第一篇：110kV變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究（大全）
110kV變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究
云南欣博工程咨詢有限公司 云南昆明 650051
摘要：我國電力工業(yè)的電力水平和技術(shù)水平都在不斷的提高，已經(jīng)有許多變電站實(shí)現(xiàn)了集中控制和采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控，電力系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了分級集中調(diào)度。作為電力系統(tǒng)接線組成的一個(gè)重要部分，變電所電氣主接線的確定，直接影響著電力系統(tǒng)的妥全、靈活、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及變電所電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置等等幾方面。本文將會對110kV變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行探索和研究。
關(guān)鍵詞：110kV變電站；系統(tǒng)；設(shè)計(jì)
近年來，我國的社會經(jīng)濟(jì)得到快速的發(fā)展，人民的生話水平也得到了大大地提高，對電的要求也在不斷地提高。并且國家也在不斷地加強(qiáng)對城網(wǎng)以及農(nóng)網(wǎng)建設(shè)和改造，這使得我國變電站事業(yè)快速的發(fā)展和進(jìn)步。
我國變電站在迅猛發(fā)展過程中在給人民帶來了極大的好處的同時(shí)，也給相關(guān)專家和研究者帶來了一些列的難以解決的問題。例如電網(wǎng)用電的可靠性是城網(wǎng)及農(nóng)網(wǎng)建設(shè)及改造的重要目標(biāo)之一，同時(shí)也是各變電站設(shè)時(shí)必須考慮的問題之一，但是飛速發(fā)展的構(gòu)成中，就有了極大的困擾。本文根據(jù)110kV變電站電氣一次設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。
一、變電站的概念及其作用
1、變電站的概念
變電站主要指的是電力系統(tǒng)中用來變換電壓接受電能，并且能夠?qū)﹄娔苓M(jìn)行相應(yīng)分配及控制電力流向或是調(diào)整電壓的相應(yīng)電力設(shè)施。變電站在各個(gè)電網(wǎng)之間相互聯(lián)系過程中發(fā)揮紐帶的作用，并且把各個(gè)等級電壓的相關(guān)電網(wǎng)利用變壓器有機(jī)的聯(lián)系在一起，進(jìn)而達(dá)到相應(yīng)變換與分配電能的目的。變電站是否具有安全性和可靠性，將會對整個(gè)電網(wǎng)是否能夠安全的運(yùn)行產(chǎn)生直接的影響。
2、變電站的作用
使電能夠在高低壓之間進(jìn)行科學(xué)、安全的轉(zhuǎn)換是變電站的主要作用。在轉(zhuǎn)換高低壓時(shí)，有一些變電站把發(fā)電廠中的發(fā)電機(jī)出口電壓進(jìn)行有機(jī)的升壓，給電能在進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸之時(shí)，降低電能在線路上的一些損耗提供了有利的條件。除此之外，一些變電站會將高壓轉(zhuǎn)變成低壓，再對用戶端進(jìn)行傳送。
110kV變電站分布相對較為寬廣，并且數(shù)量較多，它是直接面對客戶端的變電站。所以，在進(jìn)行110kV變電站一次設(shè)計(jì)時(shí)，需要對其的經(jīng)濟(jì)性、可靠性以及靈活性充分考慮。通過這種方式進(jìn)行綜合的比較選擇，能夠極大地減少變電站在某個(gè)區(qū)域內(nèi)的投資成本，并且能夠在面對該地區(qū)所發(fā)生的各種停電現(xiàn)象以及相應(yīng)的電網(wǎng)故障時(shí)靈活的應(yīng)對，使這一區(qū)域中供電的可靠性得到充分的提高。為了滿足各區(qū)域的用電增長需求，應(yīng)該對110kV變電站的分布點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)合理的選擇，滿足人們?nèi)找嬖鲩L的文化需求，并且促進(jìn)社會發(fā)展。
二、110kV變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1、主接線的設(shè)計(jì)
在進(jìn)行主接線方式設(shè)計(jì)時(shí)，需要在以下五方面加以注意。
（1）變電所在系統(tǒng)中所處的的地位和會起到的作用。
（2）主接線是受主變壓器臺數(shù)影響的。
（3）負(fù)荷的重要性分級和出線回?cái)?shù)多少必然影響到主接線。
（4）各用容量的有無和大小對主接線產(chǎn)生的影響。
（5）近期和遠(yuǎn)期的發(fā)展規(guī)模。
首先通過負(fù)荷計(jì)算選出合適的主變壓器，然后利用經(jīng)濟(jì)性、可靠性、靈活性三方面確定出電氣主接線形式為110kV采用單母線分段，35kV采用單母分段帶旁路、10kV為單母線分段接線。需要計(jì)算各側(cè)的負(fù)荷有站用電負(fù)荷（動力負(fù)荷和照明負(fù)荷）、10kV負(fù)荷、35kV負(fù)荷以及110kV負(fù)荷。
2、短路電流計(jì)算
2.1短路類型
電力系統(tǒng)簡單短路故障包括三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相接地短路四種類型。三相短路又被稱為對稱短路，其它三種類型的短路為不對稱短路根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一般發(fā)生單相接地短路的可能性較大，約占70%左右；兩相短路發(fā)生的較少。三相短路發(fā)生的幾率雖然相對最少，但是一旦發(fā)生將會造成比較嚴(yán)重的后果。
2.2短路電流計(jì)算
短路電流是通過短路電流的計(jì)算原則和方法來計(jì)算的。一般采用標(biāo)幺值制法計(jì)算短路電流。對短路電流進(jìn)行計(jì)算在實(shí)際生產(chǎn)中，在選擇和校驗(yàn)電氣設(shè)備、整定和校驗(yàn)繼電保護(hù)裝置，以及選擇限流設(shè)各合理選擇主接線方案等時(shí)都要使用。
3、主要電氣設(shè)備的選擇
3.1設(shè)備選擇的原則
電氣設(shè)各選擇導(dǎo)體和設(shè)各的選擇設(shè)計(jì)，要根據(jù)系統(tǒng)主接線、負(fù)荷計(jì)算和短路電流計(jì)算，應(yīng)做到技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，安個(gè)可靠，運(yùn)行方便和適當(dāng)?shù)牧粲邪l(fā)展余地，以滿足電力系統(tǒng)安個(gè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要在選擇上遵循以下幾項(xiàng)原則：
（1）按正常工作條件選擇
A.按額定電壓選擇電氣設(shè)備的額定電壓應(yīng)符合電氣裝設(shè)點(diǎn)的電網(wǎng)電壓，并小得低于該回路的最高運(yùn)行電壓。
B.按額定電流選擇電氣設(shè)備的額定電流應(yīng)小得低于所在回路在各種可能運(yùn)行方式下的持續(xù)工作電流。
C.機(jī)械負(fù)荷：所選電器端子的允許負(fù)荷，應(yīng)人于電器引下線在正常運(yùn)行和短路時(shí)的最大作用力。
（2）按短路條件校驗(yàn)電氣設(shè)備的動、熱穩(wěn)定。
A.電氣設(shè)備允許通過的極限電流應(yīng)不小于短路沖擊電流。
B.電氣設(shè)備在某段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量應(yīng)小小于短路電流在此時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量。
C.在工作電壓和過電壓下，電氣的內(nèi)、外絕緣應(yīng)保證必要的可靠性電器的絕緣水平，應(yīng)按電網(wǎng)中出現(xiàn)的各種過電壓和保護(hù)設(shè)各相應(yīng)的保護(hù)水平來確定。當(dāng)所選電器的絕緣水平低于國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值時(shí)，選用適當(dāng)?shù)碾妷罕Ｗo(hù)設(shè)備就需要通過絕緣配合計(jì)算。
（3）安裝地點(diǎn)、工作環(huán)境、使用條件及供貨條件來選擇電氣設(shè)各的適當(dāng)形式。
3.2斷路器的選擇
斷路器一般采用火弧介質(zhì)和火弧方式，一般可分為：多油斷路器、少油斷路器、壓縮空氣斷路器、真空斷路器，SF6斷路器等斷路器型式的選擇，在選擇時(shí)不僅要滿足各項(xiàng)技術(shù)條件和環(huán)境條件，還需要考慮到對施工調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)，另外還要根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的比較來確定。110kV側(cè)選用3API-FG-145kV/3150A-40kA型斷路器。
3.3隔離開關(guān)的選擇
110kV側(cè)GW4-110D/630型隔離開關(guān)。
3、互感器的選擇
一般選用WVB110-20（H）型電壓互感器，系統(tǒng)最高電壓126kV，額定緣水平200/480kV，額定一次、二次電壓比110kV/1.732/0.1/1.732/0.1kV額定負(fù)載150VA/150VA/100VA，準(zhǔn)確級0.2/0.5/3P。
3.5母線的選擇
（1）一般要求
A.根據(jù)環(huán)境條件和回路負(fù)荷電流、電暈、無線電十?dāng)_等條件，對配電裝置中軟導(dǎo)線進(jìn)行選擇，進(jìn)而導(dǎo)線的截面和導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行確定。
B.對于空氣中含鹽量較人的沿海地區(qū)或周圍氣體對鋁有明顯腐蝕的場所，選用防腐型鋁線效果更好。
C.如果負(fù)荷電流較大，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷電流選擇較大截面的導(dǎo)線。如果電壓較高，可增加導(dǎo)線外徑或增加4相導(dǎo)線的根數(shù)，從而保持導(dǎo)線而積的電場強(qiáng)度，導(dǎo)線必須滿足電暈的要求。
D.當(dāng)配電裝置等于或者小于220kV時(shí)，電暈對于導(dǎo)線截面的選擇起不到?jīng)Q定性作用，因此可采用單根鋼芯鋁絞線組成的復(fù)導(dǎo)線，根據(jù)負(fù)荷電流進(jìn)行導(dǎo)線截面。
（2）母線截面的選擇要按照最人長期工作電流，對動、熱穩(wěn)定進(jìn)行校驗(yàn)。
3.6避雷器的選擇
應(yīng)該根據(jù)被保護(hù)電器的絕緣水平和使用特點(diǎn)，來選擇合適的避雷器型式。
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第二篇：110kV變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述
110kV變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述
一、引言
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，用戶對供電質(zhì)量的要求日益提高。國家提出了加快城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)建設(shè)及改造、拉動內(nèi)需的發(fā)展計(jì)劃。變電站是電力系統(tǒng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調(diào)整電壓的電力設(shè)施，它通過其變壓器將各級電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來，在電力系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。近年來110kV變電站的建設(shè)迅猛發(fā)展?？茖W(xué)的變電站設(shè)計(jì)方案能夠提升配電網(wǎng)的供電能力和適應(yīng)性，降低配電網(wǎng)損耗和供電成本，減少電力設(shè)施占地資源，體現(xiàn)“增容、升壓、換代、優(yōu)化通道”的技術(shù)改造思路。同時(shí)可以增加系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約占地面積，使變電站的配置達(dá)到最佳，不斷提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
二、什么叫變電站
變電站是改變電壓的場所。為了把發(fā)電廠發(fā)出來的電能輸送到較遠(yuǎn)的地方，必須把電壓升高，變?yōu)楦邏弘?，到用戶附近再按需要把電壓降低，這種升降電壓的工作靠變電站來完成。變電站的主要設(shè)備是開關(guān)和變壓器。按規(guī)模大小不同，稱為變電所、配電室等。
變電站是把一些設(shè)備組裝起來，用以切斷或接通、改變或者調(diào)整電壓，在電力系統(tǒng)中，變電站是輸電和配電的集結(jié)點(diǎn)。變電站主要組成為：饋電線（進(jìn)線、出線）和母線，隔離開關(guān)，接地開關(guān)，斷路器，電力變壓器（主變），站用變，電壓互感器TV（PT）、電流互感器TA(CT），避雷針。
變電站主要可分為：樞紐變電站、終端變電站；升壓變電站、降壓變電站；電力系統(tǒng)的變電站、工礦變電站、鐵路變電站(27.5kV、50Hz）；1000kV、750kV、500kV、330kV、220kV、110kV、66kV、35kV、10kV、6.3kV等電壓等級的變電站。
變電站起變換電壓作用的設(shè)備是變壓器，除此之外，變電站的設(shè)備還有開閉電路的開關(guān)設(shè)備，匯集電流的母線，計(jì)量和控制用互感器、儀表、繼電保護(hù)裝置和防雷保護(hù)裝置、調(diào)度通信裝置等，有的變電站還有無功補(bǔ)償設(shè)備。變電站的主要設(shè)備和連接方式，按其功能不同而有差異。目前分布式變電站自動化系統(tǒng)已逐步成為技術(shù)發(fā)展的主流[3]。
三、研究的主要內(nèi)容
設(shè)計(jì)110kV變電站，電壓等級為110/35/6kV，進(jìn)出線數(shù)2/4/11。
35kV側(cè)：最大35MW，最小15MW，Tmax=5200小時(shí)，cosφ=0.90
6kV側(cè)：最大12MW，最小6MW，Tmax=5000小時(shí)，cosφ=0.85
出線情況：
110kV側(cè)：2回（架空線）；LGJ-240/35km。
35kV側(cè)：2回（架空線);
6kV側(cè)：15回（電纜）。
電能是發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是一種無形的、不能大量存儲的二次能源，同時(shí)也是現(xiàn)代社會中最重要也是最方便的能源[4]。電能的發(fā)、變、送、配電和用電，幾乎是在同一時(shí)間完成的，須相互協(xié)調(diào)與平衡[5]。變電和配電是為了電能的傳輸和合理的分配，在電力系統(tǒng)中占很重要的地位，其都是由電力變壓器來完成的，因此變電所在供電系統(tǒng)中的作用是不言而語的。
（1）變電所的設(shè)計(jì)要認(rèn)真執(zhí)行國家的有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，符合安全可靠、技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理的要求。（2）變電所的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程的5~10年發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行，做到遠(yuǎn)、近期結(jié)合，以近期為主，正確處理近期建設(shè)與遠(yuǎn)期發(fā)展的關(guān)系，適當(dāng)考慮擴(kuò)建的可能。（3）變電縮的設(shè)計(jì)，必須從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，按照負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、工程特點(diǎn)和地區(qū)供電條件，結(jié)合國情合理的確定設(shè)計(jì)方案。（4）變電所的設(shè)計(jì)，必須堅(jiān)持節(jié)約用地的原則。其次，變電所所址的選擇，應(yīng)根據(jù)要求，綜合考慮確定[3]。
四、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容
隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,社會對電力供應(yīng)安全、可靠的要求越來越高.為滿足用電需求,對電力企業(yè)而言,每年都要進(jìn)行變電站新建、擴(kuò)建和主變壓器增容等工程建設(shè),其中主變壓器容量的選擇是必須考慮的問題.容量選擇過大,增加主變壓器本身和相關(guān)設(shè)備購置和安裝、運(yùn)行維護(hù)的投入,造成資金浪費(fèi);容量選擇過小,不能滿足負(fù)荷的需求,使主變壓器過載運(yùn)行,造成設(shè)備損壞,影響變電站對外安全可靠供電;主變壓器容量選擇得當(dāng),有利于降損節(jié)能,達(dá)到主變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,可以節(jié)約主變壓器及其配套裝置的一次性投資和減少運(yùn)行、維護(hù)的費(fèi)用[6].負(fù)荷的計(jì)算和主變的選擇：
(1)負(fù)荷的計(jì)算和無功補(bǔ)償
本變電所的電壓等級為 110/35/6kV，主要的負(fù)載在 35kV 和 6kV 的線路上。負(fù)荷的計(jì)算就是把 35kV 和 6kV 電壓等級上的總的負(fù)載算出來。一方面，為了提高電網(wǎng)的有功功率，也就是降低無功功率，要對電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，這樣就使選擇的主變
壓器的容量減小，降低了成本[17]。另一方面，為使變電所的功率因數(shù)不低于 0.9，要對系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償，也就是把 35kV 和 6kV 線路上負(fù)載的功率因數(shù)從 0.8 提高到 0.9，而在具體的補(bǔ)償中，使用并聯(lián)電容器的補(bǔ)償方式[12]。
(2)主變壓器的容量選擇
在本設(shè)計(jì)中，為了滿足運(yùn)行的靈敏性和供電的可靠性，應(yīng)選兩臺三繞組變壓器，主變壓氣容量應(yīng)根據(jù) 5—10 年的發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行選擇，并考慮變壓器正常運(yùn)行和事故時(shí)的過負(fù)荷能力[15]。所以每臺變壓器的額定容量按 Sn0.7PM（PM 上一步無功補(bǔ)償后的視在功率，即供電容量）選擇，同時(shí)每臺主變壓器的容量不應(yīng)小于一、二級負(fù)荷之和，依據(jù)上述要求選擇所用變壓器的型號[16]。
主接線設(shè)計(jì)的基本要求為：
(1)供電可靠性。主接線的設(shè)計(jì)首先應(yīng)滿足這一要求；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，要求停電范圍小，恢復(fù)供電快。
(2)適應(yīng)性和靈活性。能適應(yīng)一定時(shí)期內(nèi)沒有預(yù)計(jì)到的負(fù)荷水平變化；改變運(yùn)行方式時(shí)操作方便，便于變電站的擴(kuò)建。
