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科技资讯科技资讯S I N &T NOL OGY I NFORM TI ON2008N O .14SCI ENC E &TEC HNO LO GY I N F O RM ATI O N工业技术综合自动化系统是变电站自动化的核心,该系统应本着安全可靠、技术先进、经济适用的原则进行设计,以满足变电站无人值班的要求。
随着世界经济的迅速发展,计算机的应用已越来越普遍。
特别是在变电站中的应用已越来越广泛。
为了适应电力工业对发展现代化信息网络的需要,确保变电站安全优质经济运行,实现电网调度自动化,逐步达到变电站运行管理科学化和企业现代化的目标,满足用户对电网供电可靠性、供电质量的要求,采用综合自动化系统已是必然的趋势。
目前国内外都在推广采用无人值班变电站,综合自动化系统则以其先进的技术和明显的优势越来越多地代替常规的控制保护系统。
采用综合自动化系统可以提高变电站的自动化程度,提高运行的可靠性,由于设备具有智能功能,缩短了故障的查询时间,节约了人力,减轻了运行及维修人员的负担;另外,综合自动化系统是集控制、保护、测量、信号、远动于一体的智能化系统,具有功能齐全、技术先进、保护可靠、准确,节省投资等优点,具有较大的社会经济效益。
1综合自动化系统的结构综合自动化系统总体上可分为主站(后台监控系统)层、通讯层、子单元层等三层。
主站层可取代传统的中央信号控制系统,是系统的“最高权力核心”。
主站通过接收来自通讯层的信息,采集整个变电站各电气设备的信息,并对所有的信息进行处理,检出事件、故障、状态的变值,模拟量正常及越限等信息,并实时更新数据库,保持所需信息的完整性。
同时主站发出的命令通过通讯层下达给各子单元,通过子单元对各电气设备进行控制。
通讯层由通讯管理机和MO D E M 组成,是主站和子单元联系的桥梁。
通讯层主要完成对下挂各子单元的管理,除对采集的所有信息进行存储外,还对这些信息进行整理分类,选择一些重要的信息上送主站,接收主站发出的命令并下达给子单元。
220kv变电站及其综合自动化系统方案设计摘要：本文旨在设计一种220kv变电站综合自动化系统方案。
通过对变电站系统运行状态的监测和控制进行研究，本文提出了一种综合自动化系统方案设计。
该方案包括变电站的基础电气设备、保护自动化系统、监测自动化系统和辅助设备自动化系统。
同时，该方案还包括自动化系统的硬件和软件设计。
本文最后进行了方案可行性分析和实验验证，结果表明，该设计方案具有较高的可行性和实际应用价值。
关键词：220kv变电站；综合自动化系统；方案设计；可行性分析；实验验证引言：随着电力工业的不断发展，220kv的变电站已成为电力系统的重要组成部分。
变电站的运行状态监测和控制是电力系统稳定运行的重要保障。
为此，220kv变电站综合自动化系统方案设计成为研究热点。
本文将从变电站基础电气设备的监测和控制、保护自动化系统、监测自动化系统和辅助设备自动化系统等方面进行研究，设计出一种综合自动化系统方案。
同时，本文将对方案可行性进行分析，并进行实验验证。
一、基础电气设备自动化系统设计基础电气设备是变电站运行的核心，其自动化控制对于电力系统的稳定运行具有重要意义。
基础电气设备自动化系统主要包括变压器、断路器、隔离开关、组合电器等的自动化控制。
1、变压器自动化控制：变压器是电力系统中最基础的设备之一，其自动化控制对于电力系统的稳定运行具有重要意义。
为此，本系统将采用数字化变压器差动保护，可实现对变压器的实时监测、故障定位等功能。
2、断路器自动化控制：断路器是变电站中最主要的设备之一，其自动化控制可大大提高电力系统的稳定性。
为此，本系统将采用信息化断路器保护，可实现对断路器的状态监测、动作判据计算等功能。
3、隔离开关自动化控制：隔离开关作为保护装置的一部分，其自动化控制也是变电站综合自动化系统的重要组成部分。
为此，本系统将采用高压气体绝缘金属封闭开关进行实现。
4、组合电器自动化控制：组合电器是基础电气设备的组合，包括变压器、断路器、隔离开关等设备。
