35kV变电站综合自动化系统分析与设计Word文件下载.doc
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2.2.2短路电流的计算步骤 8
2.3变压器型式的选择原则 13
2.3.1相数的确定 13
2.3.2绕组数的确定 13
2.3.3绕组接线组别的确定 13
2.3.4冷却方式的选择 14
2.3.5高压断路器的选择和分析 14
2.3.6高压隔离开关的选择 14
2.3.7高压熔断器的选择 15
2.3.8电流互感器与电压互感器的选择 15
2.4继电保护及二次回路 16
3变电站综合自动化系统设计 20
3.1设计目标 20
3.2硬件系统设计 20
3.2.1智能单元与站级主控制计算机 20
3.2.2音响报警装置 20
3.2.3计算机网络 21
3.3计算机监控系统软件设计 21
3.3.1操作系统 21
3.3.2应用软件及支持软件环境设计 21
3.3.3监视与控制模块设计 23
3.4系统设备 24
4系统功能说明及性能指标 26
4.1成套设备功能说明 26
4.1.135KV间隔 26
4.1.2主变间隔 26
4.1.310KV间隔 26
4.1.4公用间隔 28
4.2监控系统功能说明 29
4.2.1数据采集与处理 29
4.2.2统计计算 30
4.2.3报警处理 32
4.2.4保护功能 34
4.2.6与远程调度中心的接口 35
4.2.7与其他设备的接口 35
4.2.8维护功能 35
4.3性能及指标 36
4.3.1系统性能的具体实现 36
4.3.2主要的技术指标 37
结论 40
谢辞 41
参考文献 42
摘要
变电站自动化自20世纪90年代以来一直是我国电力行业中的热点之一，根据电网技术发展要求和市场经济的规律，变电站综合自动化有着飞速的发展速度和广阔的发展空间。
特别是当前Internet技术日渐成熟和流行，应用快速以太网通信的Web技术在电网自动化方面得到了广泛的应用。
基于Internet技术的和面向对象的分层通信、分散布置的变电站综合自动化技术成为当今领域的先进代表。
本文以新建35kV南洋变电站的设计建设为背景，通过对国内外变电站综合自动化发展情况的分析和总结，特别是对现在处于先进领域的分层布置、分散式结构的变电站综合自动化系统进行了全面的分析和阐述。
在分析各种变电站综合自动化的模式和重点探讨先进技术领域的基础上，结合变电站的工程情况，提出采用面向对象技术的分散式综合自动化系统整体设计方案，现场智能单元采用南京电力自动化设备总厂的HSX5010通信处理装置与保护装置配合使用，并对其监控系统数据采集与处理、监视与控制功能、报表输出模块、数据库查询等主要功能模块进行了设计。
最后根据设计方案，结合现场实际工业条件，对监控系统功能做了实现。
关键词：
变电站，综合自动化、监控系统、二次回路
35kV变电站综合自动化系统分析与设计
1绪论
1.1变电站自动化的意义
变电站自动化自20世纪90年代以来一直是我国电力行、IT中的热点之一。
所以成为热点，是建设的需要，日前全国投入电网运行的35-110kV变电站18000座（不包括用户变），220kV变电站有1000多座，500kV变电站大约有70座。
而且每年变电站的数量以3%-5%的速度增长，也就是说每年都有数千座新家建变电站投入电网运行。
同时，根据电网的要求，特别是自上个世纪末在我国全范围内开始的大规模城乡电网改造，不但要新建许多变电站，现有将近一半以的建设于上世纪六、七年代、甚至还有五年代的老旧变电站因设备陈旧老化而面临改造。
二是市场的因素，采用综合自动化系统，可在远方设立集控站，通过远方遥控、遥信、遥测、遥调、遥视等五遥功能集中监控若干个变电站，变电站现场实现无人值班，节约了大量的人力；
它通过SCADA系统与MIS系统结合实现了办公自动化，提高了管理效率，为管理人员的决策提供了切实有力的依据某供电公司新建的35kV变电站是降压变电站，将35kV电压进行降压变为10kV，供给用户使用。
1.2变电站综合自动化发展概述
35kV及以上电压等级的变电站的二次回路部分是由继电保护、当地监控、远动装置、故障录波和测距、直流系统与绝缘监视及通信等各类装置组成的，以各自采用独立的装置来完成自身的功能。
80年代由于微机技术的发展，远动终端、当地监控、故障录波等装置相继更新换代，实现了微机化，人们开始考虑集成变电站二次回路各种功能的综合自动化系统。
但当时的变电站自动化系统实际传统的控制屏台仍予保留。
这可以说是国内变电站自动化技术的第一阶段。