(3)經(jīng)濟(jì)性。在確保供電可靠、滿足電能質(zhì)量的前提下，要盡量節(jié)省建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用，減少用地面積。
(4)簡化主接線。配網(wǎng)自動化、變電站無人化是現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展必然趨勢，簡化主接線為這一技術(shù)全面實(shí)施，創(chuàng)造更為有利的條件。
(5)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。同類型變電站采用相同的主接線形式，可使主接線規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，有利于系統(tǒng)運(yùn)行和設(shè)備檢修[3]。
變電所主要電氣設(shè)備及其作用：
(1)高壓斷路器（或稱高壓開關(guān)）線路正常時(shí)，用來通斷負(fù)荷電流；線路故障時(shí)，用來切斷巨大的短路電流。斷路器具有良好的滅弧裝置和較強(qiáng)的滅弧能力。按滅弧介質(zhì)劃分，斷路器分為油斷路器、空氣斷路器、SF6斷路器等。
(2)負(fù)荷開關(guān) 線路正常時(shí)，用來通斷負(fù)荷電流，但不能用來切斷短路電流。負(fù)荷開關(guān)只有簡易的滅弧裝置，其滅弧能力有限。負(fù)荷開關(guān)在斷開后具有明顯的斷開點(diǎn)。
(3)隔離開關(guān)（或稱高壓刀閘）隔離開關(guān)沒有滅弧裝置，其滅弧能力很小。僅當(dāng)電氣設(shè)備停電檢修時(shí)，用來隔離電源，造成一個(gè)明顯的斷開點(diǎn)，以保證檢修人員的工作安全。
(4)高壓熔斷器 在過負(fù)荷或短路時(shí)，能利用熔體熔斷來切除故障。在某些情況下，熔斷器可與負(fù)荷開關(guān)或隔離開關(guān)配合使用，以代替價(jià)格昂貴的高壓斷路器，以節(jié)約工程投資[11]。
(5)電流互感器 將主回路中的大電流變換為小電流，供計(jì)量和繼電保護(hù)用。電流互感器二次側(cè)額定電流通常為5A或1A[7]，使用中二次側(cè)不允許開路。
(6)電壓互感器 將高電壓變換成低電壓，供計(jì)量和繼電保護(hù)用。電壓互感器二次側(cè)額定電壓通常為100V[7]，使用中二次側(cè)不允許短路。
(7)避雷器 避雷器主要用來抑制架空線路和配電母線上的雷電過電壓可操作過電壓，以保護(hù)電器設(shè)備免受損害。
(8)所用變壓器 向變電所內(nèi)部動力及照明負(fù)荷、操作電源提供電力[8]。
如上所述，各種電器對我們的變電站設(shè)計(jì)都有至關(guān)重要的作用。所以合理的配置是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。
短路電流的計(jì)算：短路電流的計(jì)算主要是為了選擇電氣設(shè)備、校驗(yàn)電氣設(shè)備的熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性，進(jìn)行繼電保護(hù)的設(shè)計(jì)和調(diào)整[13]。對于整個(gè)電網(wǎng)來說，要考慮在不同地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生短路時(shí)的情況，將設(shè)計(jì)的主接線按其阻抗的形式轉(zhuǎn)化為電力系統(tǒng)界限的示意圖，再根據(jù)所選主變的參數(shù)、線路的阻抗進(jìn)行短路電流的計(jì)算[18]。
一次設(shè)備的選擇與校驗(yàn)： 按正常運(yùn)行的條件進(jìn)行選擇，對 110kV、35kV 和 6kV 的母線按經(jīng)濟(jì)的電流密度算出其截面，按照截面面積和環(huán)境的要求選擇適合的母線；對斷路器的選擇依據(jù)其額定電壓、額定電流和開斷電流來選擇，隔離開關(guān)按其通過的額定電流必須大于此回路的電流來選擇，電壓互感器和電流互感器均依據(jù)一次側(cè)和二次側(cè)的電壓和電流進(jìn)行選擇；對所選的母線和電氣設(shè)備要進(jìn)行熱穩(wěn)定性和動穩(wěn)定性的校驗(yàn)，看所選的母線和設(shè)備是否滿足設(shè)計(jì)的要求，校驗(yàn)時(shí)遵循短路時(shí)的情況來校驗(yàn)[14]。變電所的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)做到設(shè)備先進(jìn)、保護(hù)動作靈敏、安全可靠、維護(hù)試驗(yàn)方便，并在在保證可靠性的前提下力求經(jīng)濟(jì)性[9]。防止雷電直擊的主要電氣設(shè)備是避雷針，避雷針由接閃器和引下線、接地裝置等構(gòu)成[10]。避雷針的位置確定，是變電所防雷設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟。首先應(yīng)根據(jù)變電所電氣設(shè)備的總平面布置圖確定，避雷針的初步選定安裝位置與設(shè)備的電氣距離應(yīng)符合各種規(guī)程范圍的要求，初步確定避雷針的安裝位置后再根據(jù)公式進(jìn)行，校驗(yàn)是否在保護(hù)范圍之內(nèi)[10]。同時(shí)做好變電站的接地電網(wǎng)，也可以有效的防止電力事故的發(fā)生。
五、結(jié)束語
變電站設(shè)計(jì)是個(gè)綜合系統(tǒng)工程，是電力系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的重要組成部分。一份成功的變電站設(shè)計(jì)方案可以在實(shí)際工程中取得最有的效益，增加系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約占地面積以及建設(shè)成本，使變電站的配置達(dá)到最佳保證較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
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第三篇：畢業(yè)設(shè)計(jì)110 ∕35∕10kV降壓變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述
文獻(xiàn)綜述變電站概述
我國電力工業(yè)的技術(shù)水平和管理水平正在逐步提高，現(xiàn)在已有許多變電站實(shí)現(xiàn)了集中控制和采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控．電力系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了分級集中調(diào)度，所有電力企業(yè)都在努力增產(chǎn)節(jié)約，降低成本，確保安全遠(yuǎn)行。電力工業(yè)的發(fā)展,單機(jī)容量的增大、總?cè)萘吭诎偃f千瓦以上變電站的建立促使變電所建筑結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)不斷地改進(jìn)和發(fā)展。變電站結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、新型建材的采用、施工裝備的更新、施工方法的改進(jìn)、代管理的運(yùn)用、隊(duì)伍素質(zhì)的提高、使火電廠土建施工技術(shù)及施工組織水平也相應(yīng)地隨之不斷提高。電力工業(yè)的迅速發(fā)展，對變電所的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。
變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是電力網(wǎng)中的一個(gè)中間環(huán)節(jié)，它的作用就是通過變壓器和線路將各級電壓的電力網(wǎng)聯(lián)系起來，以用于變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調(diào)整電壓，并起到聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)。110∕35∕10 KV降壓變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容
在電力系統(tǒng)中，變電站主要承擔(dān)電壓變換這一重要任務(wù)，其作用可以概括：
1.提高輸電電壓，減少電能損失。電能在輸送過程中，由于電能的熱效應(yīng)，就要產(chǎn)生電能損失，且電能轉(zhuǎn)化為熱能的損失與電流的平方成正比。因此，當(dāng)輸送功率一定時(shí)，提高輸電電壓就可以減少電流，電網(wǎng)就會相應(yīng)減少電能損失。
2.降低電壓，分配電能。電能經(jīng)升壓輸送到用戶后，用戶很難使用這些高壓的電氣設(shè)備，需要降壓變電所把電壓降低再分配到用戶供用戶使用。
3.集中電能，控制電力流向。一個(gè)電網(wǎng)多數(shù)由多個(gè)電源點(diǎn)提供電能，這些電能的集中必須通過樞紐升壓變電所來實(shí)現(xiàn)。在用電地區(qū)，根據(jù)負(fù)荷情況，再由降壓變電所來控制電力的流向。
4.調(diào)整電壓，提高電能質(zhì)量，滿足用戶的要求。通過變電所的變壓器調(diào)壓裝置和無功補(bǔ)償設(shè)備，既可使用戶得到穩(wěn)定的電壓，也可提高線路的輸電功率。變電站是電網(wǎng)建設(shè)和電網(wǎng)絡(luò)改造中非常重要技術(shù)環(huán)節(jié)，所以變電站的設(shè)計(jì)是我國電網(wǎng)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。其運(yùn)行的安全與否，直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定，對國民經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展至關(guān)重要。在目前的電網(wǎng)建設(shè)中，尤其是在變電所的建設(shè)中，土地、資金等資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，存在重復(fù)建設(shè)、改造困難、電能質(zhì)量差
。等問題已成為影響高壓輸變電工程建設(shè)成本和運(yùn)行質(zhì)量的重要因素。隨著電網(wǎng)的發(fā)展及超高壓大容量的形成，變電站運(yùn)行設(shè)備和運(yùn)行操作一旦發(fā)生事故而不能
及時(shí)消除或處理不當(dāng)，就將危機(jī)電網(wǎng)的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至釀成大面積停電。所以變電站需要采用節(jié)約資源的設(shè)計(jì)方案,既要保證電能質(zhì)量和用電安全等問題，同時(shí)還要滿足以后電網(wǎng)改造簡單、資源再利用率高的要求。對一個(gè)中小型變電站的主接線就毋須要求過高的可靠性，也就沒有必要太復(fù)雜的接線形式；而對于超高壓變電所，由于它們在電力系統(tǒng)中的地位很重要，供電容量大、范圍廣，發(fā)生事故可能使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行遭破壞，甚至瓦解，造成巨大損失，所以就要求較高的可靠性。
在借鑒已建110∕35∕10 kV降壓變電站設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對110 ∕35∕10 kV降壓變電站電氣主接線、電氣設(shè)備的平面布置、電氣設(shè)備選型、防雷、接地、等方面提出一系列設(shè)計(jì)思路。
（1）主變?nèi)萘亢托吞柕倪x擇是根據(jù)負(fù)荷發(fā)展的要求。包括主變壓器型號的選擇，冷卻方式，有載還是無載調(diào)壓方式。
（2）電氣主接線的設(shè)計(jì)確定主接線的形式對變電所電氣設(shè)備的選擇、配電裝置的布置、供電可靠性、運(yùn)行靈活性、檢修是否方便以及經(jīng)濟(jì)性等都起著決定性作用。變電所的主接線應(yīng)根據(jù)變電所在電力系統(tǒng)中的地位、回路數(shù)、設(shè)備特點(diǎn)及負(fù)荷性質(zhì)等條件確定，并且滿足運(yùn)行可靠，簡單靈活、操作方便和節(jié)約投資等要求，便于擴(kuò)建。主接線必須滿足可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性三項(xiàng)基本要求。供電可靠性是指能夠長期、連續(xù)、正常地向用戶供電的能力，可以進(jìn)行定量評價(jià)。
發(fā)電廠、變電站主接線必須滿足以下基本要求。運(yùn)行的可靠
斷路器檢修時(shí)是否影響供電；設(shè)備和線路故障檢修時(shí)，停電數(shù)目的多少和停電時(shí)間的長短，以及能否保證對重要用戶的供電。具有一定的靈活性
主接線正常運(yùn)行時(shí)可以根據(jù)調(diào)度的要求靈活的改變運(yùn)行方式，達(dá)到調(diào)度的目的，而且在各種事故或設(shè)備檢修時(shí)，能盡快地退出設(shè)備。切除故障停電時(shí)間最短、影響范圍最小，并且再檢修在檢修時(shí)可以保證檢修人員的安全。操作應(yīng)盡可能簡單、方便
主接線應(yīng)簡單清晰、操作方便，盡可能使操作步驟簡單，便于運(yùn)行人員掌握。復(fù)雜的接線不僅不便于操作，還往往會造成運(yùn)行人員的誤操作而發(fā)生事故。但接線過于簡單，可能又不能滿足運(yùn)行方式的需要，而且也會給運(yùn)行造成不便或造成不必要的停電。經(jīng)濟(jì)上合理
主接線在保證安全可靠、操作靈活方便的基礎(chǔ)上，還應(yīng)使投資和年運(yùn)行費(fèi)用小，占地面積最少，使其盡地發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益。
5應(yīng)具有擴(kuò)建的可能性
由于我國工農(nóng)業(yè)的高速發(fā)展，電力負(fù)荷增加很快。因此，在選擇主接線時(shí)還要考慮到具有擴(kuò)建的可能性?？偨Y(jié)
本次設(shè)計(jì)是《110 ∕35∕10 kV降壓變電站電氣一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，變電所的設(shè)計(jì)或改造需要既能保證安全可靠性和靈活性，又能保證保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、易于實(shí)現(xiàn)自動化設(shè)計(jì)方案。在這種要求下，變電所電氣主接線簡單清晰、接地和保護(hù)安全高效、建筑結(jié)構(gòu)布置緊湊。因而，變電所應(yīng)從電力系統(tǒng)整體出發(fā),力求電氣主接線簡化,配置與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相應(yīng)的保護(hù)系統(tǒng)，采用緊湊布置、節(jié)約資源、安全環(huán)保的設(shè)計(jì)方案。以節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、設(shè)計(jì)高安全、高質(zhì)量的變電所為目的，從電源設(shè)置、主接線形式確定、設(shè)備選擇和配電裝置布置等方面提出設(shè)計(jì)思路。
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第四篇：某110KV變電站電氣一次部分設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)文獻(xiàn)綜述
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文獻(xiàn)綜述
摘要：電能的開發(fā)和利用，是人類征服自然過程中所取得的具有劃時(shí)代意義的光輝成就。它消除了黑夜對人們生活和生產(chǎn)勞動的限制，大大延長了人類用于創(chuàng)造財(cái)富的勞動時(shí)間，改善了勞動條件，豐富了人們的生活。在現(xiàn)代文明中，電是不能被貯存的，只能當(dāng)時(shí)生產(chǎn)然后馬上投入使用。所以，在電力系統(tǒng)中，變電站是不可或缺的。
關(guān)鍵詞：變電站的性質(zhì) 設(shè)計(jì) 目的及意義
電能與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系極為密切。國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展越快，現(xiàn)代化水平就越高，對電能的需求量也就越大。電力工業(yè)的使用范圍不斷擴(kuò)大，電能的消費(fèi)量不斷上升。世界能源消耗變化總趨勢是電能將成為主要能源。世界各國都把電能消費(fèi)占能源消費(fèi)的比重和電力工業(yè)的發(fā)展速度，作為衡量國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代化水平的標(biāo)志，所以發(fā)展電力是當(dāng)今世界每個(gè)國家的重點(diǎn)。電力工業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)中具有社會公益性和發(fā)展先行性的國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)行業(yè)，關(guān)系著國家工業(yè)生產(chǎn)的命脈，是實(shí)現(xiàn)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)代化的戰(zhàn)略重點(diǎn)。而變電站在電力系統(tǒng)中占有重要的地位。
現(xiàn)如今，電力工業(yè)在整個(gè)工業(yè)中所占比例也逐漸加大，各類發(fā)電廠、變電站分工完成整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電、變電和配電的任務(wù)。變電站更是電力系統(tǒng)的中間傳輸者，而它的設(shè)計(jì)更是電力工業(yè)建設(shè)中不可去除的項(xiàng)目。而變電站的設(shè)計(jì)內(nèi)容多，范圍涵蓋廣，對于不同電壓等級、不同類型和不同性質(zhì)負(fù)荷的變電站在設(shè)計(jì)的時(shí)候，側(cè)重點(diǎn)也會有所差異。
一、變電站的設(shè)計(jì)
變電站是電力系統(tǒng)中變換電壓、接受和分配電能的場所，它控制著電力的流向和調(diào)整電壓的電力設(shè)施，通過其變壓器將各級電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來。我國電力工業(yè)的發(fā)展正飛速發(fā)展，對變電站的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，使其能跟上發(fā)展的需要，滿足整個(gè)工業(yè)的需求。
綜合我國的電力工業(yè)現(xiàn)況，以為國民經(jīng)濟(jì)各部門和人民生活供給充足、可靠、優(yōu)質(zhì)、廉價(jià)的電能為前提，優(yōu)化各個(gè)電壓等級的變電站，體現(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)和先進(jìn)。一般的變電站的設(shè)計(jì)主要包括一下幾個(gè)方面：
1.對擬定建設(shè)的變電站進(jìn)行一定的分析和補(bǔ)充： 分析電源、電力系統(tǒng)和負(fù)荷情況，對當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件進(jìn)行補(bǔ)充。然后在來制定無功平衡方案，決定各變電站的電容補(bǔ)償容量，選擇主接線方案。
2.主變壓器的選擇：
變壓器是變電站的主要設(shè)備，按每相的繞組數(shù)分為雙繞組、三繞組或更多繞組等型式；按電磁結(jié)構(gòu)分為普通雙繞組、三繞組、自耦式及低壓繞組分列式等型式。
