变电站综合自动化系统的研究毕业设计

变电站综合自动化系统的研究毕业设计内容摘要：

器保护遥控遥调遥脉遥测遥信C TP T开关量状态模拟量脉冲量出口继电器变压器分接头 分散式综合自动化系统： 该系统按回路进行设计，每一个开关柜上或其他一次设备上就地安装微机保护单元和单回路的数据采集和监控单元，这样不但可以节省大量的光电缆，同时也提高了抗干扰能力。 微机保护单元和单回路的数据采集和监控单元与I/O 通信控制器相互之间用网络电缆连接起来，仅做数据信息的传送。 分布式综合自动化系统的优点除了减少了大量的电缆，抗干扰能力增强，并大大的简化了二次设备，减小了占地面积。 缺点是运行时仍不是很稳定。 当 地 监 控 后 台 机I / O 通 信 控 制 器 1 I / O 通 信 控 制 器 2单 回 路 保 护 装 置单 回 路数 采 和 监 控单 元开 关柜 1 … … … …单 回 路 保 护 装 置 保 护 装 置单 回 路数 采 和 监 控单 元数 采 和 监 控单 元开 关 柜 n其 它 电 气 设备送 远 方 调 度中 心馈 线 间 隔 级网 络 电 缆分 布 式 综 合 自 动 化 系 统 原 理 图 分布集中式综合自动化系统： 整个变电站的一，二次设备分为三层，变电站层，单元层和设备层。 设备层为 0 层，单元层为 1 层，变电站层为 2 层。 设备层主要是指变电站内的变压器，断路器，隔离开关以及辅助接点，电流，电压互感器等一次设备。 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。 单元层本身是有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，也有可能设有数据采集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。 变电站综合自动化系统主要集中在单元层和变电站层。 集中和分散结合式综合自动化系统： 随着单片机技术和通信技术的发展，特别是现场总线和局域网络技术的应用，一种发展趋势是按每个电网元件，比如一台变压器，一台断路器等为对象，集测量，保护，控制为一体，设计在同一机箱内。 至于高压线路保护装置和变压器保 护装置，仍然可以按照集中组屏安装在主控室内。 这种结构方式介于集中式和分散式之间。 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，并且由于采用了集中式组屏，有利于系统的设计，安装以及维护管理。 但是这种结构比较适合用于中低压变电站。 变电站综合自动化系统的功能 变电站综合自动化系统的功能主要包括监测，监控，远传，保护四部分。 监测： 综合自动化系统通过对变电站的数据进行采集，处理，显示和打印，使运行人员了解变电站的 运行工况，并采取相应的措施。 所采集 的数据分为三大类：模拟量，开关量和脉冲量。 (1) 模拟量：变电站需要监测的各种模拟量包括主变一次，二次和各线路的电流，各段母线及重要线路的电压，各线路零序电流，母线零序电压，主变温度和室温。 (2) 开关量 ： 变电站内需要监测的各种开关量，包括各个开关，刀闸，变压器分接头，继电保护动作信息，开关机构运行状态，交直流电源运行状态，各微机运行状态等。 (3) 脉冲量：变电站需要监测的各种脉冲量，包括线路，主变一次和二次的有功电度量 和无功电度量，电容器的无功电度量，所用电的有功电度量等。 监控： 综合自动化系统提供方便可靠的人机对话，运行人员利用键盘和显示器操作开关，刀闸和变压器分接头。 该系统还可以根据电网运行情况自动控制开关或变压器分接头。 所有操作的可靠性在软硬件设计中都应符合双重化原则。 操作方式分为手动操作和遥控执行。 手动操作分为三种方式：键盘操作，把手操作，保护柜操作。 正常时利用键盘操作，非正常时通过模拟屏把手操作或保护柜操作。 保护柜操作可通过保护机键盘或柜上按扭实现。 遥控执行： 当调度端发出遥控开关或遥调 变压器分接头的命令后，该系统能可靠的执行。 变电站监控的内容主要有以下几个方面： (1) ： 跳闸统计：统计开关跳闸次数。 分为有事故跳闸次数和手动跳闸次数两种。 (2) ：接地选相：对于中性点不接地系统，当电网出现单相接地故障时利用零序电压，零序电流增量以及压降可判断接地线路及相别，也可以利用功率方向等其它方法来判别。 也可利用功率方向法等其他方法来判别。 为了保证可靠性，应多次采样后才能确定。 确定后，主机报警，并显示和打印。 运行人员按照提示，用人工检除方法跳开开关自动重合，验证主机的判断。 (3) : 无功电压自动控制：根据电网无功，电压计算和判断是投切电容器，还是调节变压器分接头位置。 以 使无功和电压满足要求。 在变压器。 电容器。 或电网故障时不应该误动。 当电容器检修时，不应参与控制。 远传： 当变电站正常运行或发生事故及报警等事件时，远传机会实时的向上级调度传送该站信息，使调度人员了解该站的运行情况。 保护： 微机保护不仅有较高的可靠性和灵敏性，而且使用方便。 其特点 ： (1) : 用键盘和八段显示器（ LED）显示采样值（电流，电压，和开关状态）和整定值，并可修改整定值。 (2) : 具有事故追忆功能。 能够记录事故前后的线路电流和母线电压。 (3) : 具备实时 自检功能。 能够对保护柜包括主机在内的各元件进行在线检查。 变电站保护分为以下几种类型： (1): 线路保护：包括电流速断保护，定时限过电流保护，方向性电流保护，零序电压，电流及方向保护，反时限过流保护，高频保护，距离保护。 双回线方向横差保护和低周减载保护。 (2): 变压器保护 ： 包括差电流速断保护，带二次谐波制动的比例差动保护。 本体保护（重瓦斯，轻瓦斯，有载重瓦斯，有载轻瓦斯等），过流保护（包括低压启动，复合电压启动），过负荷保护。 零序保护，高压侧备用电源自投和低压侧备电源自投。 (3): 电容器保护 ：包括电流速断保护，过流保护，反时限过流保护，相间过电压保护，相间低电压保护和零序过电压保护。 4： 母线保护：包括完全电流差动母线保护和电流比相式 变电站综合自动化系统的硬件配置 综合自动化系统变电站主控室的结构分为三类： (1) 模拟屏式 ： 在主控室模拟屏前设微机台，台内装微机及 UPS 电源，台上放主机显示器 CRT，键盘和打印机。 模拟屏主接线图上安装仪表和操作把手。 其他如保护柜，变送器柜，电度表柜， 监控柜，交直流电源柜等均放在模拟屏后，或分置于其他房间。 模 拟 屏主 接 线 图 上 安 装 仪 表 和操 作 把 手微 机 台 ， 显 示 器 ， 键 盘 ， 打 印机保 护 柜 ， 变 送 器 柜 ， 电 度 表柜 ， 监 控 柜前部后部 (2) 控制台式 ： 再主控室前部设控制台，无模拟屏。 在控制台对面设保护柜，变送器柜，监控柜，电度表柜和交直流电源柜等设备。 控制台上或旁边放主机显示器 CRT。 打印机和键盘。 模拟主接线，操作把手，必要的仪表和光字均安装在控制台面上。 主 控 室 前 部 的控 制 台上 面 安 装 显 示 器 ， 打 印 机 ，键 盘 ， 模 拟 主 接 线 ， 操 作 把手 ， 必 要 仪 表保 护 柜 ， 变 送器 柜 ， 监 控柜 ， 电 度 表柜 ， 电 流 柜O P P O S I T E (3)微机台式 ： 在主控室前部设微机台，无模拟凭，无控制台。 主控室后部设保护柜，变送器柜，监控柜，电度表柜，交直流电源柜等设备。 微机台内装主机和微机电源， 微机台上放 CRT，打印机和键盘。 主 控 室前 部 微 机 台内 设 有 主 机 和 微 机 电 源 ， 打 印 机 ， 键 盘后 部保 护 柜 ， 变 送 器 柜 ， 监 控 柜 ， 电 度 表柜 ， 交 直 流 电 流 柜 硬件的配 置原则 综合自动化系统硬件配置应遵循下列原则： (1):各自独立，相互配合。 不同功能的硬件之间只能有信息交换，不应有电的直接联系。 采用光电隔离和继电器接点闲离的方法实现。 保护柜内各单元应有独立的交流输入，独立电源，独立出口，应有可靠的抗干扰措施。 监控部分在监控机，电度机，采样机，远传机任一故障情况下，应不影响其他机正常工作。 (2): 软硬件模块化，方便维护和扩展。 各单元应具有模块化的主机板，开出板。 开 入板，模入板等，方便维护，并可在此基础上进一步开发。 (3)： 具有较强的抗干扰能力。 满足在强电场，高频影响和谐波冲击等环境下可靠工作，并能防止雷电冲击。 