智能電器7教材

智能電器（七）鄒積巖教授大連理工大學(xué)電氣工程與應(yīng)用電子技術(shù)系七配電自動(dòng)化---智能電器應(yīng)用之一7.1配電自動(dòng)化的基本概念與模式7.2重合器與分段器7.3FTU與主站7.4配電自動(dòng)化的通訊7.5典型案例7.1配電自動(dòng)化的基本概念與模式

基本概念：配電網(wǎng)----輸電系統(tǒng)經(jīng)降壓后經(jīng)電纜或架空線(xiàn)分配到各用電中心的網(wǎng)絡(luò)，一般為10kV和35kV系統(tǒng)。配電自動(dòng)化系統(tǒng)----利用現(xiàn)代電子計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將配電網(wǎng)的在線(xiàn)和離線(xiàn)數(shù)據(jù)、本電網(wǎng)和用戶(hù)數(shù)據(jù)以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和對(duì)應(yīng)的地理信息進(jìn)行集成，構(gòu)成完整的自動(dòng)化系統(tǒng)。其功能包括：配電網(wǎng)及其設(shè)備的檢測(cè)、保護(hù)、控制和管理。

DA(DistributionAutomation）或DMS（DistributionManagementSystem)

配電自動(dòng)化的模式： 1）重合器、分段器、自動(dòng)配電開(kāi)關(guān)； 2）斷路器、自動(dòng)配電開(kāi)關(guān)+RTU+中央主站； 3）重合器、分段器+智能控制器+中央主站，就地智能化與上級(jí)管理并存。三種模式：

1）重合器、分段器、自動(dòng)配電開(kāi)關(guān)；

電壓-時(shí)間型重合/分段器

電壓—時(shí)間型分段器是根據(jù)加壓或失壓時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)控制其動(dòng)作，失壓后分閘，加壓后延時(shí)合閘或閉鎖。 X時(shí)限---分段器加壓后的延時(shí)合閘時(shí)間； Y時(shí)限---若分段器合閘后在未超過(guò)Y時(shí)限的時(shí)間內(nèi)又失壓，則該分段器分閘并被閉鎖在分閘狀態(tài)，待下一次再得電時(shí)也不再自動(dòng)合閘。CB1CB2S1S2S3S4S5L1L2L3L4L5L6變電站A變電站B斷路器或重合器，常閉分段器，常開(kāi)分段器饋線(xiàn)A饋線(xiàn)B

永久性故障情況下動(dòng)作順序1）設(shè)在L2區(qū)段發(fā)生永久性短路故障，CB1跳閘，S1、S2由于失壓自動(dòng)分閘；CB1第一次重合，分段器S1檢測(cè)到電壓信號(hào)后延時(shí)X時(shí)間合閘，由于短路故障沒(méi)有消除，CB1再次跳閘，同時(shí)S1因在小于Y時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到失壓，則在分閘后自動(dòng)閉鎖；CB1第二次重合，恢復(fù)對(duì)L1區(qū)段的供電。2）聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)S3在系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下，兩側(cè)均有電壓，當(dāng)一側(cè)供電電源失去后，S3開(kāi)始計(jì)時(shí)，在XL時(shí)延后自動(dòng)合閘，向L3區(qū)段供電；S2檢測(cè)到電壓信號(hào)后延時(shí)合閘，由于短路故障沒(méi)有消失，CB2跳閘；S5、S4、S3、S2因失壓而自動(dòng)分閘，其中，S2因在小于Y時(shí)間內(nèi)失壓，還執(zhí)行自動(dòng)閉鎖功能。3）CB2重合，S5、S4、S3分別延時(shí)X時(shí)間依次合閘，由變電站B對(duì)L3區(qū)段恢復(fù)供電。

