35kv变电站综合自动化监控系统设计本科毕业论文设计可编辑

35kv变电站综合自动化监控系统设计本科毕业论文设
计
中国矿业大学
本科生毕业设计
姓名:学号:
学院:应用技术学院
专业:电气工程及其自动化专业05?1班设计题目:35kv 变电站综合自动化监控系统设计
专题:
指导教师:职称:
摘要
变电所计算机监控系统是采用面向对象的设计思想,并依托计算机技术、网络通信技术、现代控制技术及图形显示技术等将变电所集控制、测量及现代综合管理等功能集为一体的综合自动化系统。

与常规的监控系统相比,运行人员通过主控室的人机接口装置便可实现对整个变电所运行数据的监控与记录,并将有关信息通过远动设备向各级调度中心传送,运行可靠性大大提高,综合效益显著。

本论文针现场实际存在的问题和当前变电站监控系统的发展趋势及变电所监控的特殊工艺,提出了分层监控的计算机解决方案。

使用的是组态软件Intouch,论文介绍了组态软件的基本特点及一些
使用要求。

讲述了设计监控界面的详细步骤及制作中的注意事项,对控
制系统的硬件配置也进行了选择和设计。

关键词:组态软件Intouch; 监控系统; 变电所综合自动化
ABSTRACT
Substation's computer supervision system is ecological design of object oriented and relies on computer technique, network communication technique, modern control technique, graphic display technique, which gathers control, measure and modern comprehensive manage into one comprehensive automation Compares with the conventional supervisory system, operator can make monitoring and noting of the whole substation by human-computer interface device of main monitoring house, and transmit relative information to all levels attempering center, running dependability improves greatly and comprehensive benefit is marked The present paper needle scene actual existence question and the current transformer substation supervisory system development tendency and the transformer substation monitoring special craft, proposed the lamination monitoring computer solution.In- troduced in the configuration software design monitoring contact surface manufacture
detailed step and the manufacture matters needing attention, have also carried on the choice and the design to the control system hardware disposition.
Key words: Configuration software Intouch; Supervisory system; Transformer- substation synthesis automation 目录
1 绪论 1
1.1 发展变电所综合自动化系统的意义 1
1.2 变电所综合自动化系统的发展过程 2
1.3课题来源及课题内容 4
2 变电所综合自动化系统的概述 5
2.1 变电所综合自动化的基本原理 5
2.2 变电所综合自动化系统的结构形式 7
7
2.2.2 分层分布结构集中组屏的变电所综合自动系统 8
2.2.3 新型的综合自动化系统结构10
2.3 变电所综合自动化的系统要求及功能12
2.4 小结13
3 变电所监控系统的总体设计原则13
3.1变电所总体布置和监控要求13
13
14
15
3.2 变电所监控系统组态软件15 3.2.1 组态软件概述15
17
19
3.3 小结21
4 组态软件的功能实现22
4.1软件的组态22
4.1.1 创建窗口22
4.1.2 使用图像和位图23
4.1.3 使用文本对象25
4.1.4 创建动画链接26
4.1.5 使用线条和轮廓27
4.2 使用向导28
4.3 标记名字典29
4.3.1 标记名类型 30
32
4.4 实时趋势和历史趋势 33
4.4.1 实时趋势34
4.5 报警/事件 36
4.5.1 报警的特点 36
4.5.2 报警系统的实现37
4.5.3 报警数据存储40
42
4.6 脚本程序的实现43
43
44
4.7小结48
5变电所综合自动化系统的设计实现48 5.1改造后的35KV变电所48
5.2站控层49
5.2.1 监控界面的功能49
52
5.3 变电所综合自动化系统的结构62 62
5.3.2 通信层64
68
5.4 间隔层设计70
5.5 本章小结70
总结72
参考文献74
翻译部分75
英文原文75
中文译文86
1 绪论
随着我国电力建设的发展和城市、农村电网的改造及现代化矿井建设的需要,变电所数量的不断增加,变电所在供电系统中的地位也越来越重要,如何提高供电的质量和可靠性,以及供电系统运行的安全性和经济性,是一个非常迫切的问题。

