1、变电站自动化系统变电站自动化系统1本课程的主要任务本课程的主要任务 本课程本课程通过介绍通过介绍RCS-9700RCS-9700系列变电系列变电站自动化系统的功能、结构、和工站自动化系统的功能、结构、和工作原理，帮助学员从总体上把握和作原理，帮助学员从总体上把握和理解自动化系统的构成原理和实现理解自动化系统的构成原理和实现方法。方法。2变电站自动化系统的功能要求变电站自动化系统的功能要求1.1.实时信息的采集、加工处理与存储；实时信息的采集、加工处理与存储；2.2.将信息远传至调度所或远方集控站，供值班人员对电网和电站的运将信息远传至调度所或远方集控站，供值班人员对电网和电站的运行状况进行远程
2、监视；行状况进行远程监视；3.3.通过就地显示设备和一定的显示画面反映电站的实时运行工况，供通过就地显示设备和一定的显示画面反映电站的实时运行工况，供现场运行人员就地监视电网和电站电气设备的运行状况；现场运行人员就地监视电网和电站电气设备的运行状况；4.4.通过历史数据的查询和画面显示功能，回放记录的历史故障信息供通过历史数据的查询和画面显示功能，回放记录的历史故障信息供保护人员分析事故原因；保护人员分析事故原因；5.5.通过查询和显示自动化系统各组成部分的运行状态信息，为自动化通过查询和显示自动化系统各组成部分的运行状态信息，为自动化维护人员提供系统维护线索。维护人员提供系统维护线索。3早期
3、的变电站保护监控系统早期的变电站保护监控系统CPU遥信采集模块遥测采集模块遥脉采集模块遥控输出模块远动通讯模块RTU保护中央信号远动信号硬接点中央信号盘硬接点调度电力载波信号测量脉冲控制4现代的变电站综合自动化系统现代的变电站综合自动化系统5变电站自动化系统的构建思路变电站自动化系统的构建思路现代的变电站自动化系统就是借助于通讯，将站内以微机现代的变电站自动化系统就是借助于通讯，将站内以微机保护为主的一系列智能设备所提供的信息综合起来构成的保护为主的一系列智能设备所提供的信息综合起来构成的保护监控一体化保护监控一体化系统。系统。它是在微机保护得到广泛应用的基础上发展起来的。由于它是在微机保护得
4、到广泛应用的基础上发展起来的。由于微机保护装置除了能完成强大的保护功能外，还具备强大微机保护装置除了能完成强大的保护功能外，还具备强大的数据采集和通讯功能，通过通讯手段直接从微机保护装的数据采集和通讯功能，通过通讯手段直接从微机保护装置里获取信息，不但非常廉价而且信息量很大，有助于大置里获取信息，不但非常廉价而且信息量很大，有助于大大降低自动化系统的造价，有助于大大提高电站运行的自大降低自动化系统的造价，有助于大大提高电站运行的自动化水平。动化水平。6 变变电站自动化系统的关键技术电站自动化系统的关键技术变电站自动化系统涉及两项关键技术：变电站自动化系统涉及两项关键技术：a)a)通讯技术：通讯
5、技术：以太网通讯技术、现场总线通讯技术、通用通以太网通讯技术、现场总线通讯技术、通用通讯接口技术（讯接口技术（RS232RS232、RS485)RS485)、远动通讯技术（载波通讯、远动通讯技术（载波通讯、光纤通讯、网路通讯）、通讯规约。光纤通讯、网路通讯）、通讯规约。b)b)后台监控技术：后台监控技术：窗口式操作系统（窗口式操作系统（WindowsWindows、UnixUnix）、分）、分布式数据库管理软件、后台监控系统功能维护软件、后台监布式数据库管理软件、后台监控系统功能维护软件、后台监控系统实时监控软件。控系统实时监控软件。7建立在智能化二次设备基础上自动化系统建立在智能化二次设备基
