牵引变电所综合自动化系统课件.ppt

1、第6章牵引变电所综合自动化系统 西南交通大学电气工程学院西南交通大学电气工程学院 6.1综合自动化系统的功能及构成综合自动化系统的功能及构成6.1.1综合自动化系统的发展概况综合自动化系统的发展概况 发展概况发展概况 分立元件的自动化装置阶段 20世纪70年代以前；主要采用模拟电路，由晶体管等分立元件组成；各装置独立运行，互不相干；缺乏智能性，没有故障自诊断能力。智能自动装置阶段 微机保护装置、微机远动装置；具有故障自诊断能力；独立运行，不能资源共享。6.1.1综合自动化系统的发展概况综合自动化系统的发展概况综合自动化系统阶段国外发展概况始于20世纪70年代日本日本的SDCS-1系统西门子西门

2、子的LSA678系统ABBABB的SCS100系统（中低压）、SCS200系统（高压）最新进展（基于IEC61850）ABBABB的MicroSCADA Pro变电站自动化系统（SYS600）间隔层：IED670系列智能化微机保护及控制装置 西门子西门子的SICAM PAS系统间隔层：SIPROTEC系列间隔控制单元 6.1.1综合自动化系统的发展概况综合自动化系统的发展概况国内发展概况以RTU为基础的变电站自动化系统 6.1.1综合自动化系统的发展概况综合自动化系统的发展概况国内发展概况集中式变电站自动化系统 6.1.1综合自动化系统的发展概况综合自动化系统的发展概况传统系统的缺陷传统系统的

3、缺陷组成：继电保护+RTU的模式 安全性、可靠性不高占地面积大，增加了投资维护工作量大，设备可靠性差发展方向发展方向全数字化综合自动化系统的主要特点：智能化的一次设备网络化的二次设备 自动化的运行管理系统6.1.2综合自动化系统的构成综合自动化系统的构成系统构成系统构成6.1.2综合自动化系统的构成综合自动化系统的构成变电所层变电所层 当地监控单元当地监控单元当地监控功能当地监控功能系统维护功能系统维护功能实时及报表打印功能实时及报表打印功能远动通信单元远动通信单元间隔层间隔层 牵引主变压器单元牵引主变压器单元保护功能保护功能测量功能测量功能控制功能控制功能故障录波和负荷录波功能故障录波和负荷

4、录波功能备用电源自投功能备用电源自投功能馈线单元馈线单元保护功能保护功能测量功能测量功能控制功能控制功能故障录波和负荷录波功能故障录波和负荷录波功能故障测距功能故障测距功能并补单元并补单元保护功能保护功能测量功能测量功能控制功能控制功能故障录波和负荷录波功能故障录波和负荷录波功能6.1.2综合自动化系统的构成综合自动化系统的构成综合自动化系统的综合自动化系统的特点特点功能综合化功能综合化分层分布化结构分层分布化结构操作监视屏幕化操作监视屏幕化运行管理智能化运行管理智能化通信手段多元化通信手段多元化测量显示数字化测量显示数字化6.1.2综合自动化系统的构成综合自动化系统的构成综合自动化系统的综合

5、自动化系统的优点优点与传统的微机保护+RTU自动化系统相比，综合自动化系统具有如下优点：提高牵引变电所的安全、可靠运行水平 提高牵引供电系统的运行管理水平 降低造价，减少总投资 促进无人值班变电所管理模式的实行 6.1.3综合自动化系统的主要功能综合自动化系统的主要功能监控子系统监控子系统数据采集功能事件顺序记录功能故障记录、故障录波和测距功能操作控制功能安全监视功能继电保护子系统继电保护子系统故障记录功能统一时钟对时功能存储多套整定值当地、远方修改整定值6.1.3综合自动化系统的主要功能综合自动化系统的主要功能故障自诊断、自闭锁和自恢复功能。通信子系统通信子系统所内通信功能与调度端通信功能6

6、.1.4综合自动化系统的应用模式综合自动化系统的应用模式分散式无人值守模式分散式无人值守模式视频监控单元自动灭火单元分散式保护测控单元当地监控单元 分散式无人值守综合自动化系统配置图6.1.4综合自动化系统的应用模式综合自动化系统的应用模式集中式有人值班模式集中式有人值班模式集中式保护测控单元当地监控单元中央信号显示表计 集中式有人值守综合自动化系统配置图6.1.4综合自动化系统的应用模式综合自动化系统的应用模式集中式无人值守模式集中式无人值守模式视频监控单元自动灭火单元集中式保护测控单元 当地监控单元 集中式无人值守综合自动化系统配置图6.3 微机保护基本原理微机保护基本原理6.3.1微机保

