变电站综合自动化系统的间隔层装置
变电站综合自动化系统
该系统是一种结合变电站自动化最新技术和发展方向，采用先进的计算机技术、嵌入式微处理器技术、DSP数字信号处理技术、以太网技术，研发出的新一代高度集成、结构紧凑、功能强劲并充分优化的变电站自动化系统。
系统适用于220kV及以下各种电压等级的升压或降压变电站，通过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。
变电站自动化系统以计算机技术为基础, 以数据通讯为手段,以信息共享为目标，提供了测量、控制、监视、保护、录波、通信、报表、小电流接地选线、电压无功自动补偿、五防、故障分析及其他自动化功能，在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等方面发挥了重要作用。
变电站综合自动化系统由站控层、通信层和间隔层组成。
1.站控层：包括操作员工作站、工程师工作站、五防工作站、Web工作站、GPS卫星对时系统，站控层设备采用100M工业以太网连接，根据厂站规模和用户需求可以增加工作站或减少部分工作站。
2.通信层：主要由光纤网线双绞线等通信介质、以太网交换机、通信管理机等设备组成，根据不同的厂站规模和用户需求，可自由选择RS485工业总线、星型以太网、双以太网、光纤环网等不同的组网模式，系统开放性好，组网灵活。
3.间隔层：以一次设备为对象，采用单元式配置，根据厂站规模和用户需求，可选择采用保护测控一体化设备，或者选择采用保护和测控相互独立的设备。
各单元独立性强，系统组态灵活，具有高可靠性、高扩展性。
装置维护简单方便。
变电站综合自动化系统拥有如下优点：1、完整的变电站自动化系统解决方案，以高性能的子系统构造优异的变电站自动化系统;2、系统扩展方便、功能灵活，满足变电站设备的增加及系统功能增加的需求;3、面向变电站的整体设计，将保护、测量、控制、通讯融为一体，全方位思维，大大减少了用户现场的调试量;4、采用先进的现场总线通信方式，标准的IEC60870-5-103通讯规约，大大提高了通讯速率及系统的可靠性;5、间隔层可集中组屏也可按站内一次设备分布式布置，直接安装于开关柜上，既相对独立，又节省投资;6、间隔层采用32位DSP技术，使产品的稳定性和运算速度得到保证;7、继电保护功能独立，完全不依赖于通讯网，仅通过通信层交换信息;8、友好的人机界面，全汉化菜单操作，使用户操作更简单。
变电站综合自动化系统结构
电网是一个不可分割的整体，对整个电网的一、二次设备信息进行综合利用，对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。
变电站综合自动化是一项提高变电站安全可靠稳定运行水平、降低运行维护成本、提高经济效益、向用户提供高质量电能服务的综合措施。
随着自动化技术、通信技术、计算机和网络技术等高科技的飞速发展，一方面综合自动化系统取代或者更新传统的变电站二次系统已经成为必然趋势；另一方面，保护系统本身也需要有自检查、故障录波、事件记录、运行监视和控制管理等更强健的功能，为此发展和完善变电站综合自动化系统，是电力系统发展新的趋势。
目前从国内、外变电站综合自动化的开展情况而言，大致存在以下几种结构。
按变电站被监控对象或者系统功能分布的多台计算机单功能设备，将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。
分布式系统结构的最大特点是将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。
分布式模式普通按功能设计，采用主从CPU 系统工作方式，多CPU 系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了CPU 运算处理的瓶颈问题。
各功能模块(通常是多个CPU)之间采用网络技术或者串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统，较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。
分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。
该模式在安装上可以形成集中组屏或者分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。
分布式变电站综合自动化系统自问世以来，显示出强大的生命力。
但是目前还存在着抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上的问题等。
集中式普通采用功能较强的计算机并扩展其I/O 接口，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，分别完成变电站的微机监控、微机保护和自动控制等功能。
由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通信等功能。
集中式系统的主要优点是：结构紧凑、体积小，可大大减少站地面积；造价低，特别是对35kV 或者规模较小的变电站更为有利。
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。
