chapter8变电站馈线自动化

一、开闭所和配电变电所内自动化一、开闭所和配电变电所内自动化（变电站综合自动化）（变电站综合自动化）l配电变电站、配电变电站、1010kVkV开闭所是配电网的重要组开闭所是配电网的重要组成部分，其自动化程度高低直接反映了配电成部分，其自动化程度高低直接反映了配电自动化的水平。自动化的水平。l变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统：电力系统微机保护：电力系统微机保护与控制综合自动化系统。将电力系统保护、与控制综合自动化系统。将电力系统保护、控制、监视、测量、故障分析等功能集合在控制、监视、测量、故障分析等功能集合在一起。一起。l目标：目标：实现电力系统优化控制、经济运行、实现电力系统优化控制、经济运行、智能决策。智能决策。l“开闭所开闭所”实际上就是相当于开关站，两进多出实际上就是相当于开关站，两进多出（常用（常用46出），只是根据不同的要求，进出出），只是根据不同的要求，进出可以设置断路器、负荷开关或不设。没有断路可以设置断路器、负荷开关或不设。没有断路器或负荷开关的叫电缆分接箱，电缆直接进出，器或负荷开关的叫电缆分接箱，电缆直接进出，用于小容量和用电可靠性不高的场所。用于小容量和用电可靠性不高的场所。“开闭开闭所所”一般应采用断路器进（两进线设置一般应采用断路器进（两进线设置BZT）、）、负荷开关出。负荷开关出。 远动装置远动装置( (RTURTU) )的发展的发展l远方终端装置远方终端装置( (Remote Terminal Unit,Remote Terminal Unit,RTURTU) )： SCADASCADA系统在变电站中的终端设备，它由微处理机和系统在变电站中的终端设备，它由微处理机和接口电路组成。接口电路组成。l早期的早期的RTURTU为有触点装置，功能弱，精度低，可靠性为有触点装置，功能弱，精度低，可靠性差。差。l7070年代起搞单年代起搞单CPUCPU结构的结构的RTURTU装置，为集中式结构。装置，为集中式结构。l随着调度自动化的发展，尤其是变电站自动化的发展，随着调度自动化的发展，尤其是变电站自动化的发展，多多CPUCPU结构的分布式微机远动装置成为发展趋势。结构的分布式微机远动装置成为发展趋势。l多多CPUCPU结构结构：每个每个CPUCPU分别完成一定的任务，提高分别完成一定的任务，提高了了速速度、可靠性度、可靠性，同时广泛采用交流采样技术。同时广泛采用交流采样技术。 l那么什么是那么什么是RTU呢？呢？lRTU是是Remote Terminal Unit(远程测控终端远程测控终端)的缩写，是的缩写，是SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统的基本组成单元。系统的基本组成单元。一个一个RTU可以有几个，几十个或几百个可以有几个，几十个或几百个I/O点，点，可以放置在测量点附近的现场。可以放置在测量点附近的现场。RTU应该至少应该至少具备以下具备以下2种功能：数据采集及处理、数据传种功能：数据采集及处理、数据传输输(网络通信网络通信)，当然，许多，当然，许多RTU还具备还具备PID控控制功能或逻辑控制功能、流量累计功能等等。制功能或逻辑控制功能、流量累计功能等等。微机远动装置的基本功能微机远动装置的基本功能lRTURTU的基本功能：的基本功能：遥测（遥测（YCYC）、）、遥信遥信（YXYX）、）、遥调（遥调（YTYT）、）、遥控（遥控（YKYK）。lRTURTU的辅助功能：的辅助功能：屏幕显示、参数整定输屏幕显示、参数整定输入、打印制表、信息转发功能、装置内入、打印制表、信息转发功能、装置内部功能、数据保存功能、事件顺序记录部功能、数据保存功能、事件顺序记录功能。功能。1. “1. “四遥四遥”功能功能1 1）遥信遥信( (YXYX) )：测量开关位置、保护动作信号、设测量开关位置、保护动作信号、设备运行状态信号，调压变压器分接头位置。