為了在不同負(fù)荷情況下保持合格的電壓有時(shí)需要切換變壓器的分接頭。按分接頭切換方式變壓器有帶負(fù)荷有載調(diào)壓變壓器和無負(fù)荷無載調(diào)壓變壓器。有載調(diào)壓變壓器主要用于受端變電站。
3.電壓及電流互感器：
電壓和電流互感器是測量一次電壓和電流量的儀表，在額定情況下電壓互感器的額定電壓是100V，電流互感器的額定電流是5A或1A。
4.開關(guān)設(shè)備
它包括斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、高壓熔斷器等都是斷開和合上電路的設(shè)備。斷路器在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下用來合上和斷開電路故障時(shí)在繼電保護(hù)裝置控制下自動把故障設(shè)備和線路斷開，還可以有自動重合閘功能。在我國，220KV以上變電站使用較多的是空氣斷路器和六氟化硫斷路器。
隔離開關(guān)（刀閘)的主要作用是在設(shè)備或線路檢修時(shí)隔離電壓，以保證安全。它不能斷開負(fù)荷電流和短路電流，應(yīng)與斷路器配合使用。在停電時(shí)應(yīng)先拉斷路器后拉隔離開關(guān)送電時(shí)應(yīng)先合隔離開關(guān)后合斷路器。如果誤操作將引起設(shè)備損壞和人身傷亡。
負(fù)荷開關(guān)能在正常運(yùn)行時(shí)斷開負(fù)荷電流沒有斷開故障電流的能力，一般與高壓熔斷絲配合用于10KV及以上電壓且不經(jīng)常操作的變壓器或出線上。
為了減少變電站的占地面積近年來積極發(fā)展六氟化硫全封閉組合電器(GIS)。它把斷路器、隔離開關(guān)、母線、接地開關(guān)、互感器、出線套管或電纜終端頭等分別裝在各自密封間中集中組成一個(gè)整體外殼充以六氟化硫氣體作為絕緣介質(zhì)。這種組合電器具有結(jié)構(gòu)緊湊體積小重量輕不受大氣條件影響，檢修間隔長，無觸電事故和電噪聲干擾等優(yōu)點(diǎn)，具有發(fā)展前景。目前，它的缺點(diǎn)是價(jià)格貴，制造和檢修工藝要求高。5.防雷
現(xiàn)在用得最多的防雷設(shè)備是金屬氧化鋅避雷器，同時(shí)還有避雷針。它們都是防止直擊雷引起輸電線路產(chǎn)生雷電過電壓，將直擊雷引入到大地。另外，在斷路器合閘的時(shí)候也會產(chǎn)生過電壓，它其實(shí)是一種電能的沖擊。而這種沖擊不及時(shí)消除也會造成嚴(yán)重的后果。避雷器就可以在產(chǎn)生過電壓之后，如果超過了它的限值，它就自動對地放電同時(shí)自動滅弧。
二、變電站的分類
1.按變電站的建造規(guī)模及系統(tǒng)中的地位(1)系統(tǒng)樞紐變電站
樞紐變電站位于電力系統(tǒng)的樞紐點(diǎn)，它的電壓是系統(tǒng)最高輸電電壓，目前電壓等級有220KV、330KV(僅西北電網(wǎng))和500KV，樞紐變電站連成環(huán)網(wǎng)，全站停電后，將引起系統(tǒng)解列，甚至整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，因此對樞紐變電站的可靠性要求較高。
樞紐變電站主變壓器容量大，供電范圍廣。(2)地區(qū)一次變電站
地區(qū)一次變電站位于地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的樞紐點(diǎn)，是與輸電主網(wǎng)相連的地區(qū)受電端變電站，任務(wù)是直接從主網(wǎng)受電，向本供電區(qū)域供電。全站停電后，可引起地區(qū)電網(wǎng)瓦解，影響整個(gè)區(qū)域供電。電壓等級一般采用220KV或330KV。
地區(qū)一次變電站主變壓器容量較大，出線回路數(shù)較多，對供電的可靠性要求也比較高。
(3)地區(qū)二次變電站
地區(qū)二次變電站由地區(qū)一次變電站受電，直接向本地區(qū)負(fù)荷供電，供電范圍小，主變壓器容量與臺數(shù)根據(jù)電力負(fù)荷而定。
全站停電后，只有本地區(qū)中斷供電。(4)終端變電站
終端變電站在輸電線路終端，接近負(fù)荷點(diǎn)，經(jīng)降壓后直接向用戶供電，全站停電后，只是終端用戶停電。
2.按安裝位置(1)室外變電站
室外變電站除控制、直流電源等設(shè)備放在室內(nèi)外，變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等主要設(shè)備均布置在室外。這種變電站建筑面積小，建設(shè)費(fèi)用低，電壓較高的變電站一般采用室外布置。
(2)室內(nèi)變電站
室內(nèi)變電站的主要設(shè)備均放在室內(nèi)，減少了總占地面積，但建筑費(fèi)用較高，適宜市區(qū)居民密集地區(qū)，或位于海岸、鹽湖、化工廠及其他空氣污穢等級較高的地區(qū)。
(3)地下變電站
在人口和工業(yè)高度集中的大城市，由于城市用電量大，建筑物密集，將變電站設(shè)置在城市大建筑物、道路、公園的地下，可以減少占地，尤其隨著城市電網(wǎng)改造的發(fā)展，位于城區(qū)的變電站乃至大型樞紐變電站將更多的采取地下變電站。這種變電站多數(shù)為無人值班變電站。
(4)箱式變電站
箱式變電站又稱預(yù)裝式變電站，是將變壓器、高壓開關(guān)、低壓電器設(shè)備及其相互的連接和輔助設(shè)備緊湊組合，按主接線和元器件不同，以一定方式集中布置在一個(gè)或幾個(gè)密閉的箱殼內(nèi)。箱式變電站是由工廠設(shè)計(jì)和制造的，結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、可靠性高、安裝方便，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于居民小區(qū)和公園等場所。
箱式變電站一般容量不大，電壓等級一般為3kv~35kv，隨著電網(wǎng)的發(fā)展和要求的提高，電壓范圍不斷擴(kuò)大，現(xiàn)已經(jīng)制造出了132kv的箱式變電站。
箱式變電站按照裝設(shè)位置的不同又可分為戶外和戶內(nèi)兩種類型。(5)移動變電站
將變電設(shè)備安裝在車輛上，以供臨時(shí)或短期用電場所的需要。
3.按變壓器的功能劃分(1)升壓變電站
升壓變電站是把低電壓變?yōu)楦唠妷旱淖冸娬?，例如在發(fā)電廠需要將發(fā)電機(jī)出口電壓升高至系統(tǒng)電壓，就是升壓變電站。
(2)降壓變電站
與升壓變電站相反，是把高電壓變?yōu)榈碗妷旱淖冸娬荆陔娏ο到y(tǒng)中，大多數(shù)的變電站是降壓變電站。
三、今后變電站的變化趨勢
現(xiàn)如今，各個(gè)地區(qū)的變電站都正在嘗試著一種改革，那就是綜合自動化，用微機(jī)編程來執(zhí)行原來值班人員的工作，它要求安全、靈活、可靠。這可以減少電力部門在安檢中發(fā)生事故的概率。一般說來，變電站自動化公司只負(fù)責(zé)變電站的保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)，那么要想實(shí)現(xiàn)變電站的綜合自動化，需要改造原主變的檔位變送系統(tǒng)和測溫系統(tǒng)、接地補(bǔ)償裝置、接地選線裝置、無功補(bǔ)償及電壓調(diào)整等設(shè)備，這些設(shè)備要改造為具備“四遙”功能，其接口方式、通訊規(guī)約必須與保護(hù)、監(jiān)控系統(tǒng)相統(tǒng)一，才能構(gòu)成完整的變電站綜合自動化。這是一項(xiàng)重要的工作，需要在各廠家間做大量的組織協(xié)調(diào)工作。而綜合自動化功能要求則采用分布式變電所綜合自動化系統(tǒng)，系統(tǒng)從整體上分為三層：變電站層、通訊層、間隔層。對于系統(tǒng)功能要求，通過測控裝置進(jìn)行實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，直流測量、所用電測量10kV-110kV母線電壓測量采用綜合測控單元。監(jiān)控系統(tǒng)通過以上數(shù)據(jù)采集，產(chǎn)生各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，供數(shù)據(jù)庫更新。除此之外，還應(yīng)同時(shí)具備以下功能：事故報(bào)警和預(yù)告報(bào)警功能，事件順序記錄和事故追億功能，斷路器、有載調(diào)壓開關(guān)、主變中性點(diǎn)刀閘的控制功能，管理功能，畫面顯示和打印功能，系統(tǒng)自診斷和自恢復(fù)功能等。
其次，對保護(hù)及自動裝置的要求也有明確的規(guī)定。保護(hù)測控功能合二為一的裝置，要求保護(hù)功能獨(dú)立，即有獨(dú)立的變流電流、電壓輸入回路，各種開關(guān)量輸入應(yīng)不經(jīng)自動化系統(tǒng)及其通信網(wǎng)，而直接接入裝置，保護(hù)測控裝置不與監(jiān)控設(shè)備聯(lián)網(wǎng)時(shí)應(yīng)能獨(dú)立動行，各種保護(hù)功能（速斷、過流、重合閘、低周減載等）均可單獨(dú)投退。
現(xiàn)在，我們所學(xué)的課程都在向著自動化看齊，這就要求我們要溫故知新。把三年所學(xué)都融入到今后的工作實(shí)踐中去。同時(shí)，還要牢牢掌握計(jì)算機(jī)的編程工作。還望為以后的科研工作做一點(diǎn)小小的貢獻(xiàn)。
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《電氣工程概論》
中國電力出版社
中國電力出版社
第五篇：變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究
變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究
2013級 電氣自動化技術(shù)專業(yè) 程風(fēng)榮
摘要： 變電站綜合自動化是指利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)字信號處理（DSP）等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對變電站主要設(shè)備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、控制、保護(hù)以及與調(diào)度通信等綜合性自動化功能。主要內(nèi)容有變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能、要求、結(jié)構(gòu)形式、信息的測量與采集、變電站自動化通信技術(shù)、自控技術(shù)與調(diào)節(jié)、變電站自動化系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)及調(diào)試、提高系統(tǒng)可靠性措施等等。通過對變電站自動化系統(tǒng)的研究和對發(fā)展前景的分析，就會發(fā)現(xiàn)它在當(dāng)今社會中的重要性。關(guān)鍵詞 變電站自動化系統(tǒng) 通信技術(shù) 抗干擾
Abstract：Integrated substation automation is refers to the use of advanced computer technology, modern electronic technology ,communication technique and digital signal processing(DSP)and other technology to Make automation in automatic monitoring,measurement, control, protection and scheduling communication of substation main equipment and transmission and distribution line.The main content includes the function of substation integrated automation system, requirements, structure, information
collection
and
measurement,substation
automation communications technology, control technology and adjustment,substation automation system operation maintenance and debugging, improve the system reliability measures, etc.Based on the analysis of substation automation system and the prospects of development, you will find it in today's society of importance.Keywords substation automation system communication technology anti-interference
目 錄
前 言.....................................................................................................................................................................1 第1章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的內(nèi)容、功能和特點(diǎn)..........................................................3
1.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究內(nèi)容及基本功能......................................................................3 1.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的特點(diǎn)..................................................................................................3 1.3 變電站綜合自動化的發(fā)展前景..................................................................................................4
第2章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式................................................................................5
2.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和要求..............................................................................5 2.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)..........................................................................................5
第3章 變電站綜合自動化信息的測量和采集..........................................................................9
3.1 變電站綜合自動化信息..............................................................................................................9 3.2 變壓器油溫的測量和采集........................................................................................................10
第4章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信技術(shù)..............................................................................12 4.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)............................................................................................................................12 4.1.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念.............................................................................................................12
4.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu).............................................................................................................12 4.1.3 傳輸介質(zhì).................................................................................................................................13 4.2 數(shù)據(jù)交換技術(shù)............................................................................................................................13 4.2.1 電路交換.................................................................................................................................14 4.2.2 報(bào)文交換.................................................................................................................................14 4.2.3 分組交換.................................................................................................................................14 4.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識................................................................................................................15 4.3.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義.................................................................................................................15 4.3.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).........................................................................................................................15 4.3.3 網(wǎng)絡(luò)的分類.............................................................................................................................15 4.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)........................................................................................................................16 4.5 現(xiàn)場總線技術(shù)............................................................................................................................16 4.5.1 現(xiàn)場總線概述.........................................................................................................................16 4.5.2 現(xiàn)場總線通信協(xié)議模型.........................................................................................................17