6、础上自动化系统8RCS-9700RCS-9700系统的网络结构和适用对象系统的网络结构和适用对象RCS-9700RCS-9700变电站自动化系统是以以太网为核变电站自动化系统是以以太网为核心构架组成的总线结构的自动化系统；心构架组成的总线结构的自动化系统；主要适用对象为：各种电压等级的变电站、主要适用对象为：各种电压等级的变电站、发电厂网控系统（发电厂网控系统（NCS)NCS)、发电厂电气监控与、发电厂电气监控与管理（管理（ECMSECMS）系统。）系统。9变电站自动化系统的几个技术问题变电站自动化系统的几个技术问题自动化系统的信息交换技术自动化系统的信息交换技术自动化系统的通讯技术自动化系统
7、的通讯技术自动化系统的时钟同步技术自动化系统的时钟同步技术自动化系统的连锁控制技术自动化系统的连锁控制技术数字化变电站技术数字化变电站技术101.RCS97001.RCS9700系统的信息交换原理系统的信息交换原理11以太网系统中的客户机以太网系统中的客户机/服务器信息交换方式服务器信息交换方式122.2.自动化系统的通讯技术自动化系统的通讯技术通讯技术是现代电站自动化系统的关键，在电站自动化通讯技术是现代电站自动化系统的关键，在电站自动化系统的安装、调试和维护过程中，通讯问题解决得好坏，系统的安装、调试和维护过程中，通讯问题解决得好坏，关系到系统运行的稳定性和可靠性。关系到系统运行的稳定性和
8、可靠性。下面先介绍一下通讯系统的构成，然后对电站自动化系下面先介绍一下通讯系统的构成，然后对电站自动化系统中常用的几种通讯接口标准的工作原理、技术特点、统中常用的几种通讯接口标准的工作原理、技术特点、使用方法等进行介绍和探讨。使用方法等进行介绍和探讨。13通讯系统的构成通讯系统的构成14通讯规约模型通讯规约模型15变电站自动化系统常用通讯规约变电站自动化系统常用通讯规约远动通讯规约：远动通讯规约：101101规约、规约、104104规约、规约、CDTCDT规约；规约；SCI1801SCI1801规约、规约、4F4F规约。规约。站内通讯规约：站内通讯规约：103103规约、规约、61850618
9、50规约。规约。电度表接入规约：电度表接入规约：IEC102IEC102规约、部颁电度表规约；规约、部颁电度表规约；企业自定义非标规约。企业自定义非标规约。智能设备接入规约智能设备接入规约：MODBUSMODBUS规约、企业自定义非标规约。规约、企业自定义非标规约。16RS232RS232通讯接口标准通讯接口标准17RS232RS232接口在使用中存在的不足及改进措施接口在使用中存在的不足及改进措施18RS485RS485通讯接口标准通讯接口标准19RS485RS485接口在使用中存在的不足及改进措施接口在使用中存在的不足及改进措施20局域网、以太网和局域网、以太网和InternetInter
10、net网网21网络交换机的工作原理网络交换机的工作原理22由网络交换机构成的现代快速以太网由网络交换机构成的现代快速以太网23以太网通讯协议与以太网通讯协议与OSIOSI体系协议体系协议243.3.自动化系统的时钟同步技术自动化系统的时钟同步技术时钟同步问题的提出：时钟同步问题的提出：解决由分散的智能装置采集的解决由分散的智能装置采集的遥信变位信号时标的一致性问题，为事故分析提供准遥信变位信号时标的一致性问题，为事故分析提供准确的信号动作顺序信息。确的信号动作顺序信息。BWYX-BWYX-不带时标的遥信变位信息（用于实时监控）不带时标的遥信变位信息（用于实时监控）SOE-SOE-带时标的遥信变
