变电站综合自动化系统与微机保护硬件原理。
变电站综合自动化系统
变电站综合自动化系统硬件结构
二、集中组屏式 调度主站 总控单元 监控主机 显示、打印
RS-485/RS232
高 压 微 机 保 护
中 压 微 机 保 护
遥 测 单 元
遥 信 单 元
遥 控 单 元
电 能 单 元
交 直 流 单 元
V Q C 单 元时 钟 单 元12源自变电站综合自动化系统硬件结构
三、分层分布式 变 电 站 层 调度主站 监控主机 显示、打印
18
站控层设备
站控层网络设备 打印机
变电站综合自动化系统配置
I/O测控单元 测控单元应按电气单元配置， 母线设备和站用电设备的测 控单元独立配置。测控单元 应模块化、标准化、容易维 护、更换，允许带电插拔。
间隔层设备组柜原则：电压 等级较高（500/220KV）的 测控每个电气单元组一面柜、 较低测控每2个电气单元组一 面柜、每台主变三侧测控组 一面柜、35kV、10kV测控保 护单元就地布置于开关柜上、 公用设备测控单独组柜；亦 可在按照以上原则的基础上， 根据继电器室结构灵活组柜 。
9
变电站综合自动化系统硬件结构
一、传统改造式 （一）：保留RTU CRT
PC机
微机保护
RTU
模 开 脉 控 拟 关 冲 制 量 量 量 量
调度主站系统
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变电站综合自动化系统硬件结构
（一）：取消RTU形式
调度主站
微机保护
总控单元
当地监控
RS485总线
测控单元（1）
测控单元（2）
测控单元（n）
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20
变电站综合自动化系统配置
二、软件系统 系统软件 系统软件应为国际通用的、成熟的实 时多任务操作系统并具有完整的自诊 断程序。操作系统应具有系统生成功 能，使其能适应硬件和实时数据库的 变化。 （W/U） 网络软件 支持软件 数据库软件 应用软件包括过程监控软件、网络 通信软件等各种工具软件。应用软 件必须满足系统功能要求，成熟、 可靠，具有良好的实时响应速度和 可扩充性。各应用软件应采用模块 式连接方式，当某一应用软件工作 不正常或退出运行，不能影响系统 的其他功能。
变电站综合自动化系统结构报告
变电站综合自动化系统结构报告变电站是电力网络中线路的连接点，承担着电压和功率的变换、电能的收集和分配等功能。
它的运行直接影响到整个电力系统的安全、可靠和经济运行。
然而，变电站的运行很大程度上取决于其二次设备的性能。
现有变电站有三种类型:一种是常规变电站；一种是部分由微机管理并具有一定自动化水平的变电站，另一种是完全计算机化的综合自动化变电站。
对于常规变电站来说，其致命弱点是不具备自诊断、故障记录分析、能力和资源共享的能力，无法检测二次系统本身的故障，也无法全面记录和分析运行参数和故障信息。
全计算机化的综合自动化变电站用计算机化的二次设备取代了传统的分立设备。
它集继电保护、控制、监视和远动功能于一体，实现了设备和信息资源的共享，使变电站的设计简单紧凑，实现了变电站更安全可靠的运行。
同时系统二次接线简单，减少了二次设备的占地面积，使变电站二次设备以崭新的面貌出现。
1.1变电站综合自动化简介1.1.1变电站综合自动化的基本概念变电站综合自动化是将变电站二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动化装置和远动装置)的功能进行组合和优化，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现整个变电站的主设备和输配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护的综合自动化功能，与调度进行通信。
变电站综合自动化系统，即由多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，取代了常规的测量和监视仪表、常规的控制屏、中央信号系统和遥控屏，用微机保护取代了常规的继电保护屏，改变了常规继电保护装置不能与外界通信的缺陷。