而变电站综合自动化是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的一项重要技术措施。

1.1 发展变电所综合自动化系统的意义
变电所是电力生产过程的重要环节,作用是变换电压、交换功率和汇集、分配电能。

变电所中的电气部分通常被分为一次设备和二次设备。

属于一次设备的有不同电压等级的电力设备,包括电力变压器、母线、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器等。

有些变电站中还由要满足无功平衡、系统稳定和限制过电压等要求,装有同步调相机、并联电抗器、静止补偿装置、串联补偿装置等。

为了保证变电所电气设备安全、可靠、经济运行,装有一系列的辅助电气设备,如监视测量仪表、控制及信号器具、继电保护装置、自动装置等,上述这些设备被称为二次设备。

常规变电所的二次系统主要由继电保护、就地监控、远动装置、录波装置等组成。

在实际应用中,是按继电保护、远动、就地监控、测量、录波等功能组织的,相应的就有保护屏、控制屏、录波屏、中央信号屏等。

每一个一次设备,都与这些屏有关,因而,每个设备的电流互感器的二次侧,都需要分别引到这些屏上;同样,断路器的跳、
合闸操作回路,也需要连到保护、控制屏、远动屏及其他自动装置屏上。

此外,对同一个一次设备,与之相应就的各二次设备(屏)之间,保护与远动设备之间都有许多连线。

由于各设备安装在不同地点,因而变电所内电缆错综复杂。

由于常规变电所的上述情况,决定了常规变电所存在着不少缺点:
1.传统二次设备、继电保护、自动和远动装置等大多采取电磁型或小规模集成电路,缺乏自检和自诊断能力,其结构复杂、可靠性低。

2.二次设备主要依赖大量电缆,通过触点、模拟信号来交换信息,信息量小、灵活性差、可靠性低。

由于上述两个原因,传统变电所占地面积大、使用电缆多,电压互感器、电流互感器负担重,二次设备冗余配置多。

远动功能不够完善,提供给调度控制中心的信息量少、精度差,且变电所内自动控制和调节手段不全,缺乏协调和配合力量,难以满足电网实时监测和控制的要求。

而变电所作为整个电网中的一个节点,担负着电能传输、分配的监测、控制和管理的任务。

在电网统一指挥和协调下,电网各节点( 如变电所、发电厂)具体实施和保障电网安全、稳定、可靠运行。

变电所综合自动化是电网自动系统的一个重要组成部分。

作为变电所自动系统,应该确保实现以下要求:
1.检测电网故障,尽快隔离故障部分。

2.采集变电所运行实时信息,对变电所运行进行监视、计量和
控制。

3.采集一次设备状态数据,供维护一次设备参考。

4.实现当地后备控制和紧急控制。

5.确保通信要求。

因此,要求变电所综合自动化系统运行高效、实时、可靠,对变电站内设备进行统一监测、管理、协调和控制。

同时,又必须与电网系统进行实时、有效的信息交换、共享,优化电网操作,提高电网安全稳定运行水平,提高经济效益,并为电网自动化的进一步发展留下了空间。

1.2 变电所综合自动化系统的发展过程变电所综合自动化系统是80年代才开始应用的一个新课题。

常规变电所的二次部分主要由继电保护、故障录波、就地监控和远动装置所组成。

在微处理器应用之前,这些装置不仅功能不同,实现的原理和技术也不同,80年代由于微处理器的普遍应用,因而长期以来形成了不同的专业和相应的技术管理部门。

这些装置都开始采用微机技术而成为微机型继电保护装置、微机监控和微机远动装置。

这些微机型的装置尽管功能不同,其硬件配置都大体相同,除微机系统本身外,无非是对各种模拟量的数据采集,以及输入输出接口电路,并且装置所采集的量和要控制的对象还有许多是共同的,因而显得设备重复,互连复杂。

很自然的就提出了用综合自动化来优化设计全微机化的变电所二次部分。

从控制、测量、信号及遥信角度考虑,要求微机控制管理的集中性越高越好,数据事件信息的集中度、实时性越高越好,但从保
护动作特性和快速维护角度来考虑,要求微机管理的独立性、物理空间单一性越明确越好,即微机出现故障时,影响面越小越好。

变电所综合自动化系统的特点是:远动、保护、监控、安全自动装置和经济自动装置融为一体:控制集中、布置分散;控制方案灵活,由用户自行设计;硬件标准化;简化了变电站的运行操作。

