1、变电站自动控制系统 控制系统综合设计 第1章 变电站自动控制系统工艺分析1.1变电站自动控制系统介绍变电站，改变电压的场所。为了把发电厂发出来的电能输送到较远的地方，必须把电压升高，变为高压电，到用户附近再按需要把电压降低，这种升降电压的工作靠变电站来完成。变电站的主要设备是开关和变压器。按规模大小不同，称为变电所、配电室等。变电站自动控制系统经过十多年的发展已经达到一定的水平，在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电站采用了自动化技术实现无人值班，而且在220kV及以上的超高压变电站建设中也大量采用自动化新技术，从而大大提高了电网建设的现代化水平，增强了输配电和电网调度的可能性，降低了变电站
2、建设的总造价，这已经成为不争的事实。然而，技术的发展是没有止境的，随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，势必对已有的变电站自动化技术产生深刻的影响，全数字化的变电站自动化系统即将出现。变电站是电力系统的一部分，其功能是变换电压等级、汇集配送电能，主要包括变压器、母线、线路开关设备、建筑物及电力系统安全和控制所需的设施。改变电压的场所。为了把发电厂发出来的电能输送到较远的地方，必须把电压升高，变为高压电，到用户附近再按需要把电压降低，这种升降电压的工作靠变电站来完成。变电站的主要设备是开关和
3、变压器。按规模大小不同，称为变电所、配电室等。变电站起变换电压作用的设备是变压器，除此之外，变电站的设备还有开闭电路的开关设备，汇集电流的母线，计量和控制用互感器、仪表、继电保护装置和防雷保护装置、调度通信装置等，有的变电站还有无功补偿设备。 变电站的主要设备和连接方式，按其功能不同而有差异。变电站还装有防雷设备，主要有避雷针和避雷器。避雷针是为了防止变电站遭受直接雷击将雷电对其自身放电把雷电流引入大地。在变电站附近的线路上落雷时雷电波会沿导线进入变电站，产生过电压。另外，断路器操作等也会引起过电压。避雷器的作用是当过电压超过一定限值时，自动对地放电降低电压保护设备放电后又迅速自动灭弧，保证系
4、统正常运行。目前，使用最多的是氧化锌避雷器。1.2变电站自动控制系统工作原理 在变电站自动控制领域中，智能化电气的发展，特别是智能开关、光电式互感器机电一体化设备的出现，变电站自动化技术进入了数字化的新阶段。在高压和超高压变电站中，保护装置、测控装置、故障录波及其他自动装置的I/O单元，如A/D变换、光隔离器件、控制操作回路等将割列出来作为智能化一次设备的一部分。反言之，智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路代替了常规继电保护装置、测控等装置的I/O部分；而在中低压变电站则将保护、监控装置小型化、紧凑化，完整地安装在开关柜上，实现了变电站机电一体化设计。变电站自动控制系统的结构在物理上可
5、分为两类，即智能化的一次设备和网络化的二次设备；在逻辑结构上可分为三个层次，根据IEC6185A通信协议草案定义，这三个层次分别称为“过程层”、“间隔层”、“站控层”。第2章 变电站自动控制系统设计2.1 变电站自动控制系统仪表的选择仪表的种类有：温度仪表、压力仪表、流量仪表、电工仪器仪表、工业自动化仪表、供应用仪表、机械量仪表等多种类型。压力仪表检测仪：根据工艺生产的要求,被测介质的性质、现场环境条件等方面，来选择压力检测仪表类型，测量范围及精度等。例如：是要进行现场指示，还是要远传，报警或自动记录；被测介质的物理化学性质（如温度高低、粘度大小、腐蚀性、脏污程度、易燃易爆等）以及现场环境条件
6、（如温度、电磁场、振动等）对登记表是否有特殊要求等。对于特殊的介质、则应选用专用压力表，如氨压力表，氧力压力表等。而且仪表测量范围的确定压力检测仪表的测量范围要根据被测压力的大小来确定。为了延长仪表的使用寿命，避免弹性元件产生疲劳或因受力过大而损坏，压力表的上限值勤必须高于工作生产中可能的最大压力值。根据规定，测量稳定压力时，所选压力表的上限值应大于最大工作压力的2倍；测量高压压力时，压力表的上限应大于最大工作压力的5/3。为了保证测量值的准确度，仪表的量程又不选得过大，一般被测量压力的最小值，应在量程的1/3以上。温度测量仪表：是测量物体冷热程度的工业自动化仪表。一般的温度测量仪表都有检测和