分层分布式综合自动化变电站结构简介
三、间隔层的构成及功能
间隔层主要包括继电保护及自动装置、测控装置、 间隔层主要包括继电保护及自动装置、测控装置、 及其它智能设备（ 站内交直流电源管理设备、 及其它智能设备（例：站内交直流电源管理设备、 电度表等）。 电度表等）。 110kV及以上电压等级的设备按电气设备间隔配置 110kV及以上电压等级的设备按电气设备间隔配置 保护装置及测控单元，35kV及以下设备采用保护 及以下设备采用保护、 保护装置及测控单元，35kV及以下设备采用保护、 测控一体化装置。 测控一体化装置。 间隔层采集和处理一、二次设备的测量和状态信息， 间隔层采集和处理一、二次设备的测量和状态信息， 通过网络传给站控层设备监控主机和远动服务器， 通过网络传给站控层设备监控主机和远动服务器， 同时接受站控层发出的命令。 同时接受站控层发出的命令。间隔层也可独立完成 对断路器和隔离开关等设备的控制操作。 对断路器和隔离开关等设备的控制操作。
五、分层分布式结构特点
可靠性高，任意部分设备故障只影响局部。 可靠性高，任意部分设备故障只影响局部。 可扩展性和开放性较高，利于工程的设计及应用。 可扩展性和开放性较高，利于工程的设计及应用。 以电气间隔为对象，实现面对对象设计。 以电气间隔为对象，实现面对对象设计。 继电保护相对独立。 继电保护相对独立。
分层分布式结构示意图
二、站控层的构成及功能
站控层主要由监控主机、操作员站、工程师站、 站控层主要由监控主机、操作员站、工程师站、远 动服务器等设备组成。 动服务器等设备组成。 监控主机，包括操作系统、数据库系统和应用软件。 监控主机，包括操作系统、数据库系统和应用软件。 是数据收集、处理、存储及控制的中心，可兼作操 是数据收集、处理、存储及控制的中心， 作员站，同时提供友好的人机对话界面。 作员站，同时提供友好的人机对话界面。 操作员工作站，包括操作系统和应用软件， 操作员工作站，包括操作系统和应用软件，从主机 数据库调用数据。提供友好的人机对话界面，以实 数据库调用数据。提供友好的人机对话界面， 现变电站的运行监视和控制。 现变电站的运行监视和控制。
变电站综合自动化系统的结构形式和配置
• （1）分层（级）分布式的配置系统采用按功 的分布式多CPU系统
• （2）继电保护相对独立 • （3）具有与系统控制中心通信功能 • （4）模块化结构，可靠性高 • （5）室内工作环境好，管理维护方便
能划分
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分层分布式系统集中组屏结构的综合自动化系统框图(一)
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分层分布式系统集中组屏结构的综合自动化系统框图(二)
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全分散式结构形式
• 将每个电网元件（包括变压器，高、低压线路，电容器等）的保护、控制、测量功能设计安装在同一个微 机装置中，并且分散安装在各个开关柜中，然后通过通信网络和监控主机进行信息交换。这种结构形式中， 主控室内只有监控用的微机和直流操作电源及网络信号集中转换的柜子，主控室结构简单，设备环境好， 检修更方便。
护控制模式 • 分层是指变电所综合自动化系统按逻辑上划分为三层，即站级管理层、通信层、间
隔层
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综合自动化技术发展方向
• 系统结构的转变 • 智能电子装置的发展 • 光感互感器的应用 • 监控系统的发展 • 人工智能技术的发展应用
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通信方式的发展
•以太网通信结构
•
是一种总线型拓扑结构，增减用户方便，某一节点故障不影响其他部分工作。
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调度端
牵引变电所
监控机 监控机
变
电
所
主
控
通信网络
室
高压电气设备及高压开关柜
高 压 室
视 屏 盘当 地 监 控 盘1主 变 盘 # 1馈 线 盘 10并 补 盘2主 变 盘 # 计 量 盘交 流 盘直 流 盘
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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。
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2、测控装置：是监控系统的必要组成部分。主要完成对某 一间隔电气量的测量、控制及其他与其对应的电气间隔相关 的任务，它面向的对象主要是断路器或变压器本体等。
变电站综合自动化系统的间隔层装置
第三章 变电站综合自动 化系统的间隔层装置
变电站综合自动化系统的间隔层装置
在分层分布式变电站综合自动化系统中， 间隔层装置大致可分成以下几类：
1、保护测控综合装置：一般用于低压（110KV以下）系统中， 主要用于完成相应的电气间隔中设备的保护、测量及断路器、 隔离开关等的控制及其他与其对应的电气间隔相关的任务。
（三）装置的功能
