ch7-供電系統(tǒng)變電所的自動(dòng)化

內(nèi)容提要：本章介紹了供電系統(tǒng)的基本功能以及變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，還介紹了備用電源投入裝置，最后介紹了自動(dòng)重合閘裝置。第7章供電系統(tǒng)變電所的自動(dòng)化第7章供電系統(tǒng)變電所的自動(dòng)化第一節(jié)概述第二節(jié)變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能第三節(jié)變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第四節(jié)備用電源自動(dòng)投入裝置第五節(jié)自動(dòng)重合閘裝置第一節(jié)概述

變電所的自動(dòng)化系統(tǒng)就是將變電所的二次設(shè)備（包括：繼電保護(hù)裝置、控制裝置、測(cè)量裝置、信號(hào)裝置）通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)代通信技術(shù)綜合集成為一體，實(shí)現(xiàn)變電所運(yùn)行管理自動(dòng)化的系統(tǒng)。

一、變電所的自動(dòng)化系統(tǒng)的定義二、變電所的自動(dòng)化系統(tǒng)的主要功能

具有微機(jī)保護(hù)，數(shù)據(jù)、信號(hào)采集與測(cè)量，自動(dòng)控制，運(yùn)行監(jiān)視，打印記錄，故障錄波與測(cè)距，信息儲(chǔ)存與分析，自診斷，與調(diào)度所通信以及接受、處理和傳送來(lái)自線路需經(jīng)變電所傳送的信號(hào)等功能。三、變電所的自動(dòng)化系統(tǒng)的分類

1）在中、低壓變電所中采用自動(dòng)化系統(tǒng)，取消常規(guī)的保護(hù)、監(jiān)視、測(cè)量、控制屏，以全面提高變電所的技術(shù)水平和運(yùn)行管理水平，并逐步實(shí)行無(wú)人值班，達(dá)到減員增效的目的。

2）對(duì)于高壓大型樞紐變電所的建設(shè)和設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，采用自動(dòng)化系統(tǒng)，解決了各專業(yè)在技術(shù)上保持相對(duì)獨(dú)立而造成的互相脫節(jié)、重復(fù)投資，甚至影響運(yùn)行可靠性的弊端。達(dá)到提高自動(dòng)化水平和運(yùn)行管理水平的目的。

第二節(jié)變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能

一、

監(jiān)視控制功能

變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)控功能，應(yīng)包括變電所模擬量、狀態(tài)量、脈沖量的數(shù)據(jù)采集，時(shí)間順序記錄，故障錄波，諧波監(jiān)測(cè)與分析，變電站操作控制，人機(jī)聯(lián)系，變電所內(nèi)通信以及與上級(jí)調(diào)度通信的全部功能。1.數(shù)據(jù)采集:對(duì)供電系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的在線實(shí)時(shí)采集是變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能之一，運(yùn)行參數(shù)可分為模擬量、狀態(tài)量和脈沖量等。2.數(shù)據(jù)處理與記錄:數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容為電力部門和用戶內(nèi)部生產(chǎn)調(diào)度所要求的數(shù)據(jù)。(1)變電所運(yùn)行參數(shù)的統(tǒng)計(jì)、分析與計(jì)算(2)變電所內(nèi)運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備的越限報(bào)警及記錄(3)變電所內(nèi)的事件記錄3.運(yùn)行監(jiān)視:運(yùn)行監(jiān)視即對(duì)采集到的反映變電所運(yùn)行狀況和設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)視。4.故障錄波:10kV及以上的重要配電線路距離長(zhǎng)、發(fā)生故障影響大，當(dāng)配電線路故障時(shí)必須盡快查出故障點(diǎn)，以便縮短維修時(shí)間，盡快恢復(fù)供電，減少損失。

5.事故順序記錄與事故追憶

事故順序記錄就是對(duì)變電所內(nèi)的繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、斷路器等在事故時(shí)動(dòng)作的先后順序自動(dòng)記錄。事故追憶是指對(duì)變電所內(nèi)的一些主要模擬量，如線路、主變壓器的電流、有功功率、母線電壓等，在事故前后一段時(shí)間內(nèi)作連續(xù)測(cè)量記錄。6.控制及安全操作閉鎖：操作人員可通過(guò)顯示器屏幕對(duì)斷路器、隔離開關(guān)進(jìn)行分、合閘操作；對(duì)變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)節(jié)控制；對(duì)電容器組進(jìn)行投、切控制。并且所有的操作控制均能就地和遠(yuǎn)方控制、就地和遠(yuǎn)方切換相互閉鎖，自動(dòng)和手動(dòng)相互閉鎖。操作閉鎖包括以下內(nèi)容：操作系統(tǒng)出口具有斷路器分、合閘閉鎖功能。二、微機(jī)繼電保護(hù)功能

