综合自动化技术现状与发展
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综合自动化技术现状与 发展
2020/12/13
综合自动化技术现状与发展
讲座提纲 一、变电所综合自动化的基本概念 二、变电所综合自动化的发展过程 三、变电所综合自动化的现状 四、变电所综合自动化的发展方向
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的基本概念
什么是变电所综合自动化系统？ 利用先进的计算机技术、现代电子技术、
变电所综合自动化系统替代了常规二次设备， 简化了二次接线，是提高变电所安全稳定运行水 平、降低运行维护成本、提高经济效益、提供高 质量电能的一项重要技术措施。
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的基本概念
宝成复线牵引变电所保护盘
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的基本概念
太原北牵引变电所综合自动化系统 综合自动化技术现状与发展
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
雷击浪涌
脉冲群 瞬态干扰
辐射
静电放电
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
电磁干扰传播方式 传导（电源线、互连线、共阻抗） 辐射（近场感应、远场辐射）
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 干扰源
●自然干扰源：雷电、宇宙噪声等 ●人为干扰源：发射机、各类电子电气设备、
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
现场总线通信结构 主要使用的有Lonworks现场总线 、CAN 总线
控制局域网络 Lonworks通信速度可达1.25Mbit/s，此时有效
距离为130m；直接通信距离长达2700m/78kbps CAN的速率可到1M bit/s，此时有效距离为40m；
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 监视控制功能
人机联系功能 打印功能 运行的技术管理功能 谐波分析和监视功能 自诊断、自恢复和自动切换功能
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 自动控制装置的功能
备用电源自投控制
远动及数据通信功能 综合自动化系统的现场级通信 综合自动化系统与上级调度的通信
GB/T 14598.10-1996 量度继电器和保护装置的快速瞬变干扰 试验
GB/T 14598.13-1998 量度继电器和保护装置1MHz脉冲群干 扰试验
GB/T 14598.14-1998 量度继电器和保护装置的静电放电试验 GB/T 17626.5-1999 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌(冲击)抗
变电所综合自动化的现状
牵引变电所综合自动化系统的功能介绍 国际大电网会议WG34.03工作组将变电所自动
化功能分类为：控制与监视功能、自动控制功能、 测量表计功能、继电保护功能、与继电保护有关 功能、接口功能、系统功能等7种。
变电所综合自动化功能由电网安全稳定运行和 变电站百度文库设、运行维护的综合经济效益要求所决 定。
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 传输介质
主要以双绞线（5类线）、电力载波、音频电 缆、无线（RF） 、红外（IR） 、同轴电缆和光纤 通信，其中尤以光纤通信抗电磁干扰能力强，通 信容量大。
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 变电所综合自动化系统的间隔单元
综合自动化技术现状与发展
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 变电所综合自动化系统的站级管理层
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
变电所综合自动化系统的通信 现场级通信
a.各间隔单元与变电所计算机系统通信 b.各间隔单元之间的互通信 c.其他智能化电子设备与后台监控计算机通信 与上级调度的通信 主要实现四遥功能：遥信、遥测、遥控、遥调
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
● 电磁干扰导致设备系统性能下降、无法工 作甚至损坏
通信故障、中断 设备无法工作、损坏 电网保护装置误动或拒动，导致电网事故 系统“死机” 静电引起火灾、设备损坏 ●对人类健康产生影响
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
EMC 电磁兼容(Electro-Magnetic Compatibility) EMC=EMI+EMS EMI(Electronic-Magnetic Interferenc )电磁干扰： 装置、设备对外界产生的电磁发射 EMS(Electronic-Magnetic Susceptibility)电磁抗扰 度（敏感度）：装置、设备或系统对外界电磁干 扰的抵抗能力
国内电力系统 对综合自动化系统的研究始于80年代中期 1987年 清华大学研制了第一套35kV变电所综合 自动化系统 90年代 国内各大公司纷纷推出了各自的综合自 动化系统 目前为止，110kV以下电压等级变电所已普 遍采用综合自动化系统，220kV~500kV电压等 级变电所正在逐步推广
