变电站综合自动化系统分析9.docx
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变电站综合自动化系统分析9.docx
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变电站综合自动化系统分析9
毕业设计(论文)
(说明书)
题目:
变电站综合自动化系统分析
姓名:
学号:
20092004229
平顶山工业职业技术学院
2011年12月2日
平顶山工业职业技术学院
毕业设计(论文)任务书
姓名
专业电气自动化(plc技术应用方向)
任务下达日期2011年9月19日
设计(论文)开始日期2011年9月26日
设计(论文)完成日期2011年12月2日
设计(论文)题目:
变电站综合自动化系统分析
A·编制设计
B·设计专题(毕业论文)
指导教师王朝阳
系(部)主任郭宗跃
2011年12月2日
平顶山工业职业技术学院
毕业设计(论文)答辩委员会记录
自动化与信息工程系电气自动化(plc技术应用方向)专业,学生于2011年12月15日进行了毕业设计(论文)答辩。
设计题目:
变电站综合自动化系统分析
专题(论文)题目:
变电站综合自动化系统分析
指导老师:
王朝阳
答辩委员会根据学生提交的毕业设计(论文)材料,根据学生答辩情况,经答辩委员会讨论评定,给予学生毕业设计(论文)成绩为。
答辩委员会人,出席人
答辩委员会主任(签字):
答辩委员会副主任(签字):
答辩委员会委员:
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平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文)评语
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学生姓名:
专业电气自动化(plc技术应用方向)年级2009
毕业设计(论文)题目:
变电站综合自动化系统分析
评阅人:
指导教师:
王朝阳(签字)年月日
成绩:
系(科)主任:
(签字)年月日
毕业设计(论文)及答辩评语:
目录
摘要1
绪论2
第1章变电站综合自动化概述3
1.1变电站综合自动化的基本概念3
1.2传统变电站存在的问题以及实现自动化的优越性4
1.2.1传统变电站存在的问题4
1.2.2综合自动化系统的优越性5
1.3变电站综合自动化的基本功能和特点6
1.3.1变电站综合自动化的基本功能6
1.3.2变电站综合自动化的特点6
1.4变电站综合自动化技术的发展历程及发展方向7
第2章变电站综合自动化系统内容10
2.1变电站综合自动化微机保护子系统10
2.2变电站综合自动化监控子系统11
2.3变电站综合自动化电压无功控制系统16
2.4变电站综合自动化系统的其他子系统16
2.4.1备自投自动投入装置16
2.4.2自动按频率减负荷系统17
第3章变电站综合自动化系统的结构形式19
3.1变电站综合自动化的设计原则和要求19
3.2综合自动化系统的硬件结构形式20
第4章变电站综合自动化系统的数据通信25
4.1通信网络的发展25
4.1.1RS-232,RS-422和RS-485总线26
4.1.2LONWORKS总线26
4.1.3CANBUS现场总线26
4.2现场总线在变电站综合自动化内部网的应用27
4.2.1LONWORKS现场总线网方案28
4.2.2嵌入式以太网方案28
4.2.3基于CANBUS总线的通信系统方案29
4.3国外相关产品的比较30
4.4通信协议的作用31
4.5光纤通信技术31
4.5.1光纤通信优点31
4.5.2光纤通信的类型以及在配电自动化系统中的应用如下32
4.6现场总线通信技术32
4.7无线通信技术32
4.8配电线载波通信技术33
第5章变电站综合自动化的工程案例34
5.1中平能化二矿变电站介绍34
5.2变电站综合自动化系统的调试和验收38