第5章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)及調(diào)試........................................................18 5.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的人機(jī)聯(lián)系與操作............................................................................19 5.1.1 測控和保護(hù)裝置的人機(jī)界面.................................................................................................19 5.1.2 后臺機(jī)的人機(jī)界面.................................................................................................................20 5.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)........................................................................................22 5.2.1 日常運(yùn)行維護(hù).........................................................................................................................22 5.2.2 遠(yuǎn)程維護(hù).................................................................................................................................23 5.2.3 技術(shù)管理.................................................................................................................................23 5.2.4 綜合自動化系統(tǒng)的注意事項(xiàng).................................................................................................23 5.2.5 維護(hù)要領(lǐng).................................................................................................................................24 5.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的調(diào)試................................................................................................25
第6章 提高綜合自動化系統(tǒng)可靠性的措施..............................................................................26 6.1 綜合自動化可靠性概述............................................................................................................26 6.2 干擾來源和干擾的影響............................................................................................................27
6.2.1 干擾源.....................................................................................................................................28 6.2.2 干擾信號的模式.....................................................................................................................28 6.2.3 干擾的耦合方式.....................................................................................................................28 6.2.4 干擾對變電站綜合自動化系統(tǒng)的影響.................................................................................29 6.3 抗干擾措施................................................................................................................................30 6.3.1 硬件方面.................................................................................................................................30 6.3.2 軟件方面.................................................................................................................................31 6.3.3 硬件自恢復(fù)電路.....................................................................................................................32
結(jié)束語...................................................................................................................................................................29 謝 辭...................................................................................................................................錯誤！未定義書簽。參考文獻(xiàn)..............................................................................................................................................................35
山東科技大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院2013級）（電氣自動化技術(shù)）（專業(yè)學(xué)年論文
前言
變電站是電力網(wǎng)絡(luò)的線路連接點(diǎn)，是用以變化電壓、交換功率和匯集、分配電能的設(shè)施。變電站中有不同的電壓的配電裝置、電力變壓器、控制、保護(hù)、測量、信號和通信設(shè)施以及二次回路電源等。有些變電站中還由于存在無功平衡、系統(tǒng)穩(wěn)定和限制過電壓等因素，需要裝設(shè)同步調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、靜止補(bǔ)償裝置等。另外，隨著用電負(fù)荷的不斷增長和負(fù)荷密度的增大，變電站電壓等級和容量不斷提高，對供電可靠性的要求也越來越高，為此需要提高變電站的自動化水平。
近幾年來，變電站綜合自動化已成為熱門話題，引起了電力工業(yè)部門的注意和重視，并成為當(dāng)前我國電力行業(yè)推行技術(shù)進(jìn)步的重點(diǎn)技術(shù)之一。之所以如此，是因?yàn)椋孩匐S著我國電力工業(yè)和電力系統(tǒng)的發(fā)展，對變電站的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求越來越高，實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動化，可提高電網(wǎng)的安全，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，減少基建投資，并為推廣變電站無人值班提供了手段；②隨著電網(wǎng)復(fù)雜程度的增加，各級調(diào)度中心要求更多的信息，以便及時(shí)掌握電網(wǎng)及變電站的運(yùn)行情況；③為提高變電站的可靠性，要求采用更多的遠(yuǎn)方集中控制、集中操作和反事故措施等；④利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等提供先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，可改變傳統(tǒng)的二次設(shè)備模式，實(shí)現(xiàn)信息共享，簡化系統(tǒng)，減少電纜，減少用地面積；⑤對變電站進(jìn)行全面的技術(shù)改造。
變電站綜合自動化技術(shù)是應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、檢測技術(shù)和控制技術(shù)等，將變電站中傳統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、信號系統(tǒng)和遠(yuǎn)動系統(tǒng)等多個(gè)獨(dú)立的功能系統(tǒng)，經(jīng)優(yōu)化、組合為一套智能化的綜合系統(tǒng)。變電站綜合自動化技術(shù)研究始于20世紀(jì)70年代末，由于計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，直到90年代，變電站綜合自動化技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。目前該技術(shù)已經(jīng)被電力系統(tǒng)廣泛的采納，已投入運(yùn)營的變電站正逐步進(jìn)行綜合自動化的改造，新建的變電站幾乎普遍采用綜合自動化系統(tǒng)。
隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，近幾年來，電網(wǎng)裝機(jī)容量迅速增長，目前電力供應(yīng)緊張情況暫時(shí)得到了緩解。主要的問題是城市居民反映進(jìn)戶線路截面小，電表容量不足，供電質(zhì)量還難以滿足生活用電需求。農(nóng)村電氣化事業(yè)的發(fā)展，對促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展、高產(chǎn)，改善農(nóng)民勞動和生活條件，加速農(nóng)村商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有重要作用。但目前農(nóng)網(wǎng)也有結(jié)構(gòu)薄弱、線損過大、可靠性不高、收費(fèi)不合理等情況，因此，加強(qiáng)城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)的建設(shè)和改造也是拉動國民
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經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)重要舉措，發(fā)展變電站綜合自動化也是目前城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)改造的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)之一。
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第1章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的內(nèi)容、功能和特點(diǎn)
1.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究內(nèi)容及基本功能
常規(guī)變電站的二次設(shè)備主要有以下幾部分組成：繼電保護(hù)、自動裝置、測量儀表、操作控制屏和中央信號屏以及遠(yuǎn)動裝置。80年代以來，很多研究者考慮如何打破原來的二次設(shè)備框框，從變電站全局出發(fā)，著手研究全微機(jī)化的變電站二次部分的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，這就是“變電站綜合自動化系統(tǒng)”的由來。
10多年來，我國開展變電站綜合自動化的研究與開發(fā)工作，主要包括如下兩方面內(nèi)容：（1）對220kV及以下中、低壓變電站，采用自動化系統(tǒng)，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)，對變電站的二次設(shè)備進(jìn)行全面的技術(shù)改造，取消常規(guī)的保護(hù)、監(jiān)視、測量、控制屏，實(shí)現(xiàn)綜合自動化，以全面提高變電站的技術(shù)水平，以逐步實(shí)行無人值班或減人增效。
（2）對220kV以上的變電站，主要采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以提高運(yùn)行管理水平，同時(shí)采用新的保護(hù)技術(shù)和控制方式，促進(jìn)各專業(yè)在技術(shù)上的協(xié)調(diào)，達(dá)到提高自動化水平和運(yùn)行、管理水平的目的。
實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動化的目標(biāo)是提高變電站全面的技術(shù)水平與管理水平，提高安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行水平，降低維護(hù)運(yùn)行成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，提高供電質(zhì)量，促進(jìn)配電系統(tǒng)自動化。實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動化是實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)的一項(xiàng)重要技術(shù)舉措。
變電站綜合自動化是多專業(yè)的綜合技術(shù)，國際大電網(wǎng)會議WG34.03工作組在研究變電站的數(shù)據(jù)流時(shí)，分析了變電站自動化需要完成的功能大概有63種，歸納起來可分為以下幾個(gè)功能組：①控制。監(jiān)視功能；②自動控制功能；③測量表計(jì)功能；④繼電保護(hù)功能；⑤與繼電保護(hù)相關(guān)功能；⑥接口功能；⑦系統(tǒng)功能。結(jié)合我國的情況，具體來說變電站綜合自動化系統(tǒng)主要體現(xiàn)在下述5個(gè)子系統(tǒng)功能中：①監(jiān)控子系統(tǒng)；②微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)；③電壓、無功綜合控制子系統(tǒng)；④電力系統(tǒng)的低頻減負(fù)荷控制；⑤備用電源自投控制。
1.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的特點(diǎn)
從變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能的介紹中，可以看出變電站綜合自動化系統(tǒng)有以下幾個(gè)突出特點(diǎn)：
（1）功能綜合化。變電站綜合自動化系統(tǒng)是個(gè)技術(shù)密集、多種專業(yè)技術(shù)相互交叉、相互配
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合的系統(tǒng)，它包括了除一次設(shè)備和交直流源外的全部二次設(shè)備。
（2）分級分布式、微機(jī)化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)和各功能模塊由不同配置的單片機(jī)或者微型計(jì)算機(jī)組成，采用分布式結(jié)構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)、總線將微機(jī)保護(hù)、數(shù)據(jù)采集、控制等子系統(tǒng)連接起來，構(gòu)成一個(gè)分級分布式系統(tǒng)。一個(gè)變電站綜合自動化系統(tǒng)可以有十幾個(gè)甚至幾十個(gè)微處理器同時(shí)并行工作，實(shí)現(xiàn)各種功能。
（3）測量顯示數(shù)字化。采用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)后，徹底改變了原來的測量手段，常規(guī)指針式儀表全被CRT顯示器上的數(shù)字顯示屏代替，直觀明了。這不僅減輕了值班員的勞動，而且提高了測量精度和管理的科學(xué)性。
（4）操作監(jiān)視屏幕化。變電站實(shí)現(xiàn)綜合自動化后，不論是有人值班還是無人值班，操作人員不是在變電站內(nèi)，就是在主控站或者調(diào)度室內(nèi)，面對彩色屏幕顯示器，對變電站的設(shè)備和輸電線路進(jìn)行全方位的監(jiān)視和操作。
