配電自動(dòng)化系統(tǒng)3

1、第3章 開(kāi)閉所和配電變電站內(nèi)自動(dòng)化開(kāi)閉所：無(wú)變壓器,即高壓開(kāi)關(guān)站,又稱高壓配電站,僅起配電作用,實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)供電、雙路互投等功能。變電站：有變壓器,可實(shí)現(xiàn)變電、配電兩種功能。 變電站、開(kāi)閉所是配電網(wǎng)的重要組成部分，其自動(dòng)化程度高低直接反映了配電自動(dòng)化的水平。3.1 遠(yuǎn)動(dòng)裝置(RTU)的發(fā)展遠(yuǎn)方終端裝置(RTU，Remote Terminal Unit)： 簡(jiǎn)稱遠(yuǎn)動(dòng)終端，是SCADA系統(tǒng)（監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）中安裝在變電站和配電站的一種遠(yuǎn)動(dòng)裝置。負(fù)責(zé)采集站內(nèi)電力運(yùn)行的模擬量和狀態(tài)量，監(jiān)視并向調(diào)度中心傳送這些模擬量和狀態(tài)量，執(zhí)行調(diào)度中心發(fā)往所在站的控制和調(diào)度命令。遠(yuǎn)動(dòng)裝置(RTU)的發(fā)展-續(xù)觸點(diǎn)遠(yuǎn)動(dòng)裝

2、置：第一代遠(yuǎn)動(dòng)裝置，功能弱，精度低，速度慢、可靠性差。集中式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置：?jiǎn)蜟PU結(jié)構(gòu)的RTU裝置，功能弱、可靠性差。分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置：每個(gè)CPU分別完成一定的任務(wù)，提高了速度、可靠性，同時(shí)廣泛采用交流采樣技術(shù)。多CPU結(jié)構(gòu)的分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置成為主流。3.2 微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的基本功能RTU的基本功能：遙測(cè)（YC）、遙信（YX）、遙調(diào)（YT）、遙控（YK）。RTU的輔助功能：屏幕顯示、參數(shù)整定輸入、打印制表、信息轉(zhuǎn)發(fā)、自恢復(fù)與自檢、數(shù)據(jù)保存、事件順序記錄等功能。1. “四遙”功能1）遙信(YX)：對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)量。測(cè)量開(kāi)關(guān)位置、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，調(diào)壓變壓器分接頭位置。一般用無(wú)源接點(diǎn)，有

3、變位時(shí)立即上傳。2）遙測(cè)(YC)：對(duì)應(yīng)模擬量。對(duì)U、I、P、Q、 f、功率因數(shù)、溫度、壓力、流量等所有模擬信號(hào)的采集，并將采集信號(hào)上傳。3）遙控(YK)：遠(yuǎn)方控制斷路器分合，電容器、電抗器的投切等。一般也用無(wú)源接點(diǎn)，要求動(dòng)作準(zhǔn)確率大于99.99%。4）遙調(diào)(YT)：用于有載變壓器分抽頭的升降調(diào)節(jié)等，也采用無(wú)源接點(diǎn)，要求準(zhǔn)確率大于99.99%。2. 事件順序記錄(SOE, Sequence of events)SOE：自動(dòng)記錄事件狀態(tài)變化的時(shí)間。對(duì)事故時(shí)各種開(kāi)關(guān)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置的狀態(tài)變化信號(hào)按時(shí)間順序排隊(duì)。作用：用于事故分析。輸入信號(hào)：取繼電器動(dòng)作出口信號(hào)（不取信號(hào)繼電器接點(diǎn)）、斷路器輔助接

4、點(diǎn)（受分散性、不同步影響)。2. 事件順序記錄-SOE分辨率事件分辨率要求達(dá)到毫秒級(jí)。分辨率高帶來(lái)高造價(jià)。SOE站內(nèi)分辨率：RTU內(nèi)(站內(nèi))順序發(fā)生一串事件后，兩事件間能辨認(rèn)的最小時(shí)間，要求5ms。SOE站間分辨率：各RTU間(站間)順序發(fā)生一串事件后，兩事件間能辨認(rèn)的最小時(shí)間，要求20ms。遙控：1個(gè)對(duì)象的分合閘控制，可遠(yuǎn)動(dòng)或上位機(jī)遙控，亦可在裝置上手控。 結(jié)構(gòu)分布式RTU裝置構(gòu)成的變電站監(jiān)控系統(tǒng) 現(xiàn)場(chǎng)總線CRT工控機(jī)打印機(jī)MCURTURTURTU分布式監(jiān)控裝置上位機(jī)系統(tǒng)主控單元微機(jī)保護(hù)遠(yuǎn)動(dòng)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)分布式RTU構(gòu)成的變電站監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)RTU裝置：用于進(jìn)線、饋線、母線、變壓器，母聯(lián)等設(shè)備的監(jiān)