变电站综合自动化系统结构与功能综述关键词：变电站综合自动化系统结构功能---综合自动化系统的硬件结构变电站综合自动化系统的发展过程与集成电路技术、微计算机技术、通信技术和网络技术密切相关。
随着这些高科技的不断发展，综合自动化系统的体系结构也不断发生变化，其性能和功能以及可靠性等也不断提高。
从国内外变电站综合自动化系统的发展过程来看，其结构形式有集中式、分层分布式、和全分散式等三种类型。
1.集中式的结构形式集中式结构的综合自动化系统，指采用不同档次的计算机，扩展其外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、开关俩个和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能，集中式结构也并非指由一天计算机完成保护、监控等全部功能。
多数集中式结构的微机保护、微机监控和与调度等通信的功能也是由不同的卫星计算机完成的，只是每台微计算机承担的任务多些。
例如监控机要负担数据采集、数据处理、开关操作、人机联系等多项任务：担负微机保护的计算机，可能一台微机要负责几回低压线路的保护等。
随着微处理器的发展、微型计算机的性能价格比迅速优于小型机后，才开始发展以微处理器为核心的变电站自动化系统。
图2.1 集中式结构的综合自动化系统框图这种集中式的结构式更具变电站的规模，配置相应容量的集中式保护装置和监控主机及数据采集系统，它们安装在变电站中央控制室内。
主便延期和各进出线及站内所有电器设备的运行状态，通过TA、TV经电缆传送到忠言控制室的保护装置和监控主机。
继电保护动作信息往往是取保护装置的信号继电器的辅助触点，通过电缆送给监控主机。
这种系统的主要功能即特点是：1）能实时采集变电站中各种模拟量、开关量，完成对变电站的数据采集和实时监控、制表、打印、事件顺序记录等功能。
2）完成对变电站主要设备和进出线的保护任务3）集中式结构紧凑、体积小、可大大减少占地面积。
4）造价低，尤其是对35kV或规模较少的变电站更为有利。
变电站综合自动化系统设计方案1.1.2 研究现状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。
如今变电站综合自动化已成为热门话题，研究单位和产品也越来越多，国内具有代表性的公司和产品有：北京四方公司的CSC 2000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一9000系列综合自动化系统，国电南自PS 6000系列综合自动化系统、武汉国测GCSIA变电站综合自动化系统、许继电气公司的CBZ一8000系列综合自动化系统。
国外具有代表性的公司和产品有：瑞典ABB的MicroSCADA自动化系统等。
现在的变电站自动化系统将站内间隔层设备（包括微机继电保护及自动装置、测控、直流系统等）以互联的方式与主机实现数据交换与处理，从而构成一种服务于电网安全与监测控制，全分散、全数字化和可操作的自动控制系统。
本系统站控层用的软件工具是瑞典ABB公司开发的用于变电站自动化系统的MicroSCADA和COM500，COM500作为前置机，它是整个系统数据采集的核心，MicroSCADA用于后台监控；间隔层测控装置用的主要是芬兰ABB公司生产的是REF54_系列和瑞典ABB公司生产的REC561等自动化产品，远动装置用的是浙江创维自动化工程有限公司自主研发CWCOM200。
1.3 研究内容及要求1.3.1 设计题目：220kV临海变电所综合自动化系统1.3.2 设计内容及要求（1）定制整个系统信息表；（2）系统自动化部分的数据库配置；（3）设计合理的系统网络拓扑图；（4）确定合理的设计方案，确定整个系统的结构；（5）220kV变电所综合自动化系统一次接线图的设计；（6）选择前置机，后台，远动机和测控和保护装置等设备的型号；（7）完成毕业设计说明书1份。
第二章系统概述2.1计算机监控系统的工作条件2.1.1环境海拔高度：≤1000m相对湿度：≤95％（相对湿度为95％时，环境温度25℃，设备内应无结露。
