變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)

（變電站監(jiān)控系統(tǒng)）劉慧海

內(nèi)容綱要1、綜合自動(dòng)化的有關(guān)基本概念，基本結(jié)構(gòu)及功能介紹2、國(guó)內(nèi)典型500kV綜合自動(dòng)化變電站特點(diǎn)分析3、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)通信4、變電站監(jiān)控系統(tǒng)裝置介紹5、變電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的試驗(yàn)、維護(hù)及注意事項(xiàng)1、綜合自動(dòng)化的有關(guān)基本概念，基本結(jié)構(gòu)及功能介紹

基本概念

變電站自動(dòng)化

（計(jì)算機(jī)技術(shù)＋變電站系統(tǒng)或設(shè)備）||

（通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)＋變電站系統(tǒng)或設(shè)備）||

（其它各種新技術(shù)＋變電站系統(tǒng)或設(shè)備）

＝變電站自動(dòng)化

變電站自動(dòng)化是基于微機(jī)的變電站二次系統(tǒng)或設(shè)備變電站綜合自動(dòng)化變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是將變電站的二次設(shè)備（包括控制、信號(hào)、測(cè)量、保護(hù)、自動(dòng)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)等）利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)，通過功能組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)變電站執(zhí)行自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、控制和調(diào)整的一種綜合性的自動(dòng)化系統(tǒng)特點(diǎn)：功能綜合化；設(shè)備、操作、監(jiān)視微機(jī)化；結(jié)構(gòu)分層分布化；通信網(wǎng)絡(luò)化光纖化；運(yùn)行管理智能化控制

測(cè)量信號(hào)保護(hù)自動(dòng)裝置遠(yuǎn)動(dòng)常規(guī)站把手光字牌指示儀表獨(dú)立

遠(yuǎn)切裝置RTU綜自站計(jì)算機(jī)+測(cè)控單元具備通信能力安穩(wěn)裝置測(cè)控單元+遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)定值,采樣值修改定值投退壓板四遙遙測(cè)，又稱遠(yuǎn)程測(cè)量，是指運(yùn)用遠(yuǎn)程通信技術(shù)傳送被測(cè)參量的測(cè)量值遙信，又稱遠(yuǎn)程信號(hào)，是對(duì)狀態(tài)信息的遠(yuǎn)程監(jiān)視遙控，又稱遠(yuǎn)程切換，是指對(duì)具有兩個(gè)確定狀態(tài)的運(yùn)行設(shè)備所進(jìn)行的遠(yuǎn)程操作遙調(diào)，又稱遠(yuǎn)程整定，是指對(duì)具有不少于兩個(gè)設(shè)定值的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作事件順序記錄SOE按照時(shí)間順序記錄事故、故障和異常的發(fā)生情況對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)主站而言，事件順序記錄特指保護(hù)跳閘及其相關(guān)信息由于對(duì)時(shí)的原因，事件順序記錄在站內(nèi)應(yīng)用較好，但站間的應(yīng)用效果很差事故追憶記錄斷路器事故跳閘前后一段時(shí)間內(nèi)模擬量的有效值變化過程有的系統(tǒng)可以每周波記錄一次有效值；有的系統(tǒng)等間隔記錄一次有效值由于CT飽和特性的限制，事故追憶僅僅具有參考價(jià)值故障錄波記錄斷路器事故跳閘前后一段時(shí)間內(nèi)電壓、電流、頻率等模擬量的故障波形（動(dòng)態(tài)）RTU在發(fā)電廠、變電所內(nèi)按遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約完成遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集、處理、發(fā)送、接收以及輸出執(zhí)行等功能的設(shè)備稱為遠(yuǎn)動(dòng)終端（RemoteTerminalUnit，即RTU）VQC電壓無(wú)功控制實(shí)現(xiàn)變電站或局部電網(wǎng)的補(bǔ)償設(shè)備自動(dòng)投切或調(diào)整，以及變壓器分接頭的自動(dòng)調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)按站級(jí)與間隔級(jí)兩個(gè)控制層構(gòu)成。站級(jí)控制層布置在變電所主控制樓內(nèi)計(jì)算機(jī)室及主控制室。在主控制室配置兩臺(tái)主計(jì)算機(jī)兼做操作員工作站及一臺(tái)微機(jī)五防PC機(jī)，兩臺(tái)主機(jī)平行運(yùn)行，互為熱備用，運(yùn)行人員通過操作員工作站對(duì)變電所全部一次設(shè)備及二次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、記錄并處理各種信息，并對(duì)變電所的主要電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制。運(yùn)行人員可通過微機(jī)五防PC機(jī)進(jìn)行防誤模擬操作。