5、控。主控單元（MCU）功能：將系統(tǒng)組態(tài)信息發(fā)至各RTU裝置；不間斷地接收每個(gè)RTU的各種現(xiàn)場(chǎng)信息，再把這些信息送至上位機(jī)和調(diào)度；接收上位機(jī)或調(diào)度下達(dá)的命令并轉(zhuǎn)發(fā)給RTU；完成對(duì)變電站設(shè)備的各種控制與調(diào)節(jié)；與其他智能設(shè)備（如微機(jī)保護(hù)）進(jìn)行串行通訊。 結(jié)構(gòu)分布式RTU構(gòu)成的變電站綜合自動(dòng)化4.采用智能電能表簡(jiǎn)化RTU的結(jié)構(gòu)智能電能表功能：分時(shí)段采集WP、WQ，并可采集U、I、P、Q、cos等參數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：智能電能表通過(guò)RS485與外聯(lián)系，可省去RTU中遙測(cè)部分，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。隨著智能化多功能電能表的成熟，在配網(wǎng)自動(dòng)化中的應(yīng)用增多。缺點(diǎn)：變電所出線多時(shí)，遙測(cè)刷新慢，在配電自動(dòng)化中應(yīng)用有爭(zhēng)議。 采用智能電能

6、表的變電站監(jiān)控系統(tǒng)5. RTU的選擇對(duì)于現(xiàn)有35-110kV中心變電所、出線較多(總單元數(shù)大于10)，其他二次設(shè)備又不作改造時(shí)，則可采用功能分布式RTU，結(jié)合保護(hù)等其他裝置，實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化。對(duì)于現(xiàn)有出線小于6回，總單元數(shù)小于10個(gè)的小型變電所，可采用結(jié)構(gòu)分布式RTU，每個(gè)功能模塊包括遙測(cè)、遙、遙控、遙調(diào)，甚至可增加微機(jī)保護(hù)功能，構(gòu)成綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。對(duì)于6-10kV終端變電所，一般采用結(jié)構(gòu)分布式RTU，且增加微機(jī)保護(hù)功能，構(gòu)成綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，達(dá)到無(wú)人值班的條件。新建變電所應(yīng)一步到位，按高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，直接達(dá)到無(wú)人值班條件。具體形式可根據(jù)變電所容量大小及重要性來(lái)確定，但最好實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化。如采用微機(jī)保

7、護(hù)加監(jiān)控系統(tǒng)，測(cè)控及保護(hù)一體化單元，智能重合器等構(gòu)成綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。6. 直流采樣和交流采樣直流采樣：直接對(duì)變送器直流輸出（直流電壓或電流）進(jìn)行采樣。特點(diǎn)：簡(jiǎn)單，但數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性差，變送器故障幾率較高、維護(hù)工作量較大；造價(jià)大。交流采樣：直接采樣各相電流電壓，根據(jù)算法實(shí)時(shí)計(jì)算電流電壓等量。交流采樣算法：算法種類多，保護(hù)一般用傅里葉算法；測(cè)量一般用均方根算法，例如I、U有效值：I(k)、U(k)為k時(shí)刻電流、電壓采樣值。交流采樣方式1）單一通道采樣方式異步采樣：也稱定時(shí)采樣，采樣間隔周期固定不變，系統(tǒng)基頻變化時(shí)精度不高。同步采樣：采樣周期跟蹤系統(tǒng)基頻而變化，保持fs/f1=N為不變整數(shù)。2）多

