基于IEC61850的变电站自动化系统整体方案设计（全文）_变电所自动化系统设计
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基于 IEC61850 的变电站自动化 系统整体方案设计
ECHNOLOGY
科技纵横
文/于 波
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【摘 要】 本文对基于 IEC61850 的变电 站自动化系统整体方案设计进行了论述 【关键词】 变电站； 自动化系统； 监控 系统； 容错能力； 主变保护 1.引言
基于 IEC61850 数字化变电站(以下简称 数字化变电站)中，智能一次设备的信号输出 和控制输入采用了数字技术，变电站二次回 路设计中常规的继电器及其逻辑回路被可编 程软件代替，常规的模拟信号被数字信号代 替，常规的控制电缆被光缆代替，简洁的二次 回路设计使变电站自动化系统的可靠性得到 了进一步提高。
2.系统总体要求
站级层后台和间隔层 IEO 装置(包括保 护装置和测控装置)的通信均应用 IEC61850 通信协议标准； ②间隔层测控单元之间采用 基于 GOOSE 快速报文机制的水平通信，实 现间隔层全站联闭锁功能； ③间隔层保护装 置之间采用基于 GOOSE 快速报文机制的水 平通信，取消保护装置之间的屏间电缆； ④鉴 于站级层设备操作系统的安全性、稳定性的 要求，站级层设备操作系统应优先采用稳定 性较好的 Unix 操作系统平台； 自动化系 ⑤ 统优先采用!RIG 一 B 对时方式，同时预留 简单网络对时方式(SNTP)。
除。4.3 系统的可靠性 计算机监控系统在工程现场运行必须具 有很高的可靠性，其平均无故障时间 MTBF 要求为:主要设备大于 27000 小时，系统总体 大于 20000 小时;每个单元设备的平均维修 时间 M 丁下 R 小于 3.5 小时。对此，投标者 应提供有关证明资料，供买方认可。遥控动 作 正 确 率: 100%，遥 控 动 作 成 功 率 大 于 99.9%。4.4 系统的安全性 在任何情况下，硬件和软件设备的运行 都不能危及变电所的安全稳定运行和工作人 员的安全。4.5 系统的抗电磁干扰能力 系统应具有足够的抗电磁干扰能力，符 合 IEC、GB、标准，OL 确保在变电所中的稳 定运行。并提供型式试验报告。
主控楼配置两套交流不间断电源(逆变 分别组一面屏。逆变电源屏配置 电源)装置，总开关及足够数量的出线开关，额定电压 220VAC。逆变电源装置输入电源为市电交 流 22OV 和直流 220V，配备市电旁路供电回 路，输出电源为正弦交流 220V。两套交流不 间断电源独立输出，不配置输出电源合并回 路。逆变电源装置应配置常规告警的硬接点 输出和串口通信接口，为计算机监控系统提 供 UPS 系统告警信号。5.6 电能计量 各级各段母线电压互感器二次侧设电能 计量专用电压回路，其回路导线截面应保证 在最大负荷运行时，各电能表端的二次电压 降不大于 0.2%Ue。各级电压线路、主变压器 各侧的电度计量，采用多功能电子表;电容器 无功电度计量采用无功电度表。
6.屏位配置原则
6.1 自动化系统方案一 6.1.1 总体构架。总体构架主控楼配置 220kv 继电器小 两台工业级以太网交换机，室、110kV 继电器小室和 35kV 配电装置小 室分别配置两台工业级以太网交换机。以上 8 台交换机组成主干环网结构。站级层设备 单网卡配置，与主控楼的两台交换机分别单 独连接。6.1.2 系统可靠性分析。站级层设备单 网卡配置，没有备用通信通道。6.2 自动化系统方案二 6.2.1 总体构架。主控楼配置两台工业 级以太网交换机
和两台通信主机。220kv 继 电器小室、110kV继电器小室和 35kV 配电装 置小室分别配置两台工业级以太网交换机。6.2.2 系统可靠性分析。站级层设备单 网卡配置，没有备用通信通道。主机兼人机 工作站