綜自系統(tǒng)基本配置、結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)室配置1臺(tái)工程師工作站、2臺(tái)數(shù)據(jù)處理和通信裝置及公共系統(tǒng)接口機(jī)1臺(tái)。工程師工作站用于整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)和管理等。

南陽(yáng)站本期配置：兩臺(tái)64位系統(tǒng)服務(wù)器，兩臺(tái)64位操作員站，一臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)工作站，一臺(tái)64位五防工作站，一臺(tái)64位工程師站，一臺(tái)64位仿真培訓(xùn)工作站。站級(jí)控制層的各設(shè)備之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，以太網(wǎng)采用冗余結(jié)構(gòu)。間隔級(jí)控制層由按電氣單元組屏的測(cè)控部件組成，具有交流采樣、測(cè)量、防誤閉鎖、同期檢測(cè)、就地?cái)嗦菲骶o急操作和主接線狀態(tài)及測(cè)量數(shù)字顯示等功能，并按照電氣單元配置分別布置在1000KV保護(hù)小室、所用變小室內(nèi)。南陽(yáng)站本期測(cè)控裝置配置為：1000KV保護(hù)小室分1000KV斷路器測(cè)控裝置、1000KV線路測(cè)控裝置、1000KV線路電抗器測(cè)控裝置、1000KV公用測(cè)控裝置。所用變小室包含35KV和0.4KV測(cè)控裝置。

綜自系統(tǒng)基本功能通過I/O數(shù)據(jù)采集單元實(shí)時(shí)采集來(lái)自生產(chǎn)過程的模擬量、數(shù)字量、脈沖量及溫度量等輸入量數(shù)據(jù)處理功能畫面顯示記錄和打印功能管理功能時(shí)鐘同步與保護(hù)設(shè)備的數(shù)字接口監(jiān)控系統(tǒng)的自診斷和自恢復(fù)報(bào)警處理操作功能控制功能同期檢測(cè)及操作防誤操作計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)接口維護(hù)功能2、國(guó)內(nèi)典型500kV綜合自動(dòng)化系統(tǒng)特點(diǎn)分析變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)：(在技術(shù)、設(shè)備沒有大的發(fā)展情況下，各廠家趨于統(tǒng)一)面向間隔的分層分布式結(jié)構(gòu)（兩層設(shè)備）后臺(tái)硬件異構(gòu)平臺(tái)（64位機(jī)和32位機(jī)）混合操作系統(tǒng)平臺(tái)（WINDOWS和UNIX)站控層五防與間隔五防互補(bǔ)的五防體系抗干擾性能優(yōu)越的可配置的測(cè)控裝置面向間隔的數(shù)據(jù)庫(kù)

