配電網(wǎng)第三章

1、農(nóng)村電力網(wǎng)自動(dòng)化專題農(nóng)村電力網(wǎng)自動(dòng)化專題第第3章章 開(kāi)閉所和配電變電所內(nèi)自動(dòng)化開(kāi)閉所和配電變電所內(nèi)自動(dòng)化 配電變電站和l0kV開(kāi)閉所是配電網(wǎng)的重要組成部分，因此配電變電站和開(kāi)閉所的自動(dòng)化程度的高低，直接反映了配電自動(dòng)化的水平。配電變電站和l0kV開(kāi)閉所內(nèi)的自動(dòng)化和輸電網(wǎng)中變電站自動(dòng)化采用的設(shè)備類似。 配電變電站和10kV開(kāi)閉所通常是無(wú)人值班的，并且沒(méi)有取暖設(shè)施，故要求在站內(nèi)安裝微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置(RTU)，并且對(duì)環(huán)境和設(shè)備可靠性的要求很高。第一節(jié)第一節(jié) 遠(yuǎn)動(dòng)裝置遠(yuǎn)動(dòng)裝置(RTU)的發(fā)展的發(fā)展v 我國(guó)電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)是在50年代發(fā)展起來(lái)的。最初是從前蘇聯(lián)引進(jìn)的SF一58型有接點(diǎn)遠(yuǎn)動(dòng)裝置，通信速率為50

2、bits，功能也較弱。60年代以來(lái)，我國(guó)自行研制出了無(wú)觸點(diǎn)數(shù)字綜合遠(yuǎn)動(dòng)裝置。自70年代起基于微處理機(jī)的遠(yuǎn)動(dòng)裝置有了迅速發(fā)展，Z80，intel8086，intel80286，intel8098，MCS一51等高性能微處理機(jī)廣泛地應(yīng)用于RTU中。RTU裝置具有遙測(cè)YC)、遙信(YX)、遙控(YK)、遙調(diào)(YT)四種功能，遠(yuǎn)動(dòng)裝置是由硬件邏輯原件組合配成的。 遠(yuǎn)動(dòng)信息遠(yuǎn)動(dòng)信息(YX(YX、YC)YC)按時(shí)間先后編成一串編碼，按先按時(shí)間先后編成一串編碼，按先后順序發(fā)出。遙信量是開(kāi)關(guān)量，對(duì)于開(kāi)關(guān)量，經(jīng)采樣后順序發(fā)出。遙信量是開(kāi)關(guān)量，對(duì)于開(kāi)關(guān)量，經(jīng)采樣后可直接送入處理器，按規(guī)定好的時(shí)分多路制格式排后可直

3、接送入處理器，按規(guī)定好的時(shí)分多路制格式排列，然后串行發(fā)送出去。遙測(cè)量是模擬量，模擬量的列，然后串行發(fā)送出去。遙測(cè)量是模擬量，模擬量的輸入部分一般為電壓互感器輸入部分一般為電壓互感器(TV)(TV)，或電流互感器，或電流互感器(TA)(TA)的輸出。采集到的模擬量首先經(jīng)變送器變成的輸出。采集到的模擬量首先經(jīng)變送器變成O O5V5V的電的電壓，后經(jīng)壓，后經(jīng)A AD D轉(zhuǎn)換器把采樣幅值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)碼后轉(zhuǎn)換器把采樣幅值轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)碼后送入處理器，再經(jīng)過(guò)送入處理器，再經(jīng)過(guò)BCDBCD轉(zhuǎn)換，并將各路被測(cè)量按照規(guī)轉(zhuǎn)換，并將各路被測(cè)量按照規(guī)定好的時(shí)分多路制格式排列好，串行發(fā)送出去。定好的時(shí)分多路制格式排列

