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面向对象的 变电站自动化系统

面向对象的 变电站自动化系统. 变电站自动化系统 基本概述. 变电站自动化系统 概念. 变电站自动化是广泛采用微机保护和微机远动技术，对变电站的 模拟量、脉冲量、开关状态量及一些非电量信号 分别进行采集，经过功能的重新组合，并按照预定的程序和要求对变电站实现自动化 监视、测量、协调和控制 的集合体和全过程．. 变电站自动化系统 功能组合. 远动功能（四遥功能） 自动控制功能（如电压无功综合控制（ VQC ）、低周减载、负荷联切 / 故障隔离 / 恢复供电 / 网络重组等） 测量表计功能（如智能电度表） 继电保护功能

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面向对象的 变电站自动化系统

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Presentation Transcript

  1. 面向对象的 变电站自动化系统

  2. 变电站自动化系统基本概述

  3. 变电站自动化系统概念 变电站自动化是广泛采用微机保护和微机远动技术，对变电站的模拟量、脉冲量、开关状态量及一些非电量信号分别进行采集，经过功能的重新组合，并按照预定的程序和要求对变电站实现自动化监视、测量、协调和控制的集合体和全过程．

  4. 变电站自动化系统功能组合 • 远动功能（四遥功能） • 自动控制功能（如电压无功综合控制（VQC）、低周减载、负荷联切/故障隔离/恢复供电/网络重组等） • 测量表计功能（如智能电度表） • 继电保护功能 • 与继电保护相关的功能（如故障录波、测距、小电流接地选线等） • 接口功能（与微机五防、电源、电能表计、全球定位（GPS ）等设备的接口） • 系统功能（与主站通信、当地SCADA等） 所有能实现这些功能的设备，均统称为智能式电子设备（IED）

  5. 变电站自动化系统特点 • 分布式设计 • 简单可靠、可扩展、兼容性好 • 功能综合化 • 操作监视屏幕化 • 运行管理智能化 • 经济性

  6. 变电站自动化系统发展趋势 • 计算机化 • 网络化 • 保护、控制、测量、数据通信一体化 • 智能化

  7. 变电站自动化系统关键因素 互操作性（interoperation） • IEC60870-5-101远动通信协议标准 • IEC60870-5-103继电保护信息接口标准 • UCA2.0（utility communication architecture)变电站和馈线设备通信协议体系（美国电科院） • IEC61850规约基于MMS （Manufacturing Message Specification）的TCP/IP协议的以太网信息互连—国际标准。

  8. 变电站自动化系统设计技术原则 • 分层分布式系统结构 • 继电保护功能相对独立 • 避免硬件重复设置 • 可靠性 • 灵活性 • 通信网络及规约

  9. 变电站自动化系统设计总体原则 • 服从电网调度自动化的总体设计要求 • 满足变电站自动化及无人值班的工程需求 • 适合35kV～500kV不同等级变电站的系统构造要求 • 分层、分布、分散式系统结构，功能下放，凡可在间隔内完成的保护、自动装置功能无需通过通信网 • 采用国际标准通信规约协议，充分考虑系统的开放性、可扩充性以及工程化的相关问题 • 间隔层IED符合设计规范、技术指标，同时考虑适应多种网络接口 • 采用总线型局域网络，优先采用光纤通信方式

  10. 变电站自动化系统总体设计方案 *

  11. 变电站自动化系统结构框架设计 • 符合分散分层分布式系统设计思想的自动化平台 • IEC61850标准建议变电站自动化系统采用采用三层：即变电站层、间隔层和过程层。 • 我们国内现在开发的变电站自动化系统是采用二层：即变电站层、间隔层，没有过程层。但有时也加入设备层。 • 过程层是采用智能传感器和智能执行器。其中智能传感器是将一次电气量直接转换成数字量