11、位信息（用于事故分析）带时标的遥信变位信息（用于事故分析）规程要求的各装置时钟误差：规程要求的各装置时钟误差：3mS3mS两种时钟同步方案：两种时钟同步方案：1)1)基于报文对时和秒脉冲对时相结合的时钟同步方案基于报文对时和秒脉冲对时相结合的时钟同步方案2)2)基于基于IRIG-BIRIG-B码对时的时钟同步方案码对时的时钟同步方案25基于报文对时和秒脉冲对时相结合的时钟同步方案基于报文对时和秒脉冲对时相结合的时钟同步方案通讯报文对时法是比较常见的一种对时方法，但由通讯报文对时法是比较常见的一种对时方法，但由于对时报文传输的延时和装置响应对时报文的不同于对时报文传输的延时和装置响应对时报文的不
12、同步，造成对时精度只能做到秒级，毫秒级的对时必步，造成对时精度只能做到秒级，毫秒级的对时必须通过秒脉冲对时法来解决。须通过秒脉冲对时法来解决。秒脉冲对时也叫硬件对时，它借助于秒脉冲对时也叫硬件对时，它借助于GPSGPS装置在每个装置在每个整秒时刻发出的秒脉冲信号的上升沿去中断各装置整秒时刻发出的秒脉冲信号的上升沿去中断各装置的的CPUCPU进行毫秒计数器同步。进行毫秒计数器同步。26秒脉冲对时原理秒脉冲对时原理27IRIG-BIRIG-B码对时的原理码对时的原理GPSGPS将将1 1秒时宽等分秒时宽等分100100份，每份时宽为份，每份时宽为10ms10ms称作一个码元，将称作一个码元，将日、
13、时、分、秒及秒起始信息通过这日、时、分、秒及秒起始信息通过这100100个码元传到需要对时个码元传到需要对时的装置上，每秒钟传送一次，装置通过解读这些码元所衔带的的装置上，每秒钟传送一次，装置通过解读这些码元所衔带的时钟信息，达到时钟同步的目的。时钟信息，达到时钟同步的目的。每个码元携带一个脉冲，通过脉冲宽度表示不同的信息，每个码元携带一个脉冲，通过脉冲宽度表示不同的信息，2ms2ms宽度代表二进制数宽度代表二进制数“0 0”，5ms5ms宽度代表二进制数宽度代表二进制数“1 1”，8 ms8 ms宽宽度代表度代表“位置识别标志位置识别标志”，每，每1010个码元包含个码元包含1 1个个“位置
14、识别标位置识别标志志”，连续出现，连续出现2 2个个“位置识别标志位置识别标志”代表代表1 1个整秒的开始，随个整秒的开始，随后的码元分别表示秒、分、时、日的数值，其中秒后的码元分别表示秒、分、时、日的数值，其中秒7 7位、分位、分7 7位、位、时时6 6位、日位、日1010位，之后是控制码。位，之后是控制码。B B码对时信息可通过多种通讯接口进行传送：码对时信息可通过多种通讯接口进行传送：RS232RS232、RS485RS485、RS422RS422等等。等等。28IRIG-BIRIG-B对时码实例对时码实例294.4.自动化系统的连锁控制技术自动化系统的连锁控制技术在电站自动化系统中，可
15、通过装备五防系统或在电站自动化系统中，可通过装备五防系统或使用连锁控制技术来防止误操作的发生。使用连锁控制技术来防止误操作的发生。在在RCS9700RCS9700系统中，可以通过测控装置的系统中，可以通过测控装置的独立的独立的逻辑闭锁模块逻辑闭锁模块来控制遥控命令的执行，防止遥来控制遥控命令的执行，防止遥控误操作的发生。控误操作的发生。连锁逻辑中的条件变量可以是本地的连锁逻辑中的条件变量可以是本地的,也可以是也可以是远方的。远方的。测控装置运行后，测控装置运行后，联锁逻辑中的远方变量通过联锁逻辑中的远方变量通过网络进行注册网络进行注册。当远方变量发生变化时，该变。当远方变量发生变化时，该变量的