4、好，串行發(fā)送出去。v 這些遙測(cè)、遙信等信息，將送到調(diào)度所的模擬盤(pán)上去顯示，這就實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離收集信息的自動(dòng)化。另外，從電流互感器、電壓互感器輸出的電流、電壓等模擬量，以及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)信息，通過(guò)電纜直接傳送到變電站的主控制室中，為變電站的生產(chǎn)運(yùn)行值班人員提供必要的信息。 8080年代后隨著電力調(diào)度自動(dòng)化的發(fā)展，尤其是變年代后隨著電力調(diào)度自動(dòng)化的發(fā)展，尤其是變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展，要求電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展，要求RTURTU有更大的容量和有更大的容量和更豐富的功能。單更豐富的功能。單CPUCPU集中式的集中式的RTURTU難以滿足這些要難以滿足這些要求，于是多求，于是多CPUCPU結(jié)構(gòu)的分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置

5、成為更結(jié)構(gòu)的分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置成為更新一代的產(chǎn)品。多新一代的產(chǎn)品。多CPUCPU的分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置采用的分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置采用串行總線將各個(gè)智能子模塊聯(lián)為一體，由于每個(gè)串行總線將各個(gè)智能子模塊聯(lián)為一體，由于每個(gè)CPUCPU各完成某一功能模塊的任務(wù)，因此處理速度大各完成某一功能模塊的任務(wù)，因此處理速度大為增加，同時(shí)整個(gè)裝置的可靠性也大大加強(qiáng)。為增加，同時(shí)整個(gè)裝置的可靠性也大大加強(qiáng)。第二節(jié)第二節(jié) 微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的基本功能微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的基本功能一、五遙功能一、五遙功能 遙信(YX)、遙測(cè)(YC)、遙控(YK)、遙調(diào)(YT)、遙視（YS） 1)遙信遙信：遙信量的輸入應(yīng)是一對(duì)繼電器的觸點(diǎn)，或者是閉合，或

6、者是斷開(kāi)。通過(guò)遙信端子板將繼電器觸點(diǎn)的閉合或斷開(kāi)轉(zhuǎn)換成為低電平或高電平信號(hào)送人RTU的YX模塊。遙信功能通常用于測(cè)量下列信號(hào)：開(kāi)關(guān)的位置信號(hào)、變壓器內(nèi)部故障綜合信號(hào)、保護(hù)裝置的動(dòng)作信號(hào)、通信設(shè)備運(yùn)行狀況信號(hào)、調(diào)壓變壓器抽頭位置信號(hào)、自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)和其它可提供繼電器方式輸出的信號(hào)以及事故總信號(hào)及裝置主電源停電信號(hào)等。v2)遙測(cè)遙測(cè)：遙測(cè)往往又分為重要遙測(cè)、次要遙測(cè)。遙測(cè)包括變壓器的有功和無(wú)功采集；線路的有功功率采集；母線電壓和線路電流采集；溫度、壓力等采集；周波頻率采集；主變油溫采集和其它模擬信號(hào)采集。v3)遙控遙控：遙控功能常用于斷路器的合、分和電容器、電抗器的投切以及其它可以采用

7、繼電器控制的功能。要求其正確動(dòng)作率不少于9999。v4)遙調(diào)遙調(diào)：遙調(diào)常用于有載調(diào)壓變壓器抽頭的升、降調(diào)節(jié)和其它可采用一組繼電器控制的，具有分級(jí)升降功能的場(chǎng)合。要求其正確率大于9999。v5)遙視：在配電所相應(yīng)位置安裝攝像裝置，在主控制室監(jiān)視所內(nèi)設(shè)備及其他所有情況。 二、事件順序記錄二、事件順序記錄(SOE) 電網(wǎng)調(diào)度人員需要及時(shí)掌握電網(wǎng)事故發(fā)生時(shí)各斷路器和繼電保護(hù)動(dòng)作狀況及動(dòng)作時(shí)間，以區(qū)分事件順序，作出運(yùn)行對(duì)策和進(jìn)行事故分析。 事件順序記錄的一項(xiàng)重要指標(biāo)是時(shí)間分辯率。分辯率可分為RTU內(nèi)(即站內(nèi))與RTU之間(即站間)兩種。 SOE的站內(nèi)分辯率，是指在同一RTU內(nèi)，順序發(fā)生一串事件后，兩事件