  12. 变电站自动化系统通信网络设计原则 1、通讯网的可靠性是第一位的。变电站电磁污染严重，工作环境恶劣，通讯网应具有较强的抗干扰能力。 各IED装置主控CPU或通讯CPU均采用工控级32位芯片，通讯介质采用屏蔽电缆或光纤。 2、系统通讯网应使通讯负荷合理分配、不过载，采用分层分布式结构。应对站内通讯网上流动的信息是否具有实时性要求以及实时性指标的高低进行处理。系统通信网设计应满足组合灵活，可扩展性好，维修调试方便的要求。

  13. 变电站自动化系统通信网络设计原则 3、采用国际标准的通信接口，兼容目前各种标准的通信接口，并考虑系统升级的方便。 各种接口均采用插卡式结构，支持以下三类共七种方式的通讯接口： 1）RS485接口，考虑双绞线总线型和光纤星型耦合型； 2） 现场总线接口，考虑双绞线总线型、光纤环网、光纤冗余双环网； 3）Ethernet接口 ，考虑双绞线星型和光纤星型。

  14. 变电站自动化系统通信网络设计原则 4、网络拓扑结构考虑有下述三种： 1）纯以太网 2）以太网与现场总线的混合网络； 3）纯现场总线网络以及标准RS485网络。 其中，现场总线网络可采用双绞线总线型、光纤环网、光纤冗余双环网。 5、系统通信网络采用符合国际标准的通信协议和通信规约。选用了应用于RS485网络的IEC60870-5-103规约、应用于TCP/IP上的IEC61850规约。

  15. 变电站自动化系统通信网络设计原则 6、对于通信媒介的选用，原则是采用光纤，但实际工程中也可考虑以屏蔽电缆为主要的通信媒介。 7、采用先进的通信处理器软件开发平台实时多任务操作系统RTOS并开发应用在其之上的通信软件平台。

  16. 变电站自动化系统系统软件设计原则 （一） 采用面向对象的程序设计方法 系统设计尽量采用面向对象的设计方法，以抽象数据类型为基本数据结构，通过继承和消息等概念和手段，建立抽象数据类型的实例----对象之间的联系，由对象和对象之间的关系构成基本的软件体系结构。程序编码也尽量采用面向对象的编程语言，提高代码的可维护性和可重用性。

  17. 变电站自动化系统系统软件设计原则 （二） 严格按照软件工程设计规范 软件设计、编码和测试都严格遵循软件工程的设计规范，强调文档资料的重要性，软件产品应该由完整、一致的配置成分组成；在软件的开发过程中，强调软件的可读性、可维护性和可测试性。

  18. 变电站自动化系统系统软件设计原则 （三） 系统的实时性和移植性 软件平台由于对操作系统多种功能进行了多种封装，并且为了适用于不同的产品，系统内部会增加很多冗余信息，这就对系统的实时性有一定的影响，在系统软件的开发中，应该兼顾系统的实时性和可移植性。

  19. 电网高级应用库 通信规约应用库 采集算法应用库 文件管理 分布式数据管理 通信端口管理 PLC控制 开放式应用程序接口 远程网络管理 专用监控平台 通用监控平台（操作系统抽象层） pSOS 实时内核/各种PSOS外挂部件 板级支持包（BSP） 硬件平台X86/68332/68360 变电站自动化系统系统软件体系结构

  20. 变电站自动化系统技术特点 1、先进统一的结构工艺设计 2、支持IRIG-B格式硬对钟 3、某些交流采样插件采用DSP处理器，可实现高次谐波分析、自动准同期、故障录波等功能 4、遥控插件考虑同期及防误功能（带CPU监视） 5、不同的通信处理插板，可完成CANBUS、ETERNET等不同的接口形式，可适应双绞线、光纤等不同通信介质

  21. 变电站自动化系统技术特点 6、光纤通讯支持光纤双环自愈配置，提高通信可靠性 7、支持以太网络的SNMP网络管理及WEB浏览查询功能 8、模块内的智能处理（可编程逻辑控制）功能 9、面向对象软件平台及开放式监控应用平台，内置完善的通信规约库，支持用户控制语言，提供API用户应用编程接口