5.3变电站安全管理规范40
致谢42
参考文献43
摘要
本次毕业论文通过对变电站自动化的概念和发展历程及趋势,以及变电站综合自动化系统的优越性和国内外现在发展的状况的论述,探讨了变电站综合自动化各个子系统的功能,结构,保护配置,并且进一步讨论了变电站综合自动化系统硬件的结构和特点。
通过对变电站综合自动化系统通信方面的研究,介绍了当前各种总线方式和最新的通信技术,将各种通信方式进行了详细的说明,并将他们的优缺点进行了详细的分析,还有变电站综合自动化现实案例分析,另有变电站工作的行为规范。
关键词:
变电站综合自动化,通信网络,微机保护,硬件配置。
绪论
随着国民经济的持续发展,电网装机量迅速增长,电力供应紧张状况已暂时得到缓解。
目前存在的主要问题是配电网薄弱,难以满足用户对供电质量愈来愈高的要求,因此,国家电力公司已决定将工作重心从侧重点源建设转移到侧重电网建设和改造上,并明确提出电网建设与改造必须依靠科技的进步,采用先进的技术和现代化的管理手段来建设和改造城市电力网和农村电力网。
实现配电网自动化是电网建设和改造中现代化管理的重要手段。
变电站在配电网中的地位十分重要,所以其自动化是配电网自动化的基础和重点。
我国对变电站综合自动化的研究、开发和应用开始于80年代中、后期,90年代逐渐形成高潮,目前已发展成为一个相对独立的技术领域。
时间已充分证明:
当代配电网中,变化最大、效益最明显的莫过于变电站综合自动化了。
变电站实现自动化,推进了配电网自动化和调度自动化的进展和技术水平的提高。
由于变电站综合自动化是微计算机技术、数字信号处理技术、大规模集成电路技术和通信技术等高科技在变电站的集中应用,是传统的变电站的二次系统的一场重大变革,而且这场变革将随着上述高科技的不断发展而继续深入,因此对于电力工业第一线的生产技术人员,了解变电站综合自动的有关技术和原理,了解变电站实现综合自动化的优越性,进而为进一步促进变电站综合自动化的发展,为城网和农网的建设和改造做出更大贡献。
第1章变电站综合自动化概述
1.1变电站综合自动化的基本概念
1.随着微电子技术、计算机技术和通信技术的发展,变电站综合自动化技术也得到了迅速的发展。
近几年来,变电站综合自动化已经成为热门话题,引起了电力工业部门的注意和重视,并成为当前我国电力工业推行技术进步的重点之一。
之所以如此,是因为:
1)随着我国电力工业和电力系统的发展,对变电站的安全、经济运行要求越来越高,实现变电站综合自动化,可以提高电网的安全、经济运行水平,减少基建投资,并为推广变电站无人值班提供了手段;
2)随着电网复杂程度的增加,各级调度中心要求更多的信息,以便及时掌握电网及变电站的运行情况;
3)为提高变电站的可控性,要求采用更多的远方集中控制、集中操作和反事故措施;
4)利用现代计算机技术、通信技术等,提供先进的技术装备,可改变传统的二次设备模式,实现信息共享,简化系统,减少电缆,减少占地面积;
5)对变电站进行全面的技术改造。
变电站综合自动化系统完全可以满足上述要求,因此近几年来得到了迅速的发展。
2.变电站综合自动化是将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电报护、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、实现对全站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护,以及与调度通信等综合性的自动化功能。
变电站综合自动化系统,既利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统,代替常规的测量和监视仪表,代替常规控制屏、中央信号系统和远动屏,用微机保护代替常规的继电保护屏,改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。