8、通道采樣方式同時(shí)采樣：同時(shí)采樣，同時(shí)或依次A/D轉(zhuǎn)換。順序采樣：順序采樣，用于同時(shí)性要求不高的場(chǎng)合。3）分組同時(shí)采樣所有輸入通道分若干組，組內(nèi)各通道同時(shí)采樣，組間順序采樣。同時(shí)采樣，同時(shí)A/D轉(zhuǎn)換 同時(shí)采樣，依次A/D轉(zhuǎn)換順序采樣,依次A/D轉(zhuǎn)換3.4 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)：將電力系統(tǒng)的保護(hù)、測(cè)量、控制、監(jiān)視、故障分析等功能集合在一起構(gòu)成變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)優(yōu)化控制、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、智能決策。1. 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)功能保護(hù)功能：包括各種常規(guī)保護(hù)設(shè)備所能完成的各種功能。如距離、變壓器、母線、發(fā)動(dòng)機(jī)、電容器、電抗器的主保護(hù)、后備保護(hù)?？刂乒δ埽航嚯x控制(就地

9、)、遠(yuǎn)距離控制(遙控)。測(cè)量功能：遙測(cè)、遙信。通信：與調(diào)動(dòng)系統(tǒng)通信。診斷功能：自檢、自診斷，斷路器動(dòng)作次數(shù)、故障電流大小等。故障錄波功能：故障時(shí)各種參數(shù)波形記錄。2. 變電站綜合自動(dòng)化的優(yōu)越性提高供電質(zhì)量，提高電壓合格率（有載調(diào)壓、無(wú)功補(bǔ)償，無(wú)功潮流合理，降低網(wǎng)損，節(jié)約電能損耗）。提高變電站的安全、可靠運(yùn)行水平（微機(jī)保護(hù)、故障自診斷功能）。提高電力系統(tǒng)運(yùn)行、管理水平（監(jiān)視、測(cè)量、記錄、抄表等由計(jì)算機(jī)完成，提高測(cè)量精度，無(wú)人為干預(yù)）。與上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)通信（檢測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)送往調(diào)度中心，調(diào)度員及時(shí)掌握各變電站運(yùn)行情況，并進(jìn)行必要調(diào)節(jié)和控制）。記錄查詢（各種操作的時(shí)間順序記錄，提高運(yùn)行管理水平）。3. 變

10、電站綜合自動(dòng)化發(fā)展現(xiàn)狀集中式結(jié)構(gòu)：早期采用，由13臺(tái)微機(jī)完成全變電站的保護(hù)、監(jiān)控。分布分散式結(jié)構(gòu)：目前大多采用，并采用分層設(shè)計(jì)。保護(hù)測(cè)控一體化：35kV及以下線路，保護(hù)測(cè)控相互融合、信息共享，保護(hù)、測(cè)控功能集成在一個(gè)獨(dú)立裝置中。高壓或超高壓線路：保護(hù)、測(cè)控裝置完全獨(dú)立，但可統(tǒng)一設(shè)計(jì)、組屏。基本監(jiān)控功能：如遙測(cè)、遙信、遙控等已較成熟。高層次應(yīng)用：變電站防誤閉鎖、電壓無(wú)功控制等應(yīng)用增多，但還有待研究、發(fā)展。4. 無(wú)人值守變電站無(wú)人值班變電站：調(diào)度值班員借助微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)替代變電所現(xiàn)場(chǎng)值班員來(lái)控制和管理的變電所。無(wú)人值守變電站是變電所的一種先進(jìn)管理模式。調(diào)度員在主站端設(shè)備的鍵盤(pán)上進(jìn)行必要的遙控、遙調(diào)操

11、作。無(wú)人值守變電站并非任何操作都無(wú)須人員現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。不必再配置單獨(dú)RTU，模擬量和開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息，通過(guò)通信管理單元直接送往調(diào)度。各微機(jī)保護(hù)單元將動(dòng)作信息送給調(diào)度，并通過(guò)通信管理單元轉(zhuǎn)發(fā)或執(zhí)行調(diào)度下達(dá)的命令。5. 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)為多微機(jī)、多層次結(jié)構(gòu)形式。最上層設(shè)在電力系統(tǒng)控制中心；13層均設(shè)在變電站內(nèi)。結(jié)構(gòu)形式：集中式、分布式、分散與集中相結(jié)合、全分散式。1）集中式的結(jié)構(gòu)形式集中采集變電站的模擬量、開(kāi)關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算與處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和一些自動(dòng)化功能。集中式結(jié)構(gòu)也并非指由一臺(tái)計(jì)算機(jī)完成保護(hù)、監(jiān)控等全部功能。多數(shù)集中式結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)、微機(jī)監(jiān)控和與調(diào)度等通信

