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1、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,2,8.1 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,3,8.1.1 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
2、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：功能综合化 所有二次回路功能综合为一体。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。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。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,4,8.1.2 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
3、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,5,8.1.3 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
4、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。,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。,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。,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。,电力系统自动化,10,续上页,1）不
5、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,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,13,8.1.4 微机远动装置的基本功能与类型,
6、（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
7、 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,1
8、6,电力系统自动化,17,续上页,直流屏监控单元,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,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,24,8.2 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
9、.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,25,8.2.1 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
10、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,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AMR,8.2.2 配电自动化系统的主要内容,电力系统自动化,27,续上页,电力系统自动化,28,DTU,智能环网配电柜,配电自动化远方终端DTU,电力系统自动化,29,TTU,配电变压器远方终端TTU,电力系统自动化,30,FTU,馈线自动化远方终端FTU,柱上真空开关,电力系统自动化,31,8.2.
11、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,32,8.2.4 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
12、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,33,8.3 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,34,8.3.1 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,35,8.3.2 自动重合器,重合器是一种自具控制及保护功能的开关
13、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,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,37,8.3.3 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
14、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,38,8.3.3 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
15、统自动化,39,8.3.4 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、E X时限均整定为7s，CX时限整定为14s，Y时限整定为5s,加压 合闸,电力系统自动化,41,8.3.5 馈线智能终端设备FTU,FTU是基于FTU的馈线自动化系统的
16、核心设备，其功能强大，抗干扰能力强，具有自检和自恢复功能，工作可靠性高。FTU的性能要求1.遥信功能 2.遥测功能 3.遥控功能 4.统计功能 5.对时功能 6.事件顺序记录 7.事故记录 8.定值远方修改9.自检和自恢复功能 10.远方控制闭锁与手动操作功能11.远方通信功能 12.抗恶劣环境 13.具有良好的维修性14.可靠的电源,电力系统自动化,42,图8.6 一种馈线RTU(FTU)的结构,电力系统自动化,43,基于FTU的故障区段隔离 故障区段的判断和隔离可以采用统一的矩阵算法实现。依据配电网的结构构造一个网络描述矩阵D。当馈线发生故障时，系统生成一个故障信息矩阵G，通过网络描述矩阵和故障信息矩阵的运算，得到一个故障判断矩阵P，根据故障判断矩阵就可准确地判断和隔离故障区段。,