综合自动化技术现状与发展
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
目前牵引变电所综合自动化系统的结构模式 分层分布式概念： 分布(分散)是指系统是按照变电所的元件、断 路器间隔设计、也可理解为一对一保护控 制模式 分层是指变电所综合自动化系统按逻辑上划分 为三层，即站级管理层、通信层、间隔层
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
通信技术、信息处理技术等实现对变电所二次 设备（包括：继电保护、控制、测量、信号、 故障录波、自动装置、远动装置等）的功能进 行重新组合、优化设计，对变电所全部设备的 运行情况执行监视、测量、控制、协调的一种 综合性的自动化系统。
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的基本概念 变电所综合自动化系统的优点：
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 通信接口
a.并行、串行 b.局域网、区域网、广域网、互联网 c.现场总线
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 以太网通信结构
是一种总线型拓扑结构，增减用户方便，某一节 点故障不影响其他部分工作。 可以采用双绞线或光纤作为介质，传输距离可达 到1～10km，速率可达10Mbit/s。
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
继电保护功能 牵引主变压器保护 馈线保护及自动重合闸 并联电容器保护 动力变压器保护 保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性、速 动性四项基本要求
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
监视控制功能 实时数据采集与处理 运行监视功能 故障录波与测距功能 事故顺序记录与事故追忆功能 控制及安全操作闭锁功能 数据处理与记录功能
变电所综合自动化的发展过程
国外 研究始于70年代 1980年日本研制了第一套综合自动化系统 1984年瑞士BBC公司首次推出综合自动化系统 1985年德国西门子公司推出第一套综合自动化系 统 目前综合自动化系统在美国、德国、法国、 意大利等国家 得到了普遍采用
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的发展过程
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
主要干扰源
●由于设施内部或外部的无线电发射装置产生的高频 场
●由于设施内其他电气或电子设备产生的高频传导和 辐射干扰
●由供电线路传来的低频传导骚扰 ●核电磁脉冲 ●地磁干扰
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
对二次设备最具影响的干扰波形
●阻尼振荡波：源于高压断路器、隔离开关操作 ●电快速瞬变脉冲群：断开低压直流电路中(如机电
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
●在电力系统中运行的自动化设备是电磁干扰的 敏感者。以微电子技术和计算机技术为基础的二 次弱电设备，如继电保护、自动控制、远动和通 信装置等在电力系统中广泛使用，它们的灵敏度 高，且与强电设备靠近，很容易受到干扰。在我 国电力系统中，由于开关操作、雷电、辐射电磁 场、工频磁场等原因引起的干扰事件屡有发生， 其结果是造成保护误动，自动化设备不能正常工 作，甚至造成元件或设备损坏。
直接通讯距离最远可达10km/5kbps 可以采用双绞线或光纤作为介质
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
变电所内通信规约类型 IEC 60870-5-103
远动通信规约类型 IEC 60870-5-101/103/104 DL451－1991(国标CDT) N4F-POLLING SC1801 DNP3.0
变电所以太网接线方式结构图综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
变电所现场总线+以太网接线方式综结合构自动图化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
设备组成 站级管理层：监控计算机、打印机、人机接口设 备 通信层：通信处理装置、远程通信设备、 所内通 信网络、通信切换装置 间隔层：变压器保护测控装置、馈线保护测控装 置、电容器保护测控装置、 综合测控装置、进线 及主变自投装置等
扰度试验 GB/T 17626.8-1998 电磁兼容 试验和测量技术 工频磁场抗扰
度试验
综合自动化技术现状与发展
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/12/13
综合自动化技术现状与发展
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
解决电磁干扰的方法(变电所) 电力系统设计时应考虑： ●接地网 ●电缆铺设 ●屏蔽 提高二次设备的抗干扰性能： ●开发设计 ●制造工艺 ●试验检测
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 紧凑的机箱结构、可靠的接地
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 印制板背插式机箱结构