（5）運(yùn)行管理智能化。變電站綜合自動化的另一個(gè)最大特點(diǎn)就是運(yùn)行管理智能化，智能化不僅僅是能實(shí)現(xiàn)許多自動化的功能，更重要的是能實(shí)現(xiàn)故障分析和故障恢復(fù)操作智能化?？傊?，變電站實(shí)現(xiàn)綜合自動化可以全面的提高變電站的技術(shù)水平和運(yùn)行管理水平，使其能適應(yīng)現(xiàn)代化大電力系統(tǒng)運(yùn)營的需要。
1.3 變電站綜合自動化的發(fā)展前景
在變電站綜合自動化的探索和實(shí)踐中，人們逐漸認(rèn)識到一些共識性問題尚未解決。以下幾個(gè)方向?qū)蔀榘l(fā)展的主要考慮因素：①變電站綜合自動化由功能分散向單位分散發(fā)展；②變電站綜合自動化由集中控制向分布式網(wǎng)絡(luò)發(fā)展；③從少功能向多功能發(fā)展；④向測量數(shù)據(jù)完全共享發(fā)展；⑤變電站綜合自動化向規(guī)范化方向發(fā)展。
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第2章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式
2.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和要求
為了達(dá)到變電站綜合自動化的總目標(biāo)，自動化系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：（1）變電站綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)能全面代替常規(guī)的二次設(shè)備。
（2）變電站微機(jī)保護(hù)的軟、硬件設(shè)置既要與監(jiān)控系統(tǒng)相互獨(dú)立，又要相互協(xié)調(diào)。（3）微機(jī)保護(hù)裝置應(yīng)具有串行接口或現(xiàn)場總線接口，想計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或者RTU提供保護(hù)動作信息或者保護(hù)定值等信息。
（4）變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能與配置，應(yīng)滿足無人值班的總體要求。（5）要有可靠、先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)和合理的通信協(xié)議。
（6）必須保證綜合自動化系統(tǒng)具有高的可靠性和強(qiáng)的抗干擾能了。（7）系統(tǒng)的可延展性和適應(yīng)性要好。（8）系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化程度和開放性能要好。
（9）必須充分利用數(shù)字通信的優(yōu)勢，現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)共享。
（10）變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究與開發(fā)工作，必須統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一指揮。以上幾條原則和要求也可作為設(shè)計(jì)綜合自動化系統(tǒng)時(shí)參考。
2.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 1.集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
集中式一般采用功能較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)并擴(kuò)展其I/O接口，集中采集變電站的模擬量和數(shù)字量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算和處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和自動控制等功能。由前置機(jī)完成數(shù)據(jù)輸入輸出、保護(hù)、控制及監(jiān)測等功能，后臺機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、顯示、打印及遠(yuǎn)方通訊等功能。目前國內(nèi)許多的廠家尚屬于這種結(jié)構(gòu)方式，這種結(jié)構(gòu)有以下不足： 前置管理機(jī)任務(wù)繁重、引線多，降低了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，若前置機(jī)故障，將失去當(dāng)?shù)丶斑h(yuǎn)方的所有信息及功能； 軟件復(fù)雜，修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試煩瑣；組態(tài)不靈活，對不同主接線或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件都必須另行設(shè)計(jì)，工作量大并且擴(kuò)展一些自動化需求的功能較難。
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圖2.1 集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2.分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
分布串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，將變電站自動化系統(tǒng)的功能分散給多臺計(jì)算機(jī)來完成。各功能模塊(通常是多個(gè)CPU)之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，選用具有優(yōu)先級的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)較好地解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。其結(jié)構(gòu)方便系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)，局部故障不式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
按變電站被監(jiān)控對象或系統(tǒng)功能分布的多臺計(jì)算機(jī)單功能設(shè)備，將它們連接到能共享資源的網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)分布式處理。其結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是采用主、從CPU協(xié)同工作方式，各功能模塊如智能電子設(shè)備（Intelligent Electronic Device，IED）之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或影響其他模塊正常運(yùn)行。該模式在安裝上可以形成集中組屏或分層組屏兩種系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)，較多地使用于中、低壓變電站。分布式變電站綜合自動化系統(tǒng)自問世以來，顯示出強(qiáng)大的生命力。但目前，還存在在抗電磁干擾、信息傳輸途徑及可靠性保證上的問題等。
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圖2.2 分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3.分散（層）分布式結(jié)構(gòu)
分散（層）分布式結(jié)構(gòu)采用“面向?qū)ο蟆痹O(shè)計(jì)。所謂面向?qū)ο?，就是面向電氣一次回路設(shè)備或電氣間隔設(shè)備，間隔層中數(shù)據(jù)、采集、控制單元(I/O單元)和保護(hù)單元就地分散安裝在開關(guān)柜上或其他一次設(shè)備附近，相互間通過通信網(wǎng)絡(luò)相連，與監(jiān)控主機(jī)通信。目前，此種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在自動化系統(tǒng)中較為流行，主要原因是：①現(xiàn)在的IED設(shè)備大多是按面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的，如專門的線路保護(hù)單元、主變保護(hù)單元、小電流接地選線單元等，雖然有將所有保護(hù)功能綜合為一體的趨勢，但具體在保護(hù)安裝接線中仍是面向?qū)ο蟮?；②利用了現(xiàn)場總線的技術(shù)優(yōu)勢，省去了大量二次接線，控制設(shè)備之間僅通過雙絞線或光纖連接，設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)備布置整齊，調(diào)整擴(kuò)建也很簡單，成本低，運(yùn)行維護(hù)方便；③系統(tǒng)裝置及網(wǎng)絡(luò)魯棒性強(qiáng)，不依賴于通信網(wǎng)和主機(jī)，主機(jī)或1臺IED設(shè)備損壞并不影響其它設(shè)備的正常工作，運(yùn)行可靠性有保證。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是功能分散，管理集中。分散（層）分布有兩層含義：其一，對于中低壓電壓等級，無論是I/O單元還是保護(hù)單元皆可安裝在相應(yīng)間隔的開關(guān)盤柜上，形成地理上的分散分布；其二，對于110kV及以上的電壓等級，即使無法把間隔單元裝在相應(yīng)的開關(guān)柜上，也應(yīng)集中組屏，在屏柜上明確區(qū)分相應(yīng)間隔對應(yīng)的單元，在物理結(jié)構(gòu)上相對獨(dú)立，以方便各間隔單元相應(yīng)的操作和維護(hù)。
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圖2.3 分散（層）分布式結(jié)構(gòu)圖
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第3章 變電站綜合自動化信息的測量和采集
3.1 變電站綜合自動化信息
變電站綜合自動化系統(tǒng)要采集的信息類型多，數(shù)量大，既有變電運(yùn)行方式的信息，也有電氣設(shè)備運(yùn)行方面的信息，還包括累積量和控制系統(tǒng)本身運(yùn)行狀態(tài)信息。這些信息大致可分為兩類：第一類是與電網(wǎng)調(diào)度控制有關(guān)的信息，它包括常規(guī)的遠(yuǎn)動信息和上級監(jiān)控或調(diào)度中心對變電站實(shí)現(xiàn)綜合自動化提出的附加監(jiān)控信息。這些信息在變電站測量采集后，由綜合自動化系統(tǒng)向上級監(jiān)控或者調(diào)度中心傳送。第二類信息是為實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動化站內(nèi)監(jiān)控所使用的信息，由監(jiān)控單元或自動裝置測得的這些信息，用于變電站當(dāng)?shù)乇O(jiān)視和控制。
這些信息包括有模擬量，開關(guān)量，脈沖量以及設(shè)備狀態(tài)等。
1.模擬量信息
（1）聯(lián)絡(luò)線的有功功率、無功功率和有功電能。（2）線路和旁路的有功功率、無功功率和電流.（3）不同電壓等級母線各段的線電壓和相電壓。（4）三繞組變壓器三側(cè)或高壓、中壓側(cè)的有功功率、無功功率及電流；兩繞組變壓器兩側(cè)或高壓側(cè)的有功功率、無功功率及電流。（5）直流母線的電壓。（6）所用變低壓側(cè)電壓。（7）母線電流、分段電流、分支斷路器電流。（8）出線的有功功率或電流。（9）并聯(lián)補(bǔ)償裝置電流。（10）變壓器上層油溫等。
2.開關(guān)量信息
（1）變電站事故總信號。（2）線路母線旁路和分段斷路器位置信號（3）變壓器中性點(diǎn)接地隔離開關(guān)位置信號。（4）線路和旁聯(lián)重合閘動作信號。（5）變壓器的斷路器位置信號。（6）線路和旁聯(lián)保護(hù)動作信號。（7）樞紐母線保護(hù)動作信號。（8）重要隔離開關(guān)位置信號。（9）變壓器內(nèi)部故障綜合信號。（10）斷路器失靈保護(hù)動作信號。（11）有關(guān)過壓、過負(fù)荷越限信號。（12）有載調(diào)壓變壓器分接頭位置信號。（13）變壓器保護(hù)動作總信號。（14）斷路器事故跳閘總信號。（15）直流系統(tǒng)接地信號。（16）直流方式由遙控轉(zhuǎn)為當(dāng)?shù)乜刂菩盘?。?7）斷路器閉鎖信號等。
3.設(shè)備異常和故障預(yù)告信息
（1）有關(guān)控制回路斷線總信號。（2）有關(guān)操作機(jī)構(gòu)故障總信號。（3）變壓器油溫過高、繞
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組溫度過高總信號。（4）輕瓦斯動作信號。（5）變壓器或變壓器調(diào)壓裝置油溫過低總信號。（6）繼電保護(hù)系統(tǒng)故障總信號。（7）距離保護(hù)閉鎖信號。（8）高頻保護(hù)閉鎖信號。（9）消防報(bào)警信號。（10）大門打開信號。（11）站內(nèi)UPS交流電源消失信號。（12）通信線路故障信號等。
變電站綜合自動化系統(tǒng)采集的數(shù)字量主要指系統(tǒng)頻率信號和電能脈沖信號，前者主要出現(xiàn)在保護(hù)和低周頻負(fù)荷裝置中，電能脈沖則用于遠(yuǎn)方對系統(tǒng)電能的計(jì)量。
3.2 變壓器油溫的測量和采集
為適應(yīng)變電站無人值班管理運(yùn)行模式要求，需要將變壓器油溫、變電站控制室溫度等信號加以監(jiān)視。因此，必須將這些溫度進(jìn)行測量并傳送到監(jiān)控中心。
測量溫度常用的一次元件有熱電阻、熱電偶、熱敏電阻等，他們都是將被測溫度轉(zhuǎn)化為以便測量的電氣信號或者器件參數(shù)的大小。熱電偶測溫原理是熱電效應(yīng)，測溫范圍可達(dá)-50~1600℃，但通常用來測量300℃以上的高溫。熱電阻利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特征來測量溫度，被廣泛應(yīng)用測量-200~500℃中、低溫區(qū)的溫度、熱敏電阻利用半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而顯著變化的原理來測量溫度，它的測溫范圍是-50~300℃之間。
作為溫度測量的一次元件，熱電阻僅將溫度高低轉(zhuǎn)化為電阻值的大小，只有測量出電阻值的大小才能推知溫度的高低。在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，用熱電阻測量的溫度信號要傳到變電站控制室或遠(yuǎn)方控制中心。所以應(yīng)采用溫度變送器，將溫度變化引起的電阻值變化，變化為適用于各級轉(zhuǎn)化的統(tǒng)一電信號。
1.熱電阻測溫電路
最常用的熱電阻測溫電路是電橋電路，如圖3.1所示。R1、R2、R3是固定電阻，R4是不同零電位器，r1、r2、r3是導(dǎo)線電阻。
Rt通過r1、r2、r3與電橋相連接，r1、r2阻值相等，當(dāng)溫度變化時(shí)，r1、r2的變化量相同，由于r1、r2分別在不同的橋臂，不會產(chǎn)生測量誤差，r3在電源回路，對測量的影響很小。當(dāng)調(diào)整至滿足電橋平衡時(shí)，則能直接由電橋檢流計(jì)測的溫度t的變化所導(dǎo)致的Rt的變化。
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圖 3.1 熱電阻測溫常用電路
2.信號傳送
當(dāng)溫度信號要進(jìn)行傳送時(shí)，需要采用與溫度變送器相配合的測量方式，如圖3.2所示。
圖 3.2 變壓器油溫的變送原理
溫度變送器的恒流電源輸出一恒定電流，在熱電阻上形成電壓信號，大小與熱電阻阻值成正比，測得該電壓信號即可獲得溫度值。在溫度變送器內(nèi)，測量這個(gè)電壓信號并變送為對應(yīng)的直流電壓輸出。溫度信號的測量遠(yuǎn)傳，即將溫度變送器的輸出信號接到系統(tǒng)測控單元部分而實(shí)現(xiàn)。
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第4章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信技術(shù)
4.1 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)
4.1.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念
在自動化變電站系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信主要任務(wù)有兩個(gè)：一是完成自動化綜合系統(tǒng)內(nèi)部個(gè)子系統(tǒng)或者各種功能模塊間的信息交換和實(shí)現(xiàn)信息共享；二是完成變電站與控制中心的的通信任務(wù)。通過信息交換，能夠互相通信，實(shí)現(xiàn)信息共享從整體上提高自動化系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，從而提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的自動化水平。
4.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的任務(wù)就是把信息以數(shù)據(jù)的形式從一處傳送到另一處或多處。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，終端設(shè)備和計(jì)算機(jī)之間需要通信媒介連接起來，這稱為物理信道。連接方式有： ①點(diǎn)對點(diǎn)連接：如圖4.1所示:
圖4.1 點(diǎn)對點(diǎn)連接
終端與計(jì)算機(jī)間通過直接連接或者通過調(diào)制解調(diào)器用線路連接，可以是撥號線路，也可以是專線。在數(shù)據(jù)通信量比較大時(shí)該采用這種方式。
②多點(diǎn)式連接：為了提高物理信道的利用率，終端和計(jì)算機(jī)間的通信量不大時(shí)，可采用多點(diǎn)連接方式，即幾個(gè)終端通過一條公用線路與計(jì)算機(jī)相連，該方式下，計(jì)算機(jī)作為主站，終端作為從站，有計(jì)算機(jī)來控制信息的接受和發(fā)送，終端不能隨意發(fā)送信息。如圖4.2所示：
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圖4.2 多點(diǎn)式連接
③集中式連接：當(dāng)終端要求與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，為了節(jié)約信道，可以先將終端連接到多路復(fù)用器或集中器上，集中器與計(jì)算機(jī)相連。如圖4.3所示：
圖4.3 集中式連接
4.1.3 傳輸介質(zhì)
①同軸電纜：中央都是一根銅線，外面包有絕緣層。
②雙絞線：由兩條導(dǎo)線按照一定的扭矩相互絞合在一起的、類似于電話線的的傳輸媒體。③光線：由許多細(xì)如發(fā)絲的橡膠或者玻璃纖維外加絕緣護(hù)套組成，光束在玻璃纖維內(nèi)傳輸，防磁防電，傳輸穩(wěn)定，適用于高速網(wǎng)絡(luò)和骨干網(wǎng)。
④無線媒體：不使用電子或光學(xué)媒體大多數(shù)情況下是利用地球的大氣作為數(shù)據(jù)的物理性通路。主要有無線電、微波、紅外線三種。
4.2 數(shù)據(jù)交換技術(shù)
按照數(shù)據(jù)傳送的實(shí)現(xiàn)手段劃分，交換可分為電路交換、報(bào)文交換和分組交換三種基本技術(shù)。
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4.2.1 電路交換