因此,变电站综合自动化是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。
变电站综合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能力,可方便的监视和控制变电站内各种设备的运行和操作。
变电站综合自动化系统具有功能综合化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。
1.变电站的作用
在电力系统中,变电站是介于发电厂和电力用户之间的中间环节。
它主要完成电能的传输、电压的变换和电能分配等功能。
是电力系统的重要组成部分。
如图1-1。
图1-1变电站功能示意图
2.变电站的分类
1)常规变电站:
采用常规设备,尤其是二次设备采用电磁型或晶体管型,没有配备综合自动化系统的变电站。
2)综合自动化变电站:
安装有综合自动化系统的变电站统称为综合自动化变电站,简称综自变电站。
3.变电站的组成
不管变电站如何分类,其组成都包括一次系统和二次系统两大部分。
一次系统是电力系统的躯干,负责完成电能的传输、分配和电压变切换工作,包括由主变压器、母线、断路器、隔离开关、避雷器、并联电容器、互感器等设备;
二次系统是电力系统的大脑和中枢神经系统,负责完成对一次设备及其流经电能的测量、监视和故障告警、控制、保护以及开关闭锁等工作,包括测量仪表、继电保护、自动装置和远动装置等。
1.2传统变电站存在的问题以及实现自动化的优越性
1.2.1传统变电站存在的问题
众所周知,变电站是电力系统中不可缺少的重要环节,他担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务,对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。
尤其是现在打大容量发电机组的不断投运和超高压远距离输电和大电网的实现,是电力系统的安全控制更加复杂,-如果仍依靠运来的人工抄表、记录、人工造作为主,依靠原来变电站的旧设备,而不进行技术改造的话,必然没法满足安全、稳定运行的需要,更谈不上适应现代电力系统管理模式-的需要。
传统的变电站存在如下缺点。
1)供电质量缺乏科学的保;
2)维护工作量大,设备可靠性差,不利于提高运行管理水平和自动化水平。
3)占地面积,增加了征地投资。
4)不适应电力系统快速运算和实时控制的要求。
5)安全性、可靠性不能满足现代电力系统考可靠性的要求。
1.2.2综合自动化系统的优越性
1.提高变电站的安全、可靠运行水平
变电站综合自动化系统中的各子系统,绝大多数都是由微机组成的,他们多数具有故障诊断功能。
除了微机保护能迅速发现被保护对象的故障并切除故障外,有的自控装置兼有监视其控制对象工作是否正常的功能,一旦发现其工作不正常,能及时发出告警信息。
更为重要的是,微机保护装置和微机型自动装置具有故障自诊断功能,这是综合自动化系统比其常规的自动装置或“四遥”装置突出的特点,可使得采用综合自动化系统的变电站一、二次设备的可靠性大为提高。
2.提高供电质量,提高电压合格率
由于在变电站综合自动化系统中包括有电压、无功自动控制功能,故对于具备有载调压变压器和无功补偿电容器的变电站,可以大大提高电压合格率,保证电力系统主要设备和各种负荷电器设备的安全,使无功潮流合理,降低网损,节约电能。
3.简化了变电站二次部分的配置
在变电站综合自动化系统中,对某个电气量只需采集一次便可供系统共享。
例如,微机保护、当地监控、远动不必各自独立设置采集硬件,而可以共享信息。
当微机多功能保护装置兼有故障录波功能时,就可省去专用故障录波器。
常规的控制屏、中央信号屏、站内的主接线屏等的作用,或者利用当地计算机监控操作、显示器显示来代替,或者由远动监控操作来代替,避免了设备重复。
4.提高电力系统的运行、管理水平
变电站实现自动化后,监视、测量、记录、抄表等工作都由计算机自动完成,既提高了测量的精度,又避免了人为的主观干预。
