第七章变电所综合自动化和数字化变电所 回顾 电力系统自动化的分类 按运行管理区域分类 第7章变电所综合自动化和数字化变电所 常规的变电站存在的问题 安全性 可靠性不能满足电力系统发展的需求 不适应电力系统快速计算和实时性要求 供电质量缺乏科学的保证 不利于提高运行管理水平 维护工作量大 设备可靠性差 占地面积大 增加征地投资 科学技术的发展 为发展变电站自动化提供了有利的条件 一 变电站自动化的发展过程1 变电站分立元件的自动装置阶段20世纪70年代以前 这些自动装置主要采用模拟电路 晶体管等分立元件组成 对提高变电站的自动化水平 保证系统的安全运行 发挥了一定的作用 缺点 这些自动装置 相互之间独立运行 互不相干 而且缺乏智能 没有故障自诊断能力 在运行中若自身出现故障 不能提供报警信息 有的甚至会影响电网运行的安全 分立元件的装置可靠性不高 经常需要维修 且体积大 第7章变电所综合自动化和数字化变电所 2 微处理器为核心的智能自动装置阶段 20世纪80年代 随着大规模集成电路和微处理器技术的应用 在变电站自动化阶段 将原来由晶体管等分立元件组成的自动装置逐步由大规模集成电路或微处理器替代 微机监控 微机保护 微机远动装置分别设置 分别完成各自的功能 优点 由于采用了数字电路 缩小了体积 明显的显示出优越性 利用微处理器的智能和计算能力 可以应用和发展新的算法 提高了测量的准确度和控制的可靠性 还扩充了新的功能 装置本身的故障自诊断能力 对提高装置自身的可靠性是很有意义的 缺点 各自动化装置仍是独立运行 不能互相通信 不能共享资源 国际上 20世纪70年代末开始变电站综合自动化的研究工作 于80年代开始进入实用应用 例 西门子公司于1985年在德国投入其第一套变电站综合自动化系统 我国从20世纪80年代末开始研制和开发 20世纪90年代进入应用阶段 例 清华大学电机系研制成功的变电站微机监测 保护综合控制系统 变电站综合自动化阶段的特征 将微机监控 微机保护 微机远动等功能进行统一考虑 构成一个统一的计算机系统来完成以上所有的功能 3 变电站综合自动化阶段 二 变电站综合自动化的概念 变电站综合自动化 IntegratedSubstationControlSystem ISCS 是在变电站应用自动控制技术和信息处理与传输技术 通过计算机硬件系统或自动化装置代替人工进行各种运行作业 提高变电站运行 管理水平的一种自动化系统 三 变电站综合自动化的发展概况 1 国外变电站综合自动化的早期发展概况国外变电站自动化的研究工作始于20世纪70年代 70年代末 英 西德 意大利 澳大利亚等国新装的远动装置都是微机型的 变电站综合自动化的研究工作 于70年代中 后期开始 1975年由关西电子公司和三菱电气有限公司合作 研究配电变电站数字控制系统 1979年9月完成样机 称为SDCS 1型 12月在变电站安装运行 1980年开始商品化生产 SDCS 1型由13台微机组成 如下图 它具有对一个77kV 6 6kV的配电变电站的全部保护和控制功能 该变电站具有3台变压器 4回77kV进线 36回6 6kV馈电线路 三 变电站综合自动化的发展概况 SDCS 1结构方框图 1 国外变电站综合自动化的早期发展概况 2 我国变电站自动化的发展过程我国变电站综合自动化的研究工作始于80年代中期 1987年清华大学电机工程系研究成功国内第一个符合国情的综合自动化系统 该系统由3台微机组成 其系统结构如下图 1987年在山东威海望岛变电站成功地投入运行 望岛变电站是一个35kV 10kV城市变电站 有2回35kV进线 2台主变 8回10kV出线 2组电容器 该系统担负全变电站安全监控 微机保护 电压无功控制 中央信号等任务 按功能分为3个子系统 1 安全监控子系统 2 微机保护子系统 3 电压 无功控制子系统 这是我国第一个变电站综合自动化系统 其成功的投入运行 证明了我国完全可以自行研究 制造出具有国际先进水平 