论文总字数：20880字

摘 要

摘要：本文主要介绍了变电站综合自动化系统的功能、原理、结构以及相关技术和应用，介绍了变电站综合自动化系统的重要性，提出了变电站综合自动化基本概念，并对系统结构、能实现的基本功能和输入输出系统、子系统、数据通信系统及变电站自动化的发展前景进行展望。主要研究了35KV变电站的结构和功能，包括硬件功能和软件功能，以及涉及到的原理，最后对和县白马35KV变电站进行了实例分析，分析了其原理结构性能等。在实际应用中，35KV的变电站很多都应用于偏远地区，它们在渐渐被取代，因为操作性要求高，而且故障的发生率比较高，所以现存的变电站很多都安装了综合自动化系统，既能节省人工成本，也比较安全可靠。

关键字：变电站；综合自动化系统；35KV；结构；功能

Abstract

 this paper mainly introduces the substation integrated automation system function, principle, structure and related technology and application, this paper introduces the importance of substation integrated automation system, and puts forward the basic concept of substation integrated automation, and the system structure, can realize the basic functions and the input/output system, subsystem, data communication system and substation automation development prospect were analyzed. The main study of the structure and function of 35KV substation, including hardware features and software capabilities, as well as the principles involved, the last of the White Horse 35KV substation and the county conducted a case study to analyze the structure of its principle performance. In practice, many of 35KV substation are applied to remote areas, they gradually be substituted because of operational requirements, and the incidence of failure is relatively high, so many of the existing substation integrated automation system installed, can save labor costs, but also more secure.

Keywords: Substation; integrated automation system; 35KV; structure; function

目 录

第一章 绪 论 1

1.1变电站综合自动化概述 1

1.1.1变电站综合自动化基本概念 1

1.1.2变电站综合自动化系统的发展现状 1

第二章 变电站综合自动化系统的功能及硬件构成 1

2.1变电站综合自动化系统的功能 1

2.2变电站综合自动化系统的硬件构成 1

2.2.1变电站综合自动化采用了自动控制和计算机技术 1

2.2.2变电站综合自动化的结构模式 1

第三章 变电站综合自动化系统的硬件原理 3

3.1数字化变电站概述 3

3.1.1数字化变电站的定义 3

3.1.2数字化变电站的关键设备 3

3.2 变电站综合自动化微机系统的结构原理 4

3.3模拟量输入及输出 5

3.3.1模拟量的采集 5

3.3.2模拟量的数据处理 5

3.3.3输入/输出通道的构成 6

3.4开关量输入及输出回路 7

3.4.1开关量的输入/输出接口 7

3.4.2简单的开关量输出接口电路 8

3.4.3开关量输入/输出的抗干扰措施 9

3.5脉冲量输入电路 10

3.5.1脉冲量的采集 10

3.5.2 脉冲量的处理 10

第四章 变电站综合自动化系统的算法及保护原理 11

4.1变电站综合自动化系统的算法 11

4.1.1假设输入为正弦量的算法 11

4.1.2周期函数模型算法---傅氏算法 11

4.1.3随机函数模型法 11

4.1.4解微分方程算法 11

4.2变压器保护及保护原理 11

4.3输电线路保护原理 12

4.3.1阻抗测量的原理 12

4.3.2距离保护的原理 12

4.4电容器保护 13

4.4.1两段式相间过电流元件 13

4.4.2过电压保护原理及功能 13

4.4.3低电压保护原理及功能 13

4.4.4过负荷保护. 13

4.4.5单相接地保护原理和功能 14

第五章 和县白马变电站综合自动化系统功能 15

5.1白马变电站综合自动化系统功能 15

5.1.1继电保护功能 15

5.1.2监视与控制功能 16

5.1.3自动化装置 18

5.1.4通信网络结构 18

5.2抗干扰措施 18

5.2.1硬件方面 19

5.2.2软件方面 19

5.2.3硬件自恢复电路 19

5.3电源系统 19

5.3.1直流系统 19

5.3.2交流所用电系统 19

5.3.3交流不间断电源（UPS） 19

5.4 防误操作 19

第六章 结论与展望 20

第一章 绪 论

1.1变电站综合自动化概述

1.1.1变电站综合自动化基本概念

1.1.2变电站综合自动化系统的发展现状

1.3论文主要内容

研究35KV变电站综合自动化系统的结构原理与应用，并对和县白马变电站进行实例分析。

第二章 变电站综合自动化系统的功能及硬件构成

2.1变电站综合自动化系统的功能

变电站综合自动化系统，就是使用多台微型计算机与大规模集成电路构成的自动化系统，替代常见的测量和监视仪表，替代常规的控制屏、中央信号系统和远动屏。变电站综合自动化系统可以得到到相对完整的数据和信息，运用计算机的高度计算性能和逻辑判断能力，可方便的监视和控制变电站内各种设备的运行与操作。一般情况下，变电站综合自动化系统基本上包含数据采集及通讯、数据处理、安全监视、微机保护、开关操作、电压无功控制、远动及自诊断等功能。

