變電站第五章第二講

1、變電站綜合自動化系統(tǒng)的自動控制裝置變變電電站站綜綜合合自自動動化化原原理理及及應應用用20122013學學年年下下變電站綜合自動化系統(tǒng)變電站綜合自動化系統(tǒng)的自動控制裝置的自動控制裝置2第三節(jié)第三節(jié) 故障錄波裝置故障錄波裝置第二節(jié)第二節(jié) 備用電源和備用設(shè)備自動投入裝置（備用電源和備用設(shè)備自動投入裝置（AAT）第一節(jié)第一節(jié) 電壓、無功綜合自動控制裝置（電壓、無功綜合自動控制裝置（VQC）第一節(jié)第一節(jié) 電壓、無功綜合自動控制裝置電壓、無功綜合自動控制裝置（VQC）2021-10-29變電站綜合自動化原理及應用陳珍姍1.1無功功率的平衡與電壓水平的關(guān)系無功功率的平衡與電壓水平的關(guān)系1.2電力系統(tǒng)調(diào)壓的

2、基本原理和主要手段電力系統(tǒng)調(diào)壓的基本原理和主要手段1.3電壓、無功綜合自動控制策略電壓、無功綜合自動控制策略1.4 電壓、無電壓、無功自動控制方式功自動控制方式1.5 VQC實現(xiàn)與裝置舉例實現(xiàn)與裝置舉例1.31.3電壓、無功綜合自動控制策略電壓、無功綜合自動控制策略1 1、電壓、無功、電壓、無功綜合自動控制綜合自動控制的原理的原理USRSXSUHUDULIL負荷QCRLXL單一單一輻射狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)示意圖輻射狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)示意圖TTjXR LLjQP 電壓無功綜合控制所要達到的目的：電壓無功綜合控制所要達到的目的： 一一是使負荷端電壓與額定電壓的偏差最小，即是使負荷端電壓與額定電壓的偏差最小，即 二二

3、是使系統(tǒng)的功率損耗最小。（無功功率平衡，是使系統(tǒng)的功率損耗最小。（無功功率平衡，損耗為零）損耗為零）。 要達到上述目的采用兩種方法要達到上述目的采用兩種方法：(1)調(diào)整變壓器的變比調(diào)整變壓器的變比KT負荷線路電壓損失增加負荷端電壓UL減少變比KT 增大低壓側(cè)U1負荷端電壓UL。 (2) 無功功率補償無功功率補償（改變補償電容器組發(fā)出的無功功率）。minLLNLUUU 1.31.3電壓、無功綜合自動控制策略電壓、無功綜合自動控制策略2、變電站運行方式的識別、變電站運行方式的識別多臺有載調(diào)壓變壓器運行方式（運行、停運、并列、獨多臺有載調(diào)壓變壓器運行方式（運行、停運、并列、獨立）。立）。識別的方式有

4、人工設(shè)置和自動識別識別的方式有人工設(shè)置和自動識別。3、變電站運行狀態(tài)的檢測和識別、變電站運行狀態(tài)的檢測和識別變電站運行狀態(tài)是指變電站各種電氣量所處的狀態(tài)（正常變電站運行狀態(tài)是指變電站各種電氣量所處的狀態(tài)（正常/越限）。越限）。控制的目標是保證主變壓器二次側(cè)電壓在允許范圍內(nèi)，且控制的目標是保證主變壓器二次側(cè)電壓在允許范圍內(nèi)，且盡可能提高進線的功率因素，故一般選擇盡可能提高進線的功率因素，故一般選擇電壓電壓和和進線處進線處功率因數(shù)功率因數(shù)為狀態(tài)變量。為狀態(tài)變量。1.31.3電壓、無功綜合自動控制策略電壓、無功綜合自動控制策略根據(jù)狀態(tài)變量的大小，可將變電站運行狀態(tài)劃分根據(jù)狀態(tài)變量的大小，可將變電站運

5、行狀態(tài)劃分為為9個區(qū)域（九區(qū)圖）。個區(qū)域（九區(qū)圖）。Q8127036540UUU 0UU 0 cosh cosl cosU運行運行狀態(tài)圖狀態(tài)圖 目標電壓的確定：目標電壓的確定：(1)根據(jù)預測的日負荷曲線；根據(jù)預測的日負荷曲線；(2)建立負荷與目標電壓的建立負荷與目標電壓的數(shù)學模型。數(shù)學模型。 為了保證控制過程的為了保證控制過程的穩(wěn)定性，避免頻繁調(diào)節(jié)，穩(wěn)定性，避免頻繁調(diào)節(jié)，規(guī)定了一個控制死規(guī)定了一個控制死 ，當電壓在當電壓在 和和 之間時，不進行調(diào)節(jié)。之間時，不進行調(diào)節(jié)。U UU 0UU 0目標目標電壓電壓1.31.3電壓、無功綜合自動控制策略電壓、無功綜合自動控制策略強投區(qū)域強切區(qū)域4區(qū)3區(qū)2