式继电器、接触器等)的小电感负载而引起的暂态 电压 ●辐射电磁场：源于电磁发射，如对讲机等 ●浪涌：源于雷击时产生的强大电磁能量 ●工频磁场：源于载流导体和运行中的电力设备
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
解决电磁兼容问题根本途径 ●去除干扰源 ●切断干扰传播路径 ●提高感受器的抗干扰能力
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 印制板多层布线、元器件SMT表面贴装技术
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
电路隔离技术
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
国家二次设备电磁兼容试验标准
GB/T 14598.9-1995 量度继电器和保护装置的辐射电磁场干 扰试验
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的发展过程 众所周知，目前国内牵引变电所在大修改造、 新线建设过程中已全面采用综合自动化系统，铁 道部发布的《京沪高速铁路设计暂行规定》、 《新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定》 中明确指出： 牵引变电所、开闭所、分区所、 AT所宜采用综合自动化系统 。
架空输电线、高压设备、 电动工具、照明器具、家用电器等 ●静电
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
主要干扰源
●高压回路中操作断路器、隔离开关引起的电磁暂态 干扰
●高压装置产生的工频电场和磁场 ●接地系统中的短路电流引起的电位升 ●雷电引起的暂态干扰 ●低压设备开合操作引起的电快速瞬变 ●静电放电
变电所综合自动化的发展过程
国内牵引供电系统 研究始于90年代中期 1997年 东北某公司首先在南昆线电气化铁路的
牵引变电所中推出了综合自动化系统 2001年 国电南自在川黔线、贵昆线正式投运了
采用网络通信传输方式的高可靠性的综合自动化 系统
2001年 国内其他兄弟厂家也相继开始了类似产 品的试运行
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
影响综合自动化系统可靠运行的问题 变电所设计方面问题(技术标准) 运行管理方面问题(设备维护) 产品质量问题(功能完善、电磁兼容水平) 供应商服务问题
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
电力系统电磁兼容问题
●电力系统内电气和电子设备集中，电磁环境复 杂，在正常和异常运行状态下都会产生或出现各 种电磁干扰，例如开关操作、短路故障等的暂态 过程；高电压、大电流导线或设备附近的电场和 磁场；射频电磁辐射；雷电；静电放电；供电网 的电压波动、电压突降和中断；谐波；电子设备 的工作信号和噪声等。
2020/12/13
综合自动化技术现状与发展
讲座提纲 一、变电所综合自动化的基本概念 二、变电所综合自动化的发展过程 三、变电所综合自动化的现状 四、变电所综合自动化的发展方向
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的基本概念
什么是变电所综合自动化系统？ 利用先进的计算机技术、现代电子技术、
变电所综合自动化系统替代了常规二次设备， 简化了二次接线，是提高变电所安全稳定运行水 平、降低运行维护成本、提高经济效益、提供高 质量电能的一项重要技术措施。
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的基本概念
宝成复线牵引变电所保护盘
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的基本概念
太原北牵引变电所综合自动化系统 综合自动化技术现状与发展
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
雷击浪涌
脉冲群 瞬态干扰
辐射
静电放电
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
电磁干扰传播方式 传导（电源线、互连线、共阻抗） 辐射（近场感应、远场辐射）
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 干扰源
●自然干扰源：雷电、宇宙噪声等 ●人为干扰源：发射机、各类电子电气设备、
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
现场总线通信结构 主要使用的有Lonworks现场总线 、CAN 总线
控制局域网络 Lonworks通信速度可达1.25Mbit/s，此时有效
距离为130m；直接通信距离长达2700m/78kbps CAN的速率可到1M bit/s，此时有效距离为40m；
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 监视控制功能
人机联系功能 打印功能 运行的技术管理功能 谐波分析和监视功能 自诊断、自恢复和自动切换功能
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 自动控制装置的功能
备用电源自投控制
远动及数据通信功能 综合自动化系统的现场级通信 综合自动化系统与上级调度的通信
GB/T 14598.10-1996 量度继电器和保护装置的快速瞬变干扰 试验
GB/T 14598.13-1998 量度继电器和保护装置1MHz脉冲群干 扰试验
