第五章 变电站和配电网自动化

1第五章变电站和配电网自动化一次设备：母线、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器等二次设备：监视测量仪表、继电保护、远动装置、自动装置、控制及信号器具等5-1变电站自动化一、变电站二次回路微机变电站自动装置投入以前的二次回路称为常规二次回路（系统）。21、开关正常闭合和断开操作；2、同期并列操作；3、母线电压分析计算（据此实行并联电容器的投切和变压器分接头调节）；4、备用电源自动投入操作；5、低频自动减负荷操作；6、执行上一级调度中心的操作命令。变电站所需的控制功能31、控制系统主要完成分合闸操作，分有人值守、无人值守两种（一）变电站常规二次回路的主要组成部分6、继电保护装置5、电源系统蓄电池交流电源复式整流电容储能4、同期系统3、测量系统常测表计选测表计（多数）2、信号系统事故信号预报信号分析信号利用中央信号装置实现41）按功能分别设置测量、控制、保护三大功能彼此独立，相关性甚少，互不兼容。2）设备和元器件类别复杂原因在于二次回路设计、设备选择分别进行。3）没有自检功能要定期测试校验，不能保证工作的可靠性。4）安装调试、维护工作量大连接电缆和接线端子多。（二）变电站常规二次系统的特点5※三者依然是分立运行、独立工作，分属不同专业技术部门二、变电站自动化主要包括：1）设置微机监控；2）微机远动终端装置（RTU）；3）微机继电保护装置。变电站自动化是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用，其特征是采用微机进行监控和完成部分管理任务。6鉴于监控、远动、继电保护功能所采集的数据量和控制对象基本相同，考虑三大功能由同一装置实现，这一技术起步于20世纪80年代。三、变电站综合自动化新生事物、发展完善中，其内容、结构和工作模式呈多样化电气量的采集和电气设备(如断路器等)的状态监视、控制和调节。实现变电站正常运行的监视和操作，以保证变电站的正常运行和安全。发生事故时，由继电保护和故障录波等完成瞬态电气量的采集、监视和控制，并迅速切除故障和完成事故后的恢复正常操作。从长远的观点看，还应包括高压电器设备本身的监视信息(如断路器、变压器和避雷器等的绝缘和状态监视等)。除了需要将变电站所采集的信息传送给调度中心外，还要送给运行方式管理部门和检修中心，以便为电气设备的监视和制定检修计划提供原始数据。变电站综合自动化的内容7一、BZZX构成（多微机分布式变电站综合自动化）主单元保护单元控制单元开关闭锁单元开关闭锁单元控制单元保护单元一次系统设备5-2变电站综合自动化84、系统配置灵活采用CPU分散式结构，内部模块采用总线连接；软硬件结构实行模块化和分散处理方式;方便配置大、中、小变电站的综合自动化系统。继电保护现场单元（现场级）就地控制信号采集等打印制表与上级通讯人机对话主单元（站控级）数据存储故障录波输出二、BZZX系统构成必须考虑的问题1、抗电磁干扰采用串行通信或光纤通讯；2、高可靠性采用专用芯片，高档32位PC；3、每个间隔单元要集中在一起做在一块屏上，减少二次接线和控制电缆数量；9MPS4000系列变电站综合自动化系统是在BZZX300型变电站综合自动化系统的基础上，总结了几十套系统运行的经验，广泛听取了电力系统用户的意见，将目前最先进的器件和最成熟的技术结合在一起，发展起来的面向二十一世纪的变电站配套系统，亦可成为老电站改造的理想首选设备。三、BZZX完成的功能远动、保护、开关操作、测量、事故顺序记录、运行参数的自动记录、故障录波，具有很高的可靠性，达到无人值守的要求。四、MPS4000系列变电站综合自动化系统适用于10KV-110KV等各种接线方式的变电站二次系统，作为全部的保护、控制、测量信号和远动设备，保证变电站的安全运行，并按运行要求对变电站全部运行参数进行检测、显示、打印和报警，并与上级通讯实现了遥控、遥测、遥信和遥调。