）大气压力：80~110kPa最高环境温度：＋50℃最低环境温度：－15℃最大日温差： 20℃抗地震能力：水平加速度：0.2g垂直加速度：0.1g装置安装于无屏蔽机房2.1.2电源交流电压：220V±20%直流电压：220V DC(-20%～+15%，直流电源纹波系数小于5%)频率：50Hz±0.5Hz2.1.3额定值额定交流电压：220V额定直流电压：220V DC额定频率：50HzCT二次侧额定电流：5APT二次侧额定电压：100V、100/V所用电母线电压输入： 0~450V变送器输出：4~20mA2.1.4接地计算机监控系统不设置单独的接地网，接地线与变电所主接地网连接。
变电所主接地网的工频接地电阻≤1Ω。
2.1.5装置的温度特性环境温度在－5℃～＋45℃时，装置应能满足规范书所规定的精度，环境温度在－15℃～＋50℃时，装置应能正确工作，不误动不拒动。
2.1.6在雷电过电压、一次回路操作、开关场故障及其它强电干扰作用下，在二次回路操作干扰下，所有设备均不应误动作，并应该能在静电、高频、强磁场干扰的环境中工作，而不降低精度和处理能力。
考虑的措施由卖方确定，如光电隔离、高共模抑制比、接地和屏蔽等，卖方应提供这些技术的详细说明，并应遵守IEC255-22-1～4、IEC61000-4-2～5标准所规定的下列试验标准：耐冲击电压试验：5kV，1.2/50µs冲击波；绝缘强度试验：2kV/50Hz，1min；高频干扰试验：Ⅲ级；快速瞬变干扰：Ⅲ级；辐射电磁场：Ⅲ级；静电：Ⅲ级。
2.1.7 单元测控装置电源采用220V DC，各装置应具有直流快速小开关保护，并与装置安装在同一面柜上。
应对监控屏上的整个直流回路进行监视，当在该直流回路中任何一处发生断线或短路故障时，都应发告警信号。
直流电源电压在80～115％额定值范围内变化，直流电源波纹系数≤5％时，装置应正确工作。
拉合直流电源以及插拔熔丝发生重复击穿火花时，装置不应误动作。
直流电源回路出现各种异常情况（如短路、断线、接地等）时装置不应误动作。
各装置的逻辑回路应由独立的直流/直流变换器供电，在直流电源电压缓慢上升或电压上升到80%时，装置的直流变换电源应能可靠自起动。
2.1.8当交流电源电压在80％～120％额定值范围内，谐波含量不大于5％时，设备应能正常工作。
2.1.9所有面对操作员的人机界面均应汉化。
2.1.10计算机监控系统中任一设备故障时，均不应影响其他设备的正常运行工作；站级控制层发生故障而停运时，不能影响间隔级控制层设备的正常运行工作。
装置中任一元件损坏时，装置不应误动作。
2.2系统结构2.2.1 概述计算机监控系统采用分散分层分布式系统。
计算机监控系统分为二层：站级监控层和间隔级监控层，间隔级监控层将采集和处理后的数据信号，经网络传输到站级监控层。
各单元测控装置相互独立，互不影响，功能上不依赖于站控计算机。
站级监控层网络采用10M/100M自适应的双重化以太网。
网络结构按分布式开放系统配置。
网络通信介质：室外部分采用铠装光缆，室内部分采用软光缆。
系统软硬件产品采用标准化、模块化的冗余配置。
220kV临海变监控系统改造规模为：两台主变，3个电压等级。
220kV部分为五条线路、两段母设、及母联、旁路间隔测控， 110kV部分为六条线路、两段母设、及母联、旁路间隔测控及两个接地变的测控，主变部分为三侧及本体测控，35kV部分的母设及母联都采用REF系列装置。
其余的35kV部分为南瑞RCS系列保护测控装置的通信接入改造。
所有的间隔设备已投入运行。
我们的监控系统完成全站的测控，监视和综合保护功能。
该系统是采用我们公司220kV变电站计算机监控系统的典型方案，间隔层由LON现场总线把测控装置REC、REF装置连接成网络，35kV部分通过现场484总线方式，通过两台冗余的前置机转发给后台主机实现站级监控。
同时两台公用信息工作站采用CWCOM200系统，每台配置8个RS485通信接口与保护装置、直流系统、直流绝缘检测装置、直流电池巡检装置等通信，两台REC561公用测控装置采集保护及公用设备的硬接点信号。