數(shù)據(jù)交換是指在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，先在網(wǎng)絡(luò)中建立一個(gè)從源節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的專用通道，像打電話一樣分為三個(gè)過程：①電路的建立。數(shù)據(jù)在傳送以前，要先經(jīng)過呼叫過程建立一條端對端的電路。②數(shù)據(jù)傳輸。電路建立以后數(shù)據(jù)就可以直接傳輸，可以看成有一條專用的電路。③電路拆除。數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束以后，由一方發(fā)出拆除請求，然后將連接到對方的節(jié)點(diǎn)逐一拆除。
4.2.2 報(bào)文交換
采用電路交換方法時(shí)，如果終端間交換的數(shù)據(jù)具有隨機(jī)性和突發(fā)性，則浪費(fèi)信息容道和有效時(shí)間，而采用報(bào)文交換則不存在這個(gè)問題。
1.報(bào)文交換原理
報(bào)文交換的數(shù)據(jù)傳輸單位是報(bào)文，報(bào)文就是站點(diǎn)一次性要傳送的數(shù)據(jù)塊，其長度不限而且可以改變。報(bào)文交換的本質(zhì)就是儲存轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)一個(gè)站要發(fā)送報(bào)文時(shí)，它將一個(gè)目的地址附加到報(bào)文上，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)文上的目的地址信息，把報(bào)文發(fā)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)在受到整個(gè)報(bào)文并檢查無誤后，就對這個(gè)報(bào)文進(jìn)行暫存，然后利用路由信息找出下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址，再繼續(xù)把整個(gè)報(bào)文完整的傳送給它。
2.報(bào)文交換的特點(diǎn)
相比較電路交換而言，報(bào)文交換有以下優(yōu)點(diǎn)： ①電路利用率高。
②在報(bào)文交換的網(wǎng)絡(luò)上，通信量大的時(shí)候仍然可以接收報(bào)文，不過傳送延遲會增加。③報(bào)文交換系統(tǒng)可以吧一個(gè)報(bào)文發(fā)送到多個(gè)目的地，而電路交換網(wǎng)絡(luò)很難做到這一點(diǎn)。④報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行速度和代碼的轉(zhuǎn)換。
4.2.3 分組交換
分組交換是對報(bào)文交換的一種改進(jìn)，它他將報(bào)文分成若干個(gè)分組，每個(gè)分組的長度有個(gè)上限，有限長度的分組使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)所需的存儲容量降低了，分組可以存儲到內(nèi)存中，提高了交換速度。
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以上三種數(shù)據(jù)交換技術(shù)，各有特點(diǎn)，其適用范圍也各有不同：電路交換比較適用于一次傳送的信息量大并且通信過程中實(shí)時(shí)性要求高的業(yè)務(wù)，報(bào)文交換在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中沒有被采用，分組交換適用于交互式通信，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛的一種交換技術(shù)。
4.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 4.3.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指將地理位置不同、功能獨(dú)立的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，利用通信設(shè)備和線路互聯(lián)起來，以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源共享和信息交換的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有以下三個(gè)部分組成：具有獨(dú)立功能的多臺計(jì)算機(jī)；通信設(shè)備和線路；功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件。其中網(wǎng)絡(luò)軟件是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成的重要部分，主要包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，具備了這些軟件，節(jié)點(diǎn)之間、計(jì)算機(jī)之間才能通信，也才能實(shí)現(xiàn)資源共享。
4.3.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫侵妇W(wǎng)絡(luò)的幾何形狀，或者是它在物理上的連通性。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有點(diǎn)對點(diǎn)、星形、總線、環(huán)形結(jié)構(gòu)等。
（1）點(diǎn)對點(diǎn)結(jié)構(gòu)：兩臺計(jì)算機(jī)通過專用傳輸線路直接連接，可以采用任何介質(zhì)傳輸。（2）星形結(jié)構(gòu)：星形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是集中式控制。網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)都是以中央節(jié)點(diǎn)為交換中心。（3）總線結(jié)構(gòu)：總線結(jié)構(gòu)中所有節(jié)點(diǎn)都經(jīng)接口連到同一條總線上，不設(shè)中央控制裝置，是一種分散式結(jié)構(gòu)。
（4）環(huán)形結(jié)構(gòu)：環(huán)形結(jié)構(gòu)中的各節(jié)點(diǎn)通過有源接口連接在一條閉合的環(huán)形通信線路中，是點(diǎn)-點(diǎn)式結(jié)構(gòu)。
（5）樹形結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及混合型結(jié)構(gòu)：樹形結(jié)構(gòu)是總線型的延伸，它是一個(gè)分層分支的結(jié)構(gòu)，優(yōu)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)易于擴(kuò)充，隔離故障較容易，但缺點(diǎn)是線路利用率不如總線型結(jié)構(gòu)高，節(jié)點(diǎn)對根的依賴性大，若根發(fā)生故障，則全網(wǎng)不能正常工作。
4.3.3 網(wǎng)絡(luò)的分類
根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的分布范圍，可以將網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。
（1）局域網(wǎng)：局域網(wǎng)的范圍較小，比如在一個(gè)建筑物或者幾個(gè)相鄰的建筑物內(nèi)，范圍一般
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在幾米到幾千米。局域網(wǎng)往往使用專門鋪設(shè)的通信介質(zhì)，配置簡便，速度高，誤碼率低。（2）城域網(wǎng)：其分布范圍介于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間，一般在十公里到幾十公里范圍。（3）廣域網(wǎng)：廣域網(wǎng)也成為遠(yuǎn)程網(wǎng)，其范圍通常在幾十公里到幾千公里。廣域網(wǎng)發(fā)展較早，一般采用租用專線將分布在不同區(qū)域的各個(gè)局域網(wǎng)連接，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
4.4 計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)
局域網(wǎng)LAN是計(jì)算機(jī)技術(shù)急劇發(fā)展的新領(lǐng)域，他是把多臺小型、微型計(jì)算機(jī)以及外圍設(shè)備用通信線路互聯(lián)起來，并按照網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的組成：
1.局域網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)
隨著網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)研究的發(fā)展，局域網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的范圍越來越廣泛，主要有以下特點(diǎn)：①安全性方面，局域網(wǎng)技術(shù)無論在理論上還是在軟件和硬件上，都已經(jīng)十分成熟可靠。
②技術(shù)方面，局域網(wǎng)具有較高的傳輸速度、低誤碼率的高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境。③由于局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)配置組合相對靈活，允許人們方便的改變或者修改系統(tǒng)，而且系統(tǒng)設(shè)備具有十分豐富的軟件支持。④開放性方面，局域網(wǎng)一般采用公用通信介質(zhì)，都是按照國際規(guī)標(biāo)準(zhǔn)劃組織的開放系統(tǒng)互聯(lián)模型來設(shè)計(jì)，可以方便的將不同廠家的設(shè)備便連接起來，具有較好的兼容性。
2.局域網(wǎng)的傳輸方式
局域網(wǎng)中使用的傳輸方式有基帶和寬帶兩種?；鶐СＳ糜跀?shù)字信號傳輸，常用的傳輸媒體有雙絞線和同軸電纜。寬帶常用于無線電頻率范圍內(nèi)的模擬信號的傳輸，常用同軸電纜。
4.5 現(xiàn)場總線技術(shù) 4.5.1 現(xiàn)場總線概述
在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域內(nèi)，長期以來使用RS-232和CC1TTV.24通信標(biāo)準(zhǔn)，它們是低
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數(shù)據(jù)速率和點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，不能支持設(shè)備之間更高層的功能操作。隨著經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的發(fā)展，用戶需要對生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)施更好的控制，就必須對生產(chǎn)過程中的信息更多、更好、更實(shí)時(shí)的進(jìn)行采集。現(xiàn)場總線技術(shù)就是在這樣的背景下產(chǎn)生的?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
①開放性與可互操作性。開放性意味著將打破大型廠家的壟斷，給中小企業(yè)帶來了公平競爭的機(jī)會?？苫ゲ僮餍詫?shí)現(xiàn)控制產(chǎn)品的“即插即用”功能。②徹底的分散性。徹底的分散性意味著系統(tǒng)具有較高的可靠性和靈活性，系統(tǒng)很容易進(jìn)行重組和擴(kuò)建，且易于維護(hù)。③成本低。衡量一套控制系統(tǒng)的總體成本，不僅要考慮其造價(jià)，而且應(yīng)該考慮系統(tǒng)從安裝調(diào)試到運(yùn)行維護(hù)整個(gè)生命周期內(nèi)的總投入。
現(xiàn)場總線是安裝在制造或過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線。
現(xiàn)場總線可采用多種途徑傳輸數(shù)字信號，如普通電纜、雙絞線、光導(dǎo)纖維、紅外線、電力傳輸線等?，F(xiàn)場總線既是通信網(wǎng)絡(luò)也是自控系統(tǒng)，現(xiàn)場總線所傳送的是連通、關(guān)斷電源，開關(guān)閥門的指令與數(shù)據(jù)，直接關(guān)系到處于運(yùn)行操作過程之中的設(shè)備、人身和安全，因此要求信號在粉塵、噪聲、電磁干擾等較為惡劣的環(huán)境下能夠準(zhǔn)確、及時(shí)到位。現(xiàn)場總線通過網(wǎng)絡(luò)信號的傳送聯(lián)絡(luò)，可由單個(gè)節(jié)點(diǎn)、也可由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)共同完成所要求的自動化功能，是一種由網(wǎng)絡(luò)集成的自動化系統(tǒng)。
現(xiàn)場總線技術(shù)的分類按照傳送的數(shù)據(jù)寬度分為：①數(shù)據(jù)寬度為位的稱為傳感器總線。②數(shù)據(jù)寬度為字節(jié)的稱為設(shè)備總線。③數(shù)據(jù)寬度為塊的稱為現(xiàn)場總線。
按照應(yīng)用的領(lǐng)域劃分為：①數(shù)字控制用現(xiàn)場總線。②機(jī)器人用現(xiàn)場總線。③物料經(jīng)營控制用現(xiàn)場總線。④批量過程控制用現(xiàn)場總線。
4.5.2 現(xiàn)場總線通信協(xié)議模型
（1）現(xiàn)場總線模型。2000年國際電工委員會宣布的IEC61158現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)中包括的八種現(xiàn)場總線，采用了完全不同的通信協(xié)議，為了滿足實(shí)時(shí)性和低造價(jià)性的要求，針對現(xiàn)場總線承擔(dān)的任務(wù)，現(xiàn)場總線通信模型一般都在OSI參考模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了不同程度的簡化。IEC
TC65和ISA SP50都是負(fù)責(zé)制定現(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)。參考模型如圖4.4所示：（2）現(xiàn)場總線應(yīng)用層為用戶提供保存現(xiàn)場總線通信環(huán)境的手段，定義允許進(jìn)程間相互通信的協(xié)議。
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（3）現(xiàn)場總線應(yīng)用層通用模型可用圖4.5示意表示?，F(xiàn)場總線通信裝置由數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）數(shù)據(jù)端連接設(shè)備（DCE）組成?，F(xiàn)場總線的物理層包含了媒體相關(guān)子層與媒體無關(guān)子層兩部分。從圖中看出DTE包含了物理層的一部分，而DCE還包含了物理層的另一部分，既媒體相關(guān)子層。物理層不包含傳輸介質(zhì)本身，但關(guān)系到不同傳輸介質(zhì)的支持。
圖4.4 IEC/ISA
圖4.5 物理層應(yīng)用模型
（4）現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層（DLL）?，F(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層位于物理層和應(yīng)用層之間，DLL一般可分為邏輯鏈路控制子層（LLC）和介質(zhì)訪問控制子層（MAC）兩部分。LLC從其上層取得數(shù)據(jù)后，構(gòu)造成幀，完成通信鏈路的建立、拆除及差錯、流量控制等。而MAC完成網(wǎng)絡(luò)存取控制?，F(xiàn)場總線的總線拓?fù)涫撬泄?jié)點(diǎn)共享一條傳輸線路，環(huán)形拓?fù)湟彩嵌鄠€(gè)節(jié)點(diǎn)共享環(huán)路，這就存在同一時(shí)間幾個(gè)設(shè)備同時(shí)爭用傳輸線路的問題。為了避免發(fā)生通信的碰撞的沖突，DLL采用了介質(zhì)存取控制方式來管理通信，這是MAC子層的功能?，F(xiàn)場總線中采用的介質(zhì)存取控制方式主要有CSMA/CD方式和令牌方式兩類。
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第5章 變電站綜合自動化系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)及調(diào)試 5.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的人機(jī)聯(lián)系與操作
變電站綜合自動化系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，運(yùn)行人員可通過屏幕了解各種運(yùn)行情況，并進(jìn)行必要的控制操作，人機(jī)聯(lián)系的主要內(nèi)容包括如下：
（1）顯示畫面與數(shù)據(jù)。（2）人工控制操作。（3）輸入數(shù)據(jù)。（4）診斷與維護(hù)。
當(dāng)有人值班時(shí)，人機(jī)聯(lián)系功能在當(dāng)?shù)乜刂葡到y(tǒng)的后臺機(jī)上進(jìn)行，運(yùn)行人員利用CRT屏幕和鼠標(biāo)或鍵盤進(jìn)行操作；當(dāng)無人值班時(shí)，在監(jiān)控中心的主機(jī)或工作站上進(jìn)行。
與變電站綜合自動化系統(tǒng)相應(yīng)，人機(jī)界面也分為兩個(gè)部分：一部分為現(xiàn)場測控或保護(hù)裝置屏的人機(jī)界面；另一部分為后臺機(jī)的人機(jī)界面。
5.1.1 測控和保護(hù)裝置的人機(jī)界面 1.鍵盤
鍵盤用于傳遞用戶命令至測控和保護(hù)裝置的任務(wù)。按人機(jī)交互系統(tǒng)對其不同的相應(yīng)過程可將鍵盤分為數(shù)字輸入、移動選擇、確認(rèn)、取消、命令鍵等五類。
2.液晶屏幕
液晶屏幕在測控和保護(hù)裝置人機(jī)交互系統(tǒng)中擔(dān)任著傳遞測控和保護(hù)裝置信息至用戶的任務(wù)。液晶屏幕信息的顯示采用了分層菜單結(jié)構(gòu)，菜單結(jié)構(gòu)建立在“頁面”的基礎(chǔ)上，液晶上顯示的平面由靜態(tài)文本和動態(tài)數(shù)據(jù)兩部分組成。靜態(tài)文本包括說明性的文字及提示信息等，由漢字和字符組成，在人機(jī)交互軟件中用字符串來表示；動態(tài)數(shù)據(jù)指事實(shí)刷新的數(shù)值或可由用戶修改的信息，在人機(jī)交互軟件中用數(shù)值變量來表示。
3.人機(jī)界面操作
測控和保護(hù)裝置的人機(jī)界面包括LED指示燈、LCD指示屏、鍵盤和打印機(jī)。
①人機(jī)界面及其操作
鍵盤與液晶屏相配合可進(jìn)行選擇命令菜單和修改保護(hù)定值等操作。微機(jī)保護(hù)的鍵盤多數(shù)已被簡化為7-9個(gè)鍵：+、-、→、←、↑、↓、RST(復(fù)位)、SET（確認(rèn)）、Q（取消）。
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②保護(hù)菜單的使用
利用菜單可以查詢保護(hù)定值、開關(guān)量的動作情況、各CPU的交流采樣值、相角、相序、時(shí)鐘、CRC循環(huán)冗余碼自檢。修改定值時(shí)，首先使人機(jī)接口插件進(jìn)入修改狀態(tài)，即將允許修改開關(guān)打在修改位置，并進(jìn)入調(diào)試階段，再將各保護(hù)CPU插件的運(yùn)行/調(diào)試小開關(guān)打到調(diào)試位，然后在菜單中選擇要修改的CPU進(jìn)入子菜單，顯示保護(hù)CPU的整定值。定值的拷貝，在多定值區(qū)修改時(shí)，先從原始定值區(qū)進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，再將定值小撥輪撥到所需定值區(qū)，并進(jìn)行定值修改、固化。這樣，要修改的全部內(nèi)容只需進(jìn)行某些內(nèi)容的修改即可，可節(jié)省修改定值的時(shí)間。