12、的功能由不同的微機(jī)完成，只是每臺(tái)微計(jì)算機(jī)承擔(dān)的任務(wù)多一點(diǎn)。缺點(diǎn)：工程和投資量大、系統(tǒng)精度低，易受干擾、調(diào)試、維護(hù)工作量大，擴(kuò)展靈活性差。集中式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)框圖模入接口開(kāi)入接口輸出接口A/D模塊輸入接口輸出接口主變TV與 TA線路TV與TA斷路器狀態(tài)保護(hù)出口模擬量輸入斷路器和隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)繼電保護(hù)信息輸入出口繼電器各保護(hù)裝置監(jiān)控主機(jī)通信控制器顯示器打印機(jī)鍵盤(pán)調(diào)度中心2）分布式的結(jié)構(gòu)形式不同電氣設(shè)備均單獨(dú)安裝對(duì)應(yīng)的微機(jī)保護(hù)裝置和RTU，任一裝置故障，不影響系統(tǒng)正常工作。系統(tǒng)內(nèi)裝置間信息的傳送均為數(shù)字信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)。系統(tǒng)為多CPU工作方式，各裝置都具有一定的數(shù)據(jù)處理能力，大大減輕主控制機(jī)的負(fù)擔(dān)。

13、系統(tǒng)擴(kuò)充靈活方便。具有自診斷功能，自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)所有裝置巡檢，發(fā)現(xiàn)故障自動(dòng)檢出，并加以隔離。具有事件順序記錄功能（SOE），分辨率可達(dá)1mS，為事故分析提供有效的數(shù)據(jù)。 分布式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)框圖主變壓器保護(hù)110kV進(jìn)出線保護(hù)35kV出線保護(hù)低頻減載110kV RTU35kV RTU 低頻減載10kV饋出線保護(hù)電容器保護(hù)10kV RTU 前置機(jī)前置機(jī)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控計(jì)算機(jī)CRT打印機(jī)調(diào)度端(主控站)3）全分散式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)特點(diǎn)：將數(shù)據(jù)采集、測(cè)量、監(jiān)控功能并入微機(jī)保護(hù)裝置（微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置）。微機(jī)綜合保護(hù)測(cè)控裝置：也稱分布式保護(hù)測(cè)控裝置、“四合一”裝置(保護(hù)、遙測(cè)、遙控、遙信)。全分散式綜合自動(dòng)化系

14、統(tǒng)是一分層分布式系統(tǒng)，按一個(gè)元件、一個(gè)裝置分布式配置，各裝置間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)靈活。整個(gè)系統(tǒng)可靠性高，任一裝置故障僅影響相對(duì)應(yīng)的元件。各保護(hù)測(cè)控裝置既可分散安裝在開(kāi)關(guān)柜上，也可集中組屏安裝。110/35kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)配置方案35kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)配置方案6. 微機(jī)保護(hù)微機(jī)保護(hù)：以微處理器為核心組成的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。特點(diǎn)：性能優(yōu)：高速運(yùn)算、邏輯判斷和記憶，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜保護(hù)功能，故障參數(shù)追憶、打?。豢煽啃愿撸鹤栽\斷、抗干擾；靈活性強(qiáng)：硬件、外圍設(shè)備可通用；調(diào)試維護(hù)工作量小：軟件成熟后，硬件完好下幾乎不用調(diào)試；經(jīng)濟(jì)性好：包括投資費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用；多功能化和綜合應(yīng)用：實(shí)現(xiàn)保護(hù)外的其他功