并且还安装了CWCOM200的微机版实现和远动的通讯。
目前接入的远动主站有集控主站、地调和省调及电力数据网。
下面分间隔层和后台作个介绍。
2.2.2 站级监控层站级监控层包括2台主机兼人机工作站、1台工程师工作站、1套以常规远动通道与各调度中心通信的远动数据处理及通信装置、1套电力数据网络通信服务器、1台可读写光盘驱动器以及1套卫星时钟接收和时钟同步系统。
两台前置机是主备冗余hot-standby方式。
当工作机（应用状态为Hot）出现故障时，备用机的应用状态会自动升为Hot，而故障机的应用状态则降为Cold。
我们通常将应用状态为Hot的计算机称为主机，而把应用状态为Cold的计算机称为备机，在主备机都正常运行的情况下，主机会实时的把数据映射（Shadowing）到备机，使主备机的数据库一致。
后台机采用双Hot模式，工作时互相独立运行但又同时获取信息，数据通过MicroSCADA的数据镜像（Mirroring）功能从前置主机中获取。
远方终端单元设备，即我们常说的RTU，常用的有RTU560和CWCOM200，是将前置机的数据通过规约转换发送到网络控制中心。
前置机与站控层的后台主机以及与远动的通讯都是网络TCP/IP来实现的。
后台机数据通过MicroSCADA数据镜像功能从前置主机中实时获取。
远动设备与前置主机的通讯一般采用IEC-104规约，然后再将数据转发给远动主站。
前置机是整个变电所信息的汇集，起着核心的作用。
该系统的网络拓扑图见附件图。
2.2.3 间隔级监控层MicroSCADA系统间隔层的智能设备与前置机的通讯一般有两种方式：LON 总线和SPA总线。
LON总线是一种对等的总线，即系统中的智能设备可以互相通讯。
LON总线的结构是星型结构，整个系统通过星型耦合器RER111将间隔层的智能设备连接起来相互通讯。
SPA总线是异步串形通讯规约，支持一个master 和多个slave的通讯，SPA总线的结构是环行：鉴于通讯速度的考虑，一个环内原则上不多于5个智能设备，环通过专用设备SPA-ZC22来连接。
在220kV计算机监控系统中，间隔层的智能设备一般采用LON总线方式，因为它较SPA总线而言更加可靠，有更好的实时性。
另一方面，公用信息管理机通过RS232/RS485串口，一般采用IEC 60870-5-103规约接收保护设备的公用信息，并将数据转发给前置机。
公用信息管理机与前置机的通讯是通过MicroSCADA系统自带的CPI规约实现的。
间隔级监控层主要由测控保护装置和前置采集子系统组成。
测控保护装置均采用相对集中组屏。
每台主变设置1面测控屏，屏上安装主变的各侧测控单元。
其他220kV、110kV测控装置应按每两个电气单元组一面屏的原则。
35kV测控保护装置按每四个电气单元组一面屏的原则。
测控保护装置按电气单元即线路、母联、母设等对象进行一对一配置，并保留电气单元测控容量扩充的需要。
单元测控装置的数据分别直接传送给站级监控层中的主机、远动数据处理及通信装置和电力数据网络通信服务器。
间隔级监控层包含公用信息工作站配置8个RS485通信接口与买方提供的保护信息收集柜、直流系统、直流绝缘检测装置、直流电池巡检装置、小电流接地选线装置等通信。
计算机监控系统的公用信息工作站应组屏。
站级监控层设备的交直流逆变电源装置单独组屏，并配置足够数量的总开关及出线开关。
第三章 MicroSCADA系统3.1 MicroSCADA系统概述整个变电站的监控可分为以下三层：1、间隔层；2、站控层；3、调度层。
而MicroSCADA系统就是站控层的主系统，它囊括了整个监控系统的数据流量，更是衔接着间隔层和调度层的系统平台。
见图3.1：图3.1 变电站监控系统结构而整个MicroSCADA系统按功能划分的话，可划分为二大功能模块：通讯和人机操作界面二大模块。
对于站控层，通讯是其主要的功能模块，它承接着间隔层、第三方装置以及远方调度的通讯；而人机界面是基于通讯构架，提供给运行人员实际操作使用的终端应用，简称为后台监控系统。
