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1、110kv变电站综合自动化设计初稿邯郸学院本科毕业论文（设计）题 目 110kv变电站综合自动化系统设计学 生 李英涛指导教师 郭佳 教授年 级 2014级专 业 电气工程及其自动化专接本二级学院 机电学院邯郸学院机电学院2016年5月郑重声明本人的毕业论文（设计）是在指导教师 郭佳指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。特此郑重声明。毕业论文（设计）作者（签名）： 年 月 日110kv变电站综合自动化系统摘 要变电站是电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运

2、行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。变电站综合自动化系统是实现电网自动化的重要基础之一，是满足现代化供用电的实时、可靠、安全、经济运行管理的需要。变电站综合自动化技术应用计算机技术，通信技术，检测技术和控制技术等， 将变压器中传统的继电保护系统，检测系统，控制系统，调试系统，信号系统等多个独立的功能系统经济化，组合化为一套综合系统。从而不但提高了对变电站的监控和保护能力还提高了安全运行水平和经济效益。本文的目标就是利用“组态王”软件建立一个110kV变电站综合自动化系统的基本模型。利用基本的输入量和输出量，实现综合监控系统的遥调、遥测、遥控、遥信的“四遥”基本功能，再进

3、一步地实现报表、事件顺序记录和事故追忆、绘图及显示、实时数据采集与处理、数据库管理等高级应用功能。靠的是基于以太网的变电站综合自动化系统。关键词：组态王，110kV变电站，综合自动化系统，“四遥”量110 kv substation integrated automation systemIn this paper,Substation is an important part of power system, it directly affect the safety and economic operation of the whole power system, is contact p

4、ower plants and users of the intermediate links, plays a transformation and distribution of electric energy effect. Substation integrated automation system is one of the important basis for power grid automation, is to meet modern power supply, real-time, reliable, safe and economic operation and ma

5、nagement needs. Substation integrated automation technology application of computer technology, communication technology, testing technology and control technology, etc., of the traditional transformer relay protection system, examination system, the control system, the debugging system, signal syst

6、em of multiple independent functions such as system integration, combined into an integrated system. Which not only improves the monitoring and protection of the transformer substation also improves the level of safe operation and economic benefit.The goal of this article is to use the software king

7、view to set up a basic model of 110 kv substation integrated automation system. Basic input and output are used to achieve comprehensive monitoring system of the remote adjustment, remote sensing, remote control, remote communication four control of the basic functions, to achieve further statements

8、, records and accident recall events order, drawing and display, real-time data acquisition and processing, database management, and other advanced application functions. By the substation integrated automation system based on Ethernet.Key words: kingview, 110 kv substation integrated automation sys

9、tem, four control第一章前言1.1自动化系统的优越性近年来，随着计算机的不断普及，计算机已经不再是陌生的高档的设备。很多行业已经离不开计算机。在电力行业中，更是如此，继电保护，到故障录波器，到视频监控系统都离不开微机保护和电脑。其中，从变电站中的继电保护的发展看，继电保护从以往使用的继电器型保护到采用单片机的微机型保护，再发展到现在的具备基本网络功能的微机型保护，微机的应用比以前更加广泛、成本低、误码低等优点的优越性，以太网的应用也越来越广泛。但是目前还无法把每个模块集中起来供电力人员进行参考和维护。变电站综合自动化节省了大量的人力、物力资源，它可以安全、快速的监控、测量及保护

10、电力设施，极大地提高了电网的可靠性。对以后的电网发展有着积极地作用。1.2 关于综合自动化系统的概述本论文是基于“组态王”软件对变电站综合自动化设计的，组态就是用应用软件中提供的工具、方法、完成工程中某一具体任务的过程。电力行业的监控组态，是重复性很高的工作。如此大量重复的劳动费时费力，而且容易失误，是效率极低的工作。“组态王”是完全基于网络的概念，是一个完全意义上的工业级软件平台，现已广泛应用于化工、 电力、邮电通讯、环保等行业。它也适合于变电所里重复性较高的开关柜监控设计工作。 一般监控软件完成诸如报警分类统计、网络通讯、实时库生成、报表管理、历史库管理等功能。适用于各种电压等级变电站监视

11、与控制、继电保护、自动化装置等综合自动化系统。组态王开发监控系统软件是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、易于扩展、开放性好、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。本文的目标，就是利用“组态王”软件建立一个综合自动化系统的基本模型，通过基本的输入量和输出量，实现自动化监控系统的信号、测量、遥控、调节等基本功能，以及报表管理等高级应用功能。 综合自动化系统主要实现以下的功能：（1）实时数据采集与处理；（2）计算数据的处理；（3）数据库管理；（4）事件顺序记录和事故追忆；（5）报警

