变电站综合自动化系统设计方案

变电站综合自动化系统设计方案1.1.2 研究现状变电站综合自动化系统是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备(包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等)的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。

通过变电站综合自动化系统内各设备间相互交换信息，数据共享，完成变电站运行监视和控制任务。

变电站综合自动化替代了变电站常规二次设备，简化了变电站二次接线。

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。

如今变电站综合自动化已成为热门话题，研究单位和产品也越来越多，国内具有代表性的公司和产品有：北京四方公司的CSC 2000系列综合自动化系统，南京南瑞集团公司的BSJ2200计算机监控系统，南京南瑞继电保护电气有限公司的RCS一9000系列综合自动化系统，国电南自PS 6000系列综合自动化系统、武汉国测GCSIA变电站综合自动化系统、许继电气公司的CBZ一8000系列综合自动化系统。

国外具有代表性的公司和产品有：瑞典ABB的MicroSCADA自动化系统等。

现在的变电站自动化系统将站内间隔层设备（包括微机继电保护及自动装置、测控、直流系统等）以互联的方式与主机实现数据交换与处理，从而构成一种服务于电网安全与监测控制，全分散、全数字化和可操作的自动控制系统。

本系统站控层用的软件工具是瑞典ABB公司开发的用于变电站自动化系统的MicroSCADA和COM500，COM500作为前置机，它是整个系统数据采集的核心，MicroSCADA用于后台监控；间隔层测控装置用的主要是芬兰ABB公司生产的是REF54_系列和瑞典ABB公司生产的REC561等自动化产品，远动装置用的是浙江创维自动化工程有限公司自主研发CWCOM200。

1.3 研究内容及要求1.3.1 设计题目：220kV临海变电所综合自动化系统1.3.2 设计内容及要求（1）定制整个系统信息表；（2）系统自动化部分的数据库配置；（3）设计合理的系统网络拓扑图；（4）确定合理的设计方案，确定整个系统的结构；（5）220kV变电所综合自动化系统一次接线图的设计；（6）选择前置机，后台，远动机和测控和保护装置等设备的型号；（7）完成毕业设计说明书1份。

第二章系统概述2.1计算机监控系统的工作条件2.1.1环境海拔高度：≤1000m相对湿度：≤95％（相对湿度为95％时，环境温度25℃，设备内应无结露。

）大气压力：80~110kPa最高环境温度：＋50℃最低环境温度：－15℃最大日温差： 20℃抗地震能力：水平加速度：0.2g垂直加速度：0.1g装置安装于无屏蔽机房2.1.2电源交流电压：220V±20%直流电压：220V DC(-20%～+15%，直流电源纹波系数小于5%)频率：50Hz±0.5Hz2.1.3额定值额定交流电压：220V额定直流电压：220V DC额定频率：50HzCT二次侧额定电流：5APT二次侧额定电压：100V、100/V所用电母线电压输入： 0~450V变送器输出：4~20mA2.1.4接地计算机监控系统不设置单独的接地网，接地线与变电所主接地网连接。

变电所主接地网的工频接地电阻≤1Ω。

2.1.5装置的温度特性环境温度在－5℃～＋45℃时，装置应能满足规范书所规定的精度，环境温度在－15℃～＋50℃时，装置应能正确工作，不误动不拒动。

2.1.6在雷电过电压、一次回路操作、开关场故障及其它强电干扰作用下，在二次回路操作干扰下，所有设备均不应误动作，并应该能在静电、高频、强磁场干扰的环境中工作，而不降低精度和处理能力。

考虑的措施由卖方确定，如光电隔离、高共模抑制比、接地和屏蔽等，卖方应提供这些技术的详细说明，并应遵守IEC255-22-1～4、IEC61000-4-2～5标准所规定的下列试验标准：耐冲击电压试验：5kV，1.2/50µs冲击波；绝缘强度试验：2kV/50Hz，1min；高频干扰试验：Ⅲ级；快速瞬变干扰：Ⅲ级；辐射电磁场：Ⅲ级；静电：Ⅲ级。

2.1.7 单元测控装置电源采用220V DC，各装置应具有直流快速小开关保护，并与装置安装在同一面柜上。

应对监控屏上的整个直流回路进行监视，当在该直流回路中任何一处发生断线或短路故障时，都应发告警信号。

直流电源电压在80～115％额定值范围内变化，直流电源波纹系数≤5％时，装置应正确工作。

拉合直流电源以及插拔熔丝发生重复击穿火花时，装置不应误动作。

直流电源回路出现各种异常情况（如短路、断线、接地等）时装置不应误动作。

各装置的逻辑回路应由独立的直流/直流变换器供电，在直流电源电压缓慢上升或电压上升到80%时，装置的直流变换电源应能可靠自起动。

2.1.8当交流电源电压在80％～120％额定值范围内，谐波含量不大于5％时，设备应能正常工作。

2.1.9所有面对操作员的人机界面均应汉化。

2.1.10计算机监控系统中任一设备故障时，均不应影响其他设备的正常运行工作；站级控制层发生故障而停运时，不能影响间隔级控制层设备的正常运行工作。

装置中任一元件损坏时，装置不应误动作。

2.2系统结构2.2.1 概述计算机监控系统采用分散分层分布式系统。

计算机监控系统分为二层：站级监控层和间隔级监控层，间隔级监控层将采集和处理后的数据信号，经网络传输到站级监控层。

各单元测控装置相互独立，互不影响，功能上不依赖于站控计算机。

站级监控层网络采用10M/100M自适应的双重化以太网。

网络结构按分布式开放系统配置。

网络通信介质：室外部分采用铠装光缆，室内部分采用软光缆。

系统软硬件产品采用标准化、模块化的冗余配置。

220kV临海变监控系统改造规模为：两台主变，3个电压等级。

220kV部分为五条线路、两段母设、及母联、旁路间隔测控， 110kV部分为六条线路、两段母设、及母联、旁路间隔测控及两个接地变的测控，主变部分为三侧及本体测控，35kV部分的母设及母联都采用REF系列装置。