GB/T 14598.14-1998 量度继电器和保护装置的静电放电试验 GB/T 17626.5-1999 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌(冲击)抗
变电所综合自动化的现状
牵引变电所综合自动化系统的功能介绍 国际大电网会议WG34.03工作组将变电所自动
化功能分类为：控制与监视功能、自动控制功能、 测量表计功能、继电保护功能、与继电保护有关 功能、接口功能、系统功能等7种。
变电所综合自动化功能由电网安全稳定运行和 变电站百度文库设、运行维护的综合经济效益要求所决 定。
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 传输介质
主要以双绞线（5类线）、电力载波、音频电 缆、无线（RF） 、红外（IR） 、同轴电缆和光纤 通信，其中尤以光纤通信抗电磁干扰能力强，通 信容量大。
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 变电所综合自动化系统的间隔单元
综合自动化技术现状与发展
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 变电所综合自动化系统的站级管理层
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
变电所综合自动化系统的通信 现场级通信
a.各间隔单元与变电所计算机系统通信 b.各间隔单元之间的互通信 c.其他智能化电子设备与后台监控计算机通信 与上级调度的通信 主要实现四遥功能：遥信、遥测、遥控、遥调
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
● 电磁干扰导致设备系统性能下降、无法工 作甚至损坏
通信故障、中断 设备无法工作、损坏 电网保护装置误动或拒动，导致电网事故 系统“死机” 静电引起火灾、设备损坏 ●对人类健康产生影响
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
EMC 电磁兼容(Electro-Magnetic Compatibility) EMC=EMI+EMS EMI(Electronic-Magnetic Interferenc )电磁干扰： 装置、设备对外界产生的电磁发射 EMS(Electronic-Magnetic Susceptibility)电磁抗扰 度（敏感度）：装置、设备或系统对外界电磁干 扰的抵抗能力
国内电力系统 对综合自动化系统的研究始于80年代中期 1987年 清华大学研制了第一套35kV变电所综合 自动化系统 90年代 国内各大公司纷纷推出了各自的综合自 动化系统 目前为止，110kV以下电压等级变电所已普 遍采用综合自动化系统，220kV~500kV电压等 级变电所正在逐步推广
综合自动化技术现状与发展
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
目前牵引变电所综合自动化系统的结构模式 分层分布式概念： 分布(分散)是指系统是按照变电所的元件、断 路器间隔设计、也可理解为一对一保护控 制模式 分层是指变电所综合自动化系统按逻辑上划分 为三层，即站级管理层、通信层、间隔层
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
通信技术、信息处理技术等实现对变电所二次 设备（包括：继电保护、控制、测量、信号、 故障录波、自动装置、远动装置等）的功能进 行重新组合、优化设计，对变电所全部设备的 运行情况执行监视、测量、控制、协调的一种 综合性的自动化系统。
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的基本概念 变电所综合自动化系统的优点：
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 通信接口
a.并行、串行 b.局域网、区域网、广域网、互联网 c.现场总线
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 以太网通信结构
是一种总线型拓扑结构，增减用户方便，某一节 点故障不影响其他部分工作。 可以采用双绞线或光纤作为介质，传输距离可达 到1～10km，速率可达10Mbit/s。
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
继电保护功能 牵引主变压器保护 馈线保护及自动重合闸 并联电容器保护 动力变压器保护 保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性、速 动性四项基本要求
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
监视控制功能 实时数据采集与处理 运行监视功能 故障录波与测距功能 事故顺序记录与事故追忆功能 控制及安全操作闭锁功能 数据处理与记录功能
变电所综合自动化的发展过程
国外 研究始于70年代 1980年日本研制了第一套综合自动化系统 1984年瑞士BBC公司首次推出综合自动化系统 1985年德国西门子公司推出第一套综合自动化系 统 目前综合自动化系统在美国、德国、法国、 意大利等国家 得到了普遍采用
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的发展过程
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
主要干扰源
●由于设施内部或外部的无线电发射装置产生的高频 场
●由于设施内其他电气或电子设备产生的高频传导和 辐射干扰
●由供电线路传来的低频传导骚扰 ●核电磁脉冲 ●地磁干扰