5.1.2 后臺機(jī)的人機(jī)界面 1.后臺機(jī)人機(jī)界面布局
監(jiān)控后臺機(jī)是運(yùn)行及其他相關(guān)部門人員對變電站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、操作的主要工具。而其人機(jī)對話界面則是運(yùn)行人員和監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互動的最基本的和最重要的手段。①主界面和分界面的布局問題
根據(jù)各監(jiān)控界面的功能不同，可采用分層布局將主接線圖、各電壓等級線路圖、光字牌圖、監(jiān)控系統(tǒng)工況、變電站日常報(bào)表、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)檢索等做成按鈕并列布置在主界面上，各按鈕對應(yīng)相應(yīng)主界面。②光字牌布局及設(shè)計(jì)問題
在光字牌布局上，可以按不同電壓等級、公共部分進(jìn)行分類。在光字牌內(nèi)容上，對于二次設(shè)備應(yīng)該有反應(yīng)保護(hù)工作狀態(tài)、保護(hù)動作狀態(tài)、保護(hù)電源狀態(tài)等的光字牌；一次設(shè)備應(yīng)該有反應(yīng)設(shè)備工作狀態(tài)的光字牌。③操作界面的設(shè)計(jì)問題
界面設(shè)計(jì)操作應(yīng)注意幾點(diǎn)。操作界面中有關(guān)設(shè)備機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)清晰可靠，并顯示相關(guān)運(yùn)行編碼，大小適于操作。各操作界面應(yīng)設(shè)計(jì)統(tǒng)一的線條，斷路器、隔離開關(guān)的比例應(yīng)合適。操作菜單應(yīng)可靠定位，菜單內(nèi)容應(yīng)符合現(xiàn)場運(yùn)行實(shí)際情況，并且簡潔明了。操作菜單各項(xiàng)內(nèi)容排列不宜過分緊密。在操作界面中應(yīng)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)操作界面和模擬操作界面的快速切換。
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2.后臺機(jī)操作界面
操作界面包括SCADA操作界面和事故追憶操作界面。
SCADA操作界面圖形中的斷路器、隔離開關(guān)界面及操作如下： ①遙控分/合。對于可以遙控的斷路器或隔離開關(guān)可進(jìn)行遙控操作。②接地選線試跳。相冊控裝置發(fā)送接地選線試跳信號。
③遙信封鎖/封鎖解除。一旦斷路器或隔離開關(guān)對應(yīng)的位置遙信被封鎖，該斷路器或隔離開關(guān)將根據(jù)定義時(shí)指定的顏色名改變?yōu)橄鄳?yīng)的封鎖顏色。顏色類型表中的顏色設(shè)置可通過數(shù)據(jù)庫組態(tài)程序進(jìn)行修改。解除斷路器或隔離開關(guān)對應(yīng)的位置遙信封鎖狀態(tài)，該遙信量開始接受正常數(shù)據(jù)刷新，設(shè)備顏色改為正常的顏色。
SCADA操作界面中動態(tài)數(shù)據(jù)界面及操作如下：
①人工設(shè)置。彈出“人工設(shè)置”對話框，輸入封鎖值并確認(rèn)，則動態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)值改變，并且顏色也變?yōu)轭伾愋捅碇性O(shè)定的遙測人工設(shè)置的顏色。
②解除封鎖。解除該動態(tài)數(shù)據(jù)封鎖狀態(tài)，該動態(tài)數(shù)據(jù)開始接受正常數(shù)據(jù)刷新，并且顏色改變?yōu)檎５念伾?/p>
③今日曲線。自動調(diào)出曲線工具并顯示出該動態(tài)數(shù)據(jù)的今日曲線。只有在該動態(tài)數(shù)據(jù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)測點(diǎn)被加入到定值采樣表中時(shí)才會使今日曲線可用。SCADA操作界面中變壓器界面及其操作如下： ①遙調(diào)升。使變壓器檔位上升一檔。②遙調(diào)降。使變壓器檔位下降一檔。
③急停。當(dāng)變壓器發(fā)生滑檔時(shí)，使變壓器停止調(diào)檔動作。
④設(shè)置標(biāo)志牌?？梢赃x擇掛上或拆除“接地”、“檢修”、“危險(xiǎn)”、“故障”等四種標(biāo)志牌。掛上標(biāo)志牌則在相應(yīng)標(biāo)志牌位置顯示一個(gè)“√”，否則為拆除標(biāo)牌。
SCADA操作界面圖形中其他區(qū)域界面及操作如下：
①圖形選擇。與主菜單的文件打開菜單相似，只是“圖形選擇”是在同一窗口中用新畫面替換當(dāng)前打開頁面，而“文件打開”則新開一個(gè)畫面窗口。
②導(dǎo)航圖。彈出“導(dǎo)航圖”窗口。如果畫面非常大而不能完全顯示，通過導(dǎo)航圖可以方便的實(shí)現(xiàn)畫面漫游。
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③放大/縮小。沒單擊一次，畫面的放大或縮小倍數(shù)便增加或減少0.1。
④無級縮放。畫面進(jìn)入無級縮放狀態(tài)，鼠標(biāo)光標(biāo)變?yōu)橐粋€(gè)帶加減號的放大鏡，按鼠標(biāo)左鍵，向上移動為縮小圖形，向下移動為放大圖形。按下鼠標(biāo)右鍵則為退出無級縮放狀態(tài)。事故追憶操作界面如下：彈出“選擇事故”對話框。雙擊其中一個(gè)事故，畫面將會放映出該事故發(fā)生時(shí)的歷史斷面，同時(shí)顯示工具條，點(diǎn)擊工具欄的“上一步”或“下一步”按鈕，則畫面按歷史時(shí)間分別向前或向后一定的時(shí)間間隔顯示。
5.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù) 5.2.1 日常運(yùn)行維護(hù) 1.建立完善的運(yùn)行巡檢制度
建立嚴(yán)格的運(yùn)行管理體制，責(zé)任到人，并配備專職技術(shù)員，對設(shè)備進(jìn)行定期巡檢，內(nèi)容如下：
①巡檢運(yùn)行中的設(shè)備和各種信號燈的工況。
②檢查運(yùn)行設(shè)備自檢信息和報(bào)告信息，如有不正常應(yīng)及時(shí)報(bào)告主管人員進(jìn)行處理。③監(jiān)察正常運(yùn)行顯示，始終；檢查零漂，檢驗(yàn)各電壓、電流通道刻度和測量誤差；檢查定值區(qū)、固化定制是否與定值通知單一致；檢查遙信動作情況，與調(diào)度核對數(shù)據(jù)量和狀態(tài)量；對設(shè)備進(jìn)行采樣值檢查。④檢查監(jiān)控機(jī)和五防機(jī)。
⑤檢查通信系統(tǒng)工作是否正常，如微機(jī)保護(hù)CPU與管理單元通信是否正常；前置機(jī)與后臺機(jī)通信是否正常；檢查遙測、要信、遙控、遙調(diào)是否正常等。⑥檢查各設(shè)備電源指示燈及其工作電源是否正常。⑦檢查設(shè)備的連接片切除手柄是否在正確位置。
⑧對不間斷電源進(jìn)行自動切換檢查，對UPS電源放電時(shí)間進(jìn)行合格測試。
2.缺陷管理
建立缺陷管理制度和缺陷處理記錄，值班人員通過每日巡視設(shè)備及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，通知相關(guān)人員及時(shí)處理。平時(shí)進(jìn)行運(yùn)行分析、事故預(yù)想與反事故演習(xí)，使事故和缺陷處理準(zhǔn)確
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迅速。3.其他
針對不同的現(xiàn)場情況，對設(shè)備采取防塵、驅(qū)潮、防寒、防雷等措施。
5.2.2 遠(yuǎn)程維護(hù)
由于變電站中央信號系統(tǒng)功能由當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)來取代，因此對于當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)軟件及參數(shù)的日常維護(hù)與管理，是其能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證。
由于變電運(yùn)行人員的計(jì)算機(jī)熟悉程度和操作技能的差異，對當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)軟件使用過程中的一些問題無從下手，客觀上需要專業(yè)人員通過與安防監(jiān)控軟件實(shí)施院方診斷和在線技術(shù)支持，以便迅速處理問題。因此，對自動化綜合系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線遠(yuǎn)程維護(hù)勢在必行。
在被控站后臺監(jiān)控軟件運(yùn)行異常情況下，對被控站后臺監(jiān)控軟件異常運(yùn)行狀況進(jìn)行準(zhǔn)確定位。對被控站后臺監(jiān)控軟件發(fā)生程序“走死”情況時(shí)，進(jìn)行遠(yuǎn)方軟、硬件重新啟動。被控站后臺監(jiān)控軟件運(yùn)行出錯時(shí)，通過主站數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)及時(shí)接收遠(yuǎn)程維護(hù)主機(jī)傳來的被控站當(dāng)?shù)叵到y(tǒng)資料并進(jìn)行仿真運(yùn)行，驗(yàn)證結(jié)果正確后將其下載至被控站當(dāng)?shù)叵到y(tǒng)運(yùn)行。被控站后臺監(jiān)控軟件崩潰時(shí)，將主站端數(shù)據(jù)備份機(jī)相應(yīng)遠(yuǎn)程備份程序恢復(fù)至被控站當(dāng)?shù)叵到y(tǒng)，保證綜合自動化變電站當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)可靠運(yùn)行。
5.2.3 技術(shù)管理
綜合自動化系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)，應(yīng)具備完整的技術(shù)文件，運(yùn)行資料由專人管理，并保證齊全準(zhǔn)確，對系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行綜合分析和評價(jià)，對不正確的動作應(yīng)分析原因，提出改進(jìn)對錯，并及時(shí)報(bào)主管部門；微機(jī)繼電保護(hù)裝置型號不宜過多，對其檢驗(yàn)應(yīng)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，裝置要有備品備件，要有專責(zé)維護(hù)人員，建立完善的崗位責(zé)任制。
5.2.4 綜合自動化系統(tǒng)的注意事項(xiàng)
(1)使用每一樣新設(shè)備前要求詳細(xì)的閱讀其說明書，清楚的了解工作原理及工作性能，確認(rèn)無問題后再投入使用。
（2）變電站整個(gè)接地系統(tǒng)應(yīng)可靠遵循電力系統(tǒng)運(yùn)行要求。
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（3）對腐蝕性氣體濃度較大的環(huán)境中，應(yīng)將二次設(shè)備與腐蝕性氣體可靠地進(jìn)行隔離。（4）在溫差較大及濕度較大的環(huán)境中應(yīng)做好溫度和濕度控制，以適應(yīng)設(shè)備的正常運(yùn)行。（5）設(shè)備精度適中的多功能測試儀表，以便在調(diào)試和維護(hù)過程中方便的測試二次設(shè)備的輸入電壓、電流、功率、相角、TA的極性和相序、TV的極性和相序等。
（6）在變電站輔助設(shè)備的訂購中，若采用通信方式與主控設(shè)備連接，則需考慮通信違約問題。對于電能表要求采用全國電能表統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約。
（7）若無特殊說明所有的通信系統(tǒng)間的連線及弱信號遠(yuǎn)傳均要求采用雙芯或多芯屏蔽電纜，以免影響測量的精度，系統(tǒng)數(shù)據(jù)的正常傳輸以及控制命令的正常下發(fā)。（8）替換硬件法檢查運(yùn)行硬件故障時(shí)，要求： ①必須對相應(yīng)線路采取有效的安全措施。②必須嚴(yán)格按照規(guī)定步驟操作。
（9）帶插件的芯片要可靠安裝，防止接觸不良引起插件工作不正常。（10）斷開直流電源后才允許插、拔插件。（11）芯片的插、拔應(yīng)注意方向。
（12）如元件損壞等原因需使用烙鐵時(shí)，應(yīng)使用內(nèi)熱式帶接地線的烙鐵。（13）打印機(jī)在通電情況下，不能強(qiáng)行轉(zhuǎn)動走紙旋鈕。
5.2.5 維護(hù)要領(lǐng) 1.正常分析判斷異常問題
變電站綜合自動化系統(tǒng)是一項(xiàng)涉及多種專業(yè)技術(shù)的復(fù)雜性系統(tǒng)工程，而且是高技術(shù)設(shè)備的組合。一旦自動化系統(tǒng)發(fā)生了問題，就必須做到：①思路清晰。什么信息反映什么問題，一定要熟悉。②找到關(guān)鍵點(diǎn)縮小故障范圍。③針對以上判斷的故障范圍進(jìn)一步查找故障點(diǎn)。分析判斷自動化系統(tǒng)的幾種分析方法如下：①系統(tǒng)分析法。也就是一種邏輯推斷法。根據(jù)系統(tǒng)發(fā)生的故障現(xiàn)象可判斷哪些設(shè)備發(fā)生什么樣的故障。②排除法。從各個(gè)部分之間的聯(lián)系點(diǎn)分析，縮小故障范圍，快速準(zhǔn)確的判斷究竟是自動化設(shè)備還是相關(guān)的其他設(shè)備故障。排除法不能絕對化，因?yàn)槭虑橐部赡艽嬖凇按恕迸c“彼”同時(shí)發(fā)生，需要更多積累經(jīng)驗(yàn)。③電源檢查法。運(yùn)行一段時(shí)間后系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定期，設(shè)備本身發(fā)生故障的情況會比較少，但往往又產(chǎn)生了故障設(shè)備故障，遇到這種情況，首先檢查電源電壓是否正常，如有接觸不
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良等會造成工作電源不正常。④信號追蹤法。自動化系統(tǒng)是靠數(shù)據(jù)通信來完成其功能的，而數(shù)據(jù)通信可以借助設(shè)備檢測出來，因此可以借助這些工具追蹤信號或測量各節(jié)點(diǎn)與正常是否一致，判斷出故障點(diǎn)。⑤換件法。遇到故障并已經(jīng)找到故障設(shè)備時(shí)，而這些設(shè)備一般很復(fù)雜，如有備用可以先直接換用，先恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行，然后再設(shè)法恢復(fù)故障設(shè)備。
2.做好運(yùn)行維護(hù)基礎(chǔ)工作
基礎(chǔ)工作是搞好維護(hù)與檢修的前提，它的主要內(nèi)容包括規(guī)章制度，信息管理及標(biāo)準(zhǔn)化、額定、計(jì)量、統(tǒng)計(jì)工作等。
3.做好技術(shù)培訓(xùn)工作
對于一般檢修人員來說，必須具備最基本的“三熟”與“三能”。“三熟”既熟悉設(shè)備的系統(tǒng)和基本原理：熟悉檢修的工藝、質(zhì)量和運(yùn)行知識；熟悉本崗位的規(guī)章制度；“三能”既能熟練地進(jìn)行本工種的修理工作和排除故障；能看懂圖紙和繪制簡單的加工圖；能掌握一般的鉗工手藝和常用材料性能。猶豫自動化系統(tǒng)涉及范圍廣闊，需要對運(yùn)行及技術(shù)人員進(jìn)行知識更新和培訓(xùn)的教育，逐步提高運(yùn)行維護(hù)人員的業(yè)務(wù)技術(shù)水平。
5.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的調(diào)試 1.調(diào)試目的、內(nèi)容
綜合自動化裝置調(diào)試的目的是檢驗(yàn)其功能、特性等是否達(dá)到設(shè)計(jì)的有關(guān)規(guī)定的要求。檢驗(yàn)綜合自動化裝置之間的連接以及裝置和變電二次設(shè)備及回路間的連接是否正確，是否達(dá)到了設(shè)計(jì)及有關(guān)規(guī)定的要求；通過現(xiàn)場的模擬工作檢驗(yàn)整套裝置的動作是否正確無誤。
綜合自動化裝置的檢測、調(diào)試主要有兩個(gè)方面的工作：一個(gè)是遠(yuǎn)動方面的三遙項(xiàng)目為主的基本功能及相關(guān)檢驗(yàn)和調(diào)試，另一個(gè)是以繼電保護(hù)及自動裝置為主的檢驗(yàn)調(diào)試。
綜合自動化裝置調(diào)試的內(nèi)容一般有下面六個(gè)內(nèi)容：①關(guān)于模擬量的標(biāo)準(zhǔn)性能的檢驗(yàn)。②RTU裝置或微機(jī)監(jiān)控裝置的功能與特性的檢驗(yàn)。③綜合自動化裝置與現(xiàn)場一、二次設(shè)備連接后進(jìn)行的變電站自動化系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)。④保護(hù)裝置的功能與特性的檢驗(yàn)。⑤站內(nèi)保護(hù)、測控、RTU、小電流、消弧線圈、直流屏、電能表等裝置的違約通信。⑥后臺監(jiān)控系統(tǒng)的檢驗(yàn)與調(diào)試。
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2.調(diào)試前準(zhǔn)備工作
由于裝置的集成方式不太相同，一般以廠商為主、安裝單位配合進(jìn)行裝置的現(xiàn)場安裝調(diào)試，在系統(tǒng)功能檢測之前，通常應(yīng)完成如下工作：①隔離層測控單元的檢查測試。②當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的硬、軟件配置與參數(shù)組態(tài)。③站內(nèi)繼電保護(hù)和自動裝置的檢查測試。④站內(nèi)其他智能裝置的通信檢查測試。
3.綜合自動化裝置的功能調(diào)試
綜合自動化裝置的功能調(diào)試主要有以下幾項(xiàng)測試：①遙信量（開入量）輸入測試。②遙控測試。③脈沖量輸入測試。④遙測模擬量試驗(yàn)。⑤事件順序記錄分辨率的測試。⑥鍵盤遙控操作。⑦系統(tǒng)安全措施檢查。⑧自檢與自診斷功能檢查。⑨系統(tǒng)遠(yuǎn)傳通信功能。
4.綜合自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試
工程調(diào)試就是要結(jié)合設(shè)計(jì)要求和系統(tǒng)功能進(jìn)行全面細(xì)致的試驗(yàn)，以滿足變電站的試運(yùn)行條件，試運(yùn)行時(shí)檢查保護(hù)裝置、后臺、遠(yuǎn)動信息是否正確。綜合自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試主要有以下幾點(diǎn)：①開關(guān)控制回路的調(diào)試。②斷路器本身信號和操動機(jī)構(gòu)信號在后臺機(jī)上的反應(yīng)。③開關(guān)量狀態(tài)在后臺機(jī)上的反應(yīng)。④主變壓器本體信號的檢查。⑤二次交流部分的檢查。⑥直流系統(tǒng)保護(hù)功能的調(diào)試。⑦監(jiān)控部分功能的調(diào)試。⑧差動保護(hù)極性校驗(yàn)。⑨方向保護(hù)的方向校驗(yàn)。⑩后臺機(jī)顯示檢查。
第6章 提高綜合自動化系統(tǒng)可靠性的措施 6.1 綜合自動化可靠性概述
