变电站综合自动化发展浅述毕业设计Word格式.docx
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指导教师评阅书
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□优□良□中□及格□不及格
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4、研究方法的科学性;
技术线路的可行性;
设计方案的合理性
5、完成毕业论文(设计)期间的出勤情况
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评阅教师评阅书
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二、论文(设计)水平
评阅教师:
教研室(或答辩小组)及教学系意见
教研室(或答辩小组)评价:
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评定成绩:
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教学系意见:
系主任:
摘要
随着我国国民经济的持续发展和对电力能源需求的不断增长,变电站的数量逐步增加,对变电站的二次设备的可靠性及技术水平要求日益提高,因此对变电站的自动化要求也越来越高。
面对今后大量变电站建设改造的任务,研究和分析国内外变电站综合自动化技术是很有必要的。
本论文《变电站综合自动化发展浅述》从对发展变电站综合自动化的必要性和意义着手,阐述了综合自动化系统的几种主要结构形式、主要功能,回顾了国内变电站自动化技术发展的过程,分析了国内变电站自动化系统现状和发展趋势;
同时亦介绍了国外变电站自动化技术的发展和现状,还着重提出了今后变电站自动化新技术动向,以供探讨。
关键词:
变电站;
综合自动化;
集中式;
分散式。
摘要……………………………………………………………………4
第一章引言…………………………………………………………7第二章发展变电站综合自动化的必要性…………………………9第三章变电站综合自化系统的结构形式…………………………11
3.1集中式结构
3.2分散式结构
3.3集中与分散结合式结构
第四章变电站综合自动化系统的主要功能………………………13
4.1数据采集及通讯功能
4.2数据处理
4.3安全监控
4.4运行记录
4.5微机保护功能
4.6电压和无功控制功能
4.7远动功能
4.8人机联系功能
第五章我国变电站自动化发展阶段………………………………15
5.1变电站自动化发展阶段
5.1.1第一阶段:
面向功能设计的集中式RTU加常规保护模式
5.1.2第二阶段:
面向功能设计的分布式测控装置加微机保护模式
5.1.3第三阶段:
面向间隔、面向对象(Object-Oriented)设计的分层分布式结构模式
5.2分层分布式技术成为潮流
5.2.1变电站层
5.2.2网络层
5.2.3间隔层
5.3运行管理模式与变电站综合自动化
5.3.1保护和远动专业管理模式对变电站综合自动化技术发展的影响
5.3.2无人值班的运行管理模式与变电站自动化技术的关系
5.3.3保护信息管理系统的出现是变电站当前运行管理的需求
5.4继电保护技术的发展
5.4.1继电保护技术的发展史
5.4.2继电保护的现状
第六章国外变电站自动化技术……………………………………19
第七章变电站自动化技术新动向…………………………………22
7.1保护监控一体化:
7.2设备安装就地化、户外化:
7.3人机操作界面接口统一化、运行操作设备无线化:
7.4防误闭锁逻辑验证图形化,规范化、离线模拟化:
7.5就地通讯网络协议标准化:
7.6全所数据标准化:
7.7数据采集和一次设备一体化:
第八章结束语………………………………………………………25
参考文献………………………………………………………………26
致谢……………………………………………………………………27
第一章引言
自20世纪90年代以来,变电站自动化技术一直是我国电力行业的热点技术之一。
其所以成为热点,一是建设的需要,二是市场的因素。