6、區(qū)1區(qū)8區(qū)7區(qū)6區(qū)0區(qū)UQUQUHULCOSH(QL)COSL(QH)5區(qū)QOU1.31.3電壓、無功綜合自動控制策略電壓、無功綜合自動控制策略簡單越限簡單越限雙參數(shù)雙參數(shù)越限越限2、4、6、81、3、5、78：投電容器使：投電容器使COS到上限則調(diào)分接頭到上限則調(diào)分接頭3：下調(diào)分接頭降壓5：切電容器優(yōu)先，下調(diào)分接頭9：電壓無功都合格COSH(QL)COSL(QH)2：投電容器UqQqQqQUO1：投電容器優(yōu)先，上調(diào)分接頭6 ： 切 電容器4：切電容器使：切電容器使COS到下限則調(diào)分接頭到下限則調(diào)分接頭7：上調(diào)分接頭升壓1.31.3電壓、無功綜合自動控制策略電壓、無功綜合自動控制策略3 ： 下

7、 調(diào)下 調(diào) 分分接頭降壓，接頭降壓，分接頭不可分接頭不可調(diào)時投電容調(diào)時投電容器器7： 上調(diào)上調(diào)分 接 頭 升分 接 頭 升壓 ， 分 接壓 ， 分 接頭 不 可 調(diào)頭 不 可 調(diào)時 切 電 容時 切 電 容器器第一節(jié)第一節(jié) 電壓、無功綜合自動控制裝置電壓、無功綜合自動控制裝置（VQC）2021-10-29變電站綜合自動化原理及應用陳珍姍1.1無功功率的平衡與電壓水平的關(guān)系無功功率的平衡與電壓水平的關(guān)系1.2電力系統(tǒng)調(diào)壓的基本原理和主要手段電力系統(tǒng)調(diào)壓的基本原理和主要手段1.3電壓、無功綜合自動控制策略電壓、無功綜合自動控制策略1.4 電壓、無電壓、無功自動控制方式功自動控制方式1.5 VQC實

8、現(xiàn)與裝置舉例實現(xiàn)與裝置舉例1.4 電壓、無功自動控制方式電壓、無功自動控制方式2021-10-29變電站綜合自動化原理及應用陳珍姍集中控制方集中控制方式式統(tǒng)一控制要求通道可靠性高較難實現(xiàn)分散控制方分散控制方式式各廠、站獨立進行實現(xiàn)局部地區(qū)優(yōu)化關(guān)聯(lián)分散控關(guān)聯(lián)分散控制方式制方式正常時分散需要時集中控制最優(yōu)第一節(jié)第一節(jié) 電壓、無功綜合自動控制裝置電壓、無功綜合自動控制裝置（VQC）2021-10-29變電站綜合自動化原理及應用陳珍姍1.1無功功率的平衡與電壓水平的關(guān)系無功功率的平衡與電壓水平的關(guān)系1.2電力系統(tǒng)調(diào)壓的基本原理和主要手段電力系統(tǒng)調(diào)壓的基本原理和主要手段1.3電壓、無功綜合自動控制策略電

9、壓、無功綜合自動控制策略1.4 電壓、無電壓、無功自動控制方式功自動控制方式1.5 VQC實現(xiàn)與裝置舉例實現(xiàn)與裝置舉例變電站層網(wǎng)絡(luò)層間隔層區(qū)調(diào)縣調(diào) 通道 接口 主站1 通道 接口 主站2 通道 接口主站3 通道 接口主站4 顯示器PC機 打印機 主站5當?shù)乇O(jiān)控工程師站公用電話線PC機PC機主站6MODEM 遠方工程師站 10kV 線路保護 CSL216B 10kV 電容器 保護 CSP200A主變保護CST213A CST31A 斷路器 控制單元 CSI301A 備自投 CSB21A 綜合測量單元 CSD12A 分段保護 CSL216B 接地變 保護 CST301A 專用測量單元 CSD12A