  22. 变电站自动化系统通信网络实施方案 *

  23. 设计方案四

  24. 变电站自动化系统特点及功能配置 *

  25. 变电站自动化系统特点后台监控和管理系统特点变电站自动化系统特点后台监控和管理系统特点 1、完全的32位操作系统。运行于WINDOWS/LINUX操作系统，利用了操作系统占先式多任务环境及多进程、多线程的编程方法、事件驱动处理能力，使得系统后台监控与管理达到极高的性能和可靠性。由于基于32位内存管理，系统可定义上万个可控点及报警点。 2、开放式结构：系统采用标准的ACCESS数据库格式、标准SQL访问接口、ACTIVEX网络控件以及最低层的应用编程接口API，这种开放式的设计结构使得系统可以与多种通用应用软件和用户应用程序相结合。

  26. 变电站自动化系统特点后台监控和管理系统特点变电站自动化系统特点后台监控和管理系统特点 3、简单灵活的网络设计：系统采用CLIENT/SERVER及BROWSER/SERVER配置，使系统可以灵活扩展并具有容错能力。 4、对紧急事件的快速反应：评价变电站监控软件的一个重要指标是它在事故情况下的处理能力。采用高速网络通信协议和事件驱动式的信息传递方式，保证系统在短时间内处理大量数据而不会产生瓶颈现象。

  27. 变电站自动化系统特点间隔级各智能装置特点 1、采用先进的工业级芯片，各装置的MCU均采用32位MCU芯片，硬件系统具有高的抗干扰能力及工作可靠性。 2、采用14位A/D采集芯片，提高了数据采集的分辨率和测量精度。 3、主要芯片采用表面贴装技术。 4、所有装置电气隔离和屏蔽按国际标准电磁兼容设计。系统中所有装置均按满足变电站最残酷等级设计 5、所采用的保护原理成熟可靠，并且已经有丰富的现场运行经验。

  28. 变电站自动化系统特点间隔级各智能装置特点 6、各装置功能相对独立，凡可以就地完成的功能决不依赖通讯网。站内通讯网即使完全瘫痪，各间隔装置仍能保证功能不间断执行。 7、各装置通讯接口采用插卡式，可以保证系统通讯网络的平滑升级，同时也保证了各装置都支持以太网。 8、采用大屏幕液晶显示，汉化菜单操作，使用方便。 9、GPS B格式对时功能 10、温度范围：-25℃～+75℃

  29. 变电站自动化系统功能配置后台监控和管理系统功能配置变电站自动化系统功能配置后台监控和管理系统功能配置 1、数据采集与处理功能 2、统计计算功能 3、画面显示功能 4、记录功能 5、管理功能 6、控制功能 自动调节和控制 运行人员操作控制 后备手动控制。 *

  30. 变电站自动化系统功能配置后台监控和管理系统功能配置变电站自动化系统功能配置后台监控和管理系统功能配置 7、防误操作 8、时钟同步 9、系统冗余 10、授权及安全性 11、维护功能 *

  31. 变电站自动化系统功能实施方案

  32. 变电站自动化系统通信处理部分 采用通信处理装置完成 1、对上负责与控制中心调度主站及当地站控层计算机通信，对下通过现场总线网络和RS485/RS232/RS422与各种IED装置通信，包括直流保护装置、直流屏、智能电度表、GPS等 2、大量的通信规约，如IEC60870-5-101、IEC60870-5-102、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、DNP、CDT92、CDT85、U4F、MB88、MODBUS、SCI1801 V6、ISA、LFP、XT9702等 3、当调度主站系统与变电站自动化系统之间采用光纤以太网通信方式时，可以提供高速通信口或10M以太网口直接与路由器或ATM交换机进行通信。