运行人员只要通过观看屏幕,就可对变电站主要设备和各输、配电线路的运行工况和运行参数一目了然。
综合自动化系统具有与上级调度通信功能,可将检测到的数据及时送往调度中心,使调度员能及时掌握各变电站的运行情况,也能对它进行必要的调节与控制,且各种操作都有事件顺序记录可供查阅,大大提高运行管理水平。
5.减少维护工作量,减少值班员劳动量
由于综合自动化系统中,各子系统有故障自诊断功能,系统内部有故障时能自检出故障部位,缩短了维修时间。
微机保护和自动装置的定值又可在线读出检查,可节约定期核对定值的时间。
而监控系统的抄表、记录自动化,值班员可不必定时抄表、记录。
如果配置了与上级调度的通信功能,能实现遥测、遥信、遥控、遥调,则完全可实现无人值班,达到减人增效的目的。
1.3变电站综合自动化的基本功能和特点
1.3.1变电站综合自动化的基本功能
变电站综合自动化系统的基本功能从国内外多年实践经验所形成的意见来看,可归纳为控制与监视功能、自动控制功能、测量表计功能、继电保护功能、与继电保护有关功能、接口功能、系统功能等7种功能。
变电站综合自动化是多专业性的综合技术,它以微型计算机为基础,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。
仅从变电站自动化系统的构成和所完成的功能来看,它是将变电站的监视控制、继电保护、自动控制装置和远动等所要完成的功能组合在一起,通过计算机硬件、模块化软件和数据通信网构成一个完整的系统。
1.3.2变电站综合自动化的特点
变电站综合自动化就是通过监控系统的局域网通信,将微机保护、微机自动装置、微机远动装置采集的模拟量、开关量、状态量、脉冲量及一些非电量信号,经过数据处理及功能的重新组合,按照预定的程序和要求,对变电站实现综合性的监视和调度。
因此,综合自动化的核心是自动监控系统,而综合自动化的纽带是监控系统的局域通信网络,它把微机继电保护、微机自动装置、微机远动功能综合在一起形成一个具有远方功能的自动监控系统。
变电站综合自动化系统最明显的特征表现在以下几个方面:
1.功能综合化
变电站综合自动化技术是在微机技术、数据通信技术、自动化技术基础上发展起来的。
是个技术密集、多种专业技术相互交叉、相互配合的系统。
它综合了变电站除一次设备和交、直流电源以外的全部二次设备。
在综合自动化系统中,微机监控系统综合了变电站的仪表屏、操作屏、模拟屏、变送器屏、中央信号系统等功能,远动的RTU功能及电压和无功补偿自动调节功能;微机保护(和监控系统一起)综合了故障录波、故障测距、小电流接地选线、自动按频率减负荷、自动重合闸等自动装置功能。
上述综合自动化的综合功能是通过局域网各微机系统软、硬件的资源共享形成的,因此对微机保护和自动装置提出了更高的自动化要求。
2.分级分布式、微机化的系统结构
综合自动化系统内各子系统和各功能模块由不同配置的单片机或微型计算机组成,采用分布式结构,通过网络、总线将微机保护、数据采集、控制等各子系统联接起来,构成一个分级分布式的系统。
一个综合自动化系统可以有十几个甚至几十个微处理器同时并行工作,实现各种功能。
3.测量显示数字化
长期以来,变电站采用指针式仪表作为测量仪器,其准确度低、读数不方便。
采用微机监控系统后,彻底改变了原来的测量手段,常规指针式仪表全被显示器上的数字显示所代替,直观、明了。
而原来的人工抄表记录则完全由打印机打印的报表所代替,这不仅减轻了值班员的劳动,而且提高了测量精度和管理的科学性。
4.操作监视屏幕化
变电站实现综合自动化,不论是有人值班,还是无人值班,操作人员在变电站内,还是在主控站或调度室内,面对显示器,可对变电站的设备和输电线路进行全方位的监视与操作。
常规庞大的模拟屏被显示器上的实时主接线画面取代;常规在断路器安装处或控制屏上进行的分、合闸操作,被显示器上的鼠标操作或键盘操作所代替;常规的光字牌报警信号,被显示器画面闪烁和文字提示或语音报警所取代,即通过计算机上的显示器,可以监视全变电站的实时运行情况和对各开关设备进行操作控制。
