工廠供電第7章

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、自動(dòng)重合閘裝置、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地自動(dòng)選線裝置，最后介紹了電力負(fù)荷管理和控制。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)重合閘裝置第六節(jié)變電所的電壓、無功綜合控制第七節(jié)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地自動(dòng)選線裝置第八節(jié)電力負(fù)荷管理與控制第一節(jié)概述

一、常規(guī)變電站狀況常規(guī)變電站的二次系統(tǒng)（機(jī)電式）：由繼電保護(hù)、就地控制、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、錄波裝置組成。實(shí)用中，按功能組織有保護(hù)屏、控制屏、錄波屏、中央信號(hào)屏等每個(gè)一次設(shè)備都與這些屏有關(guān)，連線復(fù)雜。缺陷：1）安全性、可靠性不高。2）電能質(zhì)量可控性不高。3）占地面積大。4）實(shí)時(shí)計(jì)算和控制性不高。5）維護(hù)工作量大。二、變電所綜合自動(dòng)化的基本概念變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)就是將變電所的繼電保護(hù)裝置、控制裝置、測(cè)量裝置、信號(hào)裝置綜合為一體，以全微機(jī)化的新型二次設(shè)備替代機(jī)電式二次設(shè)備，用不同的模塊化軟件實(shí)現(xiàn)機(jī)電式二次設(shè)備的各種功能，用計(jì)算機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)通信替代大量信號(hào)電纜的連接，通過人機(jī)接口設(shè)備，實(shí)現(xiàn)變電所的綜合自動(dòng)化管理、監(jiān)視、測(cè)量、控制及打印記錄等所有功能。變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)：1）功能綜合化。2）結(jié)構(gòu)微機(jī)化。3）操作監(jiān)視屏幕化。4）運(yùn)行管理智能化。三、變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的目標(biāo)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)來說，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