變電站綜合自動化系統(tǒng)是高技術(shù)在變電站的應(yīng)用，目前工作在變電站第一線的技術(shù)人員與運(yùn)行人員，對綜合自動化系統(tǒng)的技術(shù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還不是很了解。另一方面，變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)子系統(tǒng)都為低電平的弱電系統(tǒng)，但它們的工作環(huán)境是在電磁干擾極其嚴(yán)重的弱電場所，在那么強(qiáng)的電磁干擾下很容易無法正常工作，甚至損壞元器件。因此綜合自動化系統(tǒng)的可靠性是個(gè)很重要的問題，也是變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本要求之一。
所謂可靠性，是指綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)的部件、元器件在規(guī)定條件下、規(guī)定
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時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。如微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)的可靠性主要指不誤動、不拒動；遠(yuǎn)動子系統(tǒng)的可靠性通常用平均無故障間隔時(shí)間來表示。
變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)子系統(tǒng)都為低電平的弱電系統(tǒng)，工作環(huán)境惡劣，電磁干擾嚴(yán)重。這些干擾頻率高幅度大，通過電磁耦合很容易順利的進(jìn)入微機(jī)弱電系統(tǒng)的內(nèi)部。另外，這些干擾信號的持續(xù)時(shí)間較短。由于微機(jī)裝置在其內(nèi)部的時(shí)鐘控制下高速運(yùn)作，不能用簡單的延時(shí)電路來躲過干擾信號，當(dāng)干擾信號進(jìn)入微機(jī)裝置內(nèi)部后，不僅對模擬電壓和電流采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有影響，而且還將毀壞裝置中的一些元器件。鑒于綜合自動化系統(tǒng)在運(yùn)行中因出現(xiàn)干擾信號所帶來的問題，目前在提高可靠性的措施方面，提出三種對策：減少故障和錯誤出現(xiàn)幾率、利用微型機(jī)系統(tǒng)的自動檢測技術(shù)和采用容錯設(shè)計(jì)方式。
選用高質(zhì)量的元器件、合理的制造工藝和采用屏蔽和隔離技術(shù)，可以從裝置的設(shè)計(jì)和元器件的選擇上，減少裝置故障和錯誤出現(xiàn)的概率；自動檢測技術(shù)是利用微型計(jì)算機(jī)在工作程序執(zhí)行結(jié)束后的閑余時(shí)間，實(shí)時(shí)監(jiān)測微型計(jì)算機(jī)中有關(guān)硬件設(shè)備的運(yùn)行工況，當(dāng)有關(guān)硬件設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，會自動閉鎖裝置，防止裝置誤動作，并報(bào)警通知運(yùn)行值班人員及早檢修、盡快恢復(fù)裝置的在線運(yùn)行；容錯設(shè)計(jì)則是利用冗余的設(shè)備在線運(yùn)行，保證裝置不間斷的在線運(yùn)行。
6.2 干擾來源和干擾的影響
變電站內(nèi)高壓電器設(shè)備的操作，低壓交流、直流回路內(nèi)電氣設(shè)備的操作，雷電引起的浪涌電壓，電氣設(shè)備周圍的靜電場，電磁波輻射和輸電線路故障所產(chǎn)生的瞬間過程等，都會產(chǎn)生電磁干擾。這些干擾進(jìn)入變電站內(nèi)的綜合自動化系統(tǒng)或其他電子設(shè)備，就可能引起自動化系統(tǒng)工作不正常，甚至損壞某些部件或元器件。
經(jīng)分析電磁干擾形成的途徑為：干擾源-耦合通道-敏感回路，所以干擾源、耦合通道和敏感回路稱為電磁干擾的三個(gè)要素。
所謂干擾源，就是指微機(jī)裝置的工作信號中，除去有用信號之外、可能影響裝置正常工作的的一些電磁信號。干擾信號來源于干擾源，通過電磁耦合通道作用于微型機(jī)內(nèi)部某些敏感的回路。所以，提高微型機(jī)裝置抗干擾能力應(yīng)該從阻塞耦合通道、提高敏感回路的抗干擾能力及合理設(shè)計(jì)泄放回路等幾個(gè)方面來著手解決。
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6.2.1 干擾源
干擾信號來自于干擾源。與電力系統(tǒng)相關(guān)的電磁干擾源有外部干擾和內(nèi)部干擾兩方面。外部干擾源是指與變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)無關(guān)，而是由使用條件和外部環(huán)境因素決定的干擾源。外部干擾源主要有交、直流回路開關(guān)操作、擾動性負(fù)荷短路故障、大氣過電壓、靜電、無線電干擾和核電磁脈沖等，主要表現(xiàn)如下三類：①變電站設(shè)備的交流電源與直流電源受低頻振動擾動。②傳導(dǎo)瞬變和高頻干擾。③場的干擾。內(nèi)部干擾由自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、元件布置和生產(chǎn)工藝所決定。主要有雜散電感、電容引起的不同信號感應(yīng)；多點(diǎn)接地造成的電位差干擾；長線傳輸造成的波德反射；寄生振蕩和尖峰信號引起的干擾等。不論是內(nèi)部還是外部干擾，都具有相同的物理特性，所以消除和抑制的措施基本相同。
6.2.2 干擾信號的模式
干擾信號按其出現(xiàn)的方式，可分為兩種模式---差模干擾和共模干擾。差模干擾對微機(jī)裝置的正常運(yùn)行影響不大，而共模干擾則危害較大。
1.差模干擾
以串聯(lián)的形式出現(xiàn)在信號源回路之中的干擾信號稱為差模干擾。差模干擾的產(chǎn)生來自于長線傳輸導(dǎo)線之間的互感和分布電容間的相互耦合以及高頻電路中的高頻信號在低頻電路中通過互感產(chǎn)生的干擾等。
2.共模干擾
引起回路的對地電位發(fā)生變化的干擾稱為共模干擾。而且共模干擾信號可能是交流信號，也可能是直流信號。它是使微型機(jī)裝置無法正常工作的重要因素。
6.2.3 干擾的耦合方式 1.靜電耦合方式
在兩條輸電導(dǎo)線中會存在電容耦合關(guān)系，兩條導(dǎo)線會因?yàn)轳詈想娙莸拇嬖谙嗷ソo對方產(chǎn)生干擾信號，而且耦合電容數(shù)值越大或?qū)Ь€工作電源的頻率越高，會給對方產(chǎn)生的干擾就越嚴(yán)重。所以減少每條導(dǎo)線的對地電容，在一定程度上對來自相鄰電路的干擾有一定的
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抑制作用。
2.互感耦合方式
導(dǎo)線受相鄰線路的互感耦合產(chǎn)生的電磁干擾信號取決于兩個(gè)因素：①互感數(shù)值的大小的影響，互感越大，干擾越強(qiáng)；②相鄰線路工作電源的頻率的影響，某線路工作電源的頻率越高，則對相鄰線路的干擾就越嚴(yán)重。所以，減小導(dǎo)線間互感是消除互感耦合的主要途徑。
3.公共阻抗耦合
當(dāng)兩個(gè)電路的電流經(jīng)過一個(gè)公共阻抗時(shí)，將在每一個(gè)電路中出現(xiàn)公共阻抗耦合干擾。常見有公共電源阻抗耦合和公共地線阻抗耦合。公共電源阻抗耦合，將改變每個(gè)線路的電路參數(shù)，影響電路的正常工作；公共接地耦合是指兩個(gè)電路經(jīng)過導(dǎo)線連接只用一個(gè)接地點(diǎn)，在接地阻抗上產(chǎn)生了干擾信號，改變了裝置的對地電壓。
6.2.4 干擾對變電站綜合自動化系統(tǒng)的影響 1.電源回路干擾的后果
工作在變電站的綜合自動化系統(tǒng)，其計(jì)算機(jī)的電源往往分為如下兩類供電：①交流電源供電。監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)和通信管理機(jī)，往往采用交流220V電源，取自站用變壓器。電網(wǎng)的沖擊和電壓、頻率的波動都將直接影響到計(jì)算機(jī)。②直流電源供電。微機(jī)保護(hù)各子系統(tǒng)，往往采用直流220V電源，取自變電站的直流屏，其受電網(wǎng)波動的影響比交流電源要小得多。
不論采用交流電源供電還是直流電源供電，電源與干擾源之間的直接耦合通道都相對較多，而且電源線直接連至各部分，包括最關(guān)鍵的CPU。計(jì)算機(jī)電源受干擾，往往會造成計(jì)算機(jī)工作不穩(wěn)定，甚至死機(jī)。
2.模擬量輸入通道受干擾的后果
電磁干擾的后果可能是從TA或TV的二次引線引入浪涌電壓，造成采樣數(shù)據(jù)錯誤。
3.開關(guān)量輸入、輸出通道受干擾的后果
處在強(qiáng)電磁場中的開關(guān)設(shè)備，其輔助觸點(diǎn)通過長線引致開關(guān)量輸入回路，必然帶來干
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擾信號，干擾的結(jié)果，常見的有斷路器或者隔離開關(guān)的輔助觸點(diǎn)抖動，甚至造成分、合位置判斷錯誤。開關(guān)量的輸出通道由計(jì)算機(jī)的輸出至斷路器的跳、合閘出口回路，除了易受外界引入的浪涌電壓干擾外，自動裝置內(nèi)部，微機(jī)上電過程也容易產(chǎn)生干擾信號，導(dǎo)致誤動。
4.CPU和數(shù)字電路受干擾的后果
電磁干擾影響CPU正常工作，會在通過地址線發(fā)出一個(gè)地址信號時(shí)產(chǎn)生錯誤，導(dǎo)致取令錯誤。也可能在傳送數(shù)據(jù)時(shí)造成數(shù)據(jù)錯誤、邏輯紊亂，甚至造成死機(jī)。計(jì)算機(jī)隨機(jī)存儲器RAM是存放中間計(jì)算結(jié)果、輸入輸出數(shù)據(jù)和重要標(biāo)志的地方，在強(qiáng)電磁干擾下，可能會使RAM中部分?jǐn)?shù)據(jù)或標(biāo)志錯誤，引起的后果也是很嚴(yán)重的。如果EPROM受干擾，會導(dǎo)致程序或定值遭破壞，將導(dǎo)致相應(yīng)的自動裝置無法工作。
6.3 抗干擾措施
實(shí)際中，解決抗干擾問題的方法從兩個(gè)方面考慮：第一在設(shè)計(jì)綜合自動化裝置時(shí)，選用優(yōu)質(zhì)的微型機(jī)芯片和其他半導(dǎo)體元件，設(shè)計(jì)合理的線路布局和制造工藝，切斷各種電磁耦合的途徑，從而盡可能的減少擾動對綜合自動化系統(tǒng)的影響；第二，干擾信號具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，還應(yīng)考慮一旦干擾信號在自動化系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)后，可能帶來的問題問題和應(yīng)采取的應(yīng)策。
變電站綜合自動化系統(tǒng)通常在硬件和軟件方面應(yīng)采取如下防范措施。
6.3.1 硬件方面
（1）隔離與屏蔽。在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，行之有效的隔離、屏蔽措施有以下幾種：①模擬量的隔離與屏蔽。變電站中的模擬量大多來自一次系統(tǒng)中的電壓互感器和電流互感器，它們均處于強(qiáng)電回路中，不能直接接入至綜合自動化系統(tǒng)，必須經(jīng)過設(shè)置在自動化系統(tǒng)各種交流回路中的隔離變壓器隔離。這些隔離變壓器一次、二次之間有必須有隔離層，而且屏蔽層必須安全接地，才能達(dá)到良好的屏蔽效果。②開關(guān)量輸入、輸出的隔離。開關(guān)量的輸入主要是斷路器、隔離開關(guān)的輔助觸點(diǎn)和主變壓器分接頭位置等。開關(guān)量的輸出，大多數(shù)也是對斷路器、隔離開關(guān)和主變壓器的分接頭的控制。這些開關(guān)都處于強(qiáng)電回路中，30
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通過光電耦合隔離或繼電器觸點(diǎn)隔離，才會取得較好結(jié)果。③其他隔離措施。二次側(cè)回路布線時(shí)，應(yīng)考慮隔離，盡量減少耦合。
（2）微機(jī)采用逆變電源。微機(jī)用電源由蓄電池直流220V逆變成高頻電壓后經(jīng)高頻變壓器隔離，再變換成弱電直流電壓供微機(jī)系統(tǒng)使用，這樣可以削弱由電源回路引入的干擾。（3）合理布置各個(gè)插件。為防止剩余電壓的浪涌引起的惡果，在整個(gè)電路的布局上應(yīng)合理，使微機(jī)工作的核心部分遠(yuǎn)離干擾源或干擾有關(guān)的部件。
（4）電源的接地處理。采用上面的防范措施后，干擾可能進(jìn)入弱電系統(tǒng)的途徑主要是通過微機(jī)的電源，一方面是因?yàn)殡娫磁c干擾源之間的聯(lián)系相對來說更緊密；另一方面也因?yàn)殡娫粗g連至各個(gè)部分，包括CPU部分。電源線傳遞的共模干擾是作用在弱電源線和機(jī)殼之間的干擾，弱電電源線傳遞共模干擾的方式與其零線是否與機(jī)殼相連有關(guān)。實(shí)際中，電源零線采用浮空的方式，即不與機(jī)殼相連，并盡量減少電源線與機(jī)殼之間的分布電容，同時(shí)減少微機(jī)弱電回路中非電源線的其他部分玉機(jī)殼之間的分布電容，為此將印刷板周圍都用電源零線或+5V線環(huán)閉起來，這樣可以完全隔斷電源板上其他部分同機(jī)殼之間的耦合，此時(shí)在干擾作用下微機(jī)電源線與機(jī)殼之間的電位將浮動，弱電系統(tǒng)中其他部分的電位將隨同電源線一起浮動，而他們之間的電位差不變。實(shí)踐證明在，這種方法有效。
（5）采用多CPU結(jié)構(gòu)。采用多CPU結(jié)構(gòu)，每個(gè)CPU負(fù)責(zé)一種或幾種功能，相互獨(dú)立，如果一個(gè)CPU插件毀壞不會影響其他CPU的正常工作。采用了多CPU之后，出了CPU自檢外，上位機(jī)還可以對各CPU進(jìn)行巡檢，任何部位電子器件故障，都能方便的檢測出故障所在的插件。
6.3.2 軟件方面
一旦干擾突破了由硬件組成的防線，可由軟件進(jìn)行糾正，以免造成微機(jī)工作出錯，導(dǎo)致保護(hù)誤動或拒動。
（1）對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。對各模擬量輸入通道，只要提供一定的冗余通道，即使由于干擾造成錯誤的數(shù)據(jù)輸入，也有可能被計(jì)算機(jī)排除。
（2）對運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行核對。為了防止干擾造成的運(yùn)算出錯，可以將整個(gè)運(yùn)算進(jìn)行兩次，對運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行核對，比較兩次運(yùn)算結(jié)果是否一致。
（3）出口的閉鎖。前面提到的程序出錯后絕大多數(shù)的可能是CPU停止工作，但是不能避免它在出軌后取得一個(gè)非預(yù)期的操作碼正好是跳閘指令而導(dǎo)致誤動作。這種情況可用以下
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措施來防止：①在設(shè)計(jì)出口跳閘回路的硬件時(shí)，應(yīng)當(dāng)使該回路執(zhí)行幾條指令后才輸出，不允許一條指令就出口。②采取上述措施后，仍不能絕對避免在程序出錯后錯誤的轉(zhuǎn)移到跳閘入口而誤動作，因此可以把跳閘程序安排成如圖6.1所示的程序。在構(gòu)成跳閘條件的指令中插入一段校對程序，它檢查RAM區(qū)存放的各種標(biāo)志。保護(hù)裝置通過各種正當(dāng)途徑進(jìn)入跳閘程序時(shí)應(yīng)在這些標(biāo)志字留下相應(yīng)的標(biāo)志，例如啟動元件動作，測量元件判為區(qū)內(nèi)故障等，若校對通過繼續(xù)執(zhí)行跳閘命令二，發(fā)出跳閘脈沖。若校對未通過，CPU將轉(zhuǎn)至重新初始化，從程序出錯狀態(tài)恢復(fù)正常運(yùn)行。
圖6.1 跳閘出口的閉鎖
6.3.3 硬件自恢復(fù)電路
一旦在干擾下程序出錯，一般的軟件措施都無濟(jì)于事，因?yàn)镃PU已不再按預(yù)定的程序工作，必須在硬件方面找對策，圖6.2為硬件自恢復(fù)電路，它在程序出錯時(shí)使微機(jī)復(fù)位，實(shí)現(xiàn)初始化。
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圖6.2
硬件自恢復(fù)電路
圖中A點(diǎn)接至微機(jī)并行口的某一輸出位，當(dāng)程序出錯時(shí)，由軟件安排其按移動的周期在“0”和“1”之間不斷變化。A點(diǎn)分兩路，一路經(jīng)反相器；另一路不經(jīng)反相器，分別接至兩個(gè)延時(shí)t1動作瞬間返回的延時(shí)元件，延時(shí)元件輸出接至或門的兩個(gè)輸入端。延時(shí)t1應(yīng)比A點(diǎn)電位的變化周期長，因此在正常時(shí)兩個(gè)延時(shí)元件都不會動作，或門輸出為“0”。此時(shí)運(yùn)行人員還可以看到面板上的運(yùn)行監(jiān)視燈不斷閃爍，標(biāo)志裝置在正常運(yùn)行。一旦程序出錯，A點(diǎn)電位將停止變化，不論它停在“1”態(tài)還是停在“0”態(tài)，兩個(gè)延時(shí)元件中總有一個(gè)正常工作。它通過或門啟動單穩(wěn)電路，發(fā)出一個(gè)脈沖，使CPU重新初始化（RESET），恢復(fù)正常工作。這個(gè)電路不僅可以用于對付程序出軌，還可用于在裝置主要元件(如CPU)損壞而停止工作時(shí)發(fā)出告警信號。若單穩(wěn)電路發(fā)出的復(fù)位脈沖已不能使A點(diǎn)電位恢復(fù)原來的變化規(guī)律，則經(jīng)過t2（t2＞t1）延時(shí)后，發(fā)出告警信號并關(guān)閉所保護(hù)。
如果在系統(tǒng)無事故時(shí)發(fā)生程序出錯，裝置會自動恢復(fù)正常，沒有任何危害。在被保護(hù)對象發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)出現(xiàn)程序出錯，利用這種電路可以很快使CPU恢復(fù)工作，只會使保護(hù)延遲動作，而不至于造成拒動。
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結(jié)束語
內(nèi)容主要介紹了變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)組成，在變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)介紹時(shí)講述了它們之間的內(nèi)部聯(lián)系以及調(diào)試維護(hù)方法，同時(shí)還詳細(xì)說明了變電站系統(tǒng)出現(xiàn)各種干擾時(shí)的應(yīng)對策略?？梢郧宄匕l(fā)現(xiàn)變電站綜合自動化系統(tǒng)相比以前的變電站是一個(gè)巨大的技術(shù)進(jìn)步，很大程度上減輕了變電站工作人員的勞動強(qiáng)度，為變電站實(shí)現(xiàn)無人值班提供了可靠地技術(shù)條件，同時(shí)增加了變電站運(yùn)行的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性。
變電站綜合自動化系統(tǒng)是各種先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合體，有著無比的優(yōu)越性，在各種先進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的過程中，變電站綜合自動化也跟隨著完善。相信在電力系統(tǒng)深入改造和完善的今天，變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究將為電力行業(yè)的發(fā)展提供重要的技術(shù)支持，也必將為社會的發(fā)展做出更多貢獻(xiàn)。
變電站綜合自動化包含的技術(shù)復(fù)雜，文章所講述的為自己所了解的一些情況，難免有很多不足，相信在以后的學(xué)習(xí)中，我希望更加深入的了解變電站綜合自動化系統(tǒng)，對變電站綜合自動化做出更加深刻的理解與認(rèn)識。
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