1、互为冗余，2 在网络上地位相同，没 有主备区别，数据库保持一致，在操作界面上 有主备机制。6.3 方案比较 方案一中，间隔层设备按照继电器小室 分布分别组建光纤环网结构，依托环网自愈 技术具备一定的冗余性，但是每个间隔层设 备需要额外增加一台小交换机参与组建环网 结构，这将增加网络设备投资成本，同时也增 加了网络设备发生故障的概率。方案二中，间隔层设备按照继电器小室分布分别组建单 星型以太网，网络结构简洁明了，整个网络的 组建、扩展和维护都相对简单，但是间隔层网 络的冗余性相对较差。（下转 170 页）
5.继电保护系统
5.1 主变保护 有载、本体瓦斯保护: 轻瓦斯动作于信 号，重瓦斯动作跳三侧断路器。释压阀动作 保护:设跳闸和信号两个位置，跳闸出口接入 主变重瓦斯出口回路。纵差保护: 瞬时动作 跳三侧断路器。过电流保护: 作为主变的后 中压侧及 备保护。过负荷保护:装于高压侧、低压侧，动作于信号。主变保护采用双套微 机保护装置，采用满足 IEC61850 通信标准要 求的智能设备。5.2 故障录波器 故障录波器选用四台微机故障录波装 置，其中两台分别用于录取 220kV 电压、高 频量、电流量及事件记录和 110kV 电压、电流 量及事件记录量。另设两台主变录波器，用 于录取主变三侧的电压、电流量、直流量及事 件记录量。5.3 保护信息收集柜 在主控楼配置一台保护信息收集柜，用 于收集各保护装置的信息，并将保护信息送 往各调度端。5.4 直流系统 直流网络考虑采用辐射供电方式，在主 控楼继电器室、就地继电器室设置两面直流 分电柜，35kV 配电装置楼继电器室内设置
一 面直流分电柜，皆采用单母分段接线，两段母 线进线电源来自不同蓄电池组。间隔层网络 设备、测控和保护采用直流供电模式，直流系 统按辐射式供电方式，重要的设备如网络交 换机等按双回路直流供电。5.5 UPS 系统
3.后台计算机监控系统
计算机监控系统可分为二层: 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 能上不依赖于站级监控层设备。站级监控层 网络采用 100M或更高速度的冗余配置以太 网。站级层和间隔层测控装置的通信均采用 符合 IEC61850 标准的通信协议;间隔级网络 的传输速率满足系统的实时性要求。
4.系统性能
4.1 系统的可用性 计算机监控系统的设计应充分考虑在各 个工程环境中的不同因素，以保证在现场安 装后立即适用并稳定可靠运行，系统年可用 率应大于 99.9%。4.2 系统的可维护性 系统的硬件、软件设备应便于维护，各部 件都应具有自检和联机诊断校验的能力，应 为工程师提供完善的检测维护手段及工具软 件，包括在线的和离线的，以便于准确、快速 进行故障定位。一般性故障应能由工程师在 现场自行处理。同时，供货商应具有技术支 持条件保证即使发生严重故障也能及时排
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（上接 166 页）温度）进行连续采集，并与设定温度进行 比较。如果即时温度仍然大于设定温度，则 加大阀门开度，加快水流速度，以提高热交换 实现降温； 反之若环境温度小于设定温度，则 控制电机反向转动，减小阀门开度，减慢水流 速度，以减小
热交换实现升温； 如此，在不断 的调节，使实际环境温度逐步逼近设定温度，最终达到温度的控制精度。图 5 速度信号处理电路
定时器 4 中断，定时每秒执 行一次程序
3.汪敏生.LabVIEW基础教程.北京:电子 工业出版社，2002.作者简介： 第一作者：（1986-),男，周虎 安徽省人，浙江大学光电系信息工程（光电）专业学生。，教授、博导，1988 年 王晓萍（1962-）女，毕业于浙江大学科学仪器系，研究生学历。微机类课程组组长，承担微机类课程的教学 及实践工作； 从事分析检测技术与智能仪器 设计开发的科研工作。
（作者单位： 周虎/沈栋/苗青杰/王晓萍/闻春 敖均为浙江大学光电信息工程学系）
5.结论