因此，变电站综合自动化是自动化技术、计算机技术和通信技术在变电站领域的综合应用。
变电站综合自动化系统可以收集比较完整的数据和信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功能，方便地监视和控制变电站内各种设备的运行和操作。
变电站综合自动化系统具有功能集成、结构计算机化、运行监控屏幕化和运行管理智能化的特点。
变配电所综自系统
班级日期1、综合自动化系统屏：主体设备。
对变配电所的主要设备进行自动监测、护。
2、交直流屏:提供交直流电源。
3、网上隔离开关控制屏：对接触网上隔离开关进行远方控制。
4、环境监控屏：实时监测变配电所工作环境：温度、人员非法出入、电缆沟、明火、空调工作状况等。
5、故障标定装置及电缆头绝缘在线监测。
二、变电所综合自动化的基本概念1．变电所综合自动化：应用自动控制技术、计算机信息处理、通信与网络技术等，完成对变电所主要设备和输配电线路的监视、控制、测量、继电保护、远动控制以及调度通信等二次系统功能。
2．变电所综合自动化系统：利用多台微型计算机、接口电路、通信网络等组成的自动化系统，通过收集所需的各种数据和信息，借助计算机的高速计算力和逻辑判班级日期班级日期班级日期TA-21型牵引变电所安全监控及综合自动化系统结构图牵引主变压器是牵引变电所最重要的一次设备，为保证其正常运行，对每一台主变设置一套保护测控单元，按主变主保护、主变后备保护、主变测控三套独立装置设计，每套装置作为一个节点与LonWorks 现场总线交换信息。
完成一台牵引主班级日期班级日期班级日期班级日期图2-41 微机保护装置硬件原理示意图⒈数据采集单元班级日期班级日期⑵开放性。
硬件平台对于未来硬件的升级应具有开放性。
⑶通用性。
不同类型的保护装置应尽可能具有相同的硬件平台。
⑷灵活性和可扩展性。
硬件平台应该适用于不同保护装置的不同需求，对于现场的不同保护应用和对资源的不同需求，可增减相应的模块，完全不必对硬件及软件重新设计。
⑸模块化与智能化状态检测。
装置的硬件数量总体上减少，相互通用，功能模块技术成熟，经历更多的检验与现场考验，因而可靠性更高。
（三）提高微机保护可靠性的措施可靠性是对继电保护装置的基本要求之一，它包括两个方面：不误动和不拒动。
班级日期班级日期班级日期班级日期班级日期班级日期图2-43 SCADA系统结构示意图）调度端调度所的远动装置部分称调度端，一般设于各分局(或总公司)总部。
变电站综合自动化系统概述
变电站综合自动化系统的典型硬件结构
变电站综合自动化系统的典型硬件结构说明1
• 微处理器（中央处理器）CPU是指挥中枢，计算机 程序的运行依赖于CPU来实现；
• ②电气型防误系统：是建立在二次操作回路上的 防误功能，一般通过断路器和隔离开关的辅助触 点连锁来实现，主要包括电气回路闭锁、电磁回 路闭锁、电气报警和高压带电显示装置等。
• ③微机五防：采用计算机技术，用于高压开关设 备防止电气误操作的装置，由主机、电脑钥匙、 编码锁具等功能元件组成。主要用于断路器、隔 离开关、接地刀闸、遮拦网门等。
特点： ①工作稳定，线性好，电路简单； ②抗干扰能力强，不受脉冲和随机高频噪音干扰； ③与CPU接口简单，工作不需要CPU控制； ④可以方便地实现多CPU共享一套VFC变换。
模拟量输出电路的组成
• 作用是把微机系统输出的数字量转换成模 拟量输出，核心元件是模/数转换器，锁存 器是用来保持数字量的稳定的。
变电站综合自动化系统的典型硬件结构说明2
• 定时器/计数器有两个用途一是用来触发采样信号， 引起中断采样；二是在V/F变换式A/D中，定时器/ 计数器是把频率信号转换为数字信号的关键部件。
• Watchdog主要作用是当自动化装置受到干扰导致 微机系统运行程序出轨、程序无法正常运行时，能 自动复位微机系统，使微机系统重新开始执行程序， 进行入正常运行轨道。
综合自动化监控系统的基本要求
• 实时 • 可靠 • 可维护 • 信息处理和输出技术先进 • 人机交流方便 • 通信可靠 • 信息处理和控制算法先进
变电站综合自动化系统原理及配置授课要点