一般备运行状态信号，调压变压器分接头位置。一般用无源接点，有变位时立即上传。用无源接点，有变位时立即上传。2 2）遥测遥测( (YCYC) )：对变压器的对变压器的P P、Q Q，线路线路P P、I I，母线母线U U，温度、压力、流量、温度、压力、流量、f f、主变油温等所有其他模拟主变油温等所有其他模拟信号的采集，并将采集信号上传。信号的采集，并将采集信号上传。3 3）遥控遥控( (YKYK) )：远方控制断路器分、合，电容器、远方控制断路器分、合，电容器、电抗器的投切等。一般也用无源接点，要求动作电抗器的投切等。一般也用无源接点，要求动作准确率大于准确率大于99.99%99.99%。4 4）遥调遥调( (YT)YT)：用于有载变压器分抽头的升降调节用于有载变压器分抽头的升降调节等，也采用无源接点，要求准确率大于等，也采用无源接点，要求准确率大于99.99%99.99%。2. 2. 事件顺序记录事件顺序记录( (SOESOE,Sequence of events),Sequence of events)lSOESOE：自动记录事件状态变化的时间。自动记录事件状态变化的时间。 对事故时各种开关、继电保护、自动装置对事故时各种开关、继电保护、自动装置 的状态变化信号按时间顺序排队。的状态变化信号按时间顺序排队。l作用：作用：事故后分析事故。事故后分析事故。l输入信号：输入信号：取继电器动作出口信号（不取信号继取继电器动作出口信号（不取信号继电器接点）、断路器辅助接点（受分散性、不同电器接点）、断路器辅助接点（受分散性、不同步影响步影响) )。SOESOE分辨率分辨率l事件分辨率要求达到毫秒级。事件分辨率要求达到毫秒级。lSOESOE站内分辨率：站内分辨率：RTURTU内内( (站内站内) )顺序发生一串事顺序发生一串事件后，两事件间能辨认的最小时间，要求件后，两事件间能辨认的最小时间，要求55msms。lSOESOE站间分辨率：站间分辨率：各各RTURTU间间( (站间站间) )顺序发生一串顺序发生一串事件后，两事件间能辨认的最小时间，要求事件后，两事件间能辨认的最小时间，要求1010msms。lSOESOE分辨率影响因素：分辨率影响因素：站内：站内：RTURTU时钟精度；站时钟精度；站间：系统时钟、通道延时、间：系统时钟、通道延时、CPUCPU处理速度。处理速度。l分辨率高带来高造价，配电自动化中可放宽要分辨率高带来高造价，配电自动化中可放宽要求。求。 3. 3. 系统对时系统对时l保证保证SOESOE分辨率，要求各分辨率，要求各RTURTU时钟与调度中心同时钟与调度中心同步，步，采取措施：采取措施： 1 1）利用）利用GPSGPS，需设置需设置GPSGPS接收机、天线及放大接收机、天线及放大器，通过器，通过RS-232RS-232与与RTURTU相连。相连。 2 2）软件对时，根据采用的通信规约对各测控）软件对时，根据采用的通信规约对各测控点对时，优点是省投资（不需要增加硬件），点对时，优点是省投资（不需要增加硬件），但精度受影响。但精度受影响。4. 4. 电能采集电能采集l采集变电站进线、出线、主变的电度值。采集变电站进线、出线、主变的电度值。l过去一般用脉冲电度表脉冲，目前一般通过智过去一般用脉冲电度表脉冲，目前一般通过智能电度表的通信实现。能电度表的通信实现。l5.5.自恢复和自检自恢复和自检l设置设置WATCHDOGWATCHDOG电路，防止程序跑飞，断电后能电路，防止程序跑飞，断电后能自动恢复。自动恢复。l设置自检功能，及时报告出错信息，防止设置自检功能，及时报告出错信息，防止RTURTU装装置元件故障。置元件故障。l通常装置每隔通常装置每隔1 12 2S S自动检测一次，主站侧通过自动检测一次，主站侧通过远方诊断，定位到具体故障插件。远方诊断，定位到具体故障插件。6. 6. 