对于霍尔元件-多极磁环式速度传感器/ 轴角编码器，可采用有限元法计算霍尔元件 所处圆弧面上的磁密分布，通过该面上磁密 最大值与霍尔元件最低动作值的比较，可得 到磁环极数的最大值。磁环极数的实际值，要根据计算结果，综合考虑系统的工作条件 和实际来确定。为了增加传感器每一转发出 的脉冲数，还可以在传感器的定子边安装互 差一定电角度的多个霍尔元件，再利用异或 门电路将多路信号综合在一起。
每秒 3 个 DS1 820 各采集 1 次数据，用数组 tepm [3] 记录，数组 sum [3 ] 记录每一路的，这一分钟的温度和
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计算机接受并自 动处理数据
（上接 167 页）
是 1分钟到否？ 否
通过232发送3个 平均温度到PC
7.结束语
数字化变电站由于广泛地采用智能设 备，对现有地运行、维护和管理方法提出了挑 战。所以规划数字式变电站时应充分考虑运 行、维护和管理的因素，同时也应根据数字化 变电站的特点适当调整运行、维护和管理的 规程。
设定温度＜当前温度，未到最大步数 否 设定温度＜当前温度，未到最小步数是
开中断1，此 以 控 制 单 片机 正 转，大 水阀 增
是
开中断1，此 以 控 制 单 片机 反 转，小 水阀 减
参考文献：
1.邹继斌, 胡建辉, 徐永向,“High Temperature Brushle DC Motor System and Its Journal of Harbin InOperation Mode Control． stitute of Technology” 2001 年, 第 4 期., 2.P.Pillay, R.Krishnan, Modeling, simu“ lation and analysis of permanent-magnet motor drives, Part I: The Permanent-magnet Synchronous Motor Drive
[J].IEEE Trans.Ind.Appl，1989,25(2): 265-273.” 3.谭建成． 电机控制专用集成电路． 机械 1998.工业出版社． 4.唐任远． 现代永磁电机理论与设计． 机 械工业出版社． 2002.5.张和, 王克明, 冯占英, 无刷电机控制 “ , 器的设计” 中小型电机, 2001, 28(6).（作者单位： 黑龙江省电力开发公司）
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参考文献：
1.吴锦 110kV变电站综合自动化系统设 计方案[J]湖北电力, 2001,(01)2.马淑丽,王
陆一 110kV综合自动化变电 站标准设计 [J] 科技情报开发与经济, 2000,(06)作者简介：（1982 ～）男，于波，汉族，宁 夏银川人，2004 年毕业于宁夏大学电气自动 化专业，获工学学士学位，助理工程师，现主 要从事变电站电气安装方面的工作。（作者单位： 宁夏电建送变电工程公司）
图 5 温度调节流程图
4.总结
该系统是在 2008 年 9 月参加浙江大学 电子设计竞赛期间完成的，包括总体设计、程 序编写、硬件设计与制作、系统性能测试等。系统通过步进电机控制水流速度，调节小型 风扇风速进行热交换，运用单片机的控制算 法进行温度调整，实现了环保节能型模拟空 调的功能。实际测试表明，系统具有接近实 际生活中的空调控制功能，取得了较为满意 的效果，因此也获得了竞赛一等奖第一名的 好成绩。
参考文献
1.丁伟雄,杨定安,宋晓光.步进电机的控 制原理及其单片机控制实现,煤矿机械, 2005 P127 － 129 No.06，2.王汀,沈相国,戴华平.微处理机原理与 接口技术.北京:化学工业出版社,2004.（上接 168 页）参考文献
1.FANUC 0i / 0i Mate C 系列编程说明书 2003 2.FANUC 0i / 0i Mate C 系列操作说明书 2003
（作者单位： 广东机电职业技术学院）
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