10、LON雙絞線網(wǎng) 裝于開關(guān)柜上 主變保護柜 備投柜 公用柜 電度表柜 電度表1 電度表n 輔助 接口 其它裝置或系統(tǒng)110kV 變 電 站 典 型 配 置 圖V Q C工作工作站站1.5 VQC實現(xiàn)與裝置舉例實現(xiàn)與裝置舉例進 線進 線出線出線出線出線所用電容器電容器電容器電容器所用直流# 1直流# 2交流# 1主變# 1交流# 2交流# 3主變# 2備投柜公用柜電度柜 控 制 臺主控制室布置圖主 接線 圖1.5 VQC實現(xiàn)與裝置舉例實現(xiàn)與裝置舉例遠動主站VQC工工作站作站工程師站當?shù)乇O(jiān)控主站特殊轉(zhuǎn)發(fā)MMI至調(diào)度LONWORKS。CSL216BCST31ACST221ACSI301ACSD12AC

11、SD22ACSP215AVQC轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)報文1.5 VQC實現(xiàn)與裝置舉例實現(xiàn)與裝置舉例當?shù)乇O(jiān)控主站當?shù)乇O(jiān)控主站VQC工作站工作站IoMonitorIoMonitor1.5 VQC實現(xiàn)與裝置舉例實現(xiàn)與裝置舉例1.5 VQC實現(xiàn)與裝置舉例實現(xiàn)與裝置舉例成都星宇公司成都星宇公司VQC界面界面1.5 VQC實現(xiàn)與裝置舉例實現(xiàn)與裝置舉例表示開關(guān)； 表示變壓器；當由 變?yōu)?時表示開關(guān)或變壓器投入運行1.5 VQC實現(xiàn)與裝置舉例實現(xiàn)與裝置舉例運行方式界面：按或進入運行方式界面，顯示變壓器、電運行方式界面：按或進入運行方式界面，顯示變壓器、電容器運行狀態(tài)、累計動作次數(shù)、電壓、有功、無功、力率數(shù)據(jù)等。容器運行狀態(tài)

12、、累計動作次數(shù)、電壓、有功、無功、力率數(shù)據(jù)等。1.5 VQC實現(xiàn)與裝置舉例實現(xiàn)與裝置舉例遙測信息界面遙測信息界面1.5 VQC實現(xiàn)與裝置舉例實現(xiàn)與裝置舉例遙信信息界面遙信信息界面遙信信息區(qū)狀態(tài)信息區(qū)1.5 VQC實現(xiàn)與裝置舉例實現(xiàn)與裝置舉例SOE信息界面信息界面遙信信息區(qū)狀態(tài)信息區(qū)1.5 VQC實現(xiàn)與裝置舉例實現(xiàn)與裝置舉例控制記錄界面控制記錄界面遙信信息區(qū)狀態(tài)信息區(qū)1.5 VQC實現(xiàn)與裝置舉例實現(xiàn)與裝置舉例變電站綜合自動化系統(tǒng)變電站綜合自動化系統(tǒng)的自動控制裝置的自動控制裝置25第三節(jié)第三節(jié) 故障錄波裝置故障錄波裝置第二節(jié)第二節(jié) 備用電源和備用設(shè)備自動投入裝置（備用電源和備用設(shè)備自動投入裝置（A

13、AT）第一節(jié)第一節(jié) 電壓、無功綜合自動控制裝置（電壓、無功綜合自動控制裝置（VQC）2021-10-29變電站綜合自動化原理及應用陳珍姍2.1 備用電源的備用方式備用電源的備用方式2.2 對備用設(shè)備自動投入裝置的基本要求對備用設(shè)備自動投入裝置的基本要求第二第二節(jié)節(jié) 備用電源備用電源和備用設(shè)備自動投入裝和備用設(shè)備自動投入裝置（置（AAT）2.1 2.1 備用電源備用電源的配置方式的配置方式 備用電源自動投入裝置備用電源自動投入裝置是電力系統(tǒng)故障或其他是電力系統(tǒng)故障或其他原因使工作電源被斷開后，能迅速將備用電源、原因使工作電源被斷開后，能迅速將備用電源、備用設(shè)備或其他正常工作的電源自動投入工作，備