變電所綜合自動(dòng)化從其構(gòu)成和所完成的功能看，是將變電所的監(jiān)視控制、繼電保護(hù)、自動(dòng)控制裝置和遠(yuǎn)動(dòng)等所要求的功能組合在一起，通過計(jì)算機(jī)硬件、模塊化軟件和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。變電所綜合自動(dòng)化的功能繼電保護(hù)功能監(jiān)視控制功能自動(dòng)控制裝置的功能遠(yuǎn)動(dòng)及數(shù)據(jù)通信功能1.繼電保護(hù)功能微機(jī)保護(hù)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)、備用電源自動(dòng)投入裝置、自動(dòng)重合閘裝置。2）繼電保護(hù)的通信功能及信息量。1）有獨(dú)立的、完整的繼電保護(hù)功能。3）具有與系統(tǒng)統(tǒng)一時(shí)鐘對(duì)時(shí)功能。與監(jiān)控系統(tǒng)通信，主動(dòng)上傳保護(hù)動(dòng)作時(shí)間、動(dòng)作性質(zhì)、動(dòng)作值、動(dòng)作名稱、按控制命令上傳當(dāng)前的保護(hù)定值4）存儲(chǔ)各種保護(hù)定值功能。5）當(dāng)?shù)仫@示與遠(yuǎn)處觀察和授權(quán)修改保護(hù)定值。6）設(shè)置保護(hù)管理機(jī)或通信控制機(jī)。7）故障自診斷、自閉鎖和自恢復(fù)功能。8）自動(dòng)重合閘功能。2.監(jiān)視控制功能1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理采集變電所運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，包括各種狀態(tài)量、模擬量、脈沖量、數(shù)字量和保護(hù)信號(hào)，處理后存數(shù)據(jù)庫。模擬量：進(jìn)線電壓、電流和功率值；各段母線電壓、電流；線路的電壓、電流和功率值；主變壓器電流、功率值；電容器的電流、無功功率及頻率、相位、功率因數(shù)；主變壓器的油溫、變壓所室溫、直流電源電壓。狀態(tài)量：斷路器狀態(tài)、隔離開關(guān)狀態(tài)、有載調(diào)壓變壓器分接頭的位置信號(hào)、繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、無功補(bǔ)償電容器的投切開關(guān)位置狀態(tài)。脈沖量：脈沖電能表輸出的電能量。2）運(yùn)行監(jiān)視功能主要指對(duì)變電所的運(yùn)行工況和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)視，即對(duì)變電所的各種狀態(tài)量變化情況的監(jiān)視和各種模擬量的數(shù)值監(jiān)視。3）事故順序記錄與事故追憶功能事故順序記錄是對(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。時(shí)間應(yīng)精確到毫秒級(jí)。并在CRT上顯示和打印。事故追憶是對(duì)變電所內(nèi)的一些主要模擬量在事故前后一段時(shí)間內(nèi)作連續(xù)測(cè)量記錄。4）控制及安全操作閉鎖功能指操作人員可通過CRT屏幕對(duì)斷路器、隔離開關(guān)進(jìn)行分閘、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，同時(shí)要能接受遙控指令，進(jìn)行遠(yuǎn)方操作；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。操作管理權(quán)限按分層（級(jí)）原理管理。5）數(shù)據(jù)處理與記錄功能如主變壓器和線路的有功功率、無功功率每天的最大值、最小值及相應(yīng)時(shí)間；母線電壓每天定時(shí)記錄的最高值、最低值及相應(yīng)時(shí)間；斷路器動(dòng)作次數(shù)；控制操作和修改定值記錄等6）人機(jī)聯(lián)系功能7）自診斷功能對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件、軟件自診斷。3.自動(dòng)控制裝置的功能如電壓、無功綜合控制；低頻減負(fù)荷控制；備用電源自動(dòng)投入裝置；小電流接地選線控制。4.遠(yuǎn)動(dòng)與數(shù)據(jù)通信功能變電所綜合自動(dòng)化的通信功能包括系統(tǒng)內(nèi)部的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)間的通信和自動(dòng)化系統(tǒng)與上級(jí)調(diào)度的通信兩部分。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)變電所無人值班的實(shí)施。同時(shí)應(yīng)符合國家或部頒標(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)按結(jié)構(gòu)模式集中式分布集中組屏分布分散式圖7-1集中式變電所自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖1.集中式特點(diǎn)：集中采集數(shù)據(jù)信息，集中進(jìn)行處理。缺點(diǎn)：可靠性低，功能有限，系統(tǒng)的擴(kuò)充性和維護(hù)性都較差。優(yōu)點(diǎn)：具有自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能造價(jià)低。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。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)示意圖優(yōu)點(diǎn)：便于擴(kuò)充和維護(hù)，其中一個(gè)環(huán)節(jié)故障，不會(huì)影響其它部分的正常運(yùn)行。特點(diǎn)：將變電所內(nèi)各回路的數(shù)據(jù)采集單元、控制單元和保護(hù)單元分別集中安裝在變電所控制室內(nèi)的數(shù)據(jù)采集柜、控制柜和保護(hù)柜中，相互間通過網(wǎng)絡(luò)與控制主機(jī)相連。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，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。

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3.分布分散式特點(diǎn)：1）將變電所內(nèi)各回路的數(shù)據(jù)采集、微機(jī)保護(hù)及監(jiān)控單元綜合為一個(gè)裝置，就地安裝在數(shù)據(jù)源現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)柜上。2）每個(gè)回路對(duì)應(yīng)一套裝置，裝置的設(shè)備相互獨(dú)立，通過網(wǎng)絡(luò)電纜連接，與變電所主控室的監(jiān)控主機(jī)通信。優(yōu)點(diǎn)：減少了所內(nèi)的二次設(shè)備及信號(hào)電纜；系統(tǒng)中任一部分故障，只影響局部；提高了可靠性，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和運(yùn)行的靈活性。三、變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件配置1.模擬量的采集與處理直流采樣交流采樣(1)模擬量采集(2)算法簡介兩點(diǎn)采樣算法、導(dǎo)數(shù)算法、采樣值積算法傅氏算法2.開關(guān)量的檢測(cè)與識(shí)別A.開關(guān)量的隔離與抗干擾B.開關(guān)量的采集方式與檢測(cè)C.開關(guān)變位的識(shí)別第四節(jié)備用電源自動(dòng)投入裝置