变电站综合自动化系统原理及配置授课提纲变电站综合自动化系统原理及配置授课目录一、变电站综合自动化系统的概述1．什么是变电站综合自动化？2．什么是变电站综合自动化系统？3．变电站实现综合自动化的意义4．变电站综合自动化的主要内容和功能5．实现变电站综合自动化所采集的信息二、变电站综合自动化系统的结构及组成1．变电站综合自动化系统的结构2．变电站综合自动化系统的组成三、变电站综合自动化的“四遥”1．遥测信息的采集2．遥信信息的采集3．遥控及其输出电路4．遥调及其输出电路四、变电站综合自动化系统的配置1．变电站综合自动化系统的硬件配置2．变电站综合自动化系统的软件配置变电站综合自动化系统原理及配置授课提纲一、变电站综合自动化系统的概述（一）什么是变电站综合自动化？变电站综合自动化是将变电站的二次设备 (包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。
（二）什么是变电站综合自动化系统？变电站综合自动化系统是由多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统，它替代常规的测量和监视仪表，替代常规的控制屏、中央信号系统和远动屏，它用微机保护替代常规的继电保护。
变电站综合自动化是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。
变电站综合自动化系统可以采集到比较齐全的数据和信息，利用计算机可方便地监视和控制变电站内各种设备的运行和操作。
变电站综合自动化系统具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特点。
（三）变电站实现综合自动化的意义1．变电安全运行的需要（1）具备故障诊断能力（2）快速切除故障的能力（3）及时告警的能力2．提高供电质量的需要（1）快速的压送负荷有利于提高电能质量（2）有载调压和无功补偿有利于提高电压的合格率3．信息共享的需要（1）高速数据通信支持分散式测控（2）设备综合性强信息可共享4．运行管理的需要（1）监视、测量、记录、抄表高度的自动化（2）方便友好的运行操控界面5．节约土地、人力和物力的需要（四）变电站综合自动化的主要内容和基本要求1．变电站综合自动化的主要内容（1）对220kV及以下中、低压变电站，采用自动化系统，利用现代计算机和通信技术，对变电站的二次设备进行全面的技术改造，取消常规的保护、监视、测量、控制屏，实现综合自动化，以全面提高变电站的技术水平和运行管理水平，并逐步实行无人值班或减人增效。
变电站综合自动化系统结构设计(报告)
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。
变电站综合自动化原理与系统入门培训教材
三、作为变电站自动化系统应确保实现以下要求： 1．检测电网故障，尽快隔离故障部分。 2．采集变电站运行实时信息，对变电站运行进行监视、计 量和控制。 3．采集一次设备状态数据，供维护一次设备参考。 4．实现当地后备控制和紧急控制。 5．确保通信要求。
变电站实现综合自动化的基本目标是提高变电站的技术 水平和管理水平，提高电网和设备的安全、可靠、稳定运行 水平，降低运行维护成本，提高供电质量，并促进配电系统 自动化。
目前模拟量的采集除主变温度、直流量外均采用交 流采样方式。
状态量的采集：变电站断路器位置状态、隔离开 关位置状态、继电保护动作状态、同期检测状态、有 载调压变压器分接头的位置状态、变电站一次设备运 行状态告警信号、网门及接地信号等。
这些状态信号大部分采用光电隔离方式输入或周 期性扫描采样获得。对于断路器的状态采集，需采用 中断输入方式或快速扫描方式，以保证对断路器变位 的采样分辨率能在5ms之内。对于隔离开关状态和分 接头位置等信号，则采用定期查询方式。
光纤盒
光纤盒
以太网
光纤盒
光纤盒 光纤盒
同步卫星时钟
保护网 录波网
保护管理机 RS232/485/LON等
保护网 录波网
测控同步分屏