7、显示两个部分。在简单的温度测量仪表中，这两部分是连成一体的，如水银温度计；在较复杂的仪表中则分成两个独立的部分，中间用导线联接，如热电偶或热电阻是检测部分，而与之相配的指示和记录仪表是显示部分。选择仪器仪表最关键的是精度，如果说一台仪器不能达到应有精度,那它也就没什么可使用价值了。测量误差为测量结果减去被测量的真值的差，简称误差。因为真值（也称理论值）无法准确得到，实际上用的都是约定真值，约定真值需以测量不确定度来表征其所处的范围，因此测量误差实际上无法准确得到。测量不确定度：表明合理赋予被测量之值的分散性，它与人们对被测量的认识程度有关，是通过分析和评定得到的一个区间。2.2变电站自动控制系
8、统传感器的选型传感器一般由敏感元件、传感元件和基本转换电路三部分组成。传感器种类很多，有风速传感器、压力传感器、温度传感器、气体传感器、温湿度传感器等多种类型。传感器的类型和特点是非常独特的，是专为适应各种形势和注塑环境而设计的。压力传感器：压力传感器的分类有很多的因素，单单从制作的结构上来分有普通型和隔离型。普通型压力/差压传感器的测量膜盒为一个，它直接感受被测介质的压力或差压；隔离型的测量膜盒接受到的是一种稳定液（一般为硅油）的压力，而这种稳定液是被密封在两个膜片中间，直接接受被测压力的膜片为外膜片，原普通型膜盒的膜片为内膜片，当外膜片上接受压力信号时通过硅油的传递原封不动的将外膜片的压力
9、传递到了普通膜盒上，从而可以测出外膜片所感受到的压力。隔离型压力/差压传感器主要是针对特殊的被测量介质设计和使用的，如果被测介质离开设备后会产生结晶，而使用普通型压力/差压传感器需要取出介质，会将导压管膜盒室堵塞使其不能正常工作，所以必须选用隔离型。传感器的技术参数有：输入电源、额定电流、相对温度、外型尺寸。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格
10、，要能够经受住长时间的考验。 精度：精度是传感器的一个重要的性能指针，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。 如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。2.3变电站自动控制系统方案分析变电站监控最重要的是对工艺过程中的各项参数如电压、电流、有功、无功等进行实时监控。变电自动控制系统中可以直观看到变电所各
11、设备的运行状态、异常情况，装置可以可靠的进行遥控跳台闸操作。实时显示当前通讯工作状态，实时显示变电所各实时电量、开关状态、信号状态及动作类及数据。变电站要安全转换电压、配送电能所以必须在各种干扰的情况下，将电压、电流、有功等稳定控制在工艺允许的误差范围内，所以对这些参量监控就是生产过程中的关键。设计变电站计算机综合监控系统，不仅节省了人力物力，而且在准确性、灵活性以及生产效率上都有明显提高，保证了变电站安全稳定。针对变电站计算机监控系统的要求，我们设计了以一台研华工控机通过通信转换器组成的分布式监控系统。由PLC控制系统负责采集现场数据并且传输到上位机。上位机作为管理机构,负责文件管理、数据库
12、维护、报表自动生成并定时打印。下位机PLC要对现场进行测量、采集信息，并通过线路送到主机,由上位机完成数据处理的任务,根据下位机传送来的信息,上位机自动生成各种报表,并在指定的时间打印输出,从而将繁重的数据处理任务交给上位机完成,大大减轻了下位机的负担,以便更好地进行各个子系统的数据采集和控制功能,保证系统的可靠性和精度。图21为计算机监控的系统配置图。图2-1 计算机监控的系统配置图PLC控制系统主要完成对现场数据的采集、现场仪表和执行机构的控制。来自生产现场的生产过程参数经过传感器测量变送后变为420mA的标准仪表信号，经信号电缆传送至PLC。模拟信号经模数转换后变为数字信号，同时对需要控
13、制的过程参数在PLC中进行PID运算，将运算结果经数模转换后输出420mA的控制信号，经放大整形后驱动执行机构，实现对过程参数的PID控制。第3章 基于Realinfo的变电站自动控制系统监控程序设计3.1建立一个新工程点击开始-程序-紫金桥6.5，启动后的工程窗口如图3-1所示：图3-1 新建工程界面新建过程：在紫金桥工程管理器窗口中单击“新建”，在新建工程向导之-欢迎使用本向导窗口中单击“下一步”，输入工程名称“变电站”，单击“下一步”，输入工程名称“变电站”，单击“完成”，将新建的工程设为紫金桥当前工程双击该工程，单击“忽略”后，单击“确定”，进入演示方式。打开界面之后，开始绘制各种图案