微機(jī)繼電保護(hù)是變電所自動(dòng)化系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要包括線路保護(hù)、電力變壓器保護(hù)、母線保護(hù)、電容器保護(hù)、小電流接地系統(tǒng)自動(dòng)選線、自動(dòng)重合閘。由于繼電保護(hù)的特殊重要性，自動(dòng)化系統(tǒng)絕不能降低繼電保護(hù)的可靠性、獨(dú)立性。

微機(jī)繼電保護(hù)應(yīng)滿足的要求：

1.系統(tǒng)的微機(jī)繼電保護(hù)按被保護(hù)的電力設(shè)備單元(間隔)分別獨(dú)立設(shè)置，直接由相關(guān)的電流互感器和電壓互感器輸入電氣量，保護(hù)裝置的輸出，直接作用于相應(yīng)斷路器的跳閘線圈。

2.保護(hù)裝置設(shè)有通信接口，供接入站內(nèi)通信網(wǎng)，在保護(hù)動(dòng)作后向變電所層的微機(jī)設(shè)備提供報(bào)告，但繼電保護(hù)功能完全不依賴通信網(wǎng)。

3.為避免不必要的硬件重復(fù)，以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和降低造價(jià)，對(duì)35kV及以下的變（配）電所，在不降低保護(hù)裝置可靠性的前提下，可以配給保護(hù)裝置其他一些功能。4.除保護(hù)裝置外，其他一些重要控制設(shè)備，例如備用電源自動(dòng)投入裝置、控制電容器投切和變壓器分接頭有載切換的無(wú)功電壓控制裝置等，也不依賴通信網(wǎng)，設(shè)備專用的裝置放在相應(yīng)間隔屏上。三、自動(dòng)控制裝置的功能變電所自動(dòng)化系統(tǒng)必須具有保證安全、可靠供電和提高電能質(zhì)量的自動(dòng)控制功能。因此，典型的變電所自動(dòng)化系統(tǒng)都配置了相應(yīng)的自動(dòng)控制裝置，如備用電源自動(dòng)投入控制裝置、自動(dòng)重合閘裝置、電壓、無(wú)功綜合控制裝置、小電流接地選線裝置等。1.備用電源自投控制：當(dāng)工作電源因故不能供電時(shí)，備用電源自動(dòng)投入裝置應(yīng)能迅速及時(shí)將備用電源自動(dòng)投入使用或?qū)⒂秒娯?fù)荷切換到備用電源上去。2.自動(dòng)重合閘裝置：在供電系統(tǒng)的架空線路發(fā)生“瞬時(shí)性故障”被繼電保護(hù)迅速斷開后，由于故障的瞬時(shí)性，故障點(diǎn)的絕緣強(qiáng)度會(huì)自動(dòng)恢復(fù)。利用這一特點(diǎn)，采用自動(dòng)重合閘裝置能夠自動(dòng)將斷路器重新合閘，恢復(fù)供電，提高供電的可靠性。4.小電流接地選線裝置：在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí)，接地保護(hù)應(yīng)能正確地選出接地線路及接地相，并予以報(bào)警。3.電壓、無(wú)功綜合控制：變電所電壓、無(wú)功綜合控制是利用有載調(diào)壓變壓器和母線無(wú)功補(bǔ)償電容器及電抗器進(jìn)行局部的電壓及無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)淖詣?dòng)調(diào)節(jié)控制，使負(fù)荷側(cè)母線電壓偏差在規(guī)定范圍以內(nèi)以及用戶供電系統(tǒng)的功率因數(shù)達(dá)到電力部門的要求。四、遠(yuǎn)動(dòng)及數(shù)據(jù)通信功能變電所自動(dòng)化的通信功能包括系統(tǒng)內(nèi)部的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的通信和自動(dòng)化系統(tǒng)與上級(jí)調(diào)度的通信兩部分。1)自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信，主要解決變電所內(nèi)部自動(dòng)化各子系統(tǒng)間和各子系統(tǒng)與上位機(jī)(監(jiān)控主機(jī))間的數(shù)據(jù)和信息交換問(wèn)題。它們的通信范圍是變電站內(nèi)部。對(duì)于集中組屏結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，實(shí)際上是在變電所主控室內(nèi)部；對(duì)于分散分層結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其通信范圍擴(kuò)大至主控室與現(xiàn)場(chǎng)單元的安裝地。