8、間能夠辯認(rèn)的最小時(shí)間，在調(diào)度自動(dòng)化中，SOE的站內(nèi)分辯率一般要求小于5ms。其分辯率大小取決于RTU的時(shí)鐘精度及獲取事件的方法，這是對(duì)RTU的性能要求。vSOE的站間分辯率是指各RTU之間順序發(fā)生一串事件后，兩事件間能夠辯認(rèn)的最小時(shí)間，它取決于系統(tǒng)時(shí)鐘的誤差及通道延時(shí)的計(jì)量誤差、中央處理機(jī)的處理延時(shí)等，在調(diào)度自動(dòng)化中，SOE的站間分辯率一般要求小于10ms，這是對(duì)整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的性能要求。為了保證事件記錄的精度，對(duì)于斷路器，應(yīng)盡量采用斷路器輔助接點(diǎn)的輸出。對(duì)于繼電保護(hù)，則盡量采用分項(xiàng)保護(hù)出口動(dòng)作信號(hào)，而不采用信號(hào)繼電器的輸出。v對(duì)于配電系統(tǒng)自動(dòng)化，由于層次多且測(cè)控對(duì)象分散，要確保上述SOE的分

9、辯率很困難。為了追求過(guò)高SOE分辨率往往不得不大幅度提高系統(tǒng)造價(jià)，而這是很不值得的。因此對(duì)于配電系統(tǒng)自動(dòng)化，SOE分辯率指標(biāo)應(yīng)適當(dāng)放松。三、系統(tǒng)對(duì)時(shí)三、系統(tǒng)對(duì)時(shí) RTU站間SOE分辯率是一項(xiàng)系統(tǒng)指標(biāo)，它要求各RTU的時(shí)鐘與調(diào)度中心的時(shí)鐘嚴(yán)格同步。目前，采用措施有：v 1)利用全球定位系統(tǒng)GPS提供的時(shí)間頻率同步對(duì)時(shí)，有效地確保SOE站間分辨率指標(biāo)。這種方法需要在各站點(diǎn)安放GPS接收機(jī)、天線及放大器，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)RS一232或RS一485接口和RTU相連。v 2)采用軟件對(duì)時(shí)，CDT、DNP和Modbos等規(guī)約均提供了軟件對(duì)時(shí)手段。但軟件對(duì)時(shí)由于受到通信速率等的影響，需要采取修正措施。由于要管理為

10、數(shù)眾多的測(cè)控點(diǎn)，往往需要采取分層集結(jié)的方式，使得軟件對(duì)時(shí)的精度更受影響。但是采取軟件對(duì)時(shí)的方法卻不需要增加硬件設(shè)備。v四、四、RTU與與SCADA系統(tǒng)通信系統(tǒng)通信v要求RTU能將采集的現(xiàn)場(chǎng)信息上報(bào)SCADA系統(tǒng)，并能接收SCADA系統(tǒng)下達(dá)的命令。v通信波特率一般為600bits或1200bits，RTU應(yīng)具有通信速率的選擇功能，另外，RTU應(yīng)有支持光端機(jī)、微波、載波、無(wú)線電臺(tái)等信道通信轉(zhuǎn)接功能。五、自恢復(fù)和自檢測(cè)功能五、自恢復(fù)和自檢測(cè)功能vRTU作為調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集單元，必須確保永不停止地完成和SCADA系統(tǒng)的通信，上報(bào)當(dāng)前采集情況并接收SCADA系統(tǒng)下達(dá)的各項(xiàng)命令。但RTU處于一個(gè)具