12、；（6）绘图及显示；（7）报表打印；（8）控制操作；第二章 综合自动化系统网络的结构和特点2.1 综合自动化系统的要求 所选用的监控软件必须满足网络通讯、实时库生成、报警分类统计、历史库管理、报表管理等功能。要适用于各种电压等级变电站监视与控制等综合自动化系统。2.2 综合自动化系统网络结构变电站综合自动化系统按照分层分布式系统思想设计。主要有两种模式：三层结构两层网模式和两层结构一层网模式。变电站综合自动 化系统设备可用两层结构，即变电站层与间隔层。 变电站层一般由工作站、五防终端、远动主站及工程师工作站组成。综合自动化将变电站二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装置、运动装置）利用微

13、机技术经过功能的重新组合和优化设计，对变电站进行自动监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。两层结构的系统由间隔层、站控层组成。间隔层即继电保护、测控装置层。它独立完成保护、测量、控制、通信等功能。对于间隔层，一般采用保护、监控独立配置，特别是高压间隔层。对于低压间隔层的元件，也可采用保护、监控一体化的装置。对于集中式的变电站自动化系统，按功能及地域分布原则设计而成。 站控层即后台监控系统，一般由主机、操作员工作站、工程师工作站、保护工作站、远动工作站等部分组成，完成各种变电站的监视、操作、控制及变电管理功能。当系统规模较小时，膈台监控系统可以是一台 PC 机，当系统规模较大或者超高压

14、变时，后台监控系统可以是多台 PC 机，也可选用工作站配置的 UNIX 为软件平台的后台监控系统。对于两层结构的系统调度信息由远动工作站提供。分层分布式系统特点:(1) 分层分布式的配置，系统采用按功能划分的分布式多样CPU系统。这种分散模块化结构具有软件简单、调试维护方便、组态灵活等特点。(2) 继电保护相对独立；(3) 具有与控制中心通信功能；(4) 可靠性高；(5)维护管理方便；(6)需要电缆多；2.3变电站的网络结构图 变电站的综合自动化常由双以太网组成。由 PC 机通过数据采集系统将全站的信息在 PC 工作台上显示，并可通过 PC 机发布操作命令，操作现场设备的运行状态。并通过 SC

15、ADA 系统向远方传递一套（含屏幕）、可读写光驱一台、GVC 网豹 56K 调制解调器一台、润宝轻骑兵立体声有源音箱一对。 1）操作员工作站的配置：主机型号为 HP X2000（P1500Hz、128M），每台配有两台 SONY 21”显示器。（机内含有：3COM 网卡两块，1754 开入开出卡一块。） 2）主站工作站的配置：主机型号为 HP X2000（P1500Hz、128M），每台配有一台 SONY 21”显示器。（机内含有：3COM 网卡两块，1760 开入开出卡一块。） 3）工程师站的配置：主机为研华工控机（配置为：P733、128M）、三星彩显17”。 （机内含有：3COM 网卡两

16、块。） 4）远动机的配置：主机为研华工控机（配置为：P466、64M）两台、三星彩显 15”一台。 （机内含有：3COM 网卡一块。） 2、间隔层配置： 主变间隔采用测控装置，实现主变的遥测、遥控、遥信功能。主变保护通过 1 通讯管理机与综自系统联系。 110kV 断路器间隔采用测控装置, 实现系统的遥测、遥控、遥信功能。110kV 系统线路保护、110kV 系统母线保护通过通讯管理机与综自系统联系。 10kV 采用测控装置, 实现系统的遥测、遥控、遥信功能。10kV 系统线路保护通过通讯管理机与综自系统联系。 公用间隔采用专门型测控装置， 实现系统的遥测、遥控、遥信功能。 不同厂家信息管理机

17、与保护厂家接口，将其它厂家保护接入综自系统。间隔层还有网关、以太网集线器。 7某变电站典型网络结构图，如图： 图 21 110kV 综合自动化系统变电站的网络结构 Fig.2-1 the web construction of one 110kV synthetic automaton systems transformation substation 某典型综合自动化系统配置为:变电站层的计算机系统和间隔层的数据采集控制系统。 1、变电站层配置： （1）计算机系统全站配置：操作员工作站两台、主站两台、工程师站一台、远动机两台、A3 激光打印机一台、A4 彩色喷墨打印机一台、针式打印机一台、投

18、影机2.3 “四遥”量的分类 “遥信”是指远方监视电气开关和设备、机械设备的工作状态和运转情况状态等。分为软接点信号与硬接点信号。软接点信号，它由保护装置发出数据包，经过数据线形式传送到测控装置(包括 VFC、I/O、CPU 等)。硬接点信号，它由间隔层的设备继电器位置接点发出 DC 110V 电压信号，采用 0 或 1 计位。一般来说，“0”表示未动作，“0”表示动作。信号经电缆传送到测控装置的光藕盒上。光耦盒进行光电隔离,能提高抗干扰能力。光电隔离后，转变变为 DC 24V 电压信号输入测控装置使用。遥信量-“遥信”是指远方监视电气开关和设备、机械设备的工作状态和运转情况状态等。分为软接点

