配电网自动化

电力系统自动化1第8章配电网自动化8.1变电站综合自动化8.2配电网自动化8.3馈线自动化电力系统自动化28.1变电站综合自动化8.1.1变电站综合自动化系统的研究内容8.1.2变电站综合自动化的现状与发展趋势8.1.3变电站综合自动化系统的功能8.1.4微机远动装置的基本功能与类型电力系统自动化38.1.1变电站综合自动化系统的研究内容变电站综合自动化是将变电站的二次设备经过功能的组合和优化设计，利用计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护以及与调度通信等综合性的自动化功能。变电站综合自动化的内容包括电气量的采集和电气设备的状态监视、控制和调节。•优点：•①功能综合化所有二次回路功能综合为一体。•②结构微机化主要插件是全微机化的分布式结构，采用网络总线连接成整体。•③操作监视屏幕化面对彩色大屏幕显示器进行全方位监视与操作。•④运行管理智能化具有在线自诊断功能和专家系统。电力系统自动化48.1.2变电站综合自动化的现状与发展趋势变电站综合自动化的实施方法有两种：一种是站内监控以远动(RTU)为数据采集和控制的基础，相应的设备也是以电网调度自动化为基础，“保护”则相对独立。另一种是站内监控以保护(微机保护)为数据采集和控制的基础，将保护与控制、测量结合在一起。今后变电站综合自动化的运行模式将从无人值班、有人值守逐步向无人值守过渡。电力系统自动化58.1.3变电站综合自动化系统的功能变电站综合自动化系统的基本功能体现在下述五个方面监控微机保护电压、无功综合控制低频减负荷控制备用电源自动投入控制电力系统自动化6监控•数据采集•事件顺序记录(SOE)•故障录波和测距、故障记录•操作控制功能•安全监视功能•人机联系功能•打印功能•数据处理与记录•谐波分析与监视电力系统自动化7备用电源自动投入控制一、备用电源自动投入装置（一）备用电源自动投入装置的作用与类型工作电源与备用电源的接线方式可分为两大类：明备用:指在正常时，备用电源不投入工作，只有在工作电源发生故障时才投入工作。暗备用:指在正常时，两电源都投入，互为备用。作用：用于两路及以上电源进线的变配电所中，提高供电可靠性。电力系统自动化8续上页在正常情况下，QF1闭合，QF2断开，负荷由工作电源供电。QF2QF1TV2备用电源工作电源TV1APD当工作电源故障时，APD动作，将QF1断开，切除故障电源，然后将QF2闭合，使备用电源投入工作，恢复供电。APD电力系统自动化9续上页正常情况下，QF1,QF2闭合，QF3断开，两个电源分别向两段母线供电。TV1QF3TV2APDQF1QF2工作电源B工作电源A若电源A(B)发生故障，APD动作，将QF1(QF2)断开，随即将QF3闭合，此时全部负荷均由B(A)电源供电。APD电力系统自动化10续上页1）不论什么原因失去工作电源，APD都能迅速起动并投入备用电源；2）必须在工作电源确已断开、而备用电源电压也正常时，才允许投入备用电源；3）APD应只动作一次，以免将备用电源重复投入永久性故障回路中；4）当电压互感器二次回路断线时，APD不应误动作。（二）对备用电源自动投入装置的基本要求电力系统自动化11续上页（三）备用电源自动投入装置的原理12QF2QF1QF1-+-1KO3-24KT工作电源QF2-+YC备用电源电力系统自动化12微机型备用电源自投装置的特点•综合功能比较齐全，适应面广•备用电源自投装置具有串行通讯功能，方便的与综合自动化系统接口•体积小，性能价格比高•故障自诊断能力强，可靠性高电力系统自动化138.1.4微机远动装置的基本功能与类型（一）微机远动装置的基本功能微机远动装置（RTU）主要用来集中收集变电站内的所有信息，同时可以接收上级控制调度中心的命令，输出开关控制信号，增减控制设备信号或调节设备的整定值，并返回已完成操作的信息，归纳起来有如下功能：1．