三種方案的共同要求測(cè)控單元出以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)不經(jīng)轉(zhuǎn)換直接送到遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)和當(dāng)?shù)乇O(jiān)控主機(jī)。操作員站和服務(wù)器可以分開布置，也可以合并運(yùn)行。分開布置時(shí)，服務(wù)器放置在計(jì)算機(jī)室內(nèi)。間隔層和變電站層分別組成以太網(wǎng)，各間隔層以太網(wǎng)與變電站層以太網(wǎng)通過光纖連接服務(wù)器B操作員工作站A操作員工作站B服務(wù)器A五防工作站遠(yuǎn)動(dòng)工作站B遠(yuǎn)動(dòng)工作站A雙moden雙通道CISCOSYSTEMS保護(hù)信息子站路由器A網(wǎng)B網(wǎng)調(diào)度模擬通道調(diào)度數(shù)字通道錄波網(wǎng)主控室計(jì)算機(jī)室以一個(gè)小間為例500KV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖一A網(wǎng)B網(wǎng)工程師工作站光纖盒光纖盒光纖盒光纖盒保護(hù)集中錄波器測(cè)控模塊間隔層1號(hào)打印機(jī)2號(hào)打印機(jī)3號(hào)打印機(jī)GPS時(shí)鐘同步分屏4號(hào)打印機(jī)GPS時(shí)鐘同步主屏光纖盒光纖盒同步衛(wèi)星時(shí)鐘保護(hù)保護(hù)管理機(jī)光纖盒光纖盒錄波網(wǎng)RS232/485/LON等交換機(jī)公用設(shè)備接口：電度、UPS,火災(zāi)報(bào)警、消防等。。。以太網(wǎng)通訊接口裝置220kV及以上高集成化典型結(jié)構(gòu)3、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信及網(wǎng)絡(luò)通信一、變電站內(nèi)的信息傳輸內(nèi)容間隔層設(shè)備大多需要從現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備的電壓和電流互感器采集正常情況和事故情況下的電壓值和電流值，采集設(shè)備的狀態(tài)信息和故障診斷信息，這些信息主要是：斷路器、隔離開關(guān)位置、變壓器的分接頭位置，變壓器、互感器、避雷器的診斷信息以及斷路器操作信息。1、現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備與間隔層間的信息傳輸3、間隔層與變電站層的信息（1）測(cè)量及狀態(tài)信息（2）操作信息（3）參數(shù)信息，微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)裝置的整定值等。2、間隔層的信息交換這類信息有如測(cè)量數(shù)據(jù)、斷路器狀態(tài)、器件的運(yùn)行狀態(tài)、同步采樣信息等。二、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)與控制中心的通信內(nèi)容綜合自動(dòng)化系統(tǒng)前置機(jī)或通信控制機(jī)具有執(zhí)行遠(yuǎn)動(dòng)功能，會(huì)把變電站內(nèi)所相關(guān)信息傳送控制中心，同時(shí)能接收上級(jí)調(diào)度數(shù)據(jù)和控制命令。變電站向控制中心傳送的信息通常稱為“上行信息”；而由控制中心向變電站發(fā)送的信息，常稱為“下行信息”。

綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)（LocalAreaNetworks，簡(jiǎn)寫LAN），簡(jiǎn)稱局域網(wǎng)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)急劇發(fā)展的新領(lǐng)域。它是把多臺(tái)小型、微型計(jì)算機(jī)以及外圍設(shè)備用通信線路互連起來(lái)，并按照網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信的系統(tǒng)。構(gòu)成局域網(wǎng)的四大因素是網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和傳輸介質(zhì)、傳輸控制和通信方式