10五、变电站综合自动化的发展趋势（一）总体结构集中式结构的综合自动化系统框图这种系统每台计算机的功能较集中，如果一台计算机出故障，影响面大，因此必须采用双机并联运行的结构才能提高可靠性；由于采用集中式结构，软件复杂，修改工作量大，调试麻烦，组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件都必须另行设计，工作量大。11五、变电站综合自动化的发展趋势（一）总体结构分层分布式系统集中组屏结构的综合自动化系统框图(一)分布式系统集中组屏的结构是把整套综合自动化系统按其不同的功能组装成多个屏(或称柜)。这些屏都集中安装在主控室中，这种形式被称为“分布集中式结构”，分布集中式结构的主要缺点是安装时需要的控制电缆相对较多，增加了电缆投资。分层分布式系统集中组屏结构的综合自动化系统框图(二)12五、变电站综合自动化的发展趋势（一）总体结构分散与集中相结合的变电站综合自动化系统框图这种系统结构，配电线路各单元采用分散式结构，高压线路保护和变压器保护采用集中组屏结构，它们通过现场总线与保护管理机交换信息，节约控制电缆，简化了变电站二次设备之间的互连线，缩小了控制室的面积；抗干扰能力强，工作可靠性高，而且组态灵活，检修方便，还能减少施工和设备安装工程量。13采用分散式结构，引入局域网（LAN）技术，将站内所有智能化装置连接一起。网上节点分成主站和子站。设计原则：凡是可由子站完成的功能，尽量就地处理，不要依赖于通信网络和主站（如继电保护功能）。五、变电站综合自动化的发展趋势（一）总体结构全分散式的结构是今后的发展方向。一方面是分散式的自动化系统具有总投资低的突出优点；另一方面，随着电-光传感器和光纤通信技术的发展，为分散式的综合自动化系统的研制和应用提供了有力的技术支持。14多功能的保护装置要兼有故障录波功能（二）局域网（LAN）1、拓扑结构环网、总线形网，对等网（peertopeer）（倾向）2、通讯规约1）载波侦听多路访问及冲撞检测方法（CSMA/CD）是一种竞争性规约，效率高。2）令牌（通行证总线）(TokenBus)3、通讯媒介一般采用电缆作为媒介，倾向使用光纤。（三）子站的设计原则15（四）保护装置的“下放”问题公认做法：多功能微机保护装置安装在配电开关柜上。更高电压设备的保护装置，各国做法不同：西欧：常规保护常放在就地保护小间内；美国：保护装置放在控制楼，条件好；日本：用防雨密闭罩放在室外开关设备近旁。（五）变电站综合自动化的优点利用先进的计算机和通信技术，改变了传统的二次设备模式，实现信息共享，简化了系统，减少了连接电缆，减少占地面积，降低造价，改变了变电站的面貌。随着电网复杂程度的增加，便于为各级调度中心提供各变电站更多的信息，以便及时掌握电网及变电站的运行情况。提高变电站的可控性，易于实现远方集中控制、操作和反事故措施等。提高了自动化水平，采用无人值班管理模式，减轻了值班员的操作量，提高劳动生产率，减少人为误操作的可能，也减少了维修工作量。全面提高运行的可靠性和经济性。16设备构成：配电变电站、柱上变压器、配电线路、断路器、开关、保护装置、无功补偿装置等高压配电网：（35KV-110KV）配电网按电压等级分类中压配电网：（10KV）低压配电网：（380/220V）放射式配电网按接线形式分类树干式环式5-3配电网的构成及任务一、配电网的分类输电网：220KV及以上配电网：110KV及以下17110kV~150kV国外常称次输电线路我国将110kV及以下电力线路统称为配电线路35kV~110kV高压配电线路10kV中压配电线路，一次配电线路380/220V低压配电线路，二次配电线路二、配电变电站按电压等级划分：高压变电站：35kV~110kV中压变电站：3kV~10kV低压变电站：380V/220V110kV/0.4kV三、配电线路具备变电和配电两种功能称配电所。仅有配电功能称开关站也称配电站。18保证重要用户供电；随时掌握，调整配电网的工作状态；保证供电电压的质量；提高配电网运行的经济性，降低损耗；对故障及时处理，使其影响面最小。