与与SCADASCADA系统通信和当地功能系统通信和当地功能l根据相应的通信规约（如应答根据相应的通信规约（如应答PollingPolling、循环循环CDTCDT、对等式对等式DNPDNP等），将等），将RTURTU采集的信息上报配电采集的信息上报配电SCADASCADA系统。系统。l利用利用RTURTU微机功能，接入显示微机功能，接入显示CRTCRT或打印机，可就或打印机，可就地显示与参数输入整定，或一发多收。地显示与参数输入整定，或一发多收。lRTURTU通信速率应可选择整定。通信速率应可选择整定。lRTURTU应支持多种通信信道转接功能（如光端机、微应支持多种通信信道转接功能（如光端机、微波、载波、无线电台等）。波、载波、无线电台等）。 微机远动装置的分类微机远动装置的分类lRTURTU结构：结构：集中式、分布式（功能分布式与结构分集中式、分布式（功能分布式与结构分布式）。布式）。l采样方式：采样方式：直流、交流采样。直流、交流采样。l组屏方式：组屏方式：集中、分散组屏。集中、分散组屏。二、馈线自动化二、馈线自动化l目的目的：对馈出线路进行数据采集和监控（：对馈出线路进行数据采集和监控（SCADA功能），故障时，及时准确地确定故障区段，迅速功能），故障时，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。隔离故障区段并恢复健全区段供电。l主要功能主要功能：配网馈线运行状态监测、控制、故障诊：配网馈线运行状态监测、控制、故障诊断、故障隔离、网络重构。断、故障隔离、网络重构。l实现实现：在户外分段开关处安装：在户外分段开关处安装FTU（馈线终端单（馈线终端单元元），），依靠通信系统，与配电控制中心的依靠通信系统，与配电控制中心的SCADA计算机系统相连。计算机系统相连。1 基于重合器的馈线自动化基于重合器的馈线自动化l原理：原理：无需通信，根据短路时出现的短路电流，无需通信，根据短路时出现的短路电流，靠多次重合闸找出故障区段并进行隔离，主要靠多次重合闸找出故障区段并进行隔离，主要用在辐射线路。用在辐射线路。l馈线自动化模式：馈线自动化模式：重合器与重合器配合模式、重合器与重合器配合模式、重合器与电压重合器与电压-时间型分段器配合模式、重合器时间型分段器配合模式、重合器与过流脉冲计数型分段器配合模式。与过流脉冲计数型分段器配合模式。重合器重合器( (Recloser)分类和功能分类和功能l定义定义：具有控制和保护功能的开关，能按预定开断、：具有控制和保护功能的开关，能按预定开断、重合顺序自动操作，并可自动复位、闭锁。重合顺序自动操作，并可自动复位、闭锁。l功能功能：故障后重合器跳闸，按预定动作顺序循环分、：故障后重合器跳闸，按预定动作顺序循环分、合若干次，重合成功则自动终止后续动作；重合失合若干次，重合成功则自动终止后续动作；重合失败则闭锁在分闸状，手动复位。败则闭锁在分闸状，手动复位。l动作特性：动作特性：瞬动（快速动作时间瞬动（快速动作时间电流特性）、延电流特性）、延时动作（慢速动作时间时动作（慢速动作时间电流特性）两种。电流特性）两种。l动作特性整定：动作特性整定：“一快二慢一快二慢”、“二快二慢二快二慢”、“一快三慢一快三慢”。 分段器分段器( (Sectionalizer)分类和功能分类和功能l定义：定义：与电源侧前级开关配合，失压或无电流时自与电源侧前级开关配合，失压或无电流时自动分闸的开关设备。动分闸的开关设备。l功能：功能：永久故障时，永久故障时，分合预定次数后闭锁在分闸状，分合预定次数后闭锁在分闸状，隔离故障区段；若未完成预定分合次数，故障已被隔离故障区段；若未完成预定分合次数，故障已被其他设备切除，则保持在合闸状其他设备切除，则保持在合闸状（经一段延时后恢（经一段延时后恢复到预定状态，为下次故障作准备）。复到预定状态，为下次故障作准备）。l要求：要求：一般不能开断短路故障电流。一般不能开断短路故障电流。l分类：分类：电压电压时间型，过流脉冲记数型。时间型，过流脉冲记数型。