1、局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（A）星型星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，任何一個(gè)非中心節(jié)點(diǎn)故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)影響不大。但中心節(jié)點(diǎn)故障時(shí)會(huì)使全系統(tǒng)癱瘓。為了保證系統(tǒng)工作可靠，中心節(jié)點(diǎn)可設(shè)置備份。在電力系統(tǒng)中，采用循環(huán)式規(guī)約的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中，其調(diào)度端同各廠、站端的通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就是星型結(jié)構(gòu)。（B）總線型采用總線方式時(shí)增加或減少用戶比較方便。某一節(jié)點(diǎn)故障時(shí)不會(huì)影響系統(tǒng)其他部分工作。但如總線故障，就會(huì)導(dǎo)致全系統(tǒng)失效。（C）環(huán)型由于環(huán)型網(wǎng)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)在環(huán)中串接，因而任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障，都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)環(huán)的通信中斷。局域網(wǎng)可采用雙絞線、同軸電纜或光纖等作為傳輸信道，也可采用無(wú)線信道。2、局域網(wǎng)的傳輸信道3、常用的局域網(wǎng)——以太網(wǎng)以太網(wǎng)是采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它是一種局部通信網(wǎng)，通常在線路半徑1-10km中等規(guī)模的范圍內(nèi)使用，為單一組織或單位的非公用網(wǎng)，網(wǎng)中的傳輸介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖等。它的特點(diǎn)是：信道帶寬較寬；傳輸速率可達(dá)10-100mbit/s，誤碼率很低；具有高度的擴(kuò)充靈活性和互聯(lián)性；建設(shè)成本低，見效快。常規(guī)光纖以太網(wǎng)技術(shù)雙光纖自愈環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介現(xiàn)場(chǎng)總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將專用微處理器置入傳統(tǒng)的測(cè)量控制儀表，使它們各自都具有了數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，采用可進(jìn)行簡(jiǎn)單連接的雙絞線等作為總線，把多個(gè)測(cè)量控制設(shè)備連接成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并按公開、規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場(chǎng)的多個(gè)微機(jī)化測(cè)量控制設(shè)備之間以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，形成各種適應(yīng)實(shí)際需要的自動(dòng)控制系統(tǒng)。幾種有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線有：基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線（FF，F(xiàn)oundationFieldbus），是現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)在1994年9月開發(fā)出的國(guó)際上統(tǒng)一的總線協(xié)議；Lonworks現(xiàn)場(chǎng)總線，是美國(guó)echelon公司推出并由它與摩托羅拉、東芝公司共同倡導(dǎo)、于1990年正式公布而形成的。CAN總線（controlareanetwork）是控制局域網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)稱，最早由德國(guó)BOSCH公司推出的。并行數(shù)據(jù)通信是指數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送?？梢砸宰止?jié)為單位（8位數(shù)據(jù)總線）并行傳送，也可以以字為單位（16位數(shù)據(jù)總線）通過專用或通用的并行接口電路傳送，各位數(shù)據(jù)同時(shí)傳送，同時(shí)接收。1、并行數(shù)據(jù)通信

綜自系統(tǒng)串、并行通信簡(jiǎn)介常用在短距離傳輸中（通常小于10m），要求傳輸速度高的場(chǎng)合。2、串行數(shù)據(jù)通信串行通信是數(shù)據(jù)一位一位順序地傳送，串行通信數(shù)據(jù)的各個(gè)不同位，可以分時(shí)使用同一傳輸線，故串行通信最大的優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)約傳輸線，特別是當(dāng)位數(shù)很多和遠(yuǎn)距離傳送時(shí)，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)更為突出，這不僅可以降低傳輸線的投資，而且簡(jiǎn)化了接線。但串行通信的缺點(diǎn)是傳輸速度慢，且通信軟件相對(duì)復(fù)雜些。在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部，特別是微機(jī)保護(hù)、自動(dòng)裝置與監(jiān)控系統(tǒng)相互通信電路中各種自動(dòng)裝置間或繼電保護(hù)裝置與監(jiān)控系統(tǒng)間，為了減少連接電纜，簡(jiǎn)化配線，降低成本，主要是使用串行通信。RS-232是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA，ElectronicIndustriesAssociation）制定的物理接口標(biāo)準(zhǔn)，也是目前數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最廣泛的一種標(biāo)準(zhǔn)。一、物理接口標(biāo)準(zhǔn)RS-232特點(diǎn)是：傳送每種信號(hào)只用一根信號(hào)線，而它們的地線是使用一根公用的信號(hào)地線。這種電路是傳送數(shù)據(jù)的最簡(jiǎn)單方法，因此得到廣泛應(yīng)用。但是RS-232也存在一些不足，表現(xiàn)在以下幾方面：1）數(shù)據(jù)傳輸速率局限于20KBPS。2）理論傳輸距離局限于15M（如果合理的選用電纜和驅(qū)動(dòng)電路，這個(gè)距離可能增加）。3）每個(gè)信號(hào)只有一根信號(hào)線，接收和發(fā)送僅有一根公用地線，易受噪聲干擾。4）接口使用不平衡的發(fā)送器和接收器，可能在各信號(hào)成分間產(chǎn)生干擾。二、物理接口標(biāo)準(zhǔn)RS-485RS-485適用于多個(gè)點(diǎn)之間共用一對(duì)線路進(jìn)行總線式聯(lián)網(wǎng)，RS-485的使用，可節(jié)約昂貴的信號(hào)線，同時(shí)可高速遠(yuǎn)距離傳送。它的傳輸速率達(dá)到93.75kbps，傳送距離可達(dá)1.2km。因此，在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，各個(gè)測(cè)量單元、自動(dòng)裝置和保護(hù)單元中，常配有RS-485總線接口，以便聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)。