在具有兩個(gè)獨(dú)立電源的變電所或電氣設(shè)備上，若其中一個(gè)電源不論任何原因，失電而斷開時(shí)，另一個(gè)電源便自動(dòng)投入，恢復(fù)供電。能自動(dòng)而迅速地將備用電源投入工作的裝置稱為備用電源自動(dòng)投入裝置，簡稱APD。備用電源自動(dòng)投入裝置(APD)一.概念二.備用電源自動(dòng)投入裝置的種類明備用暗備用針對(duì)明備用的APD針對(duì)暗備用的APD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)暗備用三.對(duì)備用電源自動(dòng)投入裝置的基本要求1）當(dāng)常用電源失壓或電壓很低時(shí)，APD應(yīng)將此路電源切除，隨即將備用電源投入，以保證不間斷地向用戶供電。2）常用電源因負(fù)荷側(cè)故障被繼電保護(hù)裝置切除或備用電源無電時(shí)，APD均不應(yīng)動(dòng)作。3）APD只應(yīng)動(dòng)作一次。以避免將備用電源合閘到永久性故障上去。4）APD的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)盡量縮短。5）電壓互感器的熔絲熔斷或其刀開關(guān)拉開時(shí)，APD不應(yīng)誤動(dòng)作。6）常用電源正常的停電操作時(shí)APD不能動(dòng)作，以防止備用電源投入。四.對(duì)明備用的備用電源自動(dòng)投入的基本原理正常時(shí)，WL1工作，WL2備用QF1合閘，QF2分閘故障時(shí)工作電源失電，QF1跳閘，QF13-4觸點(diǎn)斷開，KT失電，KT觸點(diǎn)延時(shí)打開，QF11-2觸點(diǎn)已閉合，合閘接觸器KO帶電，使QF2的合閘線圈YO帶電，QF2合閘，投入備用電源。WL2投入后，KT的延時(shí)斷開觸點(diǎn)斷開，切斷KO的回路，同時(shí)QF21-2觸點(diǎn)斷開，防止YO長期通電QF1合閘，QF13-4觸點(diǎn)閉合，KT帶電，KT觸點(diǎn)閉合，QF11-2觸點(diǎn)斷開，合閘接觸器KO不帶電，使QF2的合閘線圈YO不帶電，QF2不會(huì)合閘。五.對(duì)暗備用的備用電源自動(dòng)投入的基本原理第五節(jié)自動(dòng)重合閘裝置

自動(dòng)重合閘裝置（ARD）對(duì)瞬時(shí)性短路故障，為了使線路重新投入，保證不間斷供電，在供電系統(tǒng)中通常采用一種將保護(hù)裝置所跳閘的斷路器自動(dòng)地再投入的裝置，這種裝置就是自動(dòng)重合閘裝置，簡稱ARD1.概念一次重合閘二次重合閘三次重合閘成功率80％成功率15％成功率5％2.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)，ARD應(yīng)投入；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；值班人員手動(dòng)投入斷路器，由于線路上有永久故障而保護(hù)跳閘時(shí)，ARD不應(yīng)動(dòng)作。2）除上述情況，當(dāng)斷路器因繼電保護(hù)裝置或其它原因跳閘時(shí)，ARD均應(yīng)動(dòng)作。3）應(yīng)優(yōu)先采用控制開關(guān)的位置和斷路器的位置不對(duì)應(yīng)原則起動(dòng)ARD。即控制開關(guān)處在合閘位置而斷路器實(shí)際處于斷開位置時(shí)，ARD應(yīng)起動(dòng)。4）對(duì)一次ARD，應(yīng)保證只重合一次。即使ARD裝置中任一元件發(fā)生故障或接點(diǎn)粘住時(shí)，也應(yīng)保證不能多次重合。5）ARD動(dòng)作后，應(yīng)能自動(dòng)復(fù)歸，準(zhǔn)備好下一次動(dòng)作。6）應(yīng)能和保護(hù)裝置配合，使保護(hù)裝置在ARD前加速動(dòng)作或ARD后保護(hù)加速動(dòng)作。3.電氣一次自動(dòng)重合閘的動(dòng)作原理手動(dòng)合閘時(shí)按下SB1KO帶電YO帶電QF合閘手動(dòng)跳閘時(shí)按下SB2YR帶電QF跳閘線路發(fā)生故障時(shí)保護(hù)KA動(dòng)作YR帶電QF自動(dòng)跳閘QF3-4觸點(diǎn)閉合重合閘繼電器KAR起動(dòng)KAR觸點(diǎn)延時(shí)閉合KO帶電YO帶電QF合閘若為瞬時(shí)性故障，則重合成功，恢復(fù)供電。若為永久性故障，KA動(dòng)作，再次跳閘，ARD有防跳措施，不會(huì)再次重合。（三相一次重合閘）在供電系統(tǒng)中，利用自動(dòng)重合閘所提供的條件以加速切除故障（1）自動(dòng)重合閘前加速保護(hù)：重合閘前加速保護(hù)一般又簡稱“前加速”。圖7-6重合閘前加速保護(hù)方式的構(gòu)成原理示意圖（a）網(wǎng)絡(luò)接線圖（b）時(shí)間配合關(guān)系假設(shè)均裝設(shè)定時(shí)限過電流保護(hù)1，2，34.自動(dòng)重合閘與繼電保護(hù)裝置的配合（2）自動(dòng)重合閘后加速保護(hù)：每段線路相應(yīng)均裝設(shè)重合閘裝置，當(dāng)線路第一次出現(xiàn)故障時(shí)，利用線路上設(shè)置的保護(hù)裝置按照整定的動(dòng)作時(shí)限動(dòng)作。然后相應(yīng)的ARD動(dòng)作，使斷路器重合一次。圖7－7自動(dòng)重合閘裝置后加速保護(hù)動(dòng)作原理圖第六節(jié)變電所的電壓、無功綜合控制