x時(shí)限、y時(shí)限，閉鎖（第四區(qū)段永久故障）2）RTU(RemoteTerminalUnit)模式配電自動(dòng)化開(kāi)關(guān)（分段器）帶RTU，把網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)實(shí)時(shí)報(bào)告主站，由主站發(fā)指令，在斷路器分閘后由分段器執(zhí)行隔離故障任務(wù)。 ----特點(diǎn)：有“四遙”功能（遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)），全計(jì)算機(jī)控制，可一次完成隔離故障、恢復(fù)健康區(qū)段供電。 ----不足：對(duì)通訊依賴(lài)太強(qiáng)，可靠性代價(jià)高。 3）重合器、分段器+智能控制器+中央主站。 就地智能化，可獨(dú)立完成隔離故障的任務(wù)，也可按上級(jí)指令行事；結(jié)合二者優(yōu)點(diǎn)，可靠性高?？煞植綄?shí)施，符合中國(guó)特色！7.2重合器與分段器(Recloser&Sectionalizer)1重合器的結(jié)構(gòu)與原理高參數(shù)斷路器+智能控制器+自具電源，按程序設(shè)定動(dòng)作（兩快+兩慢）或閉鎖。任務(wù)：分?jǐn)喙收想娏?，快速重合與再分?jǐn)?，閉鎖隔離。一般選真空開(kāi)關(guān)控制器有簡(jiǎn)單型和計(jì)算機(jī)控制型。2分段器的結(jié)構(gòu)與原理高參數(shù)負(fù)荷開(kāi)關(guān)+智能控制器+自具電源，按程序設(shè)定動(dòng)作。任務(wù)：在重合器分閘時(shí)動(dòng)作隔離故障，可以重合短路電流。一般也選真空開(kāi)關(guān)作為一次元件；控制器與重合器類(lèi)似，有高壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)（自具）和儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)。重合器與分段器的智能控制器 智能控制器是重合器與分段器的控制中心,以高性能工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為中央控制單元。工控機(jī)抗干擾能力強(qiáng),連續(xù)工作制。 智能控制器的具體性能特點(diǎn)如下:a)自具式不間斷電源;b)高靈敏度接地電流檢測(cè);c)根據(jù)預(yù)定的時(shí)間程序或安秒曲線(xiàn)處理瞬時(shí)故障；d)

“預(yù)伏”故障自動(dòng)判斷，禁止重合閘；e)良好的人機(jī)對(duì)話(huà)功能和軟件功能，并具有手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能;f)簡(jiǎn)單快捷地編程和易擴(kuò)充功能;g)有通訊接口;h)精確地電磁兼容和可靠性設(shè)計(jì)。7.3FTU與主站 配電自動(dòng)化實(shí)際上有兩部分組成：變電站自動(dòng)化和饋線(xiàn)自動(dòng)化。鑒于前者已基本完成，目前主要做饋線(xiàn)自動(dòng)化工作，并就稱(chēng)之配電自動(dòng)化。

FTU(FeederTerminalUnit)饋線(xiàn)自動(dòng)化終端的主要功能：

a)四遙，b)故障信息采集與處理，c)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)，d)斷路器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，e)PLC，f)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等。

線(xiàn)路對(duì)FTU的特殊要求： a)環(huán)境惡劣，b)體積小、易安裝，c)功耗要小，自帶電源。主站服務(wù)器：長(zhǎng)期工作制，冗余和雙機(jī)互為備份等。SCADA集中控制模式

從站（二級(jí)主站）CB1CB2FTUL1L2L3L4L5L6變電站A變電站B斷路器常閉開(kāi)關(guān)常開(kāi)開(kāi)關(guān)FTUFTUFTUFTUS1S2S3S4S5

配調(diào)中心（主站）區(qū)域性控制站1區(qū)域性控制站mFTUnFTU2FTU1FTUnFTU2FTU1《配電系統(tǒng)自動(dòng)化規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中FTU具體要求：1)采集并發(fā)送狀態(tài)量，遙信變位主動(dòng)上報(bào)；2)交流采樣并發(fā)送遙測(cè)量；3)過(guò)電流識(shí)別(相間短路、單相接地、過(guò)流和浪涌)；4)故障區(qū)段的自動(dòng)隔離和恢復(fù)；5)與主站通訊,接受、執(zhí)行遙控指令、參數(shù)可遠(yuǎn)程下載；6)被測(cè)量跨越死區(qū)傳送；7)越限告警和本體故障告警；8)自帶UPS或蓄電池；9)交流電源失電開(kāi)關(guān)仍能進(jìn)行合分操作；程序可自恢復(fù)。配電自動(dòng)化的主站系統(tǒng) 配電自動(dòng)化主站應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：