90年代数字保护技术（即微机保护）的广泛应用，使变电站自动化取得实质的进展。
90年代初研制出的变电站自动化系统是在变电站控制室内设置计算机作为变电站自动化的心脏，另设置一数据采集和控制部件用以采集数据和控制命令。
微机保护柜除保护部件外，每柜有一管理单元，其串行口和变电站自动化系统的数据采集和控制部件相连接，传送保护装置的各种信息和参数，显示保护定值，投/停保护装置，此类集中式变电站自动化系统可以认为是变电站自动化系统的第二阶段。
90年代中期，随着计算机技术、网络技术及通信技术的飞速发展，同时结合变电站的实际情况，研制成功了各种变电站自动化系统并投入运行。
系统的特点是将现场输入输出单元部件分别安装在中低压开关柜或高压一次设备附近，现场单元部件是保护和监控功能的二合一装置，用以处理各开关单元的继电保护和监控功能，亦可以是现场的微机保护和监控部件，分别保持其独立性。
在变电站控制室内设置内计算机系统－－该系统也可布置在远方的集控站，对各现场单元部件进行通信联系。
通信方式多采用常用的串行口如RS-232C,RS-422/485。
但近年推出的分散式变电站自动化系统更多地采用了网络技术，遥测遥信采集及处理，遥控命令执行和继电保护功能等均由现场单兀部件独众完成，并将这些信息通过网络送至后台主计算机，而变电站自动化的综合功能均由后台主计算机系统承担。
因此，现在的变电站综合自动化系统，概括起来，就是以计算机技术为基础，将传统变电站的测量、监控、保护等功能通过计算机网络综合在起，构成一个资源和信息共享的综合自动化系统，从而将传统的变电站控制屏、保护屏、控制台等结构进行了集成，可以实现远方监控，集中管理，进而实现变电站无人值班，并且实现了变电站管理的自动化。
同时由于装置实现了高度的集成，大大节省了变电站占地。
在当今土地资源和人力资源日趋紧张的情况下，实现变电站的综合自动化具有明显的经济和技术优势。
1.3变电站综合自动化系统分析
变电站自动化系统中，面向对象技术己成为一个十分流行的趋势，即不单纯考虑某一个量，而是为某一设备配备完备的保护和监控功能装置，以完成特定的功能，从而保证了系统的分布式开放性。
从技术发展的趋势看，将来的测控设备还将和一次设备完全融合，即实现所谓的智能一次设备，每个对象均含有保护、监控、计费、操作、闭锁等一系列功能及信息库，面向自动化的仅是一对通信双绞线，该双绞线以网络方式和计算机相连。
一个典型的变电站自动化系统，可分为三个层次，三个层次分别为:
.现场1/0层，用于和现场一次设备的信号和控制相连。
.通信层，完成上位机（Workstation）和数据终端设备（（DCU）的数据和命令传
输。
.计算机管理层，完成相应的SCADA及变电站管理功能以及其它相应的辅
助功能。
（1）现场单元功能与性能
在变电站自动化系统中，特点是以变电站一次设备（如高低压开关等）为单位。
现场单元可以是监控和保护二合一装置，亦可以保持相对独立，但有一点是共同的，就是现场单元要求能独立完成监控和保护的功能。
现场监控单元具有遥测量采集及计算，遥信采集及处理，电能脉冲采集及累计，遥控命令接收与执行，对关键芯片的定时自检，与保护单元的通信（当与保护单元保持相对独立时），并在当地显示等功能。
现场保护单元具有根据安装单位的继电保护配置完成保护功能，按收与执行后台机下发的保护定值修改，自检功能，发送保护装置的工作信息、告警信息、动作信息、自检信息，与上级对时，接收与发送上级对保护装置整定值和测量值的查询。
（2）网络结构与通信规约
网络结构
在变电站自动化系统中，早期常用的串行通信接口RS-232、RS-422/485,不足之处是RS-232C通信有效距离短（15m），而RS-485总线为主从结构，主接点工作繁忙时，影响系统性能和可靠性。
目前的变电站自动化所采用的通信方式多是由两级构成。
在下层，采用现场总线技术实现间隔层的数据共享和监控信息的集中，在变电站层应用局域网技术。
在变电站自动化向分散式系统发展时，采用计算机网络的优点来替代传统串口通信成为一种必然。
计算机网络内计算机之间是相互独立的和平等的，目前系统普遍采用的是现场总线型通信方式。
现场总线网是一种多点共享的广播通信信道网，较点对点通信信道网（星形网）为优，各结点连在一条总线L（亦可采用冗余总线），而应用快速以太网通信的Web技术能够做到在不减少当前的系统功能的前提下，实现信息资源的有效使用。
通信规约
目前，应用最为广泛和成熟的通信协议就是TCP/IP和HTTP协议。
在现有的变电站自动化系统中，其监控调度系统还没有实现与管理信息系统的有效连接。