5.运行管理智能化
变电站综合自动化的另一个最大特点是运行管理智能化。
智能化的含义不仅是能实现许多自动化的功能,例如:
电压、无功自动调节,不完全接地系统单相接地自动选线,自动事故判别与事故记录,事件顺序记录,报表打印,自动报警等,更重要的是能实现故障分析和故障恢复操作智能化;而且能实现自动化系统本身的故障自诊断、自闭锁和自恢复等功能,这对于提高变电站的运行管理水平和安全可靠性是非常重要的,也是常规的二次系统所无法实现的。
常规的二次设备只能监视一次设备,而本身的故障必须靠维护人员去检查,本身不具备自诊断能力。
总之,变电站实现综合自动化可以全面地提高变电站的技术水平和运行管理水平,使其能适应现代化大电力
1.4变电站综合自动化技术的发展历程及发展方向
1.4.1变电站综合自动化系统的发展过程
现有的变电站有三种形式:
第一种是传统的变电站;第二种是部分实现微机管理、具有一定自动化水平的变电站;第三种是全面微机化的综合自动化变电站。
变电站综合自动化的发展可以分为以下三个阶段。
1.由分立元件构成的自动装置阶段
20世纪70年代以前,由研究单位和制造厂家生产出的各种功能的自动装置,(比如采用的自动重合闸装置、低频自动减负荷装置、备用电源自动投入、直流电源和各种继电保护装置等),主要采用模拟电路,由晶体管等分立元件组成,对提高变电站和发电厂的自动化水平,保证系统安全运行,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,而且缺乏智能,没有故障自诊断能力,在运行中若自身出现故障,不能提供告警信息,有的甚至会影响电网安全。
同时,分立元件的装置可靠性不高,维护工作量大,装置本身体积大,不经济。
2.以微处理器为核心的智能化自动装置阶段
20世纪80年代,随着我国改革开放的发展,微处理器技术开始引入我国,并逐步应用于各行各业。
在变电站自动化方面,用大规模集成电路或微处理机代替了原来的继电器晶体管等分立元件组成的自动装置,利用微处理器的智能和计算能力,可以发展和应用新的算法,提高了测量的准确度和可靠性;能够扩充新的功能,尤其是装置本身的故障自诊断功能,对提高自动装置自身的可靠性和缩短维修时间是很有意义的;此外,由于采用了数字式,统一数字信号电平,缩小了体积等,其优越性是明显的。
由于这些微机型的自动装置,只是硬件结构由微处理器及其接口电路代替,并扩展了一些简单的功能,虽然提高了变电站自动控制的能力和可靠性,但基本上还是维持着原有的功能和逻辑关系,在工作方式上多数仍然是各自独立运行,不能互相通信,不能共享资源,变电站和发电厂设计和运行中存在的问题没有得到根本的解决。
3.变电站综合自动化系统的发展阶段
我国是从20世纪60年代开始研制变电站自动化技术。
到70年代初,便先后研制出电气集中控制装置和集保护、控制、信号为一体的装置。
在80年代中期,由清华大学研制的35kV变电站微机保护、监测自动化系统在威海望岛变电站投入运行。
与此同时南京京自动化研究院也开发出了220kV梅河口变电站综合自动化系统。
此外,国内许多高等校及科研单位也在这方面做了大量的工作,推出一些不同类型、功能各异的自动化系统。
为国内的变电站自动化技术的发展起到了卓有成效的推动作用。
进入90年代,变电站综合自动化已成为热门话题,研究单位和产品如雨后春笋般的发展,具有代表性的公司和产品有:
北京四方公司的CSC2000系列综合自动化系统,南京南瑞集团公司的BSJ2200计算机监控系统,南京南瑞继电保护电气有限公司的RCS—9000系列综合自动化系统,上海惠安Powercomm2000变电站自动化监控系统,国电南自PS6000系列综合自动化系统,许继电气公司的CBZ—8000系列综合自动化系统等
1.4.2变电站综合自动化的发展方向
目前国内各厂家不断推出性能更完善、技术水平更高的综合自动化装置。