综合自动化系统对一些功能分散的过程,实行集中监视和控制。

即以分散的控制适应分散的过程对象,以集中的监视、操作和管理达到掌握全局的目的。

随着自动控制装置的和被控设备可靠性的提高,变电所的控制可由就地操作过渡到远方操作和自动操作。

变电所综合自动化方式的特征,就是将站内当地监控功能SCANDA信号采集、远动功能以及数字保护信息结合为一个统一的整体,以全微机化的新型二次设备取代传统的机电式的二次设备,用不同模块化软件实现机电式设备的各种功能,用计算机局部网络通信来替代大量信号的连接,通过人机设备,实现变电所的综合自动化管理、监视、测量、控制及打印记录等功能。

由此取消了传统的集中控制屏。

目前,变电所综合自动化技术发展迅速,已进入大面积推广应用阶段。

各项新技术的发展为综合自动化系统的实现奠定了技术基础。

目前,在变电站综合自动化系统中广泛使用的新技术主要有下述几个方面。

1.数字信号处理(DSP)技术的应用
20世纪80年代末90年代初,DSP技术的应用,使得随一次设备布置的分散式测控单元很快发展起来,而且还提供了强有力的功能
综合优化手段,如电压、功率和电能的测量,可以直接从输电线路、变压器等设备上直接交流采样,通过DSP得出各相电流、电压的数字波形,经过分析计算不仅可计算出各相电流、相电压的基波和谐波有效值,以及各相有功、无功、电压主、在功电量等测量的实时数据,还能进一步计算出功率因数入、频率以及零序、负序参数等值,并和有关的输入、输出触点一起集成在变电站综合自动化系统中。

2.数字通信技术和光纤技术的应用
20世纪80年代以来,数字通信设备的发展应用,大大提高了通信系统的通信容量和可靠。

同时,通信技术中光纤通信技术正在迅速取代金属电缆和同轴电缆,并用于远距离通信和短距离大容量信息的传输。

光纤通信除具有频带宽、信道多和衰减小的特点外,还具有抗强电磁干扰的最大优点。

由于光纤通信实际上几乎不受电磁干扰、浪涌、暂态分量和各端间地位差的影响,非常适用于变电站强电磁干扰的环境,是保护和监控装置最佳的通信信道。

.
3.计算机网络技术和现场总线技术的发展
20世纪80年代以来计算机网络技术和现场总线技术得到了很大的发展,特别是局域网(LAN)技术的迅速发展和应用成为一种潮流。

由于它们能很好地满足电力系统一些特殊要求,因此该项技术在变电站综合自动化中得到广泛的应用。

随着计算机技术、控制技术、通信技术和显示技术的不断提高和有机结合,变电所综合自动化系统正朝着功能综合化,结构微机化,操作监视屏幕化,运行智能化的方向发展,这必将使综合自动化系
统进入新的起点。

从变电所综合自动化系统的发展方向来看,它的最终目标是最大限度的提高变电所的自动化水平,利用计算机来代替人的手工操作,最终实现变电所无人值班。

1.3课题来源及课题内容
本课题来源于比德矿35KV变电所增容改造工程,研究对象为变电所综合自动化系统微机监控系统。

比德矿35KV变电所采用的CBZ-8000变电所综合自动化系统,是许继电气股分有限公司在广泛征求电力系统用户和专家意见的基础上,充分吸收当前国内外厂家的成功经验,并结合自己多年来在电力系统自动化产品设计的丰富经验,开发的新一代变电所自动化系统。

CBZ-8000变电所自动化系统基于Windows2000操作系统,采用面向对象的分层分布式设计思想,间隔层的设备直接通过以太网与上层进行通讯,系统设计遵循国际标准IEC 60870-5-103,IEC 60870-5-104传输规约,安全可靠性和开放性都得到了极大地提高。