符合国情的变电站综合自动化系统 90年代中期后 综合自动化系统迅速发展 随着微机技术的不断发展和已投入运行的变电站综合系统取得的经济效益和社会效益 吸引全国许多用户和科研单位和高等院校 因此变电站综合自动化系统到90年代 成为热门话题 三 变电站综合自动化的发展概况 三 变电站综合自动化的发展概况 2 我国变电站自动化的发展过程 变电站微机监测 保护综合控制系统框图 3 国外无人值班的发展简况西欧 北美 日本等发达国家的绝大多数变电站 包括许多500kV 380kV的变电站也都实行无人值班 例如 巴黎 1985年建立新一代的计算机自动管理系统 所有225 20kV变电站都由调度中心集中控制 调度室可掌握所有225 20kV变电站及20kV主网络运行状况 当电网发生事故时 调度中心可以直接进行必要的处理 使受停电影响的用户迅速恢复供电 与此同时也出现一批无人值班或少人值班的大 中小型水电站 例如 到1980年止 意大利ENEL公司的474个水电站中 无人值班达408个 法国EDF公司450个水电站中 有403个无人值班占90 4 国内无人值班的发展简况 早期的无人值班变电站没有自动化功能 只适合不重要的35KV变电站 20世纪60年代 进入了远方监视的无人值班阶段 20世纪80年代后期 无人值班技术又上了一个台阶 促进了调度自动化实用化的深入开展和电网调度管理水平的提高 国家电力调度通信中心于1993年12月28日发布了调自 1994 2号文件 关于在地区电网中实施变电站遥控和无人值班的意见 该文件明确指出实行变电站遥控和无人值班是可行的 是电网调度管理的发展方向 并明确指出各单位要积极稳妥地开展此项工作 要根据当地的实际情况 因地制宜 统筹安排 综合考虑 做好规划 逐步实施 根据需要有些地区可考虑新建变电站一步到位 即按无人站设计建设 尤其是地区变电站 该文件对全国无人值班变电站的建设起了很大的推动作用 变电站实现无人值班的目的和意义 1 国民经济发展形势的需要不仅发达地区 人口密集经济发展的地区需要发展无人值班变电站 人口密度少 经济不甚发达的边远地区 发展无人值班也很重要 2 提高运行的可靠性 减少误操作率 3 提高经济效益和劳动生产率 4 降低变电站建设成本 变电站综合自动化全面提高无人值班变电站的技术水平 1 提高了变电站的安全 可靠运行水平 2 提高电力系统的运行 管理水平和技术水平 3 缩小变电站占地面积 降低造价 减少总投资 4 提高供电质量 提高电压合格率 降低电能损耗 5 减少维护工作量 由于综合自动化系统中的微机保护装置和自动装置 都具有故障自诊断功能 装置内部有故障 能自动显示故障部位 缩短了维修时间 三 变电站综合自动化系统的功能 变电站综合自动化系统的基本功能体现在下述5个子系统的功能中 1 监控子系统 1 数据采集对供电系统运行参数的在线实时采集是变电所自动化系统的基本功能之一 变电站的数据包括模拟量 开关量和电能量 2 数据处理与记录数据处理的内容为电力部门和用户内部生产调度所要求的数据 1 变电所运行参数的统计 分析与计算2 变电所内运行参数和设备的越限报警及记录3 变电所内的事件记录 3 运行监视运行监视即对采集到的反映变电所运行状况和设备状态的数据进行自动监视 4 故障录波和测距 故障记录 故障录波与测距110kV及以上的重要输电线路距离长 发生故障影响大 必须尽快查找出故障点 以便缩短修复时间 尽快恢复供电 减少损失 故障记录35kV和10kV的配电线路很少专门设置故障录波器 为了分析故障方便 可设置简单故障记录功能 故障记录是记录继电保护动作前后与故障有关的电流量和母线电压 三 变电站综合自动化系统的功能 5 事故顺序记录与事故追忆事故顺序记录就是对变电所内的继电保护 自动装置 断路器等在事故时动作的先后顺序自动记录 事故追忆是指对变电所内的一些主要模拟量 如线路 主变压器的电流 有功功率 母线电压等 在事故前后一段时间内作连续测量记录 6 控制及安全操作闭锁操作人员可通过显示器屏幕对断路器 