求极高，否则任何形式的检修维护都将迫使一次设备的停役。

可靠性、稳定性要求高，这也是目前110千伏及以上电压等级还采用保护和监控分离设置的原因之一。

随着技术的发展，冗余性、在线维护性设计的出现，将使保护监控一体化成为必然。

2、设备安装就地化、户外化

自动化装置将和一次设备整合在一起，其电气的抗干扰性能，设备抗热寒、抗雨雪、防腐蚀等各项环境指标将达到极高的地步。

目前的自动化装置都是安装在低电压的中置柜上和室内的开关室内，户外的仅是一些实现简单功能的柱上设备。

随着高电压等级的推广，其设备都将就地安装在户外的端子箱上，对环境条件要求高。

这种方式最终将带来变电站没有建筑小室或仅设一个控制小室，其最多也就是一台控制显示终端。

这将极大地减少整个变电站的二次电缆，使变电站的建设简化、快速，设备调试简单同时也极大地提高变电站的运行稳定性、可靠性。

3、人机操作界面接口统一化

无人无建筑小室的变电站，变电运行人员如果在就地查看设备和控制操作，将通过一个手持式可视无线终端，边监视一次设备边进行操作控制，所有相关的量化数据将显示在可视无线终端上。

4、通讯网络协议标准化

强大的通讯接口能力，主要通讯部件双备份冗余设计（双CPU、双电源等），采用光纤总线等等，使现代化的合自动化变电站的各种智能设备通过网络组成一个统一的、互相协调工作的整体。

5、数据采集和一次设备一体化

除了常规的电流电压、有功无功、开关状态等信息采集外，对一些设备的在线状态检测量化值，如主变的油位、开关的气体压力等等，都将紧密结合一次设备的传感器，直接采集到监控系统的实时数据库中。

高技术的智能化开关、光电式电流电压互感器的应用，必将给数据采集控制系统带来全新的模式。

2.1.3变电站实现综合自动化的优越性

①提高供电质量、提高电压合格率

②提高变电站的安全、可靠运行水平

③减少维护工作时间，减少值班人员的劳动强度，并达到减人提效

④提高电力系统的运行管理水平

2.2变电站自动化系统的基本结构和功能

2.2.1变电站自动化系统的结构形式

变电站自动化系统的组成在结构形式上主要可分为集中式、分布集中式、集中和分散结合式、分散式四种。

1、集中式自动化系统

图2-1为集中式变电站综合自动化系统示意图。

它是按功能要求配置相应的继电保护装置及远动装置并安装在变电站的中央控制室内。

变压器、各进出线及其它电气设备的运行状态通过CT（电流互感器）,PT（电压互感器）、开关辅助触点由电缆传送到变电站的中央控制室的保护装置和远动装置内，经初步处理后送到I/O通信控制器进行数据格式的变换（规约转换），并将变电站所有保护、测量、信号和控制信息统一处理，与当地的后台机和远方调度中心进行信息交换。

其特点是变电站中的所有信息统一集中处理，形成一个系统、并符合传统的变电站运行模式。

此种方式实际上是现有微机保护与微机远动的系统集成。

缺点是组屏多，占地面积大，而且需敷设大量电缆，投资和工程量大，应用会越来越少。

图2-1集中式自动化系统结构图

2、分布式（分散式）自动化系统

随着单片机技术、网络技术特别是总线技术的不断成熟和可靠、用于变电站自动化的分布式系统相继出现，如图2-2所示。

该系统按回路进行设计，每一个开关柜上或其它一次设备上就地安装微机保护单元和单回路的数采/监控单元，故开关和其它一次设备与单回路的数采/监控单元和微机保护单元在同一柜内，可免去大量的电缆联接，同时也提高了抗干扰能力。

微机保护单元和单回路的数采/监控单元与I/O通信控制器相互之间用网络电缆或光缆连接起来，仅作数据信息的传送。

分布式综合自动化系统的优点除了省电缆、抗干扰能力强外，无须再设置继电保护和远动装置屏，大大减化了二次设备，并减小了占地面积。

故分布式变电站自动化系统自问世以来，显示出强大的生命力。

国外SEMENS（西门子）公司的LSA678（继电保护7S/7U系列和监控单元6MB系列），美国GE公司的DFP-100和SEG公司（美国星光映佳集团）的CSN都是分布式的变电站自动化装置，国内不少厂家也开始生产同类设备与系统。