2.2变电站综合自动化系统的硬件构成

2.2.1变电站综合自动化采用了自动控制和计算机技术

变电站综合自动化系统体系由“数据采集和控制”、“继电保护”、“直流电源系统”三大块构成变电站自动化基础。”变电站主计算机系统“对整个综合自动化系统进行协调、管理和控制，并向运行人员提供变电站运行的各种数据、接线图、表格等画面，使运行人员可远方控制断路器分、合操作，还提供运行和维护人员对自动化系统进行监控和干预的手段。”通信控制管理‘’连接系统各部分，负责数据和命令的传递，并对这一过程进行协调、管理和控制。

　和变电站传统电磁式二次系统比较，在体系结构上，变电站综合自动化系统增加了“变电站主计算机系统”与“通信控制管理”两部分；在二次系统具体装置和功能实现上，计算机化的二次设备代替和简化了非计算机设备，数字化的处理和逻辑运算代替了模拟运算和继电器逻辑；在信号传递上，数字化信号传递代替了电压、电流模拟信号传递。数字化使变电站自动化系统在数据采集上更精确、传递更方便、处理更灵活、运行维护更可靠、扩展更容易。

2.2.2变电站综合自动化的结构模式

变电站综合自动化系统的结构模式基本上包括集中式、集中分布式和分散分布。

a.集中式结构

集中式一般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和数量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。集中式结构也并非指只由一台计算机完成保护、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微型计算机完成的，只是每台微型计算机承担的任务多些。例如监控机要担负数据采集、数据处理、断路器操作、人机联系等多项任务；担负微机保护的计算，可能一台微机要负责多回低压线路的保护等。

b.分布式结构

该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。分布式模式一般按功能设计，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，局部故障不影响其它模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。

c.分布分散（层）式结构

分布分散式结构系统从逻辑上将变电站自动化系统划分为两层，即变电站层（站级测控单元）和间隔层（间隔单元）。也可分为三层，即变电站层、通信层和间隔层。

该系统的主要特点是按照变电站的元件，断路器间隔进行设计。将变电站一个断路器间隔所需要的全部数据采集、保护和控制等功能集中由一个或几个智能化的测控单元完成。测控单元可直接放在断路器柜上或安装在断路器间隔附近，相互之间用光缆或特殊通信电缆连接。这种系统代表了现代变电站自动化技术发展的趋势，大幅度地减少了连接电缆，减少了电缆传送信息的电磁干扰，且具有很高的可靠性，比较好的实现了部分故障不相互影响，方便维护和扩展，大量现场工作可一次性地在设备制造厂家完成。

第三章 变电站综合自动化系统的硬件原理

3.1数字化变电站概述

3.1.1数字化变电站的定义

数字化变电站是由智能化一次设备（电子式互感器、智能化开关等）和网络化二次设备分层（过程层、间隔层、站控层）构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。作为一门新兴技术， 数字化变电站从提出开始就得到了很大的关注，现在基本上是我国电力系统研究的热点之一。 由于相关软硬件技术的不断发展和成熟，数字化变电站将变为变电站技术的发展方向。

3.1.2数字化变电站的关键设备

①智能化的一次设备

一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计，简化了常规机电式继电器及控制回路的结构，数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替，常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。一次设备例如电子式互感器，电子式互感器(ECT、EVT)分为两大类:有源电子式互感器和无源电子式互感器。

②网络化的二次设备

变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接全部采用高速的网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源其享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。数字化变电站采用低功率、数字化的新型互感器代替常规互感器，将高电压、大电流直接变为数字信号。常规站与数字站结构区别如图1所示。

图３－１常规站与数字站结构区别

③自动化的运行管理系统

变电站运行管理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化；数据信息分层、分流交换自动化；变电站运行发生故障时能及时提供故障分析报告，指出故障原因，提出故障处理意见；系统能自动发出变电站设备检修报告，即常规的变电站设备“定期检修”改变为“状态检修”。

3.2 变电站综合自动化微机系统的结构原理

变电站综合自动化微机监控系统由监控主机、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。下面就简要一一介绍。

（1）SCADA服务工作站。SCADA服务工作站负责整个系统的协调和管理，保持实时数据库的完整；负责组织和整理各种历史数据。

（2）操作员工作站。操作员工作站完成对电网的实时监视、控制和操作功能，包括显示各种图形和数据。它能在正常和电网故障时，采集、处理各种二次装置信息，并充分利用这些信息为继电保护运行、管理服务，为分析和处理电网故障提供支持。

（3）前置通信工作站。它负责接收厂站的实时数据，并进行一定的规约转换和预处理；通过通信网络传给后台机系统，同时，向各厂站发出有关的控制和调节命令。

（4）远动工作站。该站负责与外界进行通信，并完成多种远动通信规约的解释；向上传送现场实时数据，向下发送远方的遥控、遥调命令。

（5）五防工作站。它向操作员提供对变电站内的五防操作管理。

（6）保护工程师站。它提供给保护工程师对变电站内保护装置及其故障信息进行维护管理的工具。它具备多路数据转发能力，能通过网络通道向多个调度中心转发数据，其通信规约符合《中国南方电网继电保护故障信系统通信与接口规范》这个标准。

（7）管理工作站。它对电力系统中的电气设备进行监管。

（8）远程工作站。可以实现远程浏览实时画面、报表、事件记录等内容。

（9）Web服务器。它为远程工作站提供SCADA系统的浏览功能。

3.3模拟量输入及输出

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：20880字