2)自動(dòng)化系統(tǒng)必須兼有遠(yuǎn)動(dòng)終端（RemoteTerminalUnit,RTU）的全部功能，應(yīng)該能夠?qū)⑺杉哪M量和開關(guān)量信息，以及事件順序記錄等遠(yuǎn)傳至上級(jí)調(diào)度中心；同時(shí)應(yīng)該能夠接收調(diào)度中心下達(dá)的各種操作、控制、修改定值等命令。第三節(jié)變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一、變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則

根據(jù)變電所在供電系統(tǒng)中的地位和作用，對(duì)變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮可靠、實(shí)用、先進(jìn)的原則。

可靠性是變電所自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)本身應(yīng)有較強(qiáng)的抗干擾能力和自檢恢復(fù)功能，在系統(tǒng)運(yùn)行中，繼電保護(hù)的動(dòng)作行為僅與保護(hù)裝置有關(guān)，不依賴于監(jiān)控系統(tǒng)和其他環(huán)節(jié)，保證自動(dòng)化系統(tǒng)中某一環(huán)節(jié)故障只影響局部功能的實(shí)現(xiàn)，不影響保護(hù)子系統(tǒng)的正常工作。且都應(yīng)設(shè)有手動(dòng)跳、合閘功能及防跳功能。變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)用性是要求對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)從實(shí)際應(yīng)用的對(duì)象出發(fā)。從而提高變電所自動(dòng)化系統(tǒng)性能價(jià)格比，減少投資。同時(shí)系統(tǒng)本身在結(jié)構(gòu)配置上應(yīng)有可擴(kuò)充余地、通用性要強(qiáng)、操作使用要方便、便于修改和增刪。變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的先進(jìn)性通常是以系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、功能水平及其可靠性、實(shí)用性等綜合指標(biāo)為衡量依據(jù)的。變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和功能水平設(shè)計(jì)，要求安全可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)效益等綜合指標(biāo)好，并為變電所的進(jìn)一步自動(dòng)化和人工智能應(yīng)用提供平臺(tái)，滿足和促進(jìn)變電所無(wú)人值班的實(shí)施。同時(shí)應(yīng)符合國(guó)家或部頒標(biāo)準(zhǔn)，使系統(tǒng)開放性能好，便于升級(jí)。二、變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可分為集中式、分布分散式和分散集中組屏式三種類型。圖7-1集中式變電所自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1、集中式變電所自動(dòng)化系統(tǒng)

1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少。2）功能簡(jiǎn)單，綜合性能差，通常要采用雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的結(jié)構(gòu)才能提高可靠性。3）程序設(shè)計(jì)復(fù)雜，調(diào)試和維護(hù)不方便。4）組態(tài)不靈活，對(duì)不同主接線或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件都必須另行設(shè)計(jì)，不利于推廣。

集中式變電所自動(dòng)化系統(tǒng)，一般適合于小型變電所的新建或改造。集中式變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是：2、分布集中組屏式變電所自動(dòng)化系統(tǒng)圖7-2分布集中組屏的變電所自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖這種按功能設(shè)計(jì)的分散模塊化結(jié)構(gòu)具有軟件相對(duì)簡(jiǎn)單、調(diào)試維護(hù)方便、組態(tài)靈活、系統(tǒng)整體可靠性高，便于擴(kuò)充和維護(hù)，而且其中一個(gè)環(huán)節(jié)故障，不會(huì)影響其他部分的正常運(yùn)行。適用于主變電所的回路數(shù)相對(duì)較少，一次設(shè)備比較集中，從一次設(shè)備到數(shù)據(jù)采集柜和控制柜等所用的信號(hào)電纜不長(zhǎng)，易于設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)管理的10~35kV供電系統(tǒng)變電所。分布集中組屏式變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的基本特點(diǎn):3、分布分散式變電所自動(dòng)化系統(tǒng)圖7－3分布分散式變電所自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