变电所综合自动化系统包括微机监控系统与微机继电保护系统两大部分,监控系统主要完成变电站内设备运行状态的信息采集、处理,从而实现监视控制与管理。

微机保护系统主要根据采集到的系统运行参数,通过故障分析,从电网中迅速切除设备和线路。

变电所综合自动化系统的建立,涉及到方方面面的内容。

本文主要针对35KV变电所在增容改造的过程中,变电所的供电系统情况及有关要求。

研究讨论了分层分布式35KV变电所综合自动化系统,
并着重研究在CBZ-8000综合自动化系统的基础,如何利用Intouch组态软件建立与实现微机监控系统。

本文主要进行的研究工作和实现的目标如下:
1.分析当前变电所综合自动化系统研究现状,提出变电所综合自动化系统的体系结构及其能实现的功能。

2.分析分层分布体系结构系统各层的功能及实现方式。

3.分析对实时监控系统的要求和其应具有的功能。

3.学习工业组态软件?Intouch,了解其作用及其能实现的功能,实现上位机监控软件的开发。

4.利用Intoch组态软件完成主监控界面的绘制,实现变电所综合自动化系统实时监控。

2 变电所综合自动化系统的概述
2.1 变电所综合自动化的基本原理
变电所综合自动化是将变电所的二次设备(包括测量仪表、控制系统、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置)经过功能组合和优化设计,利用先进的计算机技术、电子技术、通信技术和信号处理技术实现对全变电站电气设备输配电线路的自动控制、自动监视、测量和保护,以及实现与运行和调度通信相关的综合性自动化功能。

变电综合自动化系统是利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统,替代了常规的控制设备、远动设备、信号设备和测量监视仪表。

用微机保护装置替代了由分列元件组成的继电保护屏,取消了常规的控制屏、远动屏和中央信号系统,变电站的综合自动化是
自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电所的综合应用,变电所的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。

变电所综合自动化系统具有功能综合化、系统结构微机化、测量显示数字化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特点。

简言之,变电所综合自动化是集保护、测量、控制、远运等为一体通过数字通信及网络技术来实现信息共享的一套微机化的二次设备及系统。

1.功能综合化
变电所综合自动化系统是各技术密集,多种专业技术相互交叉、相互配合的系统。

它是建立在计算机硬件和软件技术、数据通信技术的基础之上发展起来的。

它综合了变电所内除一次设备和交、直流电源以外的全部二次设备。

微机监控子系统综合了原来的仪表屏、操作屏、模拟屏和变送器柜、远动装置、中央信号系统等功能;微机保护子系统代替子电磁式或晶体管式的保护装置;微机保护子系统和监控系统相结合,综合了故障录波、故障测距、无功电压调节和中性点非直接接地系统等子系统的功能。

2.结构分布、分层化
综合自动化系统是一个分布式系统,其中微机保护、数据采集和控制以及其他智能设备等子系统都是按分布式结构设计的,每个子系统可能有多个 CPU同时并列运行,以实现变电站自动化的所有功能,这样一个由庞大的CPU群构成了一个完整的、高度协调的有机综合
(集成)系统。

这样的综全系统往往有几十个甚至更多的CPU同时并列运行,以实现变电站自动化的所有功能。

另外,按照变电站物理位置和各子系统功能分工的不同,综合自动化系统的总体结构又按分层原则来组织。

典型的分层原则是将变电站自动化系统分为两层,即变电层和间隔层,也可分为三层,即变电站层、通信层、和间隔层。

由此可构成分散(分布)式综合自动化系统。

3.操作监视屏幕化
变电所实现综合自动化后,不论是有人值班还是无人值班,操作人员不是在变电所内就是在主控室或调度室,面对彩色显示器,对变电站的设备和输电线路进行全方位的监视与操作。

常规庞大的模拟屏被显示器屏幕上的实时主接线画面取代;常规的在断路器安装处或控制屏进行的跳、合闸操作,被显示器屏幕上的鼠标操作或键盘操作所取代;常规的光字牌报警信号,被显示器屏幕画面闪烁和文字提示或语言报警所取代,即通过计算机的显示器屏幕显示,可以监视全变电站的实时运行情况和对各开关设备进行操作控制。

4.通信系统网络化、光缆化
计算机局域网络技术、现场总线技术及光纤通信技术在综合自动化系统中得到普遍应用。

因此,系统具有较高的抗电磁干扰的能力,能够实现高速数据传送、满足实时性要求,容易扩展,可靠性大提高,而且大大简化了常规变电站繁杂的各种电缆连接,方便施工。

5.运行管理智能化
智能化不仅表现在常规的自动化功能上,如自动报警、自动报
表、电压无功自动调节、小电流接地选线、事故判别与处理方面,还表现在能够在线自诊断,并不断将诊断的结果送往远方的主控端。