11、有強(qiáng)大電磁干擾的工作環(huán)境中，使用中難免發(fā)生程序受干擾“跑飛”、或通信瞬時(shí)中斷等異常情況，甚至有時(shí)電源也會(huì)瞬時(shí)掉電。在上述情形下，若不加特殊處理，均有可能造成RTU死機(jī)，SCADA系統(tǒng)將因此無(wú)法收到變電站信息。v因此要求RTU在遇到上述情形時(shí)，要能在較短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)，重新從頭開(kāi)始執(zhí)行程序。v另外，為了維護(hù)方便，通常要求RTU含有自檢程序。六、電能采集六、電能采集(PA)v 采集變電站各條進(jìn)線和出線以及主變兩側(cè)的電度值，傳統(tǒng)做法是通過(guò)記錄脈沖電度表。的脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)，較先進(jìn)的做法是通過(guò)和智能電度表通信獲取電度值。 以上六項(xiàng)功能為RTU的基本性能要求，除此之外，一般還希望RTU具有下列功能：v1)當(dāng)

12、地顯示與參數(shù)整定輸入，即在RTU上安裝一個(gè)當(dāng)?shù)劓I盤(pán)和LED或液晶顯示器，使得RTU的采集量在當(dāng)?shù)鼐涂梢燥@示到顯示器上，也可通過(guò)小鍵盤(pán)輸入遙測(cè)量的轉(zhuǎn)換系數(shù)、修改電度底盤(pán)值和定義SOE點(diǎn)等。v2)一發(fā)多收。有時(shí)一臺(tái)RTU往往要向不同的上級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)布信息，有時(shí)通信規(guī)約還不相同，此時(shí)就要實(shí)現(xiàn)多規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)。v3)CRT顯示，打印制表。有的RTU還具有當(dāng)?shù)仫@示功能，并能將異常和事故報(bào)告打印出來(lái)。第三節(jié)第三節(jié) 微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的分類微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的分類vRTU分為：集中式RTU和分布RTU兩大類。v分布式RTU又分為：功能分布式和結(jié)構(gòu)分布式兩大類。v從采樣方式：又可分為直流采樣和交流采樣兩類。v從組屏方式：可分

13、為集中組屏和分散布置兩類。v從結(jié)構(gòu)方式：可分作機(jī)柜式、機(jī)箱式、壁掛式和單元模塊化一、集中式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置一、集中式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置v圖中，CPU為系統(tǒng)中唯一的智能模塊，它負(fù)責(zé)管理其它非智能子模塊，并通過(guò)兩個(gè)RS一232串行口，經(jīng)調(diào)制解調(diào)器Modem(M)分別和兩個(gè)調(diào)度主機(jī)通信，另一個(gè)RS一232C串行口用于外接CRT實(shí)現(xiàn)自檢測(cè)。vSI為遙信模塊，它可以由若干個(gè)子模塊(即SI、SIz)構(gòu)成。vAI為遙測(cè)模塊，它可由若干個(gè)子模塊(即AI、AI 2)構(gòu)成。vPA為電能脈沖量采集模塊。vSOC為遙控模塊。vSOR為遙調(diào)模塊。vKB為鍵盤(pán)與顯示器模塊。vSG為開(kāi)關(guān)組態(tài)模塊。vWDT為監(jiān)視定時(shí)器模塊。v集中式微

14、機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置，各模塊之間均以并行總線相聯(lián)系。而并行總線往往不允許傳輸太長(zhǎng)的距離，因此，集中式RTU均是集中布置于一個(gè)機(jī)箱或機(jī)柜中的。v綜上所述，集中式RTU主要特征為單RTU、并行總線和集中組屏。二、分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置二、分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置v 電力系統(tǒng)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，要求RTU能夠采集更多的開(kāi)關(guān)量、模擬量和電度信息，能夠進(jìn)行更多路的遙控和遙調(diào)，能夠與更多的調(diào)度主機(jī)建立聯(lián)系，此外對(duì)事件順序記錄(SOE)的站內(nèi)分辨率的要求也有提高的趨勢(shì)。集中式的微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置因采用單處理器，CPU負(fù)荷過(guò)重往往不能滿足上述要求，同時(shí)，采用并行總線的集中式遠(yuǎn)動(dòng)裝置也不便于采集不在同一現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)。而多CPU結(jié)構(gòu)、各模塊間

