变电所综合自动化系统的结构和硬件配置概述
南瑞NS2000变电所综合自动化系统结构功能分析
南瑞NS2000变电所综合自动化系统结构功能分析学生姓名：杨正浩学生学号：100223187所在班级：城轨供电10A2南瑞NS2000变电所综合自动化系统（一）NS2000系统构成NS2000变电所综合自动化系统是分散分布式网络结构，系统分为两层：变电层和间隔层。
变电所层之间通过以太网或CANBUS网络（通用电气）相连，典型系统结构如下图所示。
1.变电所层NS2000系统的变电所层是按功能分布设计的，它提供变电所设备的状态监视、控制、信息记录与分析等功能，并对所内保护及自动化装置监控。
变电所设备包括NS2000计算机监控和NS2000通信控制器。
NS2000计算机监控系统由主机、操作员工作站、工程师工作站、远动工作站等部分构成。
变电所计算机监控系统通过组态完成不同的功能配置，当系统规模较小时，系统可以是一台PC机，监控系统的信系可以直接从间隔层设备获得；当系统规模较大或者为超高压变电所时，可以是多台PC机，监控系统的信息也可通过NS2000系统通信控制器获得。
NS2000系列通信控制器试点所综合自动化系统的信息中心，其主要作用是通信控制器规约转换。
对变电所内各种各设备的信息进行采集处理，形成标准的信息，通过数据通道传送到数控或调度中心。
NS2000可实现单机和双机冗余两种配置方式，双机运行时，两台通信控制器互为热备用，相互监视，自动切换，可靠性较高。
2. 间隔层NS2000系统的间隔层设备按间隔分散配置，可在开关场就地安装，减少大量的二次电缆。
各间隔相互独立，仅通过通信网互联，并同变电所层设备通信，取消了变电所传统方式大量引入主控室的信号、测量、保护、控制等使用的电缆，不仅节省投资，而且大大的提高了系统的可靠性。
NS2000系统间隔层设备包括各间隔电气设备的测控装置（NSD500）、保护装置或保护监控一体化装置。
当保护装置较多时，保护装置可以通过保护管理机与网络连接。
（二）系统功能概述1.NS2000 监视功能数据采集与处理、报警及事件记录、历史数据记录、图形、显示及打印、报表、事故追忆2.NS2000 控制功能支持多个远方调度中心的选择控制、控制室计算机监控系统的当地控制、间隔层设备的当地控制、同期检测与同期合闸、基于IEC1131-3组态的自动控制、基于IEC1131-3组态的全站逻辑闭锁、电压无功自动调节。
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
10
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）
11
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。
变电站综合自动化系统的组成和主要功能
变电站综合自动化系统的组成和主要功能；系统概述；本次设计采用YH-B2000变电站综合自动化系统，其系统是面向110KV及以下电压等级变电站的成套自动化设备其是陕西银河网电科技有限公司开发研制的新型设备，该系统是在总结我国微机变电站运行经验基础上，根据国内外新的发展趋势，以提高电网的安全经济运行为宗旨，以方便现场安装调试、无人值守为目的，向智能化迈进的全新概念综合自动化系统。
其设备从变电站整体出发，统一考虑保护、监测、控制、远动、直流和五防等功能，避免了功能装置重复备置等弊病，及减少投资，又有利于变电站运行管理和维护。
YH-B2000变电站综合自动化系统组成结构如下图；该系统在我国首次集微机保护和远动为一体，并率先把这种装置直接安装于高压开关柜上，系统总体结构设计是以单元分散型嵌入式为指导思想，系统装置中每个单元的结构、外观和尺寸是完全一致的。
其可把各个单元分散安装在一次设备上，或集中组屏按装。
相比两者具有明显的优点；可以大大减少连接开关柜控制屏及控制室的各种电缆，减少控制室面积，从而节省了变电站综合造价，简化了施工，方便了维护，并且提高了变电站的可控性，可扩展性和灵活性有了很大提高。
消除了因设备之间错综复杂的二次电缆引线接错造成的问题，提高可靠性YH-B2000变电站综合自动化系统是面向对象设计的。
系统中每一种单元都面向变电站内的各种一次设备。
如线路单元，就是面向开关柜设计的，它包含了对该开关柜的控制、测量、事故记录和线路的各种保护等；电容器单元也像线路单元一样，它是面向电容器组的；变压器是变电站的核心设计，YH-B2000型变电站综合自动化系统对变压器设计了三种面向它的完全独立的功能单元。
第一是主保护单元，它主要完成变压器差动保护等。
第二是后备保护，它主要完成变压器的过流保护等。
第三是变压器的测控单元，主要完成主变的有载调压控制和电气量的测量。
备自投单元是完成变电站两路电源的自动投切功能的。
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。
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➢ 适用于主变电所的回路数相对较少，一次设备 比较集中，从一次设备到数据采集柜和控制柜 等所用的信号电缆不长，易于设计、安装和维 护管理的(10一35)kV供电系统变电所。
35kV变电站自动化系统配置方案
打印机
打印机
站内其他 智能设备
主机
现场总线
以太网
工程师维护工作站
Modem 通信管理机
调度
现场总线
分布 式馈 线路 保护 测控 装置
分布 式线 路保 护测 控装
置
分布 式主
变 差动 保护
分布 式主 变后 备保 护测 控装
置
........