減少了所內(nèi)的二次設(shè)備及信號(hào)電纜，避免了電纜傳送信息時(shí)的電磁干擾，節(jié)省了投資，簡(jiǎn)化了維護(hù)，同時(shí)最大限度地壓縮了二次設(shè)備的占地面積。由于裝置相互獨(dú)立，系統(tǒng)中任一部分故障時(shí)，只影響局部，因此提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，也增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和運(yùn)行的靈活性。分布分散式變電所自動(dòng)化系統(tǒng)特點(diǎn):第四節(jié)備用電源自動(dòng)投入裝置

一、備用電源自動(dòng)投入裝置的作用與類型

作用：用于兩路及以上電源進(jìn)線的變配電所中，提高供電可靠性。

工作電源與備用電源的接線方式可分為兩大類：明備用:在正常時(shí)，備用電源不投入工作，只有在工作電源發(fā)生故障時(shí)才投入工作。暗備用:在正常時(shí)，兩電源都投入，互為備用。在正常情況下，QF1閉合，QF2斷開，負(fù)荷由工作電源供電。當(dāng)工作電源故障時(shí)，APD動(dòng)作，將QF1斷開，切除故障電源，然后將QF2閉合，使備用電源投入工作，恢復(fù)供電。圖7－4備用電源接線方式示意圖a)明備用正常情況下，QF1,QF2閉合，QF3斷開，兩個(gè)電源分別向兩段母線供電。若電源A(B)發(fā)生故障，APD動(dòng)作，將QF1(QF2)斷開，隨即將QF3閉合，此時(shí)全部負(fù)荷均由B(A)電源供電。圖7－4備用電源接線方式示意圖

b)暗備用1）不論什么原因失去工作電源，APD都能迅速起動(dòng)并投入備用電源；2）必須在工作電源確已斷開、而備用電源電壓也正常時(shí)，才允許投入備用電源；3）APD應(yīng)只動(dòng)作一次，以免將備用電源重復(fù)投入永久性故障回路中；4）當(dāng)電壓互感器二次回路斷線時(shí)，APD不應(yīng)誤動(dòng)作。二、對(duì)備用電源自動(dòng)投入裝置的基本要求第五節(jié)自動(dòng)重合閘裝置

一、自動(dòng)重合閘的作用和類型

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，電力系統(tǒng)的故障特別是架空線路上的故障大多是暫時(shí)性的，多數(shù)能很快地自行消除。因此，采用自動(dòng)重合閘裝置（ARD），迅速恢復(fù)供電，從而大大提高供電可靠性。自動(dòng)重合閘裝置分三相一次重合閘、二次重合閘和三次重合閘三種形式

二、對(duì)自動(dòng)重合閘裝置的基本要求

1)線路正常運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)重合閘裝置（ARD）應(yīng)投入，當(dāng)值班人員利用控制開關(guān)或遙控裝置將斷路器斷開時(shí)，ARD不應(yīng)動(dòng)作。當(dāng)值班人員手動(dòng)合閘，由于線路上有永久性故障而隨即由保護(hù)裝置將斷路器斷開時(shí)，ARD亦不應(yīng)動(dòng)作。

2)除上述情況外，當(dāng)斷路器因繼電保護(hù)裝置或其他原因跳閘時(shí)，ARD均應(yīng)動(dòng)作。

3)ARD可采用控制開關(guān)位置與斷路器位置不對(duì)應(yīng)原則啟動(dòng)重合閘裝置，即當(dāng)控制開關(guān)處在合閘位置而斷路器實(shí)際上處于斷開位置的情況下，使ARD啟動(dòng)動(dòng)作。4)ARD的動(dòng)作次數(shù)應(yīng)符合預(yù)先的規(guī)定（如一次重合閘只應(yīng)動(dòng)作一次）。無(wú)特殊要求時(shí)對(duì)架空線路只重合一次，而對(duì)電纜線路一般不采用ARD，因其瞬時(shí)性故障極少發(fā)生。5）ARD的動(dòng)作時(shí)限應(yīng)大于故障點(diǎn)滅弧并使周圍介質(zhì)恢復(fù)絕緣強(qiáng)度所需時(shí)間和斷路器及操作機(jī)構(gòu)恢復(fù)原狀，準(zhǔn)備好再次動(dòng)作的時(shí)間，一般采用0.5～1s。6)ARD動(dòng)作后，應(yīng)能自動(dòng)復(fù)歸，為下一次