目前全国投入电网运行的35~110kV变电站约18000座(不包括用户变),220kV变电站约有1000座,则500kV变电站大约有50座。
而且每年变电站的数量以3%~5%的速度增长,也就是说每年都有千百座新建电站投入电网运行。
同时根据电网的要求,每年又有不少变电站进行技术改造,以提高自动化水平。
近十年来我国变电站自动化技术,无论是从国外引进的,还是国内自行开发研制的系统和设备,在技术和数量上都有显著的发展。
随着计算机技术、自动控制技术、网络及通信技术的飞速发展,一方面综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统已经成为必然的趋势,微机保护不再只考虑实现单纯的继电器功能,而是在保证安全可靠的前提下增加了许多远动功能,从而以综合装置的形式融入到综合自动化的体系结构;
另一方面,保护本身也需自检测、故障录波、事件记录、运行监视和控制管理等更强大的功能,综合自动化可以很好地融合这些要求。
“变电站自动化系统”(SubstationAutomationSystem-SAS)名词,国际电工委员会解释为“在变电站内提供包括通信基础设施在内的自动化系统(SAS-SubstationAutomationSystem:
TheSASprovidesAutomationinaSubstationincludingtheCommunicationinfrastructure)”。
在国内,我们所说的变电站综合自动化系统,是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备(包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等)的功能进行重新组合、优化设计,对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。
通过变电站综合自动化系统内各设备间相互交换信息,数据共享,完成变电站运行监视和控制任务。
变电站综合自动化替代了变电站常规二次设备,简化了变电站二次接线。
变电站综合自动化是提高变电站安全稳定运行水平、降低运行维护成本、提高经济效益、向用户提供高质量电能的一项重要技术措施。
在已采用自动化技术的变电站中,早期采用较多的国外产品有:
如ABB、SIEMENS、GE等公司的产品。
但随着国内厂家的产品技术含量、工艺水平的提高以及国家产业政策的支持,目前220kV及以下电压等级变电站的自动化大都采用了国产产品,330kV及以上电压等级变电站也大量使用了国产产品。
目前,国产产品厂家主要有:
南瑞集团、北京四方、许继电气、国电南自等。
第二章发展变电站综合自动化的必要性
变电站是电力系统中的一个重要环节,它的运行情况直接影响到电力系统的可靠、经济运行。
它作为整个电网中的一个节点,担负着电能传输、分配的监测、控制和管理的任务。
变电站继电保护、监控自动化系统是保证上述任务完成的基础。
在电网统一指挥和协调下,电网各节点(如变电站、发电厂)具体实施和保障电网的安全、稳定、可靠运行。
因此,变电站自动化是电网自动系统的一个重要组成部分。
作为变电站自动化系统,它应确保实现以下要求:
(1)检测电网故障,尽快隔离故障部分。
(2)采集变电站运行实时信息,对变电站运行进行监视、计量和控制。
(3)采集一次设备状态数据,供维护一次设备参考。
(4)实现当地后备控制和紧急控制。
(5)确保通信要求。
因此,要求变电站综合自动化系统运行高效、实时、可靠,对变电站内设备进行统一监测、管理、协调和控制。
同时,又必须与电网系统进行实时、有效的信息交换、共享,优化电网操作,提高电网安全稳定运行水平,提高经济效益,并为电网自动化的进一步发展留下空间。
传统变电站中,其自动化系统存在诸多缺点,难以满足上述要求。
例如:
(1)传统二次设备、继电保护、自动和远动装置等大多采取电磁型或小规模集成电路,缺乏自检和自诊断能力,其结构复杂、可靠性低。
(2)二次设备主要依赖大量电缆,通过触点、模拟信号来交换信息,信息量小、灵活性差、可靠性低。
(3)由于上述两个原因,传统变电站占地面积大、使用电缆多,电压互感器、电流互感器负担重,二次设备冗余配置多。
(4)远动功能不够完善,提供给调度控制中心的信息量少、精度差,且变电站内自动控制和调节手段不全,缺乏协调和配合力量,难以满足电网实时监测和控制的要求。