隔离开关进行分 合闸操作 对变压器分接头进行调节控制 对电容器组进行投 切控制 并且所有的操作控制均能就地和远方控制 就地和远方切换相互闭锁 自动和手动相互闭锁 操作闭锁包括以下内容 操作系统出口具有断路器分 合闸闭锁功能 三 变电站综合自动化系统的功能 7 人机联系功能 8 谐波分析与监视 三 变电站综合自动化系统的功能 2 微机保护子系统 变电站综合自动化系统中的微机继电保护主要包括 输电线路保护 电力变压器保护 母线保护 电容器保护 小电流接地系统自动选线 自动重合闸等 对微机保护的要求 1 系统的继电保护按被保护的电力设备单元 间隔 分别独立设置 直接由相关的电流互感器和电压互感器输入电气量 然后由触点输出 直接操作相应断路器的跳闸线圈 2 保护装置设有通信接口 供接入站内通信网 在保护动作后向变电站层的微机设备提供报告等 但继电保护功能完全不依赖通信网 3 为避免不必要的硬件重复 以提高整个系统的可靠性和降低造价 可以配给保护装置其他一些功能 但不应降低保护装置的可靠性 3 电压 无功综合控制子系统 在运行中 能实时控制电压 无功的基本手段是有载调压变压器的分接头调档和无功补偿电容器组的投切 多采用一种九区域控制策略进行电压 无功自动控制 电压无功控制装置 VQC 适用于一些地区电网 变电所 自动电压控制系统 AutomaticVoltageControl AVC 适用于一些省级电网 自动电压控制装置的类型 变电站10kV系统电压无功综合控制装置简介 4 低频减负荷控制 自动低频减载装置 当电力系统频率降低时 能根据系统频率下降的不同程度自动有次序 有计划地切除相应的负荷 以阻止系统频率降低 并使系统频率迅速恢复到给定值 5 备用电源自动投入子系统 备用电源自动投入 当工作电源因故障被断开后 能自动而迅速的将备用电源投入 保证用户连续供电的一种装置 称备用电源自动投入装置 发电厂 变电所中都设有备用电源 此外一些重要的工矿企业用户为保证供电的可靠性也设置了备用电源 备用电源自动投入已成为变电站综合自动化系统的基本功能之一 备用电源自动投入装置的作用与类型 作用 用于两路及以上电源进线的变配电所中 提高供电可靠性 工作电源与备用电源的接线方式可分为两大类 明备用 在正常时 备用电源不投入工作 只有在工作电源发生故障时才投入工作 暗备用 在正常时 两电源都投入 互为备用 在正常情况下 QF1闭合 QF2断开 负荷由工作电源供电 当工作电源故障时 APD动作 将QF1断开 切除故障电源 然后将QF2闭合 使备用电源投入工作 恢复供电 a 明备用 正常情况下 QF1 QF2闭合 QF3断开 两个电源分别向两段母线供电 若电源A B 发生故障 APD动作 将QF1 QF2 断开 随即将QF3闭合 此时全部负荷均由B A 电源供电 b 暗备用 1 不论什么原因失去工作电源 APD都能迅速起动并投入备用电源 2 必须在工作电源确已断开 而备用电源电压也正常时 才允许投入备用电源 3 APD应只动作一次 以免将备用电源重复投入永久性故障回路中 4 当电压互感器二次回路断线时 APD不应误动作 对备用电源自动投入装置的基本要求 第7章变电所综合自动化 5 通信子系统 通信功能包括站内现场级间的通信和变电站自动化系统与上级调度的通信两部分 四 变电站综合自动化系统结构 集中式分层分布式分布集中组屏分布分散与集中相结合 四 变电站综合自动化系统的结构 结构形式 分布分散式与集中相结合 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 开关量和数字量等信息 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 把变电所内各回路的数据采集单元 控制单元和保护单元分别集中安装在变电所控制室内的相应屏 柜 中 将变电所内各回路的数据采集 微机保护及监控单元综合为一个装置 就地安装在数据源现场