14、。绘制图素的主要工具放置在图形编辑工具箱。当画面打开时，工具箱自动显示。选择工具在单中的显示调色板，弹出调色板画面，选择工具菜单中的显示线形，可选择不同型号的线型，如图3-2所示。图3-2工具箱界面3.2变电站自动控制系统主控界面通过紫金桥的一系列工具制作出的变电站自动控制系统主控界面的静态图，用于监控变电站内的变压器以及电网继电保护装置，该系统具有站级监控层、间隔级监控层以及信息交互层，所述站级监控层与间隔级监控层分别连接所述信息交互层，所述站级监控层包括若干人机交互基站；所述间隔级监控层包括总测控模块、安全报警模块、继电保护测控模块以及通信接口。本实用新型可以实施变电站自动控制，精简了变电
15、运行值班人员数量，提高了劳动生产率，提高了变电运行和设备自动化水平，为电力系统的安全稳定运行提供了坚强技术保障。图3-3 变电站自动控制系统主控界面3.3变电站自动控制系统仪表界面界面设计是人与机器之间传递和交换信息的媒介，包括硬件界面和软件界面，是计算机科学与心理学、设计艺术学、认知科学和人机工程学的交叉研究领域。近年来，随着信息技术与计算机技术的迅速发展，网络技术的突飞猛进，人机界面设计和开发已成为国际计算机界和设计界最为活跃的研究方向。仪表界面设计时，需要各种元素（如图形、文字、空白）都会有视觉作用。根据视觉原理，图形与一块文字相比较，图形的视觉作用要大一些。所以，为了达到视觉平衡，在设
16、计网页时需要以更多的文字来平衡一幅图片。另外，按照中国人的阅读习惯是从左到右，从上到下，因此视觉平衡也要遵循这个这个道理。仪表界面采用真空荧光显示屏（VFD）专用控制驱动芯片，集成了VFD显示控制，按键控制，LED显示控制等功能，有效地节省了单片机的接口资源，简化了电路的设计。实验测试表明：该界面具有显示稳定可靠，干扰性强，人机界面有好，操作简单方便等性能。具有良好的应用推广价值。通过对软件的各种元素（颜色、字体、图形、空白等）使用一定的规格，使得设计良好的网页看起来应该是和谐的。或者说，软件的众多单独网页应该看起来像一个整体。软件设计上要保持一致性，这又是很重要的一点。一致的结构设计，可以让
17、浏览者对软件的形象有深刻的记忆；一致的导航设计，可以让浏览者迅速而又有效的进入在软件中自己所需要的部分；一致的操作设计，可以让浏览者快速学会在整个软件的各种功能操作。破坏这一原则，会误导浏览者，并且让整个软件显的杂乱无章。第4章 结论与体会通过这一周的课程设计，我学到了很多知识。这对我以后的学习有很大的帮助。也让我知道自己知识的匮乏。通过本次课程设计让我知道学习知识要联系实际并提高了我的动手能力以及实际操作能力。此次课程设计为我们将学到的专业基础理论知识用到实践中去提供了良好的实践平台。在本次课程设计中，通过学习、设计、调试、完善设计，使我受益匪浅。在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又
18、一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。 课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过本次课程设计，我掌握了监控系统软件设计的一般步骤和方法，对计算机监控系统在变电站中的作用有了一定的了解，重要
19、的是从本次设计中培养了自己独立思考和动手的能力，让自己的综合能力有了进一步的提高。开始时对紫金桥软件一点也不了解，通过自学老师的教程，以及不断跟老师同学交流慢慢了解了紫金桥软件的功能特性等，最终利用这个软件完成了变电站自动控制系统的设计。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！总
20、之，通过这次课程设计，使我获益匪浅。在摸索该如何设计程序使之实现所需功能的过程中，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。不仅使我对所学过的知识有了一个新认识。而且提高了我考虑问题，分析问题全面性及动手操作能力。使我的综合能力有了一个很大的提高。这次课程设计教会我很多东西，这对我今后的学习很大帮助。参考文献1 马国华.监控组态软件及应用M.北京：清华大学出版社，2001.2 宋继成.220500 kV变电所二次接线设计第二版M.北京：中国电力出版社，1998.3 熊信银.发电厂电气部分M.北京：中国电力出版社,2004.4 林伟.浅谈组态软件发展趋势M.北京：电子工业出版社，2003.5 曹辉，马栋萍.组态软件及应用M .北京：北京亚控自动化软件科技有限公司. 2004.
