220kV变电站综合自动化设计.doc

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XX大学电气工程学院

毕业设计论文

设计（论文）题目：

220kV变电站自动化研究

学生姓名：

xxx

学院：

电气工程学院

专业：

电气工程及其自动化

年级：

2008级

指导教师：

xxx

2010年9月1日

摘要

随着我国科学技术的发展，特别是计算机技术的进步，电力系统对变电站的更要求也越来越高。

所谓最新的变电站综合自动化，就是广泛采用微机保护和微机远动技术，分别采集变电站的模拟量、脉冲量、开关状态量及一些非电量信号，经过功能的重新组合，按照预定的程序和要求实现变电站监视、测量、协调和控制自动化的集合体和全过程，从而实现数据共享和资源共享，提高变电站自动化的整体效益。

本设计讨论的是220kV变电站综合自动化的设计。

首先对原始资料进行分析，在采用电力数据数据网系统作为整个变电站的通讯支撑的基础上进行监控系统、继电保护保护信息管理系统的设计，选择设备，然后进行防雷接地以及信息安全的设计。

关键字：

计算机监控；继电保护信息管理；远动通信。

目录

第一章综合自动化概述及其特点···························5

第一节变电站综合自动化的结构形式····················5

第二节变电站综合自动化系统的主要功能················6

第二章变电站监控系统的设计·····························8

第一节概述··········································8

第二节综合自动化技术应用····························8

第三节系统功能介绍·································10

第四节系统主要技术参数·····························12

第五节存在问题·····································12

第六节总结·········································13

第三章继电保护及故障信息管理系统······················14

第一节概述·········································14

第二节系统设计目标·································14

第三节硬件平台·····································14

第四节软件系统设计·································16

第五节典型系统简介·································21

第六节主要技术特点·································22

致谢····················································24

参考文献················································25

前言

变电站对电力的生产和分配起到了举足轻重的作用，学习和了解变电站的结构和运行对电力资源的可持续发展垫下了基础。

随着经济的快速发展，我国电力需求迅速增长，由于产业结构调整和居民生活水平的提高，第三产业和居民生活用电比重上升，制冷制热负荷大幅度增加，使得电网规模不断扩大，高电压、大机组、长距离输电、电网互联的趋势，使电网结构越来越复杂。

常规变电站的二次部分主要由四大类装置组成：

继电保护、故障录波、就地监控和远动。

在微机化以前，这些装置不仅功能不同，实现的原理和技术也完全不同，因而长期以来形成了不同的专业和相应的技术管理部门。

近年来，开始采用微机型继电保护装置、微机型故障录波器、微机监控和微机远动装置。

这些装置尽管功能不一样，其硬件配置却大体相同，除微机系统本身以外，无非是对各种模拟量的数据采集以及I/O回路，并且装置所采集的量和要控制的对象还有许多是共同的，因而显得设备重复，互联复杂。

人们自然提出这样一个问题，是否应该从全局出发来考虑全微机化的变电站二次部分的优化设计，提高变电站的可控性，更多的采用远方集中控制、操作、反事故措施等，提高劳动生产率，减少人为误操作的可能，提高运行可靠性，这就是变电站综合自动化的来历。

变电站的综合自动化由电脑继电保护和监控系统组成。

最明显的特征有以下四个方面：

1、功能综合化。

2、结构电脑化。

3、操作监视屏幕化。

4、运行管理智能化。

变电站的总体结构采用分布式结构，引入计算机局域网（LAN）技术，将站内所有的智能化装置（IED）连接起来。

变电站综合自动化应该改变常规的保护装置不能与外界通信的缺陷，取代常规的测量系统，如变送器、录波器、指针式仪表等；改变常规的操作机构，如操作盘、模拟盘、手动同期及手控无功补偿等装置；取代常规的告警、报警装置，如中央信号系统、光字牌等；取代常规的电磁式、机械式防误闭锁设备；取代常规的远动装置等。

计算机技术、通信技术、信息技术惊人的发展，为变电站综合自动化开辟了广阔的前景。

变电站综合自动化系统能够大大地提高整个电网运行的安全性和经济效益已经形成共识，其目标应实现变电站的小型化、无人化的高可靠性。

综合自动化技术始终追随着计算机技术的发展而发展，计算机和通信技术发展中的任何一种新技术都很快会在变电站综合自动化中找到它的位置。

第一章综合自动化概述及其特点

现代变电站综合自动化是二次设备完全用计算机实现对一次设备的安全运行监视与记录、安全操作监视、系统故障记录、故障分析、继电保护等多方面自动化的综合。

其结构可以是一个功能一套设备，也可以是一体的或多机一体分层分布的。

从某种角度上可以说，变电站的综合自动化由计算机继电保护和监控系统两大部分组成。

变电站综合自动化最明显的特征有以下四个方面：

（1）功能综合化.变电站综合自动化技术是从建立在计算机硬件技术、数据通信技术、模块化软件技术的基础上发展起来的。

它综合了变电站内除交直流以外的全部二次设备。

计算机保护代替了电磁式保护，监控装置综合了仪表屏、操作屏、模拟屏、变送器、远动装置、有载调压无功补偿、中央信号系统和光字牌；计算机保护和监控系统一起还综合了故障录波和故障测距、小信号接地等装置。