19、信号与硬接点信号。遥调量-“遥调”是指远方设定及调整所控设备的工作参数、标准参数等。遥测量-“遥测”是指利用电子技术远方测量集中显示诸如电流、电压、功率、压力、温度等模拟量的系统技术遥控量-“遥控”是指远方控制或保护电气设备及电气化机械设备的分、合、起、停等工作状态。2.4 综合自动化系统的模块组成综合自动化系统的模块组成包括：电源模块、开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、工控机模块、通讯接口转换模块。(1) 电源模块：将交流220V电源转换为传感器工作所需的直流+24V电源。 (2) 开关量输入模块：取自相应设备的辅助常开接点（断路器触点信号，变压器档位信号等），用于识别现场开关

20、状态及分接头档位信号。需要输入的开关量有：主变高中低压侧断路器（510、520、410、420、310、320），高中低压侧母联断路器（500、400、300），电容器组断路器（302、312），主变分接头档位信号、继电保护信号等。 (3) 开关量输出模块：将系统发出的控制信号(电平信号)转化为接点，形成输出。需要输出的开出信号包括：用于控制主变分接头调节的开关量（升、降、急停）和控制电容器组的开关量（投、切）。 (4) 模拟量输入模块：将现场TV、TA二次侧的电压、电流信号转化为微机可识别的数字信号，并起到隔离和抗干扰作用。需要采集的模拟量有：主变高压侧三相线电压（取自高压侧两段母线TV二次

21、侧）、三相相电流（取自高压侧两段母线TA二次侧），低压侧三相线电压（取自低压侧两段母线TV二次侧）。采用工业总线RS485通讯。 (5) 工控机模块：对数据进行实时分析、逻辑判断，并具有数据存储功能。为用户提供人机接口，用于定值的整定、手动操作、显示、打印、通讯等。为取得良好的性能，建议采用服务器电脑进行硬件操作平台。 (6) 通讯接口转换模块：由于工控机采用RS232接口，需要采用专用转换器与模拟量输入模块的RS485接口进行RS485/ RS232转换。-硬件结构2.5本章小结 通过总结综合自动化系统的结构、模块组成以及系统需要完成的任务，让我们对自动化系统有了初步的认识。 综合自动化系统

22、网络可以分为两层结构，1、变电站层2、间隔层。变电站层一般由工作站、五防终端、远动主站及工程师工作站组成。间隔层即继电保护、测控装置层。而综合自动化系统的计算机系统又包括电源模块、开关量输入/输出模块、模拟量输入模块、工控机模块、通讯接口转换模块等。第三章基于组态王的综合自动化软件的设计3.1组态王的介绍它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对

23、监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。3.1.1使用组态王实现控制系统实验仿真的基本方法：(1)图形界面的设计(2)构造数据库(3)建立动画连接(4)运行和调试3.1.2.使用组态王软件开发具有以下几个特点: (1)实验全部用软件来实现,只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验,从而大大减少

24、购置仪器的经费。(2)该系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言,操作简单易学且编程简单,参数输入与修改灵活,具有多次或重复仿真运行的控制能力,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果。: 3.1.3在采用组态王开发系统编制应用程序过程中要考虑以下三个方面(1)图形,是用抽象的图形画面来模拟实际的工业现场和相应的工控设备。(2)数据,就是创建一个具体的数据库,并用此数据库中的变量描述工控对象的各种属性,比如水位、流量等。(3)连接,就是画面上的图素以怎样的动画来模拟现场设

25、备的运行,以及怎样让操作者输入控制设备的指令。3.1.4态王硬件包括（1) 电源模块：将交流 220V 电源转换为传感器工作所需的直流+24V 电源。 (2) 开关量输入模块：取自相应设备的辅助常开接点(3) 开关量输出模块：将系统发出的控制信号转化为接点，形成输出。 (4) 模拟量输入模块：将现场 TV、TA 二次侧的电压、电流信号转化为微机可识别的数字信号，并起到隔离和抗干扰作用。 (5) 工控机模块：对数据进行实时分析、逻辑判断，并具有数据存储功能。用于定值的整定、手动操作、显示、打印、通讯等。 (6) 通讯接口转换模块：由于工控机采用 RS232 接口，需要采用专用转换器与模拟量输入模

26、块的 RS485 接口进行 RS485/ RS232 转换。3.1.1.2组态王软件构成：电力行业的监控组态，是重复性很高的工作。比如说，一个变电所里 20 个开关柜，那么同类型的设备定义、画面组态就要做 20 遍。如此大量重复的劳动费时费力，而且容易失误，是效率极低的工作。“组态王”是完全基于网络的概念，是一个完全意义上的工业级软件平台，现已广泛应用于化工、 电力、国属粮库、邮电通讯、环保等行业。它也适合于变电所里重复性较高的开关柜监控设计工作。 它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。 。 3.2组态王与外部设备的连接 组态王内置了大量的设备驱动作为组态王和外部设备的通讯