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
对二次设备最具影响的干扰波形
●阻尼振荡波：源于高压断路器、隔离开关操作 ●电快速瞬变脉冲群：断开低压直流电路中(如机电
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
●在电力系统中运行的自动化设备是电磁干扰的 敏感者。以微电子技术和计算机技术为基础的二 次弱电设备，如继电保护、自动控制、远动和通 信装置等在电力系统中广泛使用，它们的灵敏度 高，且与强电设备靠近，很容易受到干扰。在我 国电力系统中，由于开关操作、雷电、辐射电磁 场、工频磁场等原因引起的干扰事件屡有发生， 其结果是造成保护误动，自动化设备不能正常工 作，甚至造成元件或设备损坏。
直接通讯距离最远可达10km/5kbps 可以采用双绞线或光纤作为介质
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
变电所内通信规约类型 IEC 60870-5-103
远动通信规约类型 IEC 60870-5-101/103/104 DL451－1991(国标CDT) N4F-POLLING SC1801 DNP3.0
变电所以太网接线方式结构图综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
变电所现场总线+以太网接线方式综结合构自动图化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
设备组成 站级管理层：监控计算机、打印机、人机接口设 备 通信层：通信处理装置、远程通信设备、 所内通 信网络、通信切换装置 间隔层：变压器保护测控装置、馈线保护测控装 置、电容器保护测控装置、 综合测控装置、进线 及主变自投装置等
扰度试验 GB/T 17626.8-1998 电磁兼容 试验和测量技术 工频磁场抗扰
度试验
综合自动化技术现状与发展
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/12/13
综合自动化技术现状与发展
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
解决电磁干扰的方法(变电所) 电力系统设计时应考虑： ●接地网 ●电缆铺设 ●屏蔽 提高二次设备的抗干扰性能： ●开发设计 ●制造工艺 ●试验检测
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 紧凑的机箱结构、可靠的接地
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 印制板背插式机箱结构
式继电器、接触器等)的小电感负载而引起的暂态 电压 ●辐射电磁场：源于电磁发射，如对讲机等 ●浪涌：源于雷击时产生的强大电磁能量 ●工频磁场：源于载流导体和运行中的电力设备
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
解决电磁兼容问题根本途径 ●去除干扰源 ●切断干扰传播路径 ●提高感受器的抗干扰能力
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状 印制板多层布线、元器件SMT表面贴装技术
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
电路隔离技术
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
国家二次设备电磁兼容试验标准
GB/T 14598.9-1995 量度继电器和保护装置的辐射电磁场干 扰试验
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的发展过程 众所周知，目前国内牵引变电所在大修改造、 新线建设过程中已全面采用综合自动化系统，铁 道部发布的《京沪高速铁路设计暂行规定》、 《新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定》 中明确指出： 牵引变电所、开闭所、分区所、 AT所宜采用综合自动化系统 。
架空输电线、高压设备、 电动工具、照明器具、家用电器等 ●静电
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
主要干扰源
●高压回路中操作断路器、隔离开关引起的电磁暂态 干扰
●高压装置产生的工频电场和磁场 ●接地系统中的短路电流引起的电位升 ●雷电引起的暂态干扰 ●低压设备开合操作引起的电快速瞬变 ●静电放电
变电所综合自动化的发展过程
国内牵引供电系统 研究始于90年代中期 1997年 东北某公司首先在南昆线电气化铁路的
牵引变电所中推出了综合自动化系统 2001年 国电南自在川黔线、贵昆线正式投运了
采用网络通信传输方式的高可靠性的综合自动化 系统
2001年 国内其他兄弟厂家也相继开始了类似产 品的试运行
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
影响综合自动化系统可靠运行的问题 变电所设计方面问题(技术标准) 运行管理方面问题(设备维护) 产品质量问题(功能完善、电磁兼容水平) 供应商服务问题
综合自动化技术现状与发展
变电所综合自动化的现状
电力系统电磁兼容问题
●电力系统内电气和电子设备集中，电磁环境复 杂，在正常和异常运行状态下都会产生或出现各 种电磁干扰，例如开关操作、短路故障等的暂态 过程；高电压、大电流导线或设备附近的电场和 磁场；射频电磁辐射；雷电；静电放电；供电网 的电压波动、电压突降和中断；谐波；电子设备 的工作信号和噪声等。