(5)电磁型或小规模集成电路调试和维护工作量大,自动化程度低,不能远方修改保护及自动装置的定值和检查其工作状态。
有些设备易受环境的影响,如晶体管型二次设备,其工作点会受到环境温度的影响。
传统的二次系统中,各设备按设备功能配置,彼此之间相关性甚少,相互之问协调困难,需要值班人员比较多的干预,难于适应现代化电网的控制要求。
另外需要对设备进行定期的试验和维修,既便如此,仍然存在设备故障(异常运行)不能及时发现的现象,甚至这种定期检修也可能引起新的问题,发生和出现由试验人员过失引起的故障。
发展变电站综合自动化的必要性还体现以下几个方面:
一是随着电网规模不断扩大,新增大量的发电厂和变电站,使得电网结构日趋复杂,这样要求各级电网调度值班人员掌握、管理、控制的信息也大量增长,电网故障处理和恢复却要求更为迅速和准确;
二是现代工业技术的发展,特别是电子工业技术的发展,计算机技术的普遍应用,对电网可靠供电提出了更高的要求;
三是市场经济的发展,使得整个社会对环保要求更高,这样也对电网的建设、运行和管理提出许多的要求,如,要求电力企业参与市场竞争,降低成本,提高经济效益;
要求发电厂、变电站减少占地面积。
要解决上述问题,显然仅依靠各级电网调度运行值班人员是难以解决的。
现代控制技术的发展,计算机技术、通信技术和电力电技术的进步与发展,电网自动化系统的应用,为上述问题提供了解决的方案。
这些技术的综合应用造就了变电站综合自动化系统的产生与发展。
第三章变电站综合自化系统的结构形式
目前,国内外变电站综合自动化系统大体可分为三种结构:
集中式、分散式以及集中与分散结合式。
初期的变电站自动化设计都是采用集中式结构。
这种结构的设计方法是将设备按其不同功能进行归类划分,形成若干个独立系统,各系统分别采用集中装置来完成自身的功能,这种结构方式的缺点是资源不能共享,设备设置重复、且运行的可靠性低,功能有限,也不能大量节省电缆、屏柜和占地面积,因而这种结构方式并没有得到广泛的推广应用。
此类集中式变电站自动化系统结构紧凑、体积小、造价低,尤其适合35
kV或规模较小的变电站,如柳州箭盘变电站等。
由于集中式结构存在软件复杂,系统调试麻烦、精度低,维护工作量大,易受干扰,扩容灵活性差等不足;
随着计算机技术、网络技术及通信技术的飞跃发展,同时结合变电站的实际情况,各类分散式变电站自动化系统纷纷研制成功和投入运行。
分散式系统的特点是各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,现场单元部件可以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,也可以是现场的微机保护和监控部件分别保持其独立单元部件进行通信联系。
通信方式大多数通过RS—422/RS—485通信接口相连。
但近年来推出的分散式变电站自动化系统更多地采用了网络技术,如LON
WORKS和CAN等现场总线型网。
至于变电站自动化的功能,如遥测、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独立完成,并将这些信息通过网络送至后台主计算机,而变电站自动化的综合功能均由后台主计算机系统承担。
分散式面向对象的变电站综合自动化系统由于大大缩小了主控室的面积,可靠性高,组态灵活,检修方便,降低总投资,目前已成为发展趋势。
如河池市六墟变电站是1998年9月13日投运的广西第一座220
kV老站改建的综合自动化系统站。
它采用南京自动化设备厂四方公司提供的美国Hath-away公司研制开发的CSC2000变电站综合自动化系统,其特点是完全分层分布式系统结构。
变电站内所有二次设备从计算机网络方面看都是网络的节点,所有节点通过总线型网络(lonworks)连在一起,各节点之间地位平等,按功能分成两层,间隔层和变电站层。
间隔层按一次设备组织,变电站层分成就地监控主站、工程师站及远方接口站。
整个网络数据共享,命令和数据通过网络传输。
六墟变电站综合自动化系统的投运提高了运行可靠性,
加快了事故处理的速度;
使潮流走向、负荷转移都方便、直观;
提高了劳动生产率及电网调度自动化的程度。
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。