八．与调度中心的通信 变电站是电力系统的重要组成部分，为了监视和 控制电力系统的运行，需要将变电站的重要信息及时 采集，并传送到调度中心，调度中心的控制命令也需 要及时送到变电站，并加以执行。 现在变电站与调度中心的通信均采用光纤通信， 传送的信息除了远动信息、还有电力故障远传信息、 电度量和功角测量装置的信息等。 远动信息包括遥信、遥测、遥控和遥调。对于集 控站还包括遥视信息，即五遥。 电力故障远传信息、电度量和功角测量装置的信 息通过调度数据网完成信息的上传。
变电站综合自动化系统
二.变电站综合自动化系统的基本要求
变电站综合自动化的“综合”主要包括两个方面：
01
纵向功能：
在变电站层这一级，提供信息，优化、综合处理分析信
03
息和增加的新功能，增强变电站内部、各控制中心间的
协调能力。
横向综合：
02
利用计算机手段将不同厂家的设备连在一起，替代升级
老设备的功能。
综合自动化系 统的主要功能 和组成
变电站自动化的体系结构 变电站综合自动化系统的硬件结构 关于变电站综合自动化功能单元的组屏
第三节 变电站 综合自动化的 功能和信息量
一 变电站综合自动化的信息量
• 模拟量
•
采集的模拟量
•
模拟量输入回路
•
模拟量输出回路
• 开关量（状态量）
•
采集的开关量
•
开关量输入回路
•
开关量输出回路
• 脉冲量
• 数字量
0 4 影响CPU和数字电路
干扰的防范措 施
1
软件的抗干扰措 施
2
硬件抗干扰措施
3
对电源系统才去 的抗干扰措施
4
二次回路上的 抗干扰措施
5
其他抗干扰措 施
第二节 变电站综合自动化系 统的日常维护与系统安装
变电站综合自动化系统内的 部件尽量采用可靠性的新型 设备，但由于设备的内部和 外部因素等，不可避免的会 出现故障，因此，为了设备 能稳定正常的运行，必须合 理、科学的做好日常维护与 检修工作
变电站综合自 动化系统的基 本功能
•二 变电站综合自动化系统的基本功能
•1.、数据采集功能
•2、继电保护功能
•3、时间顺序记录功能
soe
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第三节 变电站综合自动化系统的结构形式
1.集中式结构形式 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、开关量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、 微机保护和其他一些自动化功能。 2.分层分布式结构形式
分层式结构： 过程层（0层）、间隔层（1层）、站控层（2层） 分布式结构： 3.分层分布式变电站自动化系统的组屏及安装方式 1.集中式的组屏 2.全分散式组屏 3.集中与分散相结合的组屏
二.变电站综合自动化系统基本特征
1.功能实现综合化 2.系统构成模块化 3.结构分布、分层、分散化 4.操作监视屏幕化 5.通信局域网络化、光缆化 6.运行管理智能化 7.测量显示数字化
三.变电站综合自动化系统的优越性
1.在线运行的可靠性高 2.供电质量高 3.专业综合，易于发现隐患，处理事故恢复供电快 4.变电站运行管理的自动化水平高 5.减少控制电缆，缩小占地面积 6.维护调试方便 7.为变电站实现无人值班提供了可靠的技术条件
图8-1-6 微机结保构护图硬件示意框图
1.数据采集单元
多
电压变换
ALF
S/H
路
转
A/D
换
电压变换
ALF
S/H
开
关
各部分作用：
1.电压变换：将TA、TV采集到的信号转变成微机保护装置能够接 受的电压信号；
2.ALF：前置模拟低通滤波器。低通滤波器是一种能使工频信号 通过，同时抑制高频信号的电路 。
5.A/D：模拟量转换成数字量
2.开关量输入输出单元
S +5V
ห้องสมุดไป่ตู้
R2
+
K S R1
P
PAO
24V
V
并
220V
行
口
-
S
图8-1-10 开关量输入电路图
+5V +E
PBO
PB1
H
K
-E
图8-1-11 开关量输出电路图
3.数据处理单元
数据处理系统是微机保护的核心（微机主系统即CPU系统），它 主要由中央处理器(CPU)、存储器、定时器/计时器及控制电路等组 成，并通过数据总线、地址总线、控制总线连成一个系统，实现数 据交换和操作控制。继电保护程序在数字核心部件内运行，完成数 字信号处理任务，指挥各种外围接口部件运转，从而实现继电保护 的原理和各项功能。