14、用設(shè)備或其他正常工作的電源自動投入工作，使原來工作電源被斷開的用戶能迅速恢復供電使原來工作電源被斷開的用戶能迅速恢復供電的一種自動控制裝置，簡稱的一種自動控制裝置，簡稱AAT裝置。裝置。 備用電源自動投入是保證電力系統(tǒng)連續(xù)可靠供備用電源自動投入是保證電力系統(tǒng)連續(xù)可靠供電的重要措施。電的重要措施。2.1 2.1 備用電源備用電源的配置方式的配置方式采用采用AAT裝置的優(yōu)點：裝置的優(yōu)點： （1）提高用戶供電可靠性。）提高用戶供電可靠性。 （2）簡化繼電保護。采用）簡化繼電保護。采用AAT裝置后，環(huán)形電網(wǎng)可以開裝置后，環(huán)形電網(wǎng)可以開環(huán)運行，變壓器可以解列運行，繼電保護的方向性等問環(huán)運行，變壓器可以解

15、列運行，繼電保護的方向性等問題可不考慮。題可不考慮。 （3）限制短路電流。）限制短路電流。&2.1 &2.1 備用電源的配置方式備用電源的配置方式2021-10-29變電站綜合自動化原理及應用陳珍姍2.1 備用電源的備用方式備用電源的備用方式2.2 對備用設(shè)備自動投入裝置的基本要求對備用設(shè)備自動投入裝置的基本要求第二第二節(jié)節(jié) 備用電源備用電源和備用設(shè)備自動投入裝和備用設(shè)備自動投入裝置（置（AAT）2.2 2.2 對對備用電源和備用設(shè)備自動投入備用電源和備用設(shè)備自動投入裝置的基本要求裝置的基本要求 （1）工作電源確實斷開后，備用電源才投入。）工作電源確實斷開后，備用電源才投入。

16、（2）手動跳開工作電源時，備自投裝置不應動）手動跳開工作電源時，備自投裝置不應動作。作。 （3）備用電源自動投入裝置只允許動作一次。）備用電源自動投入裝置只允許動作一次。 （4）工作母線上的電壓不論因任何原因消失時，）工作母線上的電壓不論因任何原因消失時，AAT均應動作。均應動作。 工作變壓器工作變壓器T1故障；故障； 工作母線工作母線上發(fā)生短路故障；上發(fā)生短路故障； 工作母線工作母線的出線上發(fā)生短路故障，而故障沒有被該的出線上發(fā)生短路故障，而故障沒有被該出線斷路器斷開；出線斷路器斷開； QF1或或QF2因控制回路、保護回路或操作機構(gòu)等因控制回路、保護回路或操作機構(gòu)等問題發(fā)生誤跳閘；問題發(fā)生誤

17、跳閘； 運行人員誤操作導致運行人員誤操作導致QF1或或QF2跳閘；跳閘； 電力系統(tǒng)內(nèi)的故障使母線電力系統(tǒng)內(nèi)的故障使母線失電。失電。 為防止為防止TV斷線造成假失壓誤起動斷線造成假失壓誤起動 AAT，工，工作母線失壓時還必須檢查工作電源無流，作母線失壓時還必須檢查工作電源無流，才能啟動備用電源自動投入才能啟動備用電源自動投入 。 （5）AAT的動作時間以盡可能短為原則。的動作時間以盡可能短為原則。 對電動機造成過大的沖擊電流和沖擊力矩，對電動機造成過大的沖擊電流和沖擊力矩， 對對電動機十分不利；電動機十分不利； 可能導致備用變壓器電流速斷保護的誤動作?？赡軐е聜溆米儔浩麟娏魉贁啾Ｗo的誤動作。 （

18、6）備用電源不滿足有壓條件，備用電源自）備用電源不滿足有壓條件，備用電源自動投入裝置不應動作。動投入裝置不應動作。 （7）應具有閉鎖備用電源自動投入裝置的功）應具有閉鎖備用電源自動投入裝置的功能。能。 2.2 2.2 對對備用電源和備用設(shè)備自動投入裝備用電源和備用設(shè)備自動投入裝置的基本要求置的基本要求2.3.1 典型硬件結(jié)構(gòu)典型硬件結(jié)構(gòu)2.3.2 微機型備用電源自動投入裝置軟件原理微機型備用電源自動投入裝置軟件原理2.3 備用電源自動投入裝置的工作原理備用電源自動投入裝置的工作原理2021-10-29變電站綜合自動化原理及應用陳珍姍&2.3 備用電源自動投入裝置的工作原理&2.