分布 式电 容器 保护 测控 装置
110/35kV变电站自动化系统配置方案
控制室
6.3.2 变电所综合自动化系统的 硬件配置
变电所综合自动化系统的硬件配置一般由 中央处理机（包括打印仉、监视器、通信接 口等外围设备）、数据采集与处理、微机保 护、操作与控制、故障滤波等各种功能模块 及所内通信网络组成。
（一）、中央处理机
中央处理机系统可采用单机系统和多机系统 两种基本配置。
工作站
外 设
调
度
调制解调装置
模拟/开关量采集装置
继电保护
保护单元1 保护单元n
主控机
工作站
网 络 中心处理机
时钟系统
综合测控装置
远动装置 自动装置
2、结构分布、分层化
分布式结构：结构上采用主从CPU协同工作 方式，各功能模块（从CPU）间采用网络 技术或串行方式实现通信。
优点：多CPU提高了处理并行多发事件的能 力，方便系统扩展与维护，局部故障不影 响其它模块的正常运行。
➢变电所综合自动化系统的结构
调度中心
监控机
工程师站
打印机
UPS
SEL
远动管理机
TCP/IP
TCP/IP TCP/IP
TCP/IP
网络交换机
TCP/IP TCP/IP
变电所层
RS-232
SEL
110kV进线一
通信管理机
SEL
MODBUS
SEL
110kV进线二
SEL
110kV进线三
SEL
110kV进线四
PC机 MODEM
MODEM
后台监控
保护工程师站
RCS-9698 总控单元
软件对时
区调 县调
GPS
脉 冲 对 时
RCS9000系 列分布 式保护 测控装
置
RCS9000系 列分布 式保护 测控装
置
开关室
LFP系 列集中 组屏式
保护
RCS系 列集中 组屏式
保护
RCS－ 9000测 控装置
RCS9000测 控装置
集中式结构框图
显示器
打印机
各保护装置
监控主机
调度 键盘 中心
MODEM
模入接口 开入接口 输出接口 A/D模块 输入接口 输出接口
TV TA
TV TA
主线 变路
断 路
器
与
与
状
态
保 护 出 口
模 拟 量 输 入
断 开路 信继 关器 息电 状和 输保 态隔 入护
离
出 口 继 电 器
缺点： • 可靠性差。 • 软件复杂，调试麻烦，修改工作量大。 • 组台不灵活。 • 不直观。
负责数据的采集和通信联络工作，收集到的信息 经初步处理后向主机传送。这种系统称为分布式 多机系统。
➢ 分布式多机系统的优点是功能强、容量大、灵活、 可靠，便于维护和扩充。它可以根据现场实际情 况灵活地增减前置机的数量，以满足不同供电系 统的需要。而且中央处理机可以采用高级语言编 程，因此比较容易实现更复杂的功能和运算。
进线开关柜
通信管理机
SEL
通ห้องสมุดไป่ตู้管理机
SEL
232 485
SUNWISE PM 9810
PM9810
SUNWISE PM 9810
PM9810
智能测量表记
Modbus(485)
RS-232
SEL
1 变压器主保护
SEL
1#变压器后备保护
PROFIBUS
SEL
2 变压器主保护
SEL
2#变压器后备保护
变压器保护柜
设备层
RS-232
通信管理机
SEL
MODBUS
SEL
10kV出线一
SEL
10kV出线二
SEL
10kV出线三
SEL
10kV出线四
SEL
10kV出线五
SEL
10kV出线六
出线开关柜
2、变电站综合自动化系统结构
结构形式：集中式、分布集中组屏和分布分散式。
中央计算机 变电站主机 微机保护测控 数据识别单元
第4层 第1层
第3层 第2层
系统为多微 机、多层次 结构形式。 最上层设在 电力系统控 制中心；1～ 3层均设在变 电站内。
集中式
采用计算机，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 动化功能。
微机保护、微机监控和与调度等通信的功能由不同 的微机完成。
变电所综合自动化系统的 结构和硬件配置
变电站综合自动化——由来
机电式
继电保护 就地监控 远动装置 录波装置
计算机技术
微机型
微机型继电保护 微机监控 微机远动 微机录波
配置类似 工作重复
优化设计 共享软硬件资源
综合自动化结构示意图
微机保护
域 局
通 信 网
自动监控系统 络
微机自动装置 微机远动功能
变电站综合自动化系统基本配置
35kV RTU 35kV 110kV RTU
110kV
主
变
低
压
进
频
器
出
减
保
线
载
护
保
护
出 线 保 护
低 频 减 载
馈 出 线 保
护
电 容 器 保 护
分布集中组屏
➢ 分布集中组屏的结构模式，是将变电所内各回 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数据采集柜、控 制柜和保护柜中，相互间通过网络与控制主机 相连。
单机系统：指变电所综合自动化的全部功能 由一台中央处理机来控制和完成。 ➢优点是系统结构简单，造价低。 ➢缺点是容量受限制，如检测量较多，则响应 速度会受到影响，且工作可靠性较差。 ➢单饥系统大多用于中、小型变电所。
多机系统
多机系统一般分两种配置方式。
➢ 两台主机一台工作，另一台处于热备用状态。 ➢ 一台（或两台）主机和若干台前置机，由前置机
分层式结构
管理层 站控层
显示器 监控主机 打印机 前置机
间隔层 数据采集 TA/TV TA/TV
综合 监控 单元
综合 线路 监控 保护 单元 单元
主变 电容器 保护 保护 单元 单元
变电所综合自动化系统的 结构和硬件配置
供电系统对变电所综合自动化系统结构的原则要求
➢ 可靠性 ➢ 实用性 ➢ 先进性
分布分散式
➢每个回路均实现保护测控一体化 ➢各回路通过网络电缆连接，独立与监控主机
通信。 ➢减少了所内的二次设备及信号电缆 ➢系统中任一部分故障时，只影响局部，提高
了整个系统的可靠性 ➢可扩展性和运行的灵活性。
分布式综合自动化系统框图
打印机
当地监控计算机
CRT
前置机
前置机
调度端(主控站)
10kV RTU 10kV