图2-2分布式自动化系统结构图

3、分布集中式自动化系统

将整个变电站的一、二次设备分为3层，即变电站层、单元层和设备层。

变电站层称为2层，单元层为1层，设备层为0层。

设备层主要指变电站内的变压器，断路器、隔离开关及其辅助接点，电流、电压互感器等一次设备。

变电站自动化系统主要位于1层和2层。

单元层一般按断路器间隔划分，具有测量、控制部件或继电保护部件。

单元层本身是由各种不同的单元装置组成，这些独立的单元装置直接通过局域网络或串行总线与变电站层联系;也可能设有数采管理机或保护管理机，分别管理各测量、监视单元和各保护单元，然后集中由数采管理机和保护管理机与变电站层通信。

单元层本身实际上就是两级系统的结构。

变电站层包括全站性的监控主机、远动通信机等。

变电站层设现场总线或局域网，供各主机之间和监控主机和单元层之间交换信息。

4、集中与分散结合式自动化系统

随着单片机技术和通信技术的发展，特别是现场总线和局部网络技术的应用，这种发展趋势是按每个电网元件（如:

一条出线，一台变压器、一组电容器等）为对象，集测量、保护、控制为一体，设计在同一机箱中。

至于高压线路保护装置和变压器保护装置，仍可采用集中组屏安装在主控室内。

这种结构方式介于集中式与分散式两种结构之间，形式较多。

目前国内应用较多的是分散式结构集中式组屏。

这种结构方式具有分散式结构的全部优点，由于采用了集中式组屏，有利于系统的设计、安装与维护管理。

现在分散式（分布式）是以后发展的趋势

。

2.2.2变电站自动化系统的功能

变电站自动化系统主要包括监控、控制、远传和保护四部分。

1、监控

监控基本功能：

主要完成数据采集和监视控制。

模拟量采集：

变电站的模拟量（遥测量）一般指随时间而连续变化的电信号和非电信号

需要采集的模拟量：

1）各电压等级的线电压和相电压、有功、无功功率

2）变压器的有功和无功功率

3）各进出线电流

4）分段断路器电流

5）站用变压器的电压、电流

6）直流母线电压

7）主变抽头位置及温度等等

开关量采集（遥信量）

1）所有开关的位置信号

2）站内的事故总信号、预告总信号

3）保护及重合闸动作信号

4）直流系统异常信号

5）接地信号

6）火警信号

7）控制回路断线及弹簧储能信号等等

2、控制功能

控制功能包括：

“远控”和“近控”。

所谓“远控”是指在变电站以外的控制中心（集控中心），对变电站内某些需要控制的设备实施控制操作；“近控”是指在变电站内对某些需要控制设备实施就地控制操作。

控制的主要对象有：

1）全部断路器；

2）有条件可控的隔离开关；

3）主变压器分头位置调节；

4）电容器投切；

5）消弧线圈抽头位置调节；

3、远传

远传在控制中心与无人值班变电站之间互传的信息称为远传信息，远传信息应当保证无人值班变电站处于集控中心的有效而可靠的监控之下，远传信息的内容为：

遥测、遥信、遥控、遥调，即四遥功能，站端具有四遥功能的远动装置，简称RTU。

4、保护

在变电站遇到突然故障的时候，变电站自动化系统可以及时有效地切断断路器、隔离开关等设备，对设备进行保护，以减少设备的损坏。

3变电站自动化中的数据通信系统

3.1变电站数据通信系统的介绍

在变电站自动化系统中，数据通信时一个重要环节，其主要任务体现在两个方面，一方面是完成自动化系统内部各个子系统或各种功能模块间的信息交换。

这是因为变电站自动化系统实质上是分级分布式的多台微机组成的控制系统。

各个子系统又由各个智能模块组成。

因此必须通过内部数据通信。

实现各个子系统内部和各个系统之间的信息的交换和实现信息的共享。

另一方面是完成变电站与调度调度中心的通信任务。

因为自动化系统的各个环节的信息要及时上报调度中心，如采集到的测量信息、断路器和隔离开关的分合状态信息、继电保护的动作信息等。

同时自动化系统也要接受和执行调度中心下达的各种操作和调控命令

。

3.1.1变电站通信网络的要求

由于数据通信在变电站自动化系统内的重要性，经济、可靠地数据通信成为系统的技术核心，而由于变电站的特殊环境和自动化系统的要求，变电站自动化系统内的数据网络应满足下列要求：

（1）快速的实时响应能力，

（2）很高的可靠性，（3）优良的电磁兼容性能，（4）分层式结构。

3.1.2内部数据通信网的选择

数据通信网是构成变电站自动化系统的关键环节，内部通信网络的标准化是使变电站自动化迈向标准化得难点之一，受性能、价格、硬件、软件、客户策略等因素的影响，目前在选择什么“接口网络”上很难达成一致。