1) 1) 电压时间型分段器电压时间型分段器l原理：原理：根据加压、失压时间长短控制动作，失根据加压、失压时间长短控制动作，失压后分闸，加压时合闸或闭锁。用于辐射、树压后分闸，加压时合闸或闭锁。用于辐射、树状、环状网。状、环状网。lX X、Y Y时限参数：时限参数：lX时限：时限：分段器电源侧加压至该分段器合闸的分段器电源侧加压至该分段器合闸的时延。时延。lY时限：时限：又称故障检测时间。分段器合闸后未又称故障检测时间。分段器合闸后未超过超过Y时限的时间内又失压，则该分段器分闸时限的时间内又失压，则该分段器分闸并被闭锁在分闸状，下一次再得电时不再自动并被闭锁在分闸状，下一次再得电时不再自动重合。重合。 2) 2) 过流脉冲计数型分段器过流脉冲计数型分段器l与线路前级开关（重合器或断路器）配合使用。与线路前级开关（重合器或断路器）配合使用。l原理：原理：记忆前级开关开断故障电流动作次数，达记忆前级开关开断故障电流动作次数，达到预定记忆次数时，在前级开关跳闸的无电流间到预定记忆次数时，在前级开关跳闸的无电流间隙内，分段器分闸，隔离故障区段。隙内，分段器分闸，隔离故障区段。l前级开关开断故障电流动作次数未达到预定记忆前级开关开断故障电流动作次数未达到预定记忆次数时，经一定延时后分段器复位清零。次数时，经一定延时后分段器复位清零。重合器与分段器配合实现故障区段隔离重合器与分段器配合实现故障区段隔离l1)1)辐射状网辐射状网l2 2）环网）环网1）辐射状网故障区段隔离过程）辐射状网故障区段隔离过程A重合器：重合器：一快一慢，第一次重合一快一慢，第一次重合=15S，第二次重合第二次重合=5S；B、D分段器：分段器：X=7S，Y=5S；C、E分段器：分段器：X=14S，Y=5SAecEDBdbaCAecEDdbaCA15secED 7sB7sdbaCA15secEDB7sdba闭锁C14sA15secEDBdbaCA15secEDB7sdbaCA5secE 14sD 7sB7sdba闭锁C( (a a) )( (f f) )( (e e) )( (d d) )( (c c) )( (b b) )( (g g) )B2）环状网开环运行时的故障区段隔离环状网开环运行时的故障区段隔离A重合器：重合器：一快一慢，第一次重合一快一慢，第一次重合=15S，第二次重合第二次重合=5S；B、C、D分段器：分段器：X=7S，Y=5S；E分段器：分段器：X=45S，Y=5S联络开关AecEDBdbaC( (a a) )( (b b) )F联络开关ecEDBdbaCF联络开关ecEDdbaC( (c c) )FA15sB7s联络开关ecEDdbaC( (d d) )FA15sBA( (i i) )联络开关ecEDBdbaCF( (e e) )联络开关ecEDdbaFA15sAB7sC7s闭锁联络开关EDC( (f f) )FA5sB7s联络开关ecEDdbaC( (g g) )FA5s( (h h) )联络开关ecEDdbaFABCB7s45s2 基于基于FTU的馈线自动化系统的馈线自动化系统配电网自动化控制中心计算机网络（SCADA）RTURTUFTU联络开关分段开关断路器区域工作站区域工作站区域工作站系统特点系统特点l配网实时信息通过就地配网实时信息通过就地FTU采集，传送到区域集控采集，传送到区域集控或变电站集中，上报配电调度中心。或变电站集中，上报配电调度中心。l配电调度中心控制命令通过区域集控或变电站转发配电调度中心控制命令通过区域集控或变电站转发给给FTU执行。执行。lFTU采集柱上开关运行情况，将信息上传到配网控采集柱上开关运行情况，将信息上传到配网控制中心，或接受控制中心命令进行远方操作。制中心，或接受控制中心命令进行远方操作。l故障时，故障时，FTU将记录的故障电流、时间等上报，供将记录的故障电流、时间等上报，供分析使用。分析使用。l区域工作站区域工作站：通道集中器和转发装置，并将各单元：通道集中器和转发装置，并将各单元通信规约转换为标准远动规约。通信规约转换为标准远动规约。