站
后台监控软件
控
层
PC
网 络
间 隔
SEL SEL ABB
SEL
7500
层
过 程 层
变电站综合自动化系统简略图
第二部分 微机保护硬件原理
一.微机保护定义
微机保护是由微型计算机实现的新型保护，由硬件和软件 (即程序)两大部分构成。硬件的核心是微处理器。微机保护 的硬件是通用的。保护性能和功能由软件决定，软件具有很 强的计算、分析和逻辑判断能力，有记忆功能，因此可实现 任何功能完善且复杂的保护原理。
变电站综合自动化系统与 微机保护硬件原理简介
刘鑫
第一部分 变电站综合自动化系统概述
第一节 变电站综合自动化系统的概念
一.变电站综合自动化系统概念
变电站综合自动化系统就是由基于微电子技术的智能电子装置(IED） 和后台控制系统所组成的变电站运行控制系统，包括监控、保护、自动 控制等多个子系统。
IED: Intelligent Electronic Device 由一个或多个处理器组成， 具有从外部源接收和传送数据或控制外部源的任何设备，即电子多功能 仪表、微机保护、控制器，在特定环境下在接口所限定范围内能够执行 一个或多个逻辑接点任务的实体。
一、接口软件 接口软件是指人机接口部分的软件，其程序可分为监控程
序和运行程序。执行哪一部分程序由接口面板的工作方式或显 示器上显示的菜单选择来决定。调试方式下执行监控程序，运 行方式下执行运行程序。
二、保护软件
各保护CPU插件的保护软件配置为主程序和二个中断服务程序。 主程序通常都有三个基本模块：初始化和自检循环模块、保护逻 辑判断模块和跳闸处理模块。通常把保护逻辑判断和跳闸处理总 称为故障处理模块。一般而言，前后二个模块，在不同的保护装 置中基本上是相同的，而保护逻辑判断模块就随不同的保护装置 而相差甚远。
第二节 变电站综合自动化系统的基本功能
综合自动化系统的基本功能主要有以下几个方面： 1.测量、监视、控制功能 2.继电保护功能 3.自动控制智能装置的功能
电压、无功综合控制、低频减负荷控制、备用电源自投控制、小电 流接地选线控制 4.远动及数据通信功能 5.自诊断、自恢复和自动切换功能
四遥：遥测、遥信、遥控、遥调
二.微机保护装置硬件组成
数据采集单元 模拟量输入变换 模/数变换
开关量输入/输出回路
开关量输入 信号处理
开关量 输出电路
光 电 并行 隔 接口
离
数据处理单元 微处理器(CPU) 存储器
WATCHDOG 定时器
人机对话回路
人机交 互接口
本地操作 人员
打印机接口
打印机
通信接口
通用数字 通信接口
至其他微机 系统通信
3.S/H：采样保持器。把输入模拟量信号的瞬时值记录下来，并 按所需的要求准确地保持一段时间，供模/数转换器使用
4.多路转换开关：微机保护通常需对多个模拟量同时采样，由于 每个模拟量通道用一个A/D转换器成本太高而且实现电路较复杂， 所以一般采用通过多路转换器共用一个模拟转换器（A/D），用 多路转换开关实现通道切换，轮流由公用的 A/D将模拟量转换成 数字量。
4.人机对话单元
主要包括打印、现实、键盘及信号灯、音响等。在微机装置 中一般用装置面板的形式出现。
5.通信接口
微机保护除完成自身的独立功能之外，通过主机向本地或远方传 送保护定值、故障报告等同时远方可通过主机对微机保护实行远方 控制，如俢改定值、投切压板等，这些都需由通信接口来实现。
6.电源
微机保护装置电源采用逆变电源，即直流屏的直流电源送给微机 保护装置后，微机保护装置内部电源部分先将其逆变后又整流得 到不同大小的直流电压，从而将将外部电源转变成各电路板需要 的电源（5V，15V，12V或24V）。
7.微机保护装置的箱体和插件
微机保护装置箱体的正面称为面板，面板上一般设置有显示 器、信号灯、键盘等。面板的背面都有一个插件，在装置的内部， 是各种用途的插件。每一个插件都有其本身的功能。一般有电源插 件、交流插件、继电器插件、保护插件、通信插件等。
三.微机保护的软件原理
由于微机保护的硬件分为人机接口和保护两大部分，因此相 应的软件也就分为接口软件和保护软件两大部分。