网络特性主要由拓扑结构、传输媒体、媒体存取方式决定。

网络的选择应符合国际国内的标准；应选择当前的主流产品；应得到实力雄厚的软硬件商的支持；产品满足变电站运行要求；应具有较高的性价比。

不同类型的变电站对自动化系统的通信网络有不同的要求，在35KV的变电站可以采用RS-485或现场总线作为站内系统网络；在110KV变电站可以采用现场总线网络实现间隔层设备数据通信，当站控层设备较多时，变电站层可采用以太网连接；在220~500KV的超高压变电站，由于站内借点数目较多，应考虑使用以太网。

3.1.3通信方式介绍

电力系统中应用的通信方式有电力线载波通信、微波通信、光纤通信、卫星通信等。

1、电力线载波通信电力线载波通信（PowerLineCarrier，PLC）是将信息调制在高频载波信号上通过电力线进行传输，主要传输继电保护、数据采集与数据监控（Supervisory　Control　And　Data　Acquisition，ＳＣＡＤＡ）和语音通信所需的信息。

2、微波通信微波中继通信是一种重要的远距离通信方式，信息主要利用微波中继设备传送。

利用微波传送信息时，先要把信息送入微波设备专用载波机，在由载波设备发出去，接受过程正好相反。

这种通信方式是以直接直线传播的方式发射电磁波，对环境要求较高，如有山峰和楼房阻挡就需要加中继站或架设铁塔避开。

3、光纤通信光纤通信是以光波作为信息载体，以光导纤维作为传输介质的先进通信手段。

目前光纤通信的技术已经成熟，并且已经在电力系统中广泛应用。

光纤通信系统由电端机、光端机、中继器、光缆等设备组成。

按照光纤的种类来划分，光纤通信系统可分为两部分：

一多模光纤通信系统，采用多模光纤，传输容量小，一般在140Mb/s以下；二单模光纤通信系统，采用单模光纤，传输容量大，一般在140Mb/s以上。

光纤通信的最大特点是信道容量大，速率高，在一根光纤中可同时传输几百甚至上千路信号，可传输实时图像，而且抗干扰性好，通信质量高，使用持续时间长。

4、卫星通信卫星通信是利用位于同步卫星轨道的通信卫星作为中继站来转发或发射无线电信号，在地面站间进行通信。

与其他通信方式相比，卫星通信的优点是其与距离无关，不受地形环境和通信距离的限制；由于卫星通信的广播特性，通信覆盖面积大，可以非常经济地实现一点对多点的连接；通信容量大；卫星信道属于无线恒参信道，通信质量高且稳定；卫星系统只管两端，不管中间，因此操作维护简便

。

3.2变电站自动化系统的通信方案

1、串行通信接口：

在变电站自动化系统中，特别是微机保护、自动装置、监控系统相互通信电路中，大量使用串行通信。

串行通信在数据传输协议“开放系统互联（OSI）参考模型”的七层结构中属于物理层。

常用的串行标准接口有：

RS-232和RS-485。

在设计串行通信接口时，主要考虑的是串行标准通信接口、传输介质、电平转换。

2、局域网技术的应用：

局域网（LcoalAreaNetwork）是一种小区域内使各种数据通信设备互连在一起的通信网络，是计算机网络的一种。

它是利用通信设备和线路，将功能不同的、独立的多个计算机系统互连起来，通过网络软件实现网络中资源共享和信息交换的系统。

3、现场总线技术：

在变电站自动化系统中，微机保护、微机监控和其他机型的自控装置间的通信，大多数通过RS-422/RS-485通信接口连接，实现监控系统与微机保护和自动装置间的相互交换数据和状态信息。

这与变电站原来的二次系统相比，已有很大的优越性，可节省大量的连接电缆、接线简单、可靠。

但是在变电站自动化系统中采用RS-422/RS-485通信接口，连接点数一般不超过32个变电站，稍大时，便不能满足自动化系统的要求。

另外对RS-422/RS-485接口的通信规约缺乏统一标准，使不同厂家生产地设备很难互连，给用户带来不便。

而且采用RS-422/RS-485通信接口，其通信方式多为查询方式，即由主机问，保护单元或自控装置答，通信效率低，难以实现较高的实时性要求。

基于以上原因，国际上在20世纪80年代中期就提出了现场总线，并且制定了相应的标准。

现场总线是应用在生产现场，在微机化测量