7、护的特点及发展微机保护的特点及发展微机保护主要特点改善、提高保护性能，动作正确率高易于获得附加功能 维护调试工作量小 可靠性高硬件标准化设计使用灵活方便，人机界面友好可以进行远方监控6.3.1微机保护的特点及发展微机保护的特点及发展继电保护新技术继电保护新技术自适应控制技术人工神经网络故障类型的判别故障测距方向保护主设备保护 智能化检测与自动测试数字化测试手段动作行为分析的透明化6.3.2微机保护硬件构成微机保护硬件构成微机保护装置硬件原理示意图 6.3.2微机保护硬件构成微机保护硬件构成数据采集单元数据采集单元 电压形成回路 模拟量滤波回路 模数转换回路 基于逐次逼近原理的模数转换器件（AD

8、）基于电压-频率转换的模数转换器件（VFC）两种模数转换器件的特点如下：输出数据格式 分辨率 抗干扰性6.3.2微机保护硬件构成微机保护硬件构成保护保护CPUCPU单元单元保护CPU单元原理框图6.3.2微机保护硬件构成微机保护硬件构成开关量输入开关量输入/输出单元输出单元开关量输入原理图 开关量输出电路原理图6.3.2微机保护硬件构成微机保护硬件构成人机接口与通信人机接口与通信CPU单元单元人机接口单元原理框图6.3.2微机保护硬件构成微机保护硬件构成对微机保护硬件的要求对微机保护硬件的要求高可靠性开放性通用性灵活性和可扩展性模块化与智能化状态检测6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、

9、配置及整定计算变压器保护原理、配置及整定计算变压器保护原理、配置及整定计算差动保护接线及电流平衡关系Y/-11变压器差动保护接线6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算变压器保护原理、配置及整定计算变压器保护原理、配置及整定计算变压器电流平衡关系（CT二次侧）为变压器平衡系数，计算公式如下：IIKIIIIIIphACCBBA1101011phK21CTCTphnnkK6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算变压器保护原理、配置及整定计算变压器保护原理、配置及整定计算差动电流和制动电流的计算 BC相、CA相差动电流、制动电流计算类似。.1IKIIIphBACD

10、A.121IKIIIphBAZDA6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算变压器保护原理、配置及整定计算变压器保护原理、配置及整定计算差动保护动作特性差动保护动作特性6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算变压器保护原理、配置及整定计算变压器保护原理、配置及整定计算差动保护差动速断按躲过变压器的合闸涌流整定，一般整定为变压器额定电流的715倍比率差动 222121 21111IIIIIKIIKIIIIIIIKIIIIIZDDZZDCDZDDZZDCDZDDZCD当当当6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算变压器保护原理、配置及整定计算变压

11、器保护原理、配置及整定计算ICD为差动电流计算值IZD为制动电流计算值IDZ为比率差动整定值（0.1 1.0Ie）I1为制动电流段整定值（0.2 2.0Ie）I2为制动电流段整定值（0.2 10Ie）K1为段比率制动系数（0.2 0.8）K2为段比率制动系数（0.2 0.8）二次谐波闭锁一般按10%20%整定6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算变压器保护原理、配置及整定计算变压器保护原理、配置及整定计算低压启动过电流保护电流按整定电压一般牵引网额定电压的60%70%整定高压侧低压启动过电流保护原理框图CTfEKdznKIKI跳 两 侧 断 路 器 1信 号TG L 1&U

12、 UD YU UD YIA IG LIB IG LIC IG L6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算变压器保护原理、配置及整定计算变压器保护原理、配置及整定计算相低压启动过电流保护原理框相低压启动过电流保护原理框图跳相断路器信号TG L 0&IIG L 0UUD Y跳相断路器信号TG L 0&IIG L 0UUD Y6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算变压器保护原理、配置及整定计算变压器保护原理、配置及整定计算零序过电流保护原理框图整定按经验公式跳两侧断路器信号T0 G L3 I0I0 G L70%nKIKIfEK0GLCT6.3.3保护原理、配置及

13、整定计算保护原理、配置及整定计算变压器保护原理、配置及整定计算变压器保护原理、配置及整定计算反时限过负荷保护一般反时限特性：甚反时限特性：极度反时限特性：10114.002.0GFGFTIIt1015.13GFGFTIIt101802GFGFTIItXXZDRZDR1L2涌流区负荷区动作区6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算馈线保护原理自适应阻抗保护 动作特性6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算阻抗保护判据自适应判据 为综合谐波含量，为谐波