變電所電壓、無功綜合控制裝置的控制對(duì)象是有載調(diào)壓變壓器的分接頭和在低壓母線上設(shè)置的并聯(lián)補(bǔ)償電容器組?？刂频哪康氖潜ＷC主變壓器低壓側(cè)母線電壓在允許范圍內(nèi)，且盡可能提高進(jìn)線的功率因數(shù)。

一、變電所電壓、無功綜合控制的目的

二、正常工作狀態(tài)變電所電壓、無功綜合控制原理

圖7-8運(yùn)行區(qū)域圖變電所低壓母線電壓變電所進(jìn)線的功率因數(shù)

1區(qū)間——進(jìn)線功率因數(shù)滿足要求，但母線電壓超越上限，控制器發(fā)出指令調(diào)節(jié)變壓器分接頭降壓。如分接頭已調(diào)到極限而電壓仍高于上限，則強(qiáng)切補(bǔ)償電容器組以調(diào)節(jié)電壓。

2區(qū)間——母線電壓和進(jìn)線功率因數(shù)均超越上限，此時(shí)往往電力負(fù)荷較小，控制器發(fā)出指令應(yīng)先切補(bǔ)償電容器組，一方面改善進(jìn)線功率因數(shù)使其在正常值范圍內(nèi)，另一方面降低母線電壓。如電壓仍超越上限，則再調(diào)節(jié)變壓器分接頭降壓。

3區(qū)間——母線電壓正常，但進(jìn)線功率因數(shù)超越上限，控制器發(fā)出指令逐步切除補(bǔ)償電容器組，以調(diào)節(jié)進(jìn)線功率因數(shù)。

4區(qū)間——電壓低于下限，但進(jìn)線功率因數(shù)超越上限。此時(shí)若先切補(bǔ)償電容器調(diào)節(jié)進(jìn)線功率因數(shù)，則母線電壓會(huì)更低，所以指控制器指令先調(diào)節(jié)變壓器分接頭升壓，待電壓滿足運(yùn)行要求后，再切補(bǔ)償電容器組來調(diào)節(jié)進(jìn)線的功率因數(shù)。

5區(qū)間——該區(qū)間的母線電壓低于下限，而進(jìn)線功率因數(shù)在要求范圍內(nèi)，則控制器指令調(diào)節(jié)變壓器分接頭升壓。如果變壓器分接頭已調(diào)至極限位限時(shí)，則強(qiáng)制投入補(bǔ)償電容器組來改善母線電壓。

6區(qū)間——進(jìn)線功率因數(shù)和母線電壓均低于下限值，此時(shí)，控制器優(yōu)先發(fā)出投入補(bǔ)償電容器組的指令。這樣一方面提高進(jìn)線功率因數(shù)；另一方面可改善母線電壓，若母線電壓仍低于下限，則再調(diào)節(jié)變壓器分接頭升壓，使母線電壓水平滿足要求。

7區(qū)間——電壓正常，但進(jìn)線功率因數(shù)低于下限要求，則指令投入補(bǔ)償電容器組，以提高進(jìn)線功率因數(shù)。

8區(qū)間——運(yùn)行參數(shù)是電