27、接口，工程人员可以采用工程浏览器就可以管理硬件设备，这种方式使组态王和不同的外设备方便的联系，形成一个完整的整体，使系统具有很强的扩展性。其中组态王可以与板卡、PLC、智能仪表等一些工控设备连接。3.3自动化软件的设计 主要以计算机监控系统为中心，实现对全部的一次设备的监视、测量、控制、管理、记录和报警等功能，是与运行人员之间的接口。需要时，可与远方控制中心及其他系统通讯，达到信息共享。完成诸如网络通讯、实时库生成、报警分类统计、历史库管理、报表管理等功能。适用于各种电压等级变电站监视与控制、继电保护、自动化装置等综合自动化系统。3.3.1人机界面的设计 采用图形方式显示系统实时运行状况，采用

28、菜单和对话框方式显示报警及相关操作，采用文本输入框、报警框进行参数整定和相应提示，使用户在不需要使用说明书的情况下就能轻松完成操作。并且采用电压棒图是值班人员直观监测电压情况。3.3.2 报警和事件记录组态王中报警和事件主要包括变量报警事件、操作事件、用户登录事件和工作站事件。通过这些报警和事件，用户可以方便地记录和查看系统地报警、操作、登陆和工作站的工作情况。警和事件的输出有四种形式：运行系统报警窗口、文件、数据库和打印机。四种形式输出格式及其它配置可以在报警配置内配置。3.3.3 历史及实时运行曲线的绘制 一个人机界面友好的控制系统应该可以直观的以曲线形式反映当前及历史时刻的系统运行状况。

29、KVHTrend 曲线控件是组态王以 Active X 控件形式提供的绘制历史曲线和 ODBC 数据库曲线的功能性工具。通过在组态王中调用 KVHTrend 曲线控件并对其曲线属性、坐标系属性、动画连接属性及数据库进行配置，可显示实时及历史运行曲线。3.3.4命令语言设计组态王所采用的命令语言包括应用程序命令语言、热键命令语言、事件命令语言、数据改变命令语言、画面命令语言和自定义函数语言等。采用不同的命令语言来编写相应函数，从而完成运行方式判别、电压无功控制、故障闭锁及报警、闭锁自动复归、电容器循环投切、动作延时及判断动作是否成功等功能。(1) 应用程序命令语言。根据工程的要求，应用程序命令语

30、言可以在程序启动、关闭或者程序运行期间定时执行(2) 热键命令语言。热键命令语言链接到指定的热键上，软件运行期间，运行人员随时按下热键都可启用相应的命令语言程序。热键命令语言可以指定使用权限和操作安全区。 (3) 事件命令语言。事件命令语言可以规定在事件发生、存在和消失时分别执行的程序。离散变量名或者表达式都可以作为事件。 (4) 数据改变命令语言。数据改变命令语言只链接到变量或者变量的域，在变量或者变量的域的值变化到超出所定义的变化灵敏度时，命令语言被执行一次。 (5) 画面命令语言。画面命令语言可以在画面显示、隐含或存在（需指定事件间隔）时执行。 (6) 自定义函数语言。用户可自定义各种类

31、型的函数，通过这些函数实现工程的特殊需要。自定义函数语言利用类似 C 语言来编写程序，通过其他命令语言来调用执行编写好的自定义函数。3.3.5实时数据报表 数据报表是生产过程中的必不可少的一个部分，反映系统的实时生产情况，方便对生产过程进行统计、分析，使管理人员实时掌握和分析生产情况。利用组态王的报表工具箱可以在表格中的相应单元格插入变量字典的指定变量，编制实时报表，实现数据表格的记录显示功能。3.36设备运行状态报警 组态王软件的画面命令语言编辑器包括：显示时，每当画面由有隐含变为显示时，则执行编辑框中的命令语言。存在时，只要画面存在，就按照设定的时间间隔周期执行编辑框中的命令语言。隐含时，每当画面由显示变为隐含时，则执行编辑框中的命令语言。组态王的画面语言执行功能，可以让系统判断当前一、二次设备运行情况，提醒运行值班人员注意。3.3.7逻辑判断的设计为使变电站运行值班人员更加直观的掌握变电站的运行状况，对一些信号进行了逻辑判断。当设备动作、异常时，能自动在显要位置做出相应的报警，防止操作过程中因为未打开分页面，而造成信号的遗留；当刀闸位置改变时，能自动根据刀闸的位置判别设备的运行状态，做出状态提示（运行状态、检修状