例如,国电南京自动化股份有限公司生产的ps6000变电站综合自动化系统,涵盖了500~35kv电压等级的输配电线路保护、主设备保护及测量控制系统,并提供了各个电压等级的变电站自动化的完整解决方案。
该系统从间隔层的单元设备即采用以太网的通信方式,加之单元设备内部采用了高效率的平衡式通信方式,使系统在信息的采集、传输、响应等各个环节都较以往的分布式有了质的飞跃。
开放性的设计思想,人性化的设计理念,高性能的通用平台,高标准的电磁兼容性能,体现在从单元设备到监控系统的各个环节中,从根本上提升了整个变电站自动化系统的技术水平。
总体上看,变电站综合自动化技术的发展方向大致有以下几个方面。
1)从集中控制、功能分散型向全分散网络型发展;
2)开发标准型的软、硬件平台;
3)从计算机控制向综合智能控制发展;
4)保护与控制装置向户外型演变;
5)从屏幕数据监视向多媒监视发展;
第2章变电站综合自动化系统内容
2.1变电站综合自动化微机保护子系统
微机保护测控装置:
是以微处理器为核心,根据数据采集系统所采集到的电气系统实时状态数据。
按照给定算法来监测电力系统是否发生故障及故障的性质、范围等,并由此做出是否跳闸或报警等判断的一种安全装置。
微机继电保护功能是变电站综合自动化系统的最基本、最重要的功能。
它包括变电站的主设备和输电线路的全套保护:
高压输电线路的主保护和后备保护;变压器的主保护、后备保护以及非电量保护;母线保护;低压配电线路保护;无功补偿装置如电容器组保护;所用变保护等。
各保护单元,除应具备独立、完整的保护功能外,还应具备以下附加功能:
1)具有事件记录功能。
事件记录,包括发生故障、保护动作出口、保护设备状态等重要事项的记录;
2)具有与系统对时功能(即GPS),以便与系统统一时间,准确记录各种事件发生的时间;
3)存储多套保护定值;
4)具备当地人机接口功能。
不仅可显示保护单元各种信息,且可通过它修改保护定值;
5)具备通信功能。
提供必要的通信接口,支持保护单元与计算机系统通信协议;
6)故障自诊断功能。
通过自诊断,及时发现保护单元内部故障并报警。
对于严重故障,在报警的同时,应可靠闭锁保护出口。
7)各保护单元满足功能要求的同时,还应满足保护装置快速性、选择性、灵敏性和可靠性要求。
2.继电保护装置的组成
一般由测量部分、逻辑部分和执行部分组成。
见图2-1。
图2-1继电保护装置原理结构图
1)测量部分
测量部分是测量从被保护对象输入的有关电气量,并与已给定的整定值进行比较,根据比较的结果,从而判断保护是否应该起动。
2)逻辑部分
逻辑部分是根据测量部分各输出量的大小、性质、输出的逻辑状态、出现的顺序或它们的组合,使保护装置按一定的逻辑关系工作,最后确定是否应该使断路器跳闸或发出信号,将有关命令传给执行部分。
继电保护中常用的逻辑回路有“或”、“与”、“否”、“延时起动”、“延时返回”以及“记忆”等回路。
3)执行部分
执行部分是根据逻辑部分输出的信号,最后完成保护装置所担负的任务。
如故障时,动作于跳闸;不正常运行时,发出信号;正常运行时,不动作等。
动作于跳闸的继电保护,在技术上一般应满足四个基本要求,即选择性、速动性、灵敏性和可靠性
2.2变电站综合自动化监控子系统
运行监视和控制相当于正常的监视和控制,取代常规的测量系统,指针式仪表、常规的操作机构和模拟盘,以计算机显示和处理取代常规的告警、报警、中央信号、光字牌等;取代常规的远动装置等等。
其功能应包括以下几部分内容:
1.数据采集的功能
数据采集是变电站自动化系统得以执行其他功能的基础。
变电站的数据采集有两种:
1)变电站原始数据采集。
原始数据指直接来自一次设备,如电压互感器(PT)、电流互感器(CT)电压电流信号、变压器温度以及开关辅助触点、一次设备状态信号。
变电站的原始数据包括:
模拟量、开关量和电能量。
(1)模拟量:
指控制系统量的大小是一个在一定范围内变化的连续
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