（2）结构电脑化。

分布式、多CPU综合自动化系统内各主要插件全是计算机化的，采用分布式结构，网络总线连接。

计算机保护、数据采集、监视控制等环节的CPU群构成了一个有机整体，以实现各种功能。

一个系统往往有几个甚至几十个电脑同时并行运行。

（3）操作监视屏幕化。

不管有人值班还是无人值班，操作人员不是在变电站内就是在远方调度室或操作中心内面对屏幕显示器进行变电站的全方位监视与操作。

常规方式下的指针仪表读数被屏幕数据所代替；常规庞大的模拟屏被CRT屏幕上的实时接线画面所取代；常规在操作屏上进行的跳合闸操作被计算机键盘或鼠标操作所取代；常规光字牌报警被CRT屏幕画面闪光和文字提示所取代。

简而言之，面对计算机的彩色可以窥视若大变电站内的瞬变万化。

（4）运行管理智能化。

变电站综合自动化另一个特征是运行管理智能化。

智能化不仅表现在常规的自动化功能上，如自动报警、自动报报表、电压无功自动调节、小信号接地自动选线、事故判别与处理等方面，还表现在能够在线自诊断并不断将自诊断的结果送向远方的主控端。

这是区别常规二次系统的重要特征。

简言之，常规二次系统只能检测一次设备，而对自己本身的故障诊断困难，必须更多的靠维护人员去检查发现；综合自动化系统不仅检测一次设备还时刻检查自己是否有故障，这就充分体现了其智能化。

一、变电站综合自动化的结构形式

归纳起来，变电站综合自动化系统的结构模式有集中式、分布分散式和分布式结构集中式组屏三种类型。

集中式的一般采用功能较强的计算机扩展其I/O及外围接口，集中采集信息、集中处理与计算，有的甚至将保护功能也做在一起，如下图所示。

这种方式提出得较早，主要受条件限制，当时计算机技术、网络通信技术还没有发展，这种方式可靠性差，功能也有限，很难推广应用。

人机联系

I/O接口

主计算机

打印机 调度所/控制操作中心

入出控制回路

随着计算机特别是单片机技术、网络技术特别是位总线技术的问世，用于变电站所控制的分布式结构装置与系统相继出现，一般按回路进行设计。

将数据采集、控制单元和计算机保护单元就地装在开关柜内或其他一次设备附近就地安装，相互之间有网络电缆或光缆连接起来，构成一个分布分散式的综合自动化系统，如下图所示。

这种系统最大的优点就是节省电缆，并避免了电缆传送信息的电磁干扰，其次是最大限度地压缩了二次设备的占地面积。

这种模式在高压变电站应用可能更为适合。

另一种形式是分布式结构集中式组屏，这种方式在中低压变电站用得最多，。

这种系统具有分布式结构全部的优点，系统便于扩充、便于维护，一个环节故障不影响其他部件的正常运行。

考虑到中低压变电站的一次设备都比较集中，有不少是组合式设备，分布面不广，所用信号电缆不长，因而采取集中组屏方式，比分散式就地安装多不了多少电缆，优点在于集中组屏后便于设计、安装与维护管理。

人机联系

主控机

（或双机）

线路开关柜

保护与控制

单元

馈线开关柜

保护与监控

单元

变压器保护

单元

单元

电容器保护

打印机或 调度所/控制操作中心

其它接口 光缆或电缆

TV/TA操作TV/TA操作TV/TA保护TV/TA保护

状态信号回路状态信号回路状态信号出口状态出口

油温

分布分散式综合自动化系统结构

二、变电站综合自动化系统的主要功能

变电站综合自动化主要包括安全监控、计算机保护、开关操作，电压无功控制、远动、低频减载以及自诊断等功能。

1.监控系统功能

监控系统功能包括数据采集、安全监视、事件顺序记录、电能计算、控制操作、与计算机保护装置通信等。

（1）数据采集与显示。

采集变电站电力运行实时数据和设备运行状态并通过当地或远方的显示器将运行工况以数据和画面两种方式反映给运行人员。

其中，工频模拟量采用计算机交流采样，状态触点方式接入监控系统。

（2）安全监视。

对采集的模拟量、状态量及保护信息进行自动监视。

当有被测量越限、保护动作、非正常状态变化、设备异常时，能及时在当地或远方发出音响或语音报警、推出报警画面、显示异常区域，为运行人员提供处理故障所需的全部信息，事故信息还可存贮和打印记录，供事后分析故障原因用。

（3）事件顺序记录。

变电站发生故障时，对异常状态变化的时间顺序进行自动记录、存贮、远传。

时间顺序记录分析率一般小于5ms,高压变电站可提高到小于1ms.

（4）电能计算。

系统可实现对采集的电能量分时统计，旁路代送时可自动实现电量的累加。

（5）控制操作。

系统可实现对断路器、隔离开关的开、合控制和变压器分接头的调整控制，具有防误操作措施，为防止系统故障时无法操作被控设备，在设计上应保留人工直接跳合闸手段。

（6）与保护装置通信、交换数据。

向保护装置发出对时、召唤数据命令，传送新的保护定值；保护装置向监控系统报告保护动作参数（动作时间、动作性质、动作