其余的35kV部分为南瑞RCS系列保护测控装置的通信接入改造。

所有的间隔设备已投入运行。

我们的监控系统完成全站的测控，监视和综合保护功能。

该系统是采用我们公司220kV变电站计算机监控系统的典型方案，间隔层由LON现场总线把测控装置REC、REF装置连接成网络，35kV部分通过现场484总线方式，通过两台冗余的前置机转发给后台主机实现站级监控。

同时两台公用信息工作站采用CWCOM200系统，每台配置8个RS485通信接口与保护装置、直流系统、直流绝缘检测装置、直流电池巡检装置等通信，两台REC561公用测控装置采集保护及公用设备的硬接点信号。

并且还安装了CWCOM200的微机版实现和远动的通讯。

目前接入的远动主站有集控主站、地调和省调及电力数据网。

下面分间隔层和后台作个介绍。

2.2.2 站级监控层站级监控层包括2台主机兼人机工作站、1台工程师工作站、1套以常规远动通道与各调度中心通信的远动数据处理及通信装置、1套电力数据网络通信服务器、1台可读写光盘驱动器以及1套卫星时钟接收和时钟同步系统。

两台前置机是主备冗余hot-standby方式。

当工作机（应用状态为Hot）出现故障时，备用机的应用状态会自动升为Hot，而故障机的应用状态则降为Cold。

我们通常将应用状态为Hot的计算机称为主机，而把应用状态为Cold的计算机称为备机，在主备机都正常运行的情况下，主机会实时的把数据映射（Shadowing）到备机，使主备机的数据库一致。

后台机采用双Hot模式，工作时互相独立运行但又同时获取信息，数据通过MicroSCADA的数据镜像（Mirroring）功能从前置主机中获取。

远方终端单元设备，即我们常说的RTU，常用的有RTU560和CWCOM200，是将前置机的数据通过规约转换发送到网络控制中心。

前置机与站控层的后台主机以及与远动的通讯都是网络TCP/IP来实现的。

后台机数据通过MicroSCADA数据镜像功能从前置主机中实时获取。

远动设备与前置主机的通讯一般采用IEC-104规约，然后再将数据转发给远动主站。

前置机是整个变电所信息的汇集，起着核心的作用。

该系统的网络拓扑图见附件图。

2.2.3 间隔级监控层MicroSCADA系统间隔层的智能设备与前置机的通讯一般有两种方式：LON 总线和SPA总线。

LON总线是一种对等的总线，即系统中的智能设备可以互相通讯。

LON总线的结构是星型结构，整个系统通过星型耦合器RER111将间隔层的智能设备连接起来相互通讯。

SPA总线是异步串形通讯规约，支持一个master 和多个slave的通讯，SPA总线的结构是环行：鉴于通讯速度的考虑，一个环内原则上不多于5个智能设备，环通过专用设备SPA-ZC22来连接。

在220kV计算机监控系统中，间隔层的智能设备一般采用LON总线方式，因为它较SPA总线而言更加可靠，有更好的实时性。

另一方面，公用信息管理机通过RS232/RS485串口，一般采用IEC 60870-5-103规约接收保护设备的公用信息，并将数据转发给前置机。

公用信息管理机与前置机的通讯是通过MicroSCADA系统自带的CPI规约实现的。

间隔级监控层主要由测控保护装置和前置采集子系统组成。

测控保护装置均采用相对集中组屏。

每台主变设置1面测控屏，屏上安装主变的各侧测控单元。

其他220kV、110kV测控装置应按每两个电气单元组一面屏的原则。

35kV测控保护装置按每四个电气单元组一面屏的原则。

测控保护装置按电气单元即线路、母联、母设等对象进行一对一配置，并保留电气单元测控容量扩充的需要。

单元测控装置的数据分别直接传送给站级监控层中的主机、远动数据处理及通信装置和电力数据网络通信服务器。

间隔级监控层包含公用信息工作站配置8个RS485通信接口与买方提供的保护信息收集柜、直流系统、直流绝缘检测装置、直流电池巡检装置、小电流接地选线装置等通信。

计算机监控系统的公用信息工作站应组屏。

站级监控层设备的交直流逆变电源装置单独组屏，并配置足够数量的总开关及出线开关。

第三章 MicroSCADA系统3.1 MicroSCADA系统概述整个变电站的监控可分为以下三层：1、间隔层；2、站控层；3、调度层。

而MicroSCADA系统就是站控层的主系统，它囊括了整个监控系统的数据流量，更是衔接着间隔层和调度层的系统平台。

见图3.1：图3.1 变电站监控系统结构而整个MicroSCADA系统按功能划分的话，可划分为二大功能模块：通讯和人机操作界面二大模块。

对于站控层，通讯是其主要的功能模块，它承接着间隔层、第三方装置以及远方调度的通讯；而人机界面是基于通讯构架，提供给运行人员实际操作使用的终端应用，简称为后台监控系统。