  33. DF3610通信处理装置介绍 变电站自动化系统通信处理功能 通信处理装置介绍 维护口： 1个 RS232 远程维护： 1个 RS232 同步、异步通信口： 4个 RS232/485/422/光纤， 波特率：110-19.2kBps 高速异步通信口： 4-8个 RS232/485/422/光纤， 波特率：110-64kBps 现场总线网络接口： 1个 RS485/光纤 CAN网络接口： 1个 RS485/光纤 以太网接口： 2个 10M GPS接口： 1个，包括BNC接入、IRIG-B、PPS输出 显示器： 320×240液晶显示器，LED背光 结构： 采用2U高度19"标准机箱

  34. DF3611通信切换装置介绍 变电站自动化系统通信处理功能 采用通信切换装置完成 为提高通信可靠性，变电站自动化系统采用通信处理装置双机热备时，通过通信切换装置实现通道切换。 通信切换装置介绍 共有12个插槽，在同时提供MODEM、GPS对时等功能的同时，可提供8组切换通道（若无MODEM、GPS插件则为12组）。如果切换通道数量超过此数量可加装此装置。

  35. 新型变电站自动化系统打印功能 采用网络服务器完成 CANBUS及以太网的双重打印功能。 网络服务器介绍 CANBUS及以太网接口 各1个 打印并行口 1个 RS485/RS232接口 1个 维护口 1个 装置为一长方形结构，可与打印机并排放置。

  36. 新型变电站自动化系统网络连接 采用光纤集线器完成 间隔层光纤以太网络连接。 向上100M速率与站内其它管理单元级连。 光纤集线器介绍 10M光纤/RJ45双绞线以太网接口 8个 装置为一长方形结构

  37. DF3330三圈变、DF3333两圈变差动保护装置完成 变电站自动化系统保护功能实施主变压器保护 采用三圈变、两圈变差动保护装置完成 比率差动保护； 差动电流速断保护； 采用两圈变差动保护装置还可以完 成 高压侧电流速断保护 高压侧二段式过电流保护功能 高压侧过负荷保护； 采用变压器本体保护装置完成 重瓦斯继电器（本体重瓦斯、有载调压瓦斯）； 本体瓦斯；有载开关瓦斯； 变压器本体温度；变压器本体油位； 变压器本体压力；变压器通风回路故障；

  38. 变电站自动化系统保护功能实施主变压器保护 三圈变差动保护装置介绍 所配置的各种保护功能均可控制字投退。 1、差动保护 二次谐波制动的比率差动保护 综合相制动判据 波形对称原理的涌流制动判据 2、差流速断保护 3、CT断线告警 4、长期差流越限告警（异常告警） 5、录波功能 最大100周波 可以记录8次 6、可通过维护软件进行负荷数据分析（包括谐波、相位） 7、分散故障录波插件

  39. 变电站自动化系统保护功能实施主变压器保护 两圈变差动保护装置介绍 所配置的各种保护功能均可控制字投退。 1、差动保护 二次谐波制动的比率差动保护 综合相制动判据 波形对称原理的涌流制动判据 2、差流速断保护 3、CT断线告警 4、低压侧过电流保护（各一段一时限） 5、长期差流越限告警（异常告警） 6、录波功能 最大100周波 可以记录8次 7、可通过维护软件进行负荷数据分析（包括谐波、相位） 8、分散故障录波插件

  40. 变电站自动化系统保护功能实施主变压器保护 采用变压器接地侧后备保护装置、 变压器不接地侧后备保护装置完成 相间短路的后备保护： 1、110kV侧设复合电压闭锁方向过流保护（方向指向主变，方向元件电压取110kV PT，复合电压取10kV侧PT，并能随10kV开关断开自动解除），只设一段时限，跳主变两侧开关和110kV内桥开关； 2、110kV侧设复合电压闭锁过流保护（复合电压取110kV侧PT），设一段两时限，第一时限跳110kV内桥开关，第二时限跳主变两侧开关； 3、10kV侧设复合电压闭锁方向过流保护（方向指向10kV母线，方向元件电压和复合电压取10kV侧PT），设一段两时限，第一时限跳10kV分段开关，第二时限跳主变开关；