1、保护功能 ① 三段式定时限过流保护（可经低电压、方向闭锁），其中Ⅲ
段可整定为反时限段。 ② 三段式定时限零序过流保护（可经方向闭锁），其中Ⅲ段可
整定为反时限段。 ③ 分散式小电流接地选线。 ④ 过负荷保护。 ⑤ 合闸加速保护（前加速、后加速和手合后加速）。 ⑥ 分散式低周减载（按频率自动减负荷）保护。 ⑦ 低压解列功能。 ⑧ 三相一次重合闸（可实变现电站综检合自同动化系期统的间、隔层装检置 无压或非同期重合闸）。
第一节 输电线路间隔的保护与监控
在分层分布式变电站综合自动化系统中，对于不同的
输电线路，因其电压等级不同，输电线路的重要程度不同，
保护及监控的复杂程度也不相同，所以为它们配置的保护、
测控装置也各不相同。
对于110KV以下电压等级的输电线路间隔，通常将输
电线路保护、监控等功能用一个装置完成--保护测控装置。
2、逻辑插件（LOG）：提供保护跳合闸控制、遥控跳合闸 控制、动作及告警信号输出等功能，并起到电气隔离的作用。该插件的主要Fra bibliotek成部件是继电器。
其原理接线图如下，图中，保护跳闸、保护合闸是由
该保护测控装置CPU发出的命令，遥控跳闸/合闸是由运行
人员操作该装置面板小键盘、站控层监控设备或远动的调
度端下发，再由该装置CPU执行输出的命令；
装置各模块的作用：
3、跳闸插件（TRIP）：提供断路器位置监视、手动跳合 闸、跳合闸保持及电气防跳功能。该插件的主要构成部件 是继电器。
保护跳闸、手跳及合闸命令来自逻辑插件中相关继电
器的输出，跳闸位置继电器TWJ和合闸位置继电器HWJ以及
用于电气防跳的继电器TBJ等的接线及工作原理与传统的
断路器控制回路相似；运行人员操作跳闸时启动手动跳闸
自检告警和运行告警是CPU检测到装置的硬件或软件出现 异常时发出的闭锁命令和信号；
保护动作信号由CPU发出跳闸命令的同时发出。
其中，所有重要出口只能在启动继电器QDJ开放以后才能 执行，以避免器件损变坏电站综造合自动成化系的统的间误隔层装动置 。
装置各模块的作用：
变电站综合自动化系统的间隔层装置
变电站综合自动化系统的间隔层装置
（二）装置的接线
1、一次电气间隔的模拟量分别通过保护TA、零序TA、测 量TA以及母线TV和线路侧TV送入该保护测控装置。
2、该保护测控装置的跳闸及合闸命令由跳闸插件的4、5 端子输出到本输电线路出线断路器的操动机构，分别与断 路器的跳闸线圈、合闸线圈以及断路器的辅助触点、闭锁 触点连接。
继电器STJ，用于闭锁启动重合闸等；跳闸位置继电器TWJ
和合闸位置继电器HWJ的触点作为断路器的跳、合状态量
送CPU采集。
变电站综合自动化系统的间隔层装置
变电站综合自动化系统的间隔层装置
装置各模块的作用：
4、通信插件（COM):主要用于光纤通信及通信扩展，包含 一对光纤收发接口、一个LonWorks接口、IRIG-B码对时接 入。
3、外部开关量分别经该装置的电源插件和CPU插件输入。 强电开关量由电源插件输入，弱电开关量由CPU插件直接 输入，分别输入CPU插件中不同开关量采集电路。
4、该装置可通过CPU插件的以太网接口和RS-485接口与变 电站自动化系统的其他设备进行网络连接。
变电站综合自动化系统的间隔层装置
变电站综合自动化系统的间隔层装置
现功能模块的标准化，实际应用中可以根据具体应用场合
的需要增、减模块。
这里要介绍的保护测控装置就是由交流插件、CPU插
件、逻辑插件、出口插件、电源插件、通信插件以及人机
接口组件等模块构成。
变电站综合自动化系统的间隔层装置
变电站综合自动化系统的间隔层装置
装置各模块的作用：
1、CPU插件（CPU):是装置的核心模块，保护CPU系统、模 拟量采集系统、开关量输入/输出系统、实时硬时钟系统 和高速通信系统。
5、人机接口（MMI)：采用内部通信方式与CPU模块进行数 据交换，为用户提供对装置的本地操作接口，包括LCD显 示屏、LED指示灯、操作按键以及RS-232调试端口。
6、电源插件（POW):利用逆变原理将直流220/110V输入转 换为装置工作所需的四组直流电压+24V、+12V、-12V、 +5V，并为九路强电开关量提供输入通道。
（三）装置的功能
2、测量表计功能 包括设备的实时运行数据计算、运行累计值计算以及外部
电能表脉冲输入计数。具体测量及监视的量如下： ① 电流Ia、Ib、Ic； ② 电压Ua、Ub、Uc； ③ 有功功率P，无功功率Q，功率因数cosφ； ④ 频率； ⑤ 正向（或反向）有功电能，正向（或反向）无功电能； ⑥ 电流、电压的平均值、最小值和最大值。 ⑦ 运行小时数统计。 ⑧ 极值监视。 ⑨ 计量电能表脉冲量采集。
对于110KV的终端变电站，有时只需配置一个综合测
控装置来完成对这种输电线路间隔的监控任务。
对于220KV及以上电压等级的输电线路，保护和测控
装置时各自独立的。
变电站综合自动化系统的间隔层装置
一、保护测控装置
（一）装置的结构
我国厂商生产的间隔层装置一般采用模块化的结构，
不同的产品由相同的功能组件按需要组合配置，这样可实
3、保护装置：主要完成对某一间隔设备的保护任务。 4、公用间隔层装置：对于这类装置，不同的厂家有着不同
的配置，可以集中到一个或几个公共测控装置处理，也可 分散到其他测控装置中完成。 5、自动装置：如备用电源自动投入装置、电压无功控制装 置等。 6、操作切换装置以及其他的智能设备和附属设备。
变电站综合自动化系统的间隔层装置