四、配电网的特点1、点多，面广，分散；2、配电线路、开关电器、变压器结合在一起。五、配电网的任务19以上三项基本任务的基础：数据采集配电网自动化正在以SCADA与GIS合一，“营配合一”，与地调、电力MIS等紧密集成的模式实行。5-4配电网的自动化监视：判断状态的能力。控制：改变配电网运行状态的能力。保护：识别故障，隔离故障。具有三项基本任务：利用现代电子、计算机、通信及网络技术,将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统，实现配电网及其设备正常运行及事故状态下的监测、保护、控制、用电和配电管理的现代化。205、用户负荷控制:降低高峰负荷和提高负荷率。对配电线路自动切换、自动分段母线自动分段重新恢复一、对配电自动化系统的基本要求1、实时检测与控制2、故障控制3、电能质量控制：保证配电网供电电压和频率处在规定的允许范围内。4、线路损耗控制：有效节约电力功率在传输过程中的能量损耗，减少运输成本。21最显著特点：a)配电网系统图形显示功能设备数据和图形分开处理，分开维护b)事故作业状态下系统的优化切换功能发生故障时，对于可正常运行的无故障区段配电线路，尽快恢复供电二、对配电自动化系统的分类（一）配电线路自动化（2）配电线路开关远方监视控制系统（1）配电自动化计算机系统配电自动化计算机系统通过通信系统和许多终端装置（RTU）相连构成的一个能够完成各种指定任务的自动化系统。22最显著特点：a)配电网系统图形显示功能设备数据和图形分开处理，分开维护b)事故作业状态下系统的优化切换功能发生故障时，对于可正常运行的无故障区段配电线路，尽快恢复供电二、对配电自动化系统的分类（一）配电线路自动化（2）配电线路开关远方监视控制系统（1）配电自动化计算机系统配电自动化计算机系统通过通信系统和许多终端装置（RTU）相连构成的一个能够完成各种指定任务的自动化系统。231050SS跳开1QF1020SS合合20S闭锁合10S合99S1QF短路发生第一次第二次1QF1020SS、跳开50S合98S合正常送电方向A1QF10S97S98S20S30S40S50S99S2QFB联络开关柱上分段自动开关故障点一个简单的配电线路故障例子：1QF24柱上分段自动开关25假设故障发生在之间的线段上，配电线路会发生下面情况:1、故障发生后，继电保护动作，断路器跳闸，因为失去电源电压自动跳开。2、经一段时间后自动重合，接着每隔一定时间后按时限顺序自动投入。3、由于故障仍然存在，合上后，还没有合上时，再次跳闸，相继失去电压后又再次跳开。最后合上的在再跳开后被自动闭锁而保持开放状态，以后不再重合。此时，配电线路开关远方坚实控制系统从以上信息可以检查出故障区间。4、第二次重合后向以左的配电线路恢复供电。5、是失去电源的无故障线段。这段线路在故障前所带的负荷可以由计算机监视控制系统经过计算用优化负荷转移方法解决，由其他电源继续供给。这样故障区外的健全负荷短的恢复供电可由计算机控制系统代替运行人员自动判断和执行。为正常的联络开关。、、头代表正常送点方向；柱上分段自动开关，箭等为正常合的、、、、以左的负荷供电向正常下，由配电所999897504030201099SSSSSSSSAS3020SS和1DL5040302010SSSS、、、、S502010SS、、S1QF2010SS和等30S2010SS和20S20S9930SS至1QF1QF26不可控负荷：保安负荷，一级负荷，重要的二级负荷。可控负荷：次要的二级负荷，三级负荷。负荷分组：不可控负荷确保可靠供电；可控负荷可采用：拉闸限电，按时电价，预交电费。音频控制工频控制（电力系统载波）无线电控制高频载波按通信方式分混合控制技术卫星通讯技术采用通讯线电话线光纤通讯技术负荷控制方式：分散负荷控制远方集中负荷控制（通过负荷分组实现）（1）负荷集中控制系统（二）用户自动化电力负荷控制的意义：确保