变电站综合自动化技术及发展介绍内容二.国内变电站自动化系统现状三.变电站自动化系统发展趋势一.变电站自动化系统概述一.变电站自动化系统概述1变电站自动化含义变电站综合自动化系统(IntegratedSubstationAutomationSystem):集保护、测量、控制、远传等功能为一体，通过数字通信及网络技术来实现信息共享的一套微机化的二次设备及系统。国际电工委员会已经正式采用了“变电站自动化系统”(SubstationAutomationSystem-SAS)名词，并对“变电站自动化系统”解释为“在变电站内提供包括通信基础设施在内的自动化(SAS-SubstationAutomationSystem：TheSASprovidesAutomationinaSubstationincludingtheCommunicationinfrastructure)”。 2我国变电站自动化技术应用情况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及部分进口产品。国内厂家主要有：南瑞集团、北京四方、许继电气、国电南自等。国外厂家主要有：如ABB、SIEMENS、ALSTOM、GE-HARRIS、ELING等公司。3变电自动化技术应用意义简化了变电站二次部分的硬件配置,简化了设计，避免了重复；简化了变电站二次设备之间的相互联线，减轻了安装施工和维护工作量；简少了占地面积，降低了工程总造价；为电力企业减人增效提高劳动生产率，实现变电站无人值班，提高运行管理水平创造了良好的技术条件。 二、变电站自动化技术现状二、变电站自动化技术现状 1 1 我国变电站自动化发展阶段我国变电站自动化发展阶段 1.1 第一阶段：面向功能设计的集中式第一阶段：面向功能设计的集中式RTURTU加常规保护模式加常规保护模式 8080年代及以前，初级阶段。年代及以前，初级阶段。 1.2 第二阶段第二阶段: 面向功能设计的测控装置加微机保护模式面向功能设计的测控装置加微机保护模式 始于始于9090年代初期，单元式微机保护及按功能设计的微年代初期，单元式微机保护及按功能设计的微 机测控装置的广泛应用，保护与测控装置相对独立，机测控装置的广泛应用，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当地监控后台通过通信管理单元能够将各自信息送到当地监控后台或调度端计算机。或调度端计算机。 1.3 第三阶段第三阶段：面向间隔、面向对象面向间隔、面向对象( (Object -OrientedObject -Oriented ) ) 的分层分布式结构模式的分层分布式结构模式; ; 始于始于9090年代中期，随着计算机技术、网络及通信技术年代中期，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，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。采用分层分布式的系统结构。 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。(1)变电站层:当地监控功能保护信息管理功能远方监控功能是将当地监控和保护信息管理功能通过通信在远方实现，是变电站实现无人值班的前提条件。变电站层基本要求为：可靠性开放性易用性(2)网络层完成信息传递和系统对时等功能。目前国内外产品流行两种网络层结构：即双层网和单层网结构。至于自动化系统中应该采用双层网或单层网结构，我们认为各有优缺点，应视具体应用场合而定，不可一概而论。目前采用的现场总线有：Lonworks、Canbus、WorldFIP、Profibus等，最高速率可达12M；以太网通信方式，速率大多为10M/100M自适应。现场总线具有使用方便、简单、经济的特点，以太网具有网络标准、开放性、高速率、传输容量大的特点。现场总线将会和以太网并存相当长时间。网络层基本要求是：可靠性开放性及规约要求实时性 (3)间隔层主要是继保、监控设备层。继电保护及自动装置基本要求是：安全可靠性准确选择性灵敏性速动性测量控制装置基本要求是：可靠性精确性。(4)三层之间的关系:变电站层、网络层、间隔层既相互独立又相互联系。变电站层功能的实现依赖于网络层和间隔层的完好性；但是间隔层功能的实现，特别是继电保护及安全自动装置的功能的实现决不能依赖于网络层和变电站层的完好性；远方主站监控功能的实现应不依赖于变电站层设备。 3 3 运行管理模式与变电站综合自动化运行管理模式与变电站综合自动化 3.1 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 展的影响展的影响 3.2 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无人值班的运行管理模式与变电站自动化技术的关系 3.3 3.3 保护信息管理系统的研发是变电站当前运行管理的保护信息管理系统的研发是变电站当前运行管理的 需求需求 4 4 继电保护技术的发展继电保护技术的发展 4.1 4.1 继电保护技术的发展史继电保护技术的发展史 国内继电保护装置的发展经历了国内继电保护装置的发展经历了2020世纪世纪5050年代的机电型年代的机电型 6060年代中到年代中到7070年代末出现的晶体管型，年代末出现的晶体管型，7070年代中到年代中到8080年代末年代末 的集成电路型，的集成电路型， 8080年代中至今的基于微处理器机技术的微机年代中至今的基于微处理器机技术的微机 保护的历史。从保护的历史。