14、抑制系数ZDLhhhZDhZDhhRctgXRctgXXXRRXtg12h 0 0 0R-和或和XKKXRKKRhhhhhh)1()1(hKhK6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算电流速断保护原理框图电流增量保护原理框图动作方程为：ZD532532h11I)IIIIII(KIII6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算反时限过负荷保护一般反时限特性：甚反时限特性：极度反时限特性：101802GFGFTIIt10114.002.0GFGFTIIt

15、1015.13GFGFTIIt6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算馈线保护配置及整定单线单边供电方式 保护配置：阻抗段电流速断电流增量（可选配）变电所 分区所 D L 6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算a)阻抗段电抗边整定按线路全长整定电阻边整定按负荷阻抗整定0XLKXkZDLFFFknZDtgIKURsincos9.0max6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算

16、b)电流速断 为最大负荷电流，为可靠系数c)电流增量 为一列车的启动电流，为可靠系数maxFkzdIKImaxFkzdIKIkKkKmaxFImaxFI6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算单线越区供电方式保护配置：阻抗段阻抗段电流速断电流增量（可选配）SS SP L1 L2 D1 D2 6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算a)阻抗段电抗边整定按线路全长L1的85%整定电阻边整定与单线单边供电方式下的整定相同b)阻抗段电抗边整定按被保护线路全

17、长（L1+L2）整定0185.0XLXZD021)(5.1XLLXZD6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算电阻边整定与单线单边供电方式下的整定相同c)电流速断电流速断按分区所SP处最大短路电流整定 d)电流增量与单线单边供电方式下的整定相同max.2.1SPdzdII6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算复线单边供电方式保护配置：变电所SS处D1、D2 分区所SP处D3 阻抗段 正向阻抗段 阻抗段 反向阻抗段 电流速断 电流速断 电流增量（可

18、选配）电流增量（可选配）SS L SP D1 D2 D3 6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算a)变电所SS的保护整定阻抗段 阻抗段电流速断与单线越区供电方式下的整定相同电流增量与单线单边供电方式下的整定相同)15.185.0(85.0120XXLXZD025.1XLXZD6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算馈线保护原理、配置及整定计算a)分区所SP的保护整定正向、方向阻抗段的整定 电流速断 按一列车的最大负荷电流整定 为一列车的最大负荷电流 电流增量 与单线单边供电

19、方式下的整定相同 05.1XLXZDJCZDII2.1JCI6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算并补保护原理、配置及整定计算并补保护原理、配置及整定计算电流速断按躲过并补装置的最大合闸涌流整定 涌流计算公式为过电流电流按电容器组的额定电流整定，时限按躲过并补装置合闸涌流的最大持续时间来整定。maxykSDIKI)1(2maxLCeyXXII6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算并补保护原理、配置及整定计算并补保护原理、配置及整定计算谐波过电流典型时限为120s差电流 为同型系数，顶流互与底流互同型时取0.5，不同型取1；为流互最大允许误差，取0.1。典

20、型时限0.5s2227500)3.1(LCeXBXXIImaxmaxytxkCDIfkKItxkmaxf6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算并补保护原理、配置及整定计算并补保护原理、配置及整定计算差电压确定电容器组中故障电容器端电压超过1.1倍额定电压时，熔断器切除电容器的台数K，按下式计算M为并联电容器数；N为串联电容器数；D为补偿度；为母线最高电压；为电容器组额定电压。计算差电压CnmaxU1.1K)D1)(KM(NMUmax)1)(UKDKMNKUCnUmaxU6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算并补保护原理、配置及整定计算并补保护原理、配置及

21、整定计算计算差电压整定值典型时限0.10.2s 低电压一般按0.50.6倍牵引网额定电压整定。典型时限为0.51s。kCDKUU6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算并补保护原理、配置及整定计算并补保护原理、配置及整定计算过电压一般按电容器组额定电压的1.051.1倍整定。K取1.051.1，为电容器组额定电压。典型时限为 15s。CnCLCZDUXXXKUCnU6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算保护配置与整定计算实例保护配置与整定计算实例系统参数电力系统参数系统容量 =100MVA，=0.3129,=0.3193 =115kV牵引主变压器参数Y/-

22、11变压器 变压器容量 =20MVA短路电抗 =10.62%高压侧CT变比 =40低压侧CT变比 =150零序CT变比 =20 jSmaxCXminCXjUeS%dU1CTn2CTn0CTn6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算整定计算实例整定计算实例接触网参数采用单线单边供电方式最大负荷电流 =610A接触网单位阻抗 =0.263+j0.565/km供电臂长度L=26.08kmCT变比 =150并补装置参数电容组为6并4串额定容量 =2400kVar额定电压 =42kV过流CT变比 =40，差流CT变比 =30maxFI0ZCTneQeU1CTn2CTn6.3.3保护原理