“四遥”功能：遥信、遥测、遥控、遥调2．事件顺序记录（SOE）3．系统对时4．电能采集（PA）5．自恢复和自检测功能6．与SCADA系统通信（二）微机远动装置的类型从体系结构上，RTU可以分为集中式RTU和分布式RTU两类；在采样方式上，RTU可分为直流采样RTU和交流采样RTU两类；从组屏方式上，RTU可分为集中组屏和分散布置两类。电力系统自动化14图8.1集中式结构的综合自动化系统框图集中式结构的综合自动化系统指采用不同档次的计算机，扩展及外围接口电路，集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动控制等功能，集中式结构不是指由一台计算机完成保护、监控等全部功能电力系统自动化15硬件结构分层集中组屏模式单元层＋变电站层单元层按功能划分，开关量输入、输出，模拟量输入、输出，元件保护、自动装置各为单独模块。变电站层包括监控主机和远动主机。变电站层通过现场总线或局域网与单元层通信。所有保护屏、数据采集屏、控制出口屏全部安装在中央控制室内，需要较多的控制连接电缆。电力系统自动化16监控主机调制解调器远动主机工程师机数据采集机保护管理机开关量输入1开关量输入n开关量输出1开关量输出n测量单元1测量单元n电压无功控制变压器保护单元线路保护单元1线路保护单元n电容器保护单元备用电源自动投入故障录波变电站级单元级调度中心电力系统自动化17续上页上级操作监控中心当地监控主机（双机）通信管理机打印机进线保护测控单元馈线保护测控单元变压器保护测控单元联络保护测控单元进线测控单元联络测控单元出线测控单元出线测控单元变压器温度保护测控单元变压器温度保护测控单元直流屏监控单元变电站层通信层间隔单元层RS485/422分布式集中组屏电力系统自动化18硬件结构分层分散模式间隔层＋变电站层间隔层按高压间隔划分，以每个电网元件为对象，集测量、控制、保护于一体，设计在同一个机箱中，将这种模块单元安装在一次主设备的开关柜中。各模块单元与监控主机通过网络联系。高压线路保护，变压器保护，自动装置（备自投、电压无功控制，低频减载）仍可安装在中央控制室内。电力系统自动化19监控主机调制解调器远动主机工程师机电能管理机保护管理机智能电度表智能电度表变压器保护监控单元线路保护与监控单元1线路保护与监控单元n电容器保护单元备用电源自动投入变电站级单元级调度中心电压无功控制故障录波现场总线或网络电力系统自动化20电力系统自动化21电力系统自动化22电力系统自动化23示例电力系统自动化248.2配电网自动化8.2.1概述8.2.2配电自动化系统的主要内容8.2.3配电自动化的现状8.2.4配电自动化系统的功能电力系统自动化258.2.1概述配电网由配电变电站和配电线路组成。通过各种电力元件可以将配电网连成不同结构。配电网分为放射式和网式两大类型。配电网的特点:点多、面广、分散；配电线路、开关电器和变压器结合在一起。配电自动化的意义:(1)正常情况下,监视配网运行情况,优化配网运行方式(2)当配网故障或异常运行时,迅速查出故障,快速隔离故障区段,及时恢复非故障区域用户的供电,减少停电面积和缩短停电时间。(3)根据配网电压合理控制无功负荷和电压水平,改善供电质量(4)合理控制用电负荷,提高设备利用率(5)自动抄表计费,保证抄表计费的及时和准确电力系统自动化26通常将变电所综合自动化、馈线自动化、用户管理自动化等三方面的内容称为配电自动化系统（DAS）。