从9090年代初至今，不同原理、不同机型的微机线年代初至今，不同原理、不同机型的微机线 路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批性能优良、路和主设备保护各具特色，为电力系统提供了一批性能优良、功能齐全、工作可靠的继电保护装置。功能齐全、工作可靠的继电保护装置。 4.2 4.2 继电保护的现状继电保护的现状 目前，国内继电保护的发展已达到甚至超过国外同行业的水目前，国内继电保护的发展已达到甚至超过国外同行业的水平。在保护的原理方面，国内微机保护的水平很多方面已领先于平。在保护的原理方面，国内微机保护的水平很多方面已领先于国外的同类产品。国外的同类产品。 在高压及超高压线路保护方面，经多年研究，微机保护的性在高压及超高压线路保护方面，经多年研究，微机保护的性能比较完善，可以适应复杂的运行及故障条件。能比较完善，可以适应复杂的运行及故障条件。 在在110kV110kV及以下电压等级的变电站综合自动化系统中，主变及以下电压等级的变电站综合自动化系统中，主变后备保护、线路（馈线）保护、电容器保护等继电保护装置普后备保护、线路（馈线）保护、电容器保护等继电保护装置普遍采用保护测控一体化技术，即所谓的四合一装置。遍采用保护测控一体化技术，即所谓的四合一装置。5系统结构模式5.1中低压变电站系统结构模式一5.2中低压变电站系统结构模式二5.3超高压变电站系统结构模式一5.1中低压变电站自动化系统结构模式一.监控.监控监控监控保护及其它IED网总控当地监控监控网串口/以太网上级调度串口/以太网5.2中低压变电站自动化系统结构模式二.监控监控监控总控当地监控监控/保护网保护保护保护.PCPC保护监控一体化装置上级调度串口/以太网串口/以太网5.3超高压变电站自动化系统结构模式一GPS主机1操作员站1主机2操作员站2工程师站1双光纤以太网通讯机2上级调度通讯机1通道切换*500kV继电器室220kV继电器室35kV继电器室 间隔1 N通道切换 A 保护、IEDB* * * * * * * * * * * * *监控监控逻辑闭锁装置。间隔1 N通道切换 A 保护、IEDB * * * * * * * * * * * * *监控监控逻辑闭锁装置。 间隔1 N。通道切换 A 保护、IEDB* * * * * * * * * * * * *监控监控逻辑闭锁装置 现场总线 （光纤/双绞线）通信控制器逻辑闭锁装置单元监控装置间隔层设备站控层设备澳大利亚澳大利亚 BlackwallBlackwall 275kV 275kV变电站变电站三、变电站自动化技术发展趋势 1变电站自动化系统向高集成化、数字化方向发展变电站自动化系统会在一个阶段向高集成化发展。变电站自动化系统最终向数字化发展。数字化变电站自动化系统结构模式主机1操作员工作站1主机2操作员工作站2工程师工作站1以太网GPS上级调度通讯机1通道切换*间隔1 间隔N.过程层 设备.IED微机保护监控监控* * * * * * * * * * * * *.IED微机保护电子电子 PT.CTPT.CT* * * * * * * * * * * * * *监控监控* * * * * * *间隔1 间隔N通讯机2间隔层设备变电站层设备电子电子 PT.CTPT.CT* * * * * * * * * * * * * * 2 IEC618502 IEC61850标准的应用标准的应用 IEC 61850IEC 61850是国际电工委员会是国际电工委员会TC57TC57制定的制定的变电站通信网变电站通信网 络和系统络和系统系列标准，为基于网络通信平台的变电站自动化系系列标准，为基于网络通信平台的变电站自动化系 统唯一国际标准，也是国家电力行业相关标准的基础。统唯一国际标准，也是国家电力行业相关标准的基础。 IEC61850IEC61850标准按通信体系及设备功能将变电站自动化系统标准按通信体系及设备功能将变电站自动化系统 分为分为3 3层：变电站层、间隔层、过程层。层：变电站层、间隔层、过程层。 变电站层设备由带数据库的计算机、操作员工作台、远方变电站层设备由带数据库的计算机、操作员工作台、远方 通信接口等组成；间隔层设备由每个间隔的控制、保护或监视通信接口等组成；间隔层设备由每个间隔的控制、保护或监视 单元组成；过程层设备典型的为远方单元组成；过程层设备典型的为远方I/OI/O、智能传感器和执行器、智能传感器和执行器 等。等。 3继电保护的未来发展趋势：3.1集成化（继电保护装置的硬件发展）3.2智能化（各类新算法在继电保护装置中的应用）3.3网络化和同步化（基于网络通讯和GPS的广域测量系统）4网络安全技术国家经贸委第30号令电网与电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定，全国电力二次系统安全防护总体方案也正在制定中。拟采取的防护总体策略有：分区防护，突出重点安全区之间隔离(横向)网络隔离纵向防护5一次设备的在线监测主要集中在发电机、变压器及断路器实时状态监测与早期故障诊断；电压互感器、电流互感器及其绝缘套管实时在线监测；电力传输线及其绝缘子运行可靠性监测；电缆过热故障在线监测及其火灾故障早期预警；高压设备绝缘在线监测等方面。研制一次设备的在线监测系统，对电力系统一次设备运行可靠性在线监测、早期故障发现、故障及时诊断等方面有重要作用。四、结束语总之，变电站自动化技术是伴随着现代科技技术发展，尤其是网络技术、计算机软、硬件技术及超大规模集成电路技术的发展而不断进步，自动化系统以按对象设计的全分层分布式为潮流，朝着二次设备功能集成化，一次设备智能数字化方向发展；运行管理朝着各专业协调统一和站内无人值班模式发展。同时经济性和可靠性也是变电站自动化技术发展所要考虑的实际问题。