23、、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算整定计算实例整定计算实例变压器保护整定计算变压器额定电流高压侧额定电流：低压侧额定电流：ASIeE97.1041103200001103AIIEe88.2743497.1047334736.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算变压器保护整定计算变压器保护整定计算短路电流变压器短路电抗：最大运行方式下的短路电流为：最小运行方式下的短路电流为：531.02010010062.10100%ejdTSSUXAUSXXIjjTCd92.5941153100000531.03129.0131max3max）（AUSXXIjjTCd30.511115

24、3100000531.03193.01233123min2min）（6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算变压器保护整定计算变压器保护整定计算平衡系数整定差动速断保护比率差动保护差动电流616.0150403421CTCTphnnkKAnKIICTjxESD82.31401397.1047171AnKIICTjxEDZ27.2401397.1045.015.016.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算变压器保护整定计算变压器保护整定计算制动电流段制动电流段段比率段比率AnKIICTjxE55.4401397.104111AnKIICTjxE65.13401

25、397.104313123.01K5.02K6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算变压器保护整定计算变压器保护整定计算低压启动高压侧过电流时限T=1.2s VnUUPTeDZ60275275006.06.0AnKIKICTfEKDZ31.34095.097.1042.112.186.331.34030.51112minDZCTdmInIK）（6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算变压器保护整定计算变压器保护整定计算低压侧过电流时限T=0.9s 零序过电流时限T=3.5s 2.117.631.215030.5115.271155.2711522minDZC

26、TdmInIK）（AnKIKICTfEKdz64.470.02095.097.1042.1%700AnKIKICTfeKDZ31.215095.088.2742.126.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算变压器保护整定计算变压器保护整定计算一般反时限过负荷时间常数t=1.23sAInKKICAECTfKdz01.397.1044095.009.1)(1、6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算馈线保护整定计算馈线保护整定计算电流速断保护时限T=0.1s阻抗段保护时限T=0.1sAnIKICTFkzd88.415016102.11max06.12275150

27、565.008.265.10PTCTkZDnnXLKX2751506537sin37cos6101.1275009.0sincos9.0maxtgnntgIKURPTCTLFFFkeZD42.106.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算馈线保护整定计算馈线保护整定计算电流增量保护时限T=0.1s AnIKICTFkzd215012502.11max6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算并补保护整定计算并补保护整定计算电容器组额定电流和容抗并补合闸涌流AUQIeee14.5742240073510240042000322eeCQUX875.91735125.

28、0125.0CLXX AXXIILCey37.309875.91735114.572)1(2max6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算并补保护整定计算并补保护整定计算电流速断保护过电流保护时限T=5s AnIKICTySD28.940137.3092.111maxAKnIKIfHCTeDZ8.195.04014.572.116.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算并补保护整定计算并补保护整定计算谐波过电流保护时限T=120s 差电流保护时限T=0.5s AnXXIICTLCeXB52.1401875.917352750014.573.1127500)3.

29、1(22122AnIfkKICTytxCD29.130137.3091.0125.112maxmax6.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算并补保护整定计算并补保护整定计算低电压保护时限T=0.5s过电压保护时限T=5s VUUeDZ606.0PTCnCLCDZnUXXXKU1V14027542000875.005.16.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算并补保护整定计算并补保护整定计算差电压保护a)根据公式 计算K求出K2.69，取K=3。b)根据公式 计算差电压为CnmaxU1.1K)D1)(KM(NMU105001.1)125.01)(6(42750

30、06KKmax)1)(UKDKMNKUVU11.6111275003)125.01)(36(436.3.3保护原理、配置及整定计算保护原理、配置及整定计算并补保护整定计算并补保护整定计算c)根据公式 计算差电压整定值时限T=0.5s PTkCDnKUU1VnKUUPTkCD8.1427515.111.611116.3 微机保护基本原理微机保护基本原理6.3.4提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施抗干扰措施抗干扰措施隔离与屏蔽措施光电隔离变压器隔离继电器隔离滤波与去耦数据采集单元中的模拟低通滤波器集成电路芯片旁的去耦电路电源入口处的抗干扰电容硬件自复位电路6.3.4提高微机保护可靠性的措施提高微机保护可靠性的措施硬件冗余设计完全双重化的保护配置装置内部实现部分插件的双重化或热备用部分元件采用表决方案出口跳闸回路闭锁双线驱动命令编码方式出口电源受告警继电器和启动元件控制自动检测存储器自检程序和定值自检数据采集单元自检开关量输入通道自检开关量输出回路自检6.3 微机保护基本原理微机保护基本原理6.3.5微机保护主要技术指标微机保护主要技术指标微机保护装置的技术指标应满足电气化铁道牵引供电系统微机保护装置通用技术条件（GB/T 18038-2000）的规定