配电网SCADA系统地理信息系统GIS需方管理DSM配电自动化DAS进线监视10kV变电所自动化SA馈线自动化FA变压器巡检与无功补偿负荷监控与管理LCM远方抄表与电能计费自动化AMR8.2.2配电自动化系统的主要内容电力系统自动化27续上页配网管理工作站配网调度工作站配网GIS/维护工作站网关调度MIS主服务器备服务器WEB服务器网络打印机100M以太网通信前置机通信前置机变电所B变电所A配电子站配电线通信线控制LAN网通信网络柱上真空开关智能环网柜FTUTTUDTU配电自动化系统结构拓扑图主站计算机系统电力系统自动化28DTU智能环网配电柜配电自动化远方终端DTU电力系统自动化29TTU配电变压器远方终端TTU电力系统自动化30FTU馈线自动化远方终端FTU柱上真空开关电力系统自动化318.2.3配电自动化的现状国内:城市电网以环网供电方式为主；重合断路器与自动配电开关配合；农网重合器、断路器和分段器配合使用；跌落式分段器与断路器配合。国外:配电自动化从各种单项自动化林立，向开放式、一体化和集成化的综合自动化方向发展。电力系统自动化328.2.4配电自动化的主要功能1.配电网的实时监视与控制2.安全性控制3.经济性控制4.质量控制5.负荷控制随时了解配电网内各重要母线电压，各配电线的有功功率的状况；反映系统结构变化后各种配电变压器、断路器及柱上开关的运行状态；重要用户负荷情况及其电力和电量表的信息等。自动识别故障→自动消除故障(或隔离故障)→自动恢复供电由实时潮流计算选择确定配电网的最佳运行方式，使有功功率网损最小。保证供电的电压和频率采用对用户负荷进行远方控制的方式，以抑制高峰负荷和提高负荷率。电力系统自动化338.3馈线自动化8.3.1概述8.3.2自动重合器8.3.3分段器8.3.4馈电线路故障隔离与自动恢复原理8.3.5馈线智能终端设备FTU电力系统自动化348.3.1概述馈线自动化就是监视馈线的运行方式和负荷，当故障发生后，及时准确地确定故障区段，迅速隔离故障区段并恢复健全区段供电馈线自动化的主要任务馈线自动化的主要功能电力系统自动化358.3.2自动重合器重合器是一种自具控制及保护功能的开关设备，它能按预定的开断和重合顺序自动进行开断和重合操作，并在其后自动复位或闭锁。重合器的动作特性可以分为瞬动和延时动作特性两种。重合器的分类如下：电力系统自动化366油按绝缘介质和灭弧介质分类真空液压控制分立元件控制电路按控制装置分类电子控制集成电路控制电路微处理机控制电路重合器电子液压混合控制单相按相数分类三相柱上按安装方式分类地面地下SF在配电网中应用重合器的优点节省变电站的投资提高重合闸的成功率缩小停电范围提高操作自动化程度维修工作量小重合器分类电力系统自动化378.3.3分段器分段器是一种与电源侧前级开关配合，在失压或无电流的情况下自动分闸的开关设备。当发生永久性故障时，分段器在预定次数的分合操作后闭锁于分闸状态，从而达到隔离故障线路区段的目的。若分段器未完成预定次数的分合操作，故障就被其他设备切除，其将保持在合闸状态，并经一段延时后恢复到预先的整定状态，为下一次故障作好准备。分段器一般不能断开短路电流电力系统自动化388.3.3分段器分段器的关键部件是故障检测继电器FDR分段器可分为电压-时间型和过流脉冲计数型两类。（介绍电压-时间型）•凭借加压、失压的时间长短来控制其动作失压后分闸，加压后合闸或闭锁•两个重要参数X时限：从分段器电源侧加压至分段器合闸的时延。加压合闸Y时限：又称故障检测时间，指若分段器合闸后在未超过Y时限的时间内又失压，则该分段器分闸并被闭锁在分闸状态，下一次再得电时也不会再自动重合电压—时间型分段器的FDR一般有两套功能一套是面向处于常闭状态的分段开关，另一套是应用于处于常开状态的联络开关电力系统自动化398.3.4馈电线路故障隔离与自动恢复原理基于重合器和分段器的故障区段隔离重合器与电压-时间型分段器配合:工作过程见图8.7。图8.7中，A采用重合器，整定为一慢一快，即第一次重合时间为15s，第二次重合时间为5s。B、D和E采用电压-时间型分段器，其X时限均整定为7s；C亦采用电压-时间型分段器，其X时限整定为14s，Y时限整定为5s。电力系统自动化40图8.7辐射状网故障区段隔离的过程B、D、EX时