  41. DF3331A,31B变压器接地侧后备保护装置、 变电站自动化系统保护功能实施主变压器保护 采用变压器接地侧后备保护装置、 变压器不接地侧后备保护装置完成 接地短路的后备保护： 1、110kV中性点零序过流保护，设一段两时限，第一时限跳110kV内桥开关，第二时限跳主变两侧开关； 2、110kV中性点间隙过流过压保护，设一段两时限，第一时限跳小电源，第二时限跳主变两侧开关； 异常运行保护： 1、两侧过负荷保护。

  42. 变电站自动化系统保护功能实施主变压器保护 变压器接地侧后备保护装置介绍 所配置的各种保护功能均可控制字投退。 1、六段式复压闭锁（方向）过流保护 2、母线充电保护 3、三段式零压闭锁零序（方向）过流保护 4、间隙零序过流保护 5、零序无流闭锁零序过压保护 6、过负荷保护 7、PT断线告警 8、CT异常告警 9、录波功能 最大100周波 可以记录8次 10、可通过维护软件进行负荷数据分析（包括谐波、相位）

  43. DF3331B变压器不接地侧后备保护装置介绍 变电站自动化系统保护功能实施主变压器保护 变压器不接地侧后备保护装置介绍 所配置的各种保护功能均可控制字投退。 1、六段式复压闭锁（方向）过流保护 2、母线充电保护 3、零序过压告警 4、零序电流保护 5、过负荷保护 6、PT断线告警 7、CT异常告警 8、录波功能 最大100周波 可以记录8次 9、可通过维护软件进行负荷数据分析（包括谐波、相位）

  44. DF3220 变电站自动化系统保护功能实施线路保护、测控 采用线路距离保护装置完成 保护功能： 三段式相间距离保护 三段式接地距离保护 四段零序方向电流保护 三相一次重合闸 检同期检无压 TV断线检查

  45. DF3220 变电站自动化系统保护功能实施线路保护、测控 线路距离保护装置介绍 所配置的各种保护功能均可控制字投退。 1、三段距离，各段可单独投退,相间/接地也可分别投入 2、四段零序，各段可单独投退 3、三段三时限辅助过流保护 4、三相一次重合闸 5、PT断线检测、CT断线告警（不闭锁保护） 6、过负荷告警 7、低周减载（闭锁条件:电流,电压,滑差） 8、振荡闭锁及振荡闭锁中保护开放功能 9、录波功能 最大100周波 可以记录8次 10、可通过维护软件进行负荷数据分析（包括谐波、相位）

  46. 变电站自动化系统保护功能实施线路保护、测控变电站自动化系统保护功能实施线路保护、测控 采用线路电流电压保护装置完成 保护功能： 限时速断及过电流保护； 零序过流保护； 三相一次重合闸； 低周减载功能； 测量功能：Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic、P、Q、COS、f 脉冲电度：2路 12V 24V可设 控制功能： 断路器分合闸； 本地/远方控制可自动/手动切换，相互闭锁； 遥信： 断路器位置；刀闸位置；弹簧未储能信号；保护动作；控制回路断线；本地/远方；装置告警；装置复归

  47. 变电站自动化系统保护功能实施线路保护、测控变电站自动化系统保护功能实施线路保护、测控 线路电流电压保护装置介绍 所配置的各种保护功能均可控制字投退。 1、三段电流保护 2、反时限过流保护 3、三段零序方向电流保护 4、过负荷保护 5、三相二次重合闸 6、后加速 7、低周减载 8、PT断线 9、小电流接地选线功能 10、录波功能 最大100周波 可以记录8次 11、可通过维护软件进行负荷数据分析（包括谐波、相位） 12、测控功能

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