綜合自動(dòng)化變電站系統(tǒng)的規(guī)約轉(zhuǎn)換在綜合自動(dòng)化的通信系統(tǒng)中，為了確保通信雙方能有效、可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在發(fā)送和接收之間要有一定的約定。這種通信約定就是通信協(xié)議，也就是通信規(guī)約。什么是通信規(guī)約？規(guī)約轉(zhuǎn)換就是由各監(jiān)控廠家將需接入監(jiān)控系統(tǒng)的二次設(shè)備所用的不同類型規(guī)約轉(zhuǎn)換成各監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)約。南瑞科技規(guī)約監(jiān)控規(guī)約：IEC60870-5-103規(guī)約國(guó)電南自監(jiān)控規(guī)約：IEC60870-5-103規(guī)約四方公司監(jiān)控規(guī)約：四方內(nèi)部規(guī)約正是因?yàn)閭鬏斠?guī)約沒有標(biāo)準(zhǔn)化，才需規(guī)約轉(zhuǎn)換！4、監(jiān)控系統(tǒng)裝置介紹

新一代數(shù)字測(cè)控裝置CSI-200E采用按間隔設(shè)計(jì)思想設(shè)計(jì)，硬件采用全分布式多CPU的32位微處理器硬件平臺(tái)，充分分散數(shù)據(jù)處理負(fù)荷，最大程度的提高系統(tǒng)的整體性能；CPU模塊之間通過內(nèi)部高速工業(yè)總線傳遞數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)處理與傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠。

裝置內(nèi)部及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)后臺(tái)主機(jī)管理主模塊MASTER人機(jī)對(duì)話MMI鍵盤顯示PC機(jī)AIn交流測(cè)量插件DTn直流測(cè)溫插件DIn開入插件DOn開出插件POWER電源插件AI1交流測(cè)量插件DT1直流測(cè)溫插件DI1開入插件DO1開出插件裝置內(nèi)部串口光/電以太網(wǎng)內(nèi)部總線CAN交流測(cè)量插件最多采集12路模擬量（8U4I/6U6I /4U3I/8U）；測(cè)量精度高：電壓電流0.2級(jí)，功率0.5級(jí)；零漂刻度整定無(wú)需調(diào)節(jié)電位器；檢同期、手合同期；直流測(cè)溫插件可采集5路直流或5路溫度；直流、溫度經(jīng)過變送器接入端子；直流種類：0-5v、4-20mA、24V、110V、220V（訂貨時(shí)說明）；溫度：3線熱電阻直接接入；測(cè)量精度：直流0.2級(jí)，溫度≤±1℃開入插件24路開入，分為4組，各組路數(shù)分別為8、4、8、4。每組一個(gè)公共端；各組功能可配置（單、雙位置，開關(guān)檔位，電度脈沖等），參數(shù)可整定（SOE，長(zhǎng)短延時(shí)，雙遙變位時(shí)差，電鈴電笛告警等）；SOE