1)標(biāo)準(zhǔn)化、開(kāi)放性、可擴(kuò)充性；2)實(shí)時(shí)性，可記錄性；3)可維護(hù)性。

主站的基本功能： 1)采集并保存現(xiàn)場(chǎng)送來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及反映電網(wǎng)、設(shè)備及用戶(hù)情況的數(shù)據(jù)； 2)運(yùn)行DA/DMS軟件，處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、下發(fā)控制指令，故障錄波以及媒體輸出等； 3)提供基于GIS的圖形用戶(hù)界面以及與其他系統(tǒng)如企業(yè)管理信息系統(tǒng)MIS等接口。配電自動(dòng)化的主站的軟硬件配置 硬件：前置機(jī)（實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，雙冗余），局域網(wǎng)（共享或交換式以太網(wǎng)），數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，圖形服務(wù)器，管理工作站。 軟件：操作系統(tǒng)（UNIX或WindowsNT），網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，數(shù)據(jù)庫(kù)，人機(jī) 界面， 系統(tǒng)接口 高級(jí)應(yīng) 用軟件。7.4配電自動(dòng)化的通訊1特點(diǎn)與要求終端接點(diǎn)數(shù)量大、分散，通訊距離相對(duì)短，數(shù)據(jù)量較小。首先，要求適應(yīng)苛刻的運(yùn)行條件又有極高的可靠性；在電網(wǎng)故障時(shí)仍要保證通訊正常；還要考慮經(jīng)濟(jì)性和維護(hù)方便。2通訊方案的選擇光纖通信：高代價(jià)，高質(zhì)量；無(wú)線(xiàn)電通信：經(jīng)濟(jì)、方便，但資源有限，有被干擾的可能；載波：受電網(wǎng)結(jié)構(gòu)限制。專(zhuān)用線(xiàn)（含租用電話(huà)線(xiàn)）：距離短，抗干擾不強(qiáng)。3通信協(xié)議：國(guó)家規(guī)定使用IEC870.5通信規(guī)約；以前曾用過(guò)DNP3.0規(guī)約，與IEC870.5基本兼容。電力系統(tǒng)通信協(xié)議體系UCA（美國(guó)，1991）7.5典型案例

--浙江省海寧市紅閘線(xiàn)、廣福線(xiàn)配電自動(dòng)化實(shí)施方案

1總體模式 選擇“重合器+分段器”的模式,加裝一般通訊手段完成“三遙”，實(shí)現(xiàn)電力調(diào)度和管理，但又不依賴(lài)于通訊，適合于占我國(guó)電網(wǎng)大多數(shù)的農(nóng)村電網(wǎng)和供電要求不是很高的城市和市郊電網(wǎng)。2開(kāi)關(guān)與控制器的選型 斷路器和負(fù)荷開(kāi)關(guān)為我們開(kāi)發(fā)的干式柱上真空開(kāi)關(guān)，無(wú)油、無(wú)氣，耐污穢等級(jí)為四級(jí)，其電氣性能通過(guò)了42kV/1min的工頻耐壓試驗(yàn)、耐污穢試驗(yàn)及淋雨試驗(yàn)；采用永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)，可靠性高；總體性能指標(biāo)和參數(shù)高于目前廣泛使用的其他柱上開(kāi)關(guān)。

浙江省海寧市紅閘線(xiàn)、廣福線(xiàn)配電自動(dòng)化實(shí)施方案

智能控制器采用國(guó)外高性能工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為本控制器的中央控制單元。該工控機(jī)適用于工業(yè)過(guò)程控制，抗干擾能力強(qiáng),可連續(xù)工作，壽命長(zhǎng)達(dá)十五年。智能控制器的具體性能特點(diǎn)如下: a)自具式不間斷電源;b)高靈敏度接地電流檢測(cè); c)瞬時(shí)故障的處理；d)避免“合環(huán)”事故的發(fā)生； e)“預(yù)伏”故障自動(dòng)判斷，禁止重合閘； f)良好的人機(jī)對(duì)話(huà)功能和手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能; g)能簡(jiǎn)單快捷地編程，帶有易擴(kuò)充功能的接口和通訊接口; h)精確地可靠性設(shè)計(jì)。

浙江省海寧市紅閘線(xiàn)、廣福線(xiàn)配電自動(dòng)化實(shí)施方案

浙江省海寧市紅閘線(xiàn)、廣福線(xiàn)配電自動(dòng)化實(shí)施方案

當(dāng)電站出線(xiàn)側(cè)的重合器信號(hào)引入電站后，根據(jù)延時(shí)重合的時(shí)間，可確定故障區(qū)段。故障定位器在重合器第一個(gè)切除瞬時(shí)故障的分合后開(kāi)始計(jì)時(shí)，每計(jì)一個(gè)X時(shí)間故障區(qū)段位置向前加一。例如在出線(xiàn)后第三個(gè)分段器后發(fā)生了永久性故障，則故障定位器計(jì)數(shù)到第三個(gè)X時(shí)間時(shí)重合器分閘，反映了第三段至第四段有故障。故障定位只需重合器的合、分閘信號(hào)，另加計(jì)時(shí)與顯示單元即可。 出線(xiàn)重合器與變電站之間的通訊可以根據(jù)變電站的具體實(shí)際情況而定。小于1km可以直接用雙絞線(xiàn)通過(guò)485接口通訊。組合式自動(dòng)重合器/分段器結(jié)構(gòu)框圖CT開(kāi)關(guān)本體操動(dòng)機(jī)構(gòu)PT1可編程控制器A/D模塊電流信號(hào)檢測(cè)電路驅(qū)動(dòng)電路電源模塊控制面板狀態(tài)顯示變電站PC控制器顯示修改參數(shù)模塊電