但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,非常有利于系统的设计、安装与维护管理。
因为中低压变电所的一次设备比较集中,所以此种结构方式比较适用于中低压变电站。
第四章变电站综合自动化系统的主要功能
一般的来说,变电站综合自动化主要包括数据采集及通讯、数据处理、安全监视、微机保护、开关操作、电压无功控制、远动及自诊断等功能。
其中包括主变及各条线路的交流测量、温湿度等非电气量的直流测量、开关刀闸等遥信量的实时采集、保护信息的收集、与上级调度通讯、统一时钟等。
主变及各条线路的功率及功率因数计算、电能计算及统计、事件顺序记录及事故追忆等。
系统运行工况监视,变电站一次系统运行状态监视,遥测量的越限监视,遥信变位的声光报警,事故信号及预告信号的告警显示,变压器分接头与电容器组人工、自动调节与投切,保护测定值的显示与修改,在线自诊断等。
电力系统事故记录及运行记录,系统历史数据记录,设备运行记录,以及各种记录的统计,报表人工、自动打印,屏幕拷贝等。
包括变压器保护、线路保护、母线保护、电容器保护及其他设备的保护配置。
对有载调压变压器分接头和并联补偿电容器组进行综合调节控制,保证
电压质量和优化无功补偿。
包括常规的遥测、遥信、遥控、遥调,保护定值的远方监视与修改,故障录波及测距的远方传输等功能。
在线生成、修改各种报表及画面,在线修改数据库参数,控制闭锁与解除;
多窗口显示,画面可放大、缩小、漫游以及方便的画面调用,远方和当地操作以及当地操作的防误操作等功能。
第五章我国变电站自动化发展阶段
变电站二次部分传统按功能分为四大类产品:
继电保护、故障录波、当地监控和远动。
按系统模式出现顺序可将变电站自动化发展分为三个阶段:
80年代及以前,是以RTU为基础的远动装置及当地监控为代表。
该类系统实际上是在常规的继电保护及二次接线的基础上增设RTU装置,功能主要为与远方调度通信实现“二遥”或“四遥”(遥测、遥信、遥控、遥调);
与继电保护及安全自动装置的联结通过硬接点接入或串行口通信较多。
此类系统称为集中RTU模式,目前在一些老站改造中仍有少量使用,此阶段为自动化的初级阶段。
第二阶段始于90年代初期,单元式微机保护及按功能设计的分散式微机测控装置得以广泛应用,保护与测控装置相对独立,通过通信管理单元能够将各自信息送到后台或调度端计算机。
特点是继电保护(包括安全自动装置)按功能划分的测控装置独立运行,应用了现场总线和网络技术,通过数据通信进行信息交换。
此系统电缆互联仍较多,扩展性功能不强。
第三阶段始于90年代中期,随着计算机技术、网络及通信技术的飞速发展,采用按间隔为对象设计保护测控单元,采用分层分布式的系统结构,形成真正意义上的分层分布式自动化系统。
目前国内外主流厂家均采用了此类结构模式。
110kV以下电压等级变电站,保护测控装置要求一体化、110kV几以上电压等级保护测控大多按间隔分别设计,对超高压变电站的规模比较大的系统,为减少中间环节,避免通信瓶颈,要求装置直接上以太网与监控后台通信,甚至要求保护和监控网络独立组网,由于采用了先进的网络通信技术和面向对象设计,系统配置灵活、扩展方便。
5.2分层分布式技术成为潮流
若按变电站自动化系统二次设备分布现状可纵向分为三层:
变电站层、网络层、间隔层;
也有厂家或学者将网络层归入变电站层进行描述,即纵向分为变电站层、间隔层二层。
变电站层横向按功能分布为当地监控、保护信息管理及远方通信。
变电站层功能分布的形式取决于网络层的结构、变电站电压等级以及用户的实际需求。
当地监控功能作为当地运行人员的人机交互窗口,以图形显示、报表打印、语音报警等各种方式实现当地的“四遥”。
通过“五防”系统联锁控制开关及刀闸的跳合,并对断路器合闸操作自动检同期,按VQC原理调节变压器档位或投切电容器组,以及与MIS系统安全联接实现信息共享。
保护信息管理功能作为当地继保人员的人机交互窗口,也可以图形显示、报表打印、语音报警等各种方式对继电保护及安全自动装置的运行状况如装置是否故障、定值是否改变、采样是否准确等进行实时监视,根据运行需要决定保护投退和定值修改,故障发生后通过故障录波及保护动作信息进行故障分析和诊断。
远方通信功能是将当地监控和保护信息管理功
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