15、能（錄波、記錄、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳）。3.5 配電變電站自動(dòng)化的若干問(wèn)題1. 環(huán)境溫度和濕度各種微機(jī)裝置選用民用級(jí)芯片(工作溫度0-500C)，但變電站環(huán)境溫度有時(shí)較低(-150C)，須選用工業(yè)級(jí)芯片。連續(xù)運(yùn)行的微機(jī)裝置，只要進(jìn)入嚴(yán)寒時(shí)未停過(guò)電，器件本身發(fā)熱可維持芯片最低極限工作溫度，裝置仍能在較低溫度下工作。停電或關(guān)機(jī)后微機(jī)裝置再啟動(dòng)將困難。可采用裝置預(yù)熱方法實(shí)現(xiàn)再啟動(dòng)；或采用環(huán)境機(jī)箱，通過(guò)PTC加熱，使機(jī)箱溫度達(dá)到裝置工作溫度；或再與抽風(fēng)扇配合，降低濕度。2. 狀態(tài)量采集開(kāi)關(guān)量接點(diǎn)形式：保護(hù)繼電器輸出觸點(diǎn)，斷路器與刀閘的輔助接點(diǎn)，刀閘和斷路器等設(shè)備的故障信號(hào) 如壓力等.3. 防跳躍機(jī)構(gòu)跳躍：當(dāng)斷路器

16、手動(dòng)或遙控合閘于故障線路時(shí)（如短路），不論操動(dòng)機(jī)構(gòu)有無(wú)自動(dòng)脫扣，斷路器都應(yīng)自動(dòng)分閘。此時(shí)若合閘命令還未解除（如轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的手柄或繼電器還未復(fù)位），則斷路器分閘后又將再次合閘，緊接著又會(huì)分閘。這樣，有可能使斷路器連續(xù)多次合、分故障電流，這一現(xiàn)象稱為“跳躍” 。防跳躍意義：出現(xiàn)跳躍時(shí)，斷路器將無(wú)謂的連續(xù)多次合、分短路或故障電流，造成觸頭嚴(yán)重?zé)龘p甚至引起爆炸事故。因此對(duì)于非手動(dòng)操作的操動(dòng)機(jī)構(gòu)必須具有防止跳躍的能力，使得斷路器關(guān)合短路而又自動(dòng)分閘后，即使合閘命令尚未解除，也不會(huì)再次合閘。 3. 防跳躍機(jī)構(gòu)續(xù)防跳躍措施：在分閘命令和合閘命令同時(shí)施加的情況下，防跳躍繼電器使分閘優(yōu)先。防跳躍繼電器由分閘命令直

17、接啟動(dòng)，并通過(guò)合閘繼電器的觸點(diǎn)保持在得電位置，它們的觸點(diǎn)完全切斷合閘線圈回路，使斷路器不能實(shí)現(xiàn)合閘，直到合閘信號(hào)完全解除。實(shí)現(xiàn)方法：利用繼電器對(duì)合閘回路進(jìn)行閉鎖。防跳繼電器（TBJ）：有兩個(gè)線圈，一個(gè)是電流啟動(dòng)線圈，一個(gè)是電壓保持線圈。電流線圈串聯(lián)在跳閘回路中，以便當(dāng)繼電保護(hù)動(dòng)作于跳閘時(shí)，使防跳繼電器可靠地啟動(dòng)。電壓線圈的主要作用是在繼電器動(dòng)作后能可靠地自保持。利用防跳繼電器的防跳接線圖利用普通繼電器閉鎖合閘回路的防跳接線圖合閘時(shí)，合閘整流橋輸出經(jīng)Y3/S2/S3/S1/KO(2-1常閉)接通。繼電器KO并聯(lián)在合閘回路上，斷路器合閘后并聯(lián)在合閘回路的輔助接點(diǎn)S3閉合，繼電器KO線圈接通，KO觸點(diǎn)切換到(4-1常開(kāi)) ，斷開(kāi)合閘回路并保持，若此時(shí)合閘于故障，繼電保護(hù)動(dòng)作跳閘，由于合閘回路已可靠斷開(kāi)，防止了跳躍。4. 有功功率采集小電流接地系統(tǒng)(三相三線制)，常采用兩瓦特計(jì)法（兩表法）進(jìn)行P的測(cè)量。電源EAB供給負(fù)載的有功功率：電源ECB供給負(fù)載的有功功率：1）三相三線制負(fù)載的全部有功功率：設(shè)I(k)、U(k)為k時(shí)刻電流、電壓采樣值, 離散化表達(dá)式: 2）三相四線制對(duì)大電流接地系統(tǒng)（三相四線制），采用