19、3.1 典型硬件結(jié)構(gòu)典型硬件結(jié)構(gòu)1.備用電源自動投入裝置的硬件結(jié)構(gòu)的工作原理 外部電流和電壓輸入經(jīng)變換器隔離變換后，由低通濾波器輸入至A/D模數(shù)轉(zhuǎn)化器，經(jīng)過CPU采樣和數(shù)據(jù)處理后，有邏輯程序完成各種預定功能。（1）由電壓互感器判斷母線有無電壓，這里測量的是三相電壓，而不是單相電壓。（2）采用用電流互感器是防止TV斷線誤判斷工作母線失壓導致誤啟動AAT。 (3)斷路器的跳位與合位的信息有跳閘位置繼電器和合閘位置繼電器的觸點提供，來識別系統(tǒng)運行方式及選擇自動投入方式 (4)斷路器合閘后的觸點，作為手跳斷路器后閉鎖自動投入和外部自動投入輸入點&2.3.2 微機型備用電源自動投入裝置軟件原理

20、微機型備用電源自動投入裝置軟件邏輯框圖如圖所示。下面以圖暗備用方式進行分析。正常時母線 、 分列運行，斷開。1暗備用方式的AAT軟件原理(1)AAT裝置的啟動方式 方式一：由圖（方式一：由圖（c c）分析可知，當）分析可知，當QF2QF2在跳閘狀態(tài)，并在跳閘狀態(tài)，并滿足母線滿足母線無進線電流，母線無進線電流，母線有電壓的條件，有電壓的條件，Y9Y9動動作，作，H4H4動作，在動作，在Y11Y11滿足另一輸入條件時合滿足另一輸入條件時合QF5QF5，此時，此時QF2QF2處于跳閘位置，而其控制開關(guān)仍處于合閘位置，處于跳閘位置，而其控制開關(guān)仍處于合閘位置，即即當二者不對應就啟動備用電源自動投入裝置

21、，這種方當二者不對應就啟動備用電源自動投入裝置，這種方式為裝置的主要啟動方式式為裝置的主要啟動方式。 方式二：當電力系統(tǒng)側(cè)各種故障導致工作母線方式二：當電力系統(tǒng)側(cè)各種故障導致工作母線失去失去電壓，此時分析圖（電壓，此時分析圖（b b）可知，在滿足母線）可知，在滿足母線進線無電進線無電流，備用母線流，備用母線有電壓的條件，有電壓的條件，Y2Y2動作，經(jīng)過延時，動作，經(jīng)過延時，跳開跳開QF2QF2，再由方式一啟動備用電源自動投入裝置，使，再由方式一啟動備用電源自動投入裝置，使QF5QF5合閘。這種方式可看作是對方式一的輔助。合閘。這種方式可看作是對方式一的輔助。1暗備用方式的暗備用方式的AAT軟件

22、原理軟件原理 以上兩種方式保證無論任何原因?qū)е鹿ぷ髂妇€以上兩種方式保證無論任何原因?qū)е鹿ぷ髂妇€ 失去電壓均能啟動備用電源自動投入裝置，并且失去電壓均能啟動備用電源自動投入裝置，并且保證保證QF2跳閘后跳閘后QF5才合閘的順序，并且從圖的邏輯才合閘的順序，并且從圖的邏輯框圖中可知，框圖中可知，工作母線工作母線與備用母線與備用母線同時失去電同時失去電壓時，壓時，裝置不會動作；裝置不會動作；備用母線備用母線無電壓無電壓，裝置同，裝置同樣不會動作。樣不會動作。(1)AAT裝置的啟動方式1暗備用方式的暗備用方式的AAT軟件原理軟件原理(2)AAT(2)AAT“充電充電”功能功能 從圖從圖 (c)(c)中

23、看到，當滿足中看到，當滿足QF2QF2、QF4QF4在合閘狀在合閘狀態(tài)，態(tài)，QF5QF5在跳閘狀態(tài)，工作母線在跳閘狀態(tài)，工作母線有電壓，備用母有電壓，備用母線線也有電壓，并且無裝置的也有電壓，并且無裝置的“放電放電”信號，則信號，則Y5Y5動作，使動作，使t3t3“充電充電”，經(jīng)過，經(jīng)過101015S15S的充電過程，的充電過程，為為Y11Y11的動作做好了準備，一旦的動作做好了準備，一旦Y11Y11的另一輸入信的另一輸入信號滿足條件，裝置即動作，合上號滿足條件，裝置即動作，合上QF5QF5。1暗備用方式的暗備用方式的AAT軟件原理軟件原理AAT裝置的充電條件變壓器T1和T2分列運行，即QF2處于合閘位置QF4處合閘位置，QF5處跳閘位置，所以與門Y1