15、以串行總線相互聯(lián)系的分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置則能很好地實(shí)現(xiàn)以上功能。v 分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置較集中式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)：布置靈活便于采集地理上分布的信號(hào)；連線簡(jiǎn)單，可靠性高；便于擴(kuò)容，容量可以增大；便于采用交流采樣方式；便于實(shí)現(xiàn)多規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)和一發(fā)多收。但是分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的最小配置成本較集中式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置高，因而在小配置情況下，不如集中式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置經(jīng)濟(jì)。v 分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的特征為：多CPU、串行總線、智能模板，既可以柜中組屏，又可以分散布置。 1功能分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置v 功能分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置是按功能劃分各模塊，RTU可由智能遙信模塊(IYX)、智能遙測(cè)模塊(IYC)、智能電度模塊(IPA

16、)、智能遙控模塊(IYK)、智能遙調(diào)模塊(IYT)。 KB為鍵盤(pán)與顯示器，M為調(diào)制解調(diào)器,CPU模塊構(gòu)成如圖所示。v因?yàn)楦髂K間采取串行通信方式，使得模塊間連線非常簡(jiǎn)單(往往只有兩條線)，而且串行通信較并行通信可以傳輸更遠(yuǎn)的距離，因而各模塊之間可相距很遠(yuǎn)，甚至可以不在一個(gè)機(jī)柜內(nèi)，適應(yīng)采集不同地點(diǎn)的信號(hào)。v分布式微機(jī)的遠(yuǎn)動(dòng)裝置的各個(gè)模塊均為智能模塊，都具有獨(dú)立CPU管理該模塊，使得該CPU功能專一，負(fù)荷較輕，因而可靠性高。v分布式微機(jī)的遠(yuǎn)動(dòng)裝置的各模塊可以任意組合，擴(kuò)容十分方便。v 按功能分布的微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置，仍延用集中式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的配置思想，是把一定數(shù)量的相同功能采集或控制的單元布置在一塊模板

17、上，各功能模板通常都采用單片機(jī)構(gòu)成。2結(jié)構(gòu)分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置v 功能分布式RTU，雖然相對(duì)于集中式RTU具有靈活和功能性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但由于需要眾多的模板類型，且只能按功能分布布置，而變電站實(shí)際情況是希望將同一臺(tái)設(shè)備或同一面柜子所需的四遙量布置在一個(gè)單元模塊中，這就是結(jié)構(gòu)分布式RTU，也是面向設(shè)備對(duì)象而設(shè)計(jì)的RTU。v 采用這種體系結(jié)構(gòu)就可以將RTU單元模塊分散地布置在開(kāi)關(guān)柜中，而不必單獨(dú)組屏， 從而不僅節(jié)省了空間，也使二次連線大大減少。因?yàn)镽TU單元模塊和現(xiàn)場(chǎng)的連接在屏內(nèi)就完成了，各RTU單元模塊之間只需通過(guò)幾條RS一485或現(xiàn)場(chǎng)總線連線就可以連通。v結(jié)構(gòu)分布式RTU的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，在于很容易將微

18、機(jī)保護(hù)和監(jiān)控功能合 二為一，成為集成化的產(chǎn)品，甚至連防誤閉鎖功能也可以包含進(jìn)去。這樣非常有利于實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化結(jié)構(gòu)分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置在35kV變電站中的典型應(yīng)用 3采用智能電能表簡(jiǎn)化微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu) 近些年來(lái)，智能化多功能電能表趨于成熟，智能化多功能電能表是一種功能性很強(qiáng)的智能電子設(shè)備，它不但能采集分時(shí)段有功電能和無(wú)功電能，還可以獲得電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率以及功率因數(shù)等參數(shù)，并通過(guò)RS一485接口和其它設(shè)備相連。因此采用智能化多功能電能表后，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的自動(dòng)化。如果加RTU可以省去其遙測(cè)部分，從而簡(jiǎn)化了RTU的結(jié)構(gòu)，如圖所示。三、RTU的選擇v1. RTU形式 規(guī)模小的變電所選集中式，規(guī)模大的變電所 選分散式。v2.信號(hào)采集 A.直流采樣v將采用變