只是实现了监控调度系统对管理信息系统的信息提供（存在信息的转换），其中为了保证监控调度系统的安全性，监控调度方不接受来自管理信息系统的任何信息，它仅负责提供信息，这一点从安全性上来考虑，当然是有道理的。
但是它也限制了监控系统信息的有效使用。
当前国际上Internet技术日渐成熟和流行，基于该种技术的各种应用也显示出有别于传统技术的种种优点。
应用快速以太网通信的Web技术能够做到在不减少当前的系统功能的前提下，实现信息资源的有效使用。
Web技术应用于电力系统自动化主要采用快速以太网通信模式和TCP/1P,HTTP协议，具有很大的优点。
1.4本文的主要工作
1设计任务要求：
（1）设计内容：
包括变电站供电系统简况；
电气主接线优化设计，绘制电气主接线图；
供电系统各处三相短路电流计算；
主变压器继电保护及整定计算；
中央信号装置的设计。
（2）要求绘制电气主接线图、主变压器继电保护图、线路出线继电保护图和中央信号装置接线图。
2根据某供电公司需要新建的35kV变电站的具体情况，完成变电站综合自动化的如下目标：
（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）实现顺序记录和事故追忆
（5）报警
（6）绘图及显示
（7）报表打印
（8）控制操作和同期检测
（9）远动功能
（10）系统自诊断与自恢复
（11）远程监视与维护
（12）各种保护功能
（13）保护设备管理功能
（14）故障录波分析功能
235kV变电站综合自动化系统概况
主接线图如下
2.1变电站综合自动化分层配置的基本结构
本变电站自动化是应用自动控制技术、信息处理和传输技术，通过计算机硬软件系统代替人工对变电站进行监控、测量、运行操作的自动化系统。
具体的说就是将变电站的二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装置等），利用微机及网络技术，经过功能的重新组合和优化设计，对变电站执行自动监控、测量、运行和操作。
本变电站位无人值班变电站，即无固定人员在所内进行日常监视和操作的变电站。
本变电站自动化系统采用分层分布式结构，按纵向分为变电站层、网络层和间隔层。
变电站层即站级主站层。
站级工作站一般主要由操作员工作站、五防终端、远动主站及工程师工作站组成，本变电站中有一台研祥工控机实现这些功能。
变电站层设备也采用分布式、开放式的设计，组态完成站内监控功能，全面提供设备状态监视及控制、保护信息记录与分析等功能。
网络层主要完成变电站层和间隔层之间的通讯。
本站间隔层在站内按间隔分布式配置。
间隔层的设备均直接下放至开关场就地，减少大量的二次接线。
各间隔设备相对独立，仅通过通信网互联，并同变电站层的设备通信，节省投资，提高系统可靠性。
2.2电气本体
2.2.1主变压器容量、台数的选择原则
主变压器容量、台数直接影响主接线的的形式和配电装置的结构。
它的确定应综合各种因素进行分析，做出合理的选择。
主变压器台数的确定
（1）从供电系统的可靠性的要求，对负荷较大的变电站来说，应选择采用两台变压器较为合适，以便当一台变压器发生故障或检修时，另一台变压器能对一、二级负荷继续供电。
（2）对季节性负荷或昼夜负荷变动较大而宜于采用经济运行方式的变电所，也可以考虑采用两台变压器。
主变压器容量的确定
变压器容量和它所在电网功能相适应，一般情况下单位容量（MVA）费用、系统短路容量、运输条件等都是影响选择变压器容量时的因素。
具体选择时，可遵循以下原则：
装有两台主变压器的变电所，
Ⅰ任一台变压器单独运行时，宜满足计算负荷的大约60%－70%的需要，即
Ⅱ任一台变压器单独运行时，应满足全部一、二级负荷的需要，即
Ⅲ适当考虑今后5-10年电力负荷的增长，留有一定的余地。
干式变压器的过负荷能力较小，更宜留有较大的裕量。
电力变压器额定容量是在一定温度条件下（例如户外安装，年平均气温为20℃）的持续最大输出容量（出力）。
如果安装地点的年平均气温℃时，则年平均气温每升高1℃，变压器容量相应地减少1%。
因此户外电力变压器的实际容量（出力）为：
因此户内电力变压器的实际容量（出力）为：
考虑到今后发展的需要，选择容量为6300KVA的变压器。
2.2.2短路电流的计算步骤
1、把该变电站主接线图中去掉不参与短路电流计算的开关设备，得到短路电流计算图如2-1所示
=35kv=10kV
图2-1
电力系统架空线路变压器
2、求各元件的电抗标么值，取=100MVA，
线路：
变压器：
1、当在K1处发生三相短路时，作出等值电路图，如图2-2所示
0.175
图2-2
0.175