16、拥有者根据其注册表中的信息在通信网上量的拥有者根据其注册表中的信息在通信网上发布信息，保证各测控装置的远方变量得到实发布信息，保证各测控装置的远方变量得到实时刷新。时刷新。变量的拥有者还变量的拥有者还定时发送该远方变量定时发送该远方变量，保证输，保证输入变量状态的正确性。入变量状态的正确性。测控装置根据当地变量和远方变量，计算出逻测控装置根据当地变量和远方变量，计算出逻辑结果对遥控命令实施闭锁控制。辑结果对遥控命令实施闭锁控制。305.5.数字化变电站技术数字化变电站技术31数字化变电站的技术特点数字化变电站的技术特点用电子式互感器替代传统的电磁式互感器；用电子式互感器替代传统的电磁式互感器；
17、用智能化开关替代传统的开关；用智能化开关替代传统的开关；用光缆替代传统的二次电缆；用光缆替代传统的二次电缆；用网络化的二次设备替代智能化的二次设备；用网络化的二次设备替代智能化的二次设备；采用覆盖全站的采用覆盖全站的IEC-61850IEC-61850通讯规约。通讯规约。32l电流互感器利用空芯线圈及低功率线圈传感被测一次电流。1)空芯线圈是一种密绕于非磁性骨架上的螺线管，如图所示。它不含铁芯，具有很好的线性度，它 的输出信号e与被测电流i有如下关系：2)低功率线圈（LPCT）的工作原理与常规CT的原理相同，只是LPCT的输出功率要求很小，因此其铁芯截面就较小。有源电子式电流互感器原理有源电子
18、式电流互感器原理电流到电压的转换器。Rsh是LPCT的内装元件P1IpS1RbUsRshNsNpS2P2psshRsRppspshs1 NNRKUKIINNRU而和33l电压互感器利用电容分压器测量电压。lC1为高压电容，C2为低压电容。利用电子电路对电压传感器的输出信号进行积分变换便可求得被测电压。l为提高电压测量的精度，改善电压测量的暂态特性，在电容分压器的输出端并一精密小电阻。有源电子式电压互感器原理有源电子式电压互感器原理34AISAIS结构的有源电子式互感器结构的有源电子式互感器35无源电流式互感器的原理无源电流式互感器的原理FaradayFaraday磁光效应磁光效应36无源电子式
19、互感器无源电子式互感器37智能化开关的实施方案智能化开关的实施方案 实施方案实施方案:利用现有成熟的二次技术，结合传统利用现有成熟的二次技术，结合传统 开关设备，提升智能化水平开关设备，提升智能化水平;*GIS GIS开关：将原有汇控柜改造成采用带开关：将原有汇控柜改造成采用带GOOSEGOOSE网络接口的网络接口的 智能汇控柜智能汇控柜,将保护功能置于汇控柜中将保护功能置于汇控柜中;*独立式开关：就地安装带独立式开关：就地安装带GOOSEGOOSE网络接口的智能操作箱网络接口的智能操作箱;38基于智能汇控柜的变电站结构基于智能汇控柜的变电站结构39GISGIS开关的智能汇控柜开关的智能汇控柜 40独立式开关的智能操作箱独立式开关的智能操作箱41常规微机保护的实现方法常规微机保护的实现方法42网络化微机保护的实现方法网络化微机保护的实现方法43IEC-61850IEC-61850通讯规约通讯规约 Client/Server 通讯通讯 模拟量采样值模拟量采样值(SAV)模型模型 对象对象 服务服务 实时性要求以太链路层以太链路层带优先级的以太物理层带优先级的以太物理层IP TCP MMS 特定通讯服务映射特定通讯服务映射(SCSM)通用变电站对象事件通用变电站对象事件GOOSE 44谢谢谢谢