微机保护装置的发展大致可以分为以下几个阶段： 第一阶段是以单 cpu 的硬件结构为主，数据采集系统由逐次逼近式 A/D 模数转换器构成，硬件和软件的设计符合四统一设计标准，其代表产品为微机高压输电线路保护装置。 第二阶段以多单片机构成的多 cpu 硬件结构为主，数据采集系统为电压频率转换原理的计数式数据采集系统，硬件软件的设计吸取了第一代微机保护装置的成功运行经 验，利用多 cpu 的特点，强化了自检和互检功能，使硬件故障可以定位，对保护的跳闸出口回路，具有完善的抗干扰措施以及防止拒动和误动的措施。 第三阶段以高性能的 16 位单片机构成的硬件结构为主，具有总线不需引出芯片，电路结构简单的特点，抗干扰能力进一步加强，并且完善了通信功能，为实现变电站自动化提供了方便。 再现阶段，在一些微机继电保护装置中，个别产品也采用了性能更好，功能更强大的工业控制计算机。 变电站综合自动化系统微机保护的硬件结构 (1) 处理器分为单片机和数字信号处理器两种。 单片机通过大规模集 成电路技术将 CPU ,ROM, RAM, 和 I/O 接口电路封装在一块芯片中，具有可靠性高，接口设计简单，运行速度快，功耗低，性价比高的优点。 使用单片机的微机保护具有较强的针对性，系统结构紧凑，整体性能和可靠性高，但通用性和可扩展性相对较差。 而且某些保护算法需要使用乘法，除法或是开平方运算，而早期的片内资源有限，实际应用时常常需要对其功能进行补充和外部扩展。 新型高性能的单片机性能得到了很大的提高。 运行能力也得到了大大的加强，出现了无须进行外部扩展的所谓总线不出芯片的新型微机保护。 此保护采用了高集成度 16 位单 片机，其内部包含了 124KEPROM， 4KRAM，接近10 个内部计数器，定时器和中断口， 2 个全双工的串行口，以及整个内部 A/D转换器。 其高效丰富的指定系统使得编程及其应用即灵活又简洁。 高性能单片机包含了微机保护所需要的各种硬件功能，使新型微机保护的电路设计异常简单可靠。 由于单片机价格低廉，因此，微机保护由当初的单 CPU 的硬件结构为主发展到为多单片机构成的多 CPU 硬件结构为主。 大量使用单片机的微机保护在电力系统中得到了成功的应用，也由于新型单片机的卓越性能，现阶段使用单片机的微机保护仍将是我国微机保护的主 流产品。 数字信号处理器 DSP：它与目前通用的 CPU 不同，是一种为了达到快速运算而具有特殊结构的微处理器。 DSP 具有强大的处理功能，在相同的主频率下，甚至比目前最先进的个人计算机快 10—50 倍。 快速的指令周期，哈佛结构，流水操作，专用的乘法器，特殊的指令，加上集成电路优化设计，可以使DSP 的指令周期达到 200ns。 DSP 的突出特点是计算能力强，精度高，总线速度快，吞吐量大，尤其是采用专用硬件实现定点和浮点 加乘运算，速度非常的快。 将数字信号处理器应用于微机继电保护，极大的缩短了数字滤波。 滤序和傅立叶变换算法 的主要时间，不但可以完成数据采集，信号处理的功能，还可以完成以往主要由 COU完成的运算功能，甚至完成独立的继电保护功能。 随着数字信号处理器芯片和开发工具的价格下降，可以预期数字信号处理器将会在微机继电保护装置中发挥重要的作用。 (2) 数据采集系统： 变电站综合自动化的数据采集系统分为三种：逐次逼近式 A/D 转换器构成的 数据采集系统， 电压频率转换原理的计数式数据采集系统 ， 高速数据采集系统 ① 逐次逼近式 A/D 转换器构成的数据采集系统： 早期的微机保护线路中，考虑到 A/D 转换器价格昂贵，因此采用多个通道共 用一个 A/D 转换器的方案。 每个通道各有一个采样保持器，其采样脉冲输入端并联后联到 CPU 插件上的定时器输出端，以实现对各通道的同时采样。 模拟量多路转换开关采用硬件电路控制记数自动进位切换通道号。 为了节省 CPU的工作时间，数据采集系统在变化完成后的得到的数字输出不需要经过 CPU控制，而经 DMA 控制直接存入本插件的 RAM 中。 再同一时刻采样的全部通道转换完成并存入 RAM 后，才由 DMA 请求中断，由 CPU 做出相应的处理。 这种数据采集系统使用的芯片比较多，电路复杂，抗干扰能力差，因此，在其改进 型产品中使用了电压频率转换原 理的计数式数据采集系统。 ② 电压频率转换原理的计数式数据采集系统： 第 2 代微机线路保护的 VFC (电压频率保护。