这是区别与常规二系统的重要特征。

简而言之,常规二次系统只能监测一次设备,而本身的故障必须靠维护人员去检查、去发现;而综合自动化系统不仅能监测一次设备,还能每时每刻检测自己是否有故障,充分体现了其智能性。

综合自动化系统打破了传统二次系统各专业界限和设备划分原则,改变了常规保护装置不能与调度中心通信的缺陷。

6.测量显示数字化
长期以来,变电所采用指针式仪表作为测量仪器,其准确度低、读数不方便。

采用微机监控系统后,彻底改变了原来的测量手段,常规指针式仪表全被显示器上的数字显示所代替,直观、明了。

而原来的人工抄表记录则完全由打印、报表所代替。

这不仅减轻了值班人员的劳动,而且提高了测量精确度和管理的科学性。

正是由于变电所综合自动化系统具有的上述明显特征,使其发展具有强劲的生命力。

因此,变电所综合自动化将成为今后新建变电主导技术,同时也是变电所改造的首选产品。

2.2 变电所综合自动化系统的结构形式从变电所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、分散集中式、完全分散分布式;从安装物理位置上来划分有集中组屏、分层组屏和分散在一次设备间隔上安装等形式。

集中式结构的变电所综合自动化系统,指采用不同档次的计算机,扩展其外围接口电路,集中采集变电所的模拟量、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控制等功能,集中结构也并非指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机完成的,只是每台微机承担的任务多一些。

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;担任微机保护的计算机,可能一台微机要负责几回低压线路的保护等。

这种结构形式主要出现在变电所系统问世的初期,如图2-1所示。

这种结构形式是按变电所的规模配置相应容量、功能的微机保护装置和监控主机及数据采集系统,它们安装在变电所主控室内。

主变压器、各种进出线路及所内所有电气设备的运行状态经电缆传关到主控制室的保护装置或监控计算机上,并与调度中心的主计算机进行数据通信。

当地监控计算机完成当地显示、控制和制表打印等功能。

集中式综合自动化系统的缺点是
1.台计算机的功能较集中,如果一台计算机出故障,影响面大,因此必须采用双机并联运行的结构才能提高可靠性。

2.中式结构,软件复杂,修改工作量大,调试难度大。

3.态不灵活,对不同主接线或规模不同的变电所,软、硬件都必须另行设计,工作量大,因此影响了批量生产,不利于推广。

4.集中式保护与长期以来采用一对一的常规保护相比,不直观、不符合运行和维护人员的习惯,调试和维护不方便,程序设计麻烦。

因此,集中式综合自动化系统,适合于小型变电所的新建或改造。

2.2.2 分层分布结构集中组屏的变电所综合自动系统
1.分层分布式结构的概念
随着微机技术和通信技术的发展,特别是在20世纪80年代后期,单片机的性能价格比越来越高,给变电站综合自动化系统的研究
和开发工作注入了新的活力,使研制者有条件将微机保护单元和数据采集单元按一次回路进行设计。

所谓分布式结构,是在结构上采用主从CPU协同工作方式,各功能模块之间采用网络技术或串行方式实现数据通信,多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力、解决了集中式结构独立CPU计算处理的瓶颈问题,方便系统扩展和维护,局部故障不影响其他模块正常运行。

按照IE61850变电所通信网络和系统协议,变电所能通信体系分为三层:变电站层、间隔层、设备层:这就是所谓的分层式结构。

在变电所综合自动系统中,通常把继电保护、自动重合闸、故障录波、故障测距等功能综合在一起的装置称为保护单元,而把测量和控制功能综合在一起的装置称为保护单元,两者通称为间隔单元。

设备层主要是指变电所内的变压器和断路器、隔离开关及辅助触点,电流互感器、电压互感器等一次设备,图2-2是变电所综合自动化系统的分层构示意图
间隔层按一次设备组织,一般按断路器的间隔划分,包括测量、控制和继电保护部分。

测量、控制部分负责单元的测量、监视、断路器的操作控制和连锁及事件顺序记录等;保护部分负责该单元线路或变压器或电容器的保护、各种录波等。

因此,间隔层本身是由各种不同的单元装置组成,这些独立的单元装置直接通过总线接到变电站层。