最大运行方式下电源至短路点的总电抗为：
无限大容量电源
短路电流周期分量的标么值
有名值
冲击电流
短路全电流最大有效值
短路容量
最小运行方式下电源至短路点的总电抗为:
==0.175
无限大容量电源=1
2、当在K2处发生三相短路时，作出等值电路图如下2-3所示
0.1750.94
图2-3
0.1750.94
最大运行方式下电源至短路点的总电抗为
最小运行方式下电源至短路点的总电抗为
3、短路电流计算结果表
短路点
运行方式
电源至
短路点电
抗标么值
短路电
流周期分
量有名值（KA）
冲击电流（KA）
全电流（KA）
短路容量S（MVA）
K1
最大
0.0875
17.8
45.3
26.9
1140
最小
0.175
8.9
22.7
13.4
570
K2
0.56
9.8
24.9
14.8
179
1.115
4.9
12.6
7.4
90
2.3变压器型式的选择原则
2.3.1相数的确定
电力变压器按相数可分为单相变压器和三相变压器两类，三相变压器与同容量的单相变压器组相比较，价格低、占地面积小，而且运行损耗减少12～15％。
因此，在330kV及以下电力系统中，一般都选用三相变压器。
2.3.2绕组数的确定
变压器按其绕组数可分为双绕组普通式、三绕组式、自耦式以及低压绕组分裂式等型式。
35kV及以下电压的变电所，可选用双绕组普通式变压器。
2.3.3绕组接线组别的确定
35kV采用“Y”联接，其中性点多通过消弧线圈接地；
35kV以下高压电压，变压器三相绕组都采用“D”联接。
因此，普通双绕组一般选用YN，d11接线，近年来，也有采用全星形接线组别的变压器，即变压器高、中、低三侧均接成星形。
2.3.4冷却方式的选择
变压器的冷却方式主要有自然风冷却、强迫空气冷却、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向冷却、水内冷变压器、SF6充气式变压器等。
综上所述，本变电站采用两绕组的三相变压器，有载调压，YNd11接线，强迫风冷。
2.3.5高压断路器的选择和分析
高压断路器可在发生故障时，自动而快速的将故障切除，以保证设备的安全运行。
常用的高压断路器有油断路器、六氟化硫断路器和真空断路器。
（1）高压断路器的主要参数：
断路器正常工作时的线电压为额定电压（及35kV户外开关应选择额定电压为40.5kV，10kV户内断路器应选择额定电压12kV）；
断路器允许长期通过的最大工作电流为额定电流（35KV额定电流应选择1600A,10kV户内断路器应选择额定电流1250kV）；
额定断开电流是断路器开断能力的标志，其大小与灭弧室的结构和介质有关，额定开断电流选择是应与额定动稳定电流、额定短路耐受电流选择的电流大小相同，校验高压断路器的动稳定性：
；
校验高压断路器的热稳定性：
It2t≥I∞2tima；
校验高压断路器的断流容量（或开断电流）：
熔断断流容量按校验。
；
根据上述分析并查资料：
35KV高压断路器选择LW16-40.5型高压六氟化硫断路器；
10KV高压断路器选择ZN63A（VS1）-12型选择户内高压真空断路器
2.3.6高压隔离开关的选择
高压隔离开关的作用：
高压隔离开关是在无载情况下断开或接通高压线路的输电设备，以及对被检修的高压母线、断路器等电器设备与带电的高压线路进行电气隔离的设备。
根据设计条件，选择户外型高压隔离开关，它可用于户外有电压无负载时切断或闭合6-500KV电压等级的电气线路。
户外型高压隔离开关一般由底座、支柱绝缘子、主刀闸、接地刀闸、动触头和操动机构等组成，单相或三相连联动进行操作。
户外隔离开关可安装在户外支架或支柱上，也可安装在户内。
根据上述条件和要求并查表有：
35kV高压隔离开关选择GW4-40.5/630型；
2.3.7高压熔断器的选择
高压熔断器的选择：
除按环境、电网电压、电源选择型号外，还必须按校验熔断器的断流容量；
熔断器额定电流按选，对保护变压器的熔件，其额定电流可按变压器额定电流的1.5～2倍选择
35kV高压熔断器选择PXWO-35-0.5A型熔断器。
2.3.8电流互感器与电压互感器的选择
电流互感器是一次电路与二次电路间的连接元件，用以分别向测量仪表和继电器的电压线圈与电流线圈供电。
电流互感器一次侧匝数少，串接在主路中，二次线圈与负载的电流线圈串联，接近短路状态。
电流互感器的选择条件：
（1）.额定电压大于或等于电网电压：
（2）.原边额定电压大于或等于长时
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