FTU的性能要求的性能要求(1)(1)l遥信功能遥信功能：开关位置、贮能完成情况、通信完好性；：开关位置、贮能完成情况、通信完好性；l遥测功能遥测功能：U、I、P、Q等；等；l遥控功能遥控功能：远方对柱上开关分合、贮能等；：远方对柱上开关分合、贮能等；l统计功能统计功能：开关动作次数、动作时间、累计切断电：开关动作次数、动作时间、累计切断电流水平；流水平；lSOE和对时功能和对时功能：保证：保证SOE的准确性，与系统时钟的准确性，与系统时钟一致；一致；l事故记录事故记录：记录事故发生时的最大故障电流和事故：记录事故发生时的最大故障电流和事故前（前（1 1minmin）负荷，便于确定故障区段；负荷，便于确定故障区段；l定值远方修改和召唤定值：定值远方修改和召唤定值：适应配网运行方式变化；适应配网运行方式变化；l自检和自恢复功能：自检和自恢复功能：设备故障时报警、干扰时自复位；设备故障时报警、干扰时自复位；FTU的性能要求的性能要求(2)(2)l远方控制闭锁和手动操作功能远方控制闭锁和手动操作功能：检修线路或操作开关：检修线路或操作开关时确保操作安全性；时确保操作安全性；l远程通信功能远程通信功能：RS-232，RS-485，通信规约问题；通信规约问题；l抗恶劣环境抗恶劣环境：雷电、环境温度、防雨、防湿、风沙、：雷电、环境温度、防雨、防湿、风沙、振动、电磁干扰；振动、电磁干扰；l维修方便维修方便：保证不停电检修；：保证不停电检修；l电源可靠电源可靠：保证故障或停电时：保证故障或停电时FTU有工作电源；有工作电源；l可选功能可选功能：电度采集（核算电费、估计线损，防窃：电度采集（核算电费、估计线损，防窃电）；微机保护（实现自适应保护）；故障录波（故电）；微机保护（实现自适应保护）；故障录波（故障分析用）。障分析用）。FTUFTU的组成和结构的组成和结构一种典型的一种典型的FTUFTU系统框图系统框图两种馈线自动化系统的比较两种馈线自动化系统的比较l基于重合器、基于重合器、FTU的馈线自动化系统国外大量使用。的馈线自动化系统国外大量使用。基于重合器开关设备配基于重合器开关设备配合的馈线自动化系统合的馈线自动化系统基于基于FTU和通信网络的馈线自和通信网络的馈线自动化系统动化系统主主要要优优点点1)结构简单。结构简单。2)建设费用低。建设费用低。3)不需建通信网络。不需建通信网络。4)无电源提取问题。无电源提取问题。1)故障时隔离故障区域，正常故障时隔离故障区域，正常时监控配网运行，可优化运行时监控配网运行，可优化运行方式，实现安全经济运行。方式，实现安全经济运行。2)适应灵活的运行方式。适应灵活的运行方式。3)恢复健全区域供电时，可采恢复健全区域供电时，可采取安全和最佳措施。取安全和最佳措施。4)可与可与MIS、GIS等联网，实等联网，实现全局信息化。现全局信息化。两种馈线自动化系统的比较两种馈线自动化系统的比较主要主要缺点缺点1)仅故障时起作用，正常运仅故障时起作用，正常运行时无监控作用，不能优化行时无监控作用，不能优化运行方式。运行方式。2)调整运行方式后，需到现调整运行方式后，需到现场修改定值。场修改定值。3)恢复健全区域供电时，无恢复健全区域供电时，无法采取安全、最佳措施。法采取安全、最佳措施。4)需多次重合需多次重合,对设备冲击大。对设备冲击大。1)结构复杂。结构复杂。2)建设费高。建设费高。3)需通信网络。需通信网络。4)存在电源提取问题。存在电源提取问题。主要主要设备设备重合器、分段器等重合器、分段器等FTU、通信网络、区域工通信网络、区域工作站、计算机系统。作站、计算机系统。适用适用范围范围农网、负荷密度小的偏远地农网、负荷密度小的偏远地区、供电途径少于两条的电区、供电途径少于两条的电网。网。城网、负荷密度大的地区、城网、负荷密度大的地区、重要工业园区、供电途径重要工业园区、供电途径多的网格状配网、供电可多的网格状配网、供电可靠性要求高的区域。靠性要求高的区域。两种馈线自动化系统的比较两种馈线自动化系统的比较( (续表续表) )