智能電器6課件

智能電器（六）2005年5月六配電自動化——智能電器應用之一

6.1配電自動化的基本概念6.2重合器與分段器6.3配電網(wǎng)饋線自動化的基本模式6.4FTU與主站6.5配電自動化的通訊6.6典型案例

6.1配電自動化的基本概念我國配電網(wǎng)現(xiàn)狀根據(jù)國外資料統(tǒng)計，近年日本、法國、英國和美國的平均每戶年停電時間分別為9.0、94、77、58min。從1997年我國255個主要城市供電（電業(yè)）局的供電可靠率統(tǒng)計結果看，平均每戶停電時間為24.79h，與發(fā)達國家相比還存在很大的差距。在電源充足的情況下，配電網(wǎng)的落后成為制約我國供電可靠率進一步提高的障礙，如東北地區(qū)在基本不缺電的情況下，供電可靠率RS3總是徘徊在99.8%～99.85%左右，而無法進一步提高，造成這種情況的主要原因是：配電網(wǎng)結構比較脆弱，線路互供能力差，過負荷情況嚴重；設備陳舊，可靠性差，檢修頻繁，且常因為故障而造成停電；配電網(wǎng)自動化水平低，使事故點的查找和隔離以及恢復供電時間長，并且事故引起的停電區(qū)域廣等。

配電網(wǎng)----輸電系統(tǒng)經(jīng)降壓后經(jīng)電纜或架空線分配到各用電中心的網(wǎng)絡，一般為10kV和35kV系統(tǒng)。

配電自動化（特別是饋線自動化）----是指在配電網(wǎng)發(fā)生故障時，能迅速判斷故障區(qū)段，并進行隔離，然后恢復對非故障區(qū)段的供電，可以大大減少故障時的停電時間和停電范圍。

配電自動化系統(tǒng)----利用現(xiàn)代電子計算機及網(wǎng)絡通訊技術，將配電網(wǎng)的在線和離線數(shù)據(jù)、本電網(wǎng)和用戶數(shù)據(jù)以及電網(wǎng)結構和對應的地理信息進行集成，構成完整的自動化系統(tǒng)。其功能包括：配電網(wǎng)及其設備的檢測、保護、控制和管理。

DA(DistributionAutomation）或DMS（DistributionManagementSystem)基本概念配電自動化的模式：

1）重合器、分段器、自動配電開關； 2）斷路器、自動配電開關+RTU+中央主站； 3）重合器、分段器+智能控制器+中央主站，就地智能化與上級管理并存。配電自動化的發(fā)展及現(xiàn)狀國外配電自動化的發(fā)展經(jīng)歷了從各種單項自動化林立，號稱為“多島自動化”的配電系統(tǒng)，向開放式、一體化和集成化的綜合自動化方向發(fā)展的過程。

日本從60年代開始在配電線路上采用自動隔離故障區(qū)段、并向健康區(qū)段（無故障區(qū)）恢復送電的按時限順序送電裝置；70年代研究開發(fā)了各種就地控制方式和配電開關的遠方監(jiān)控裝置；80年代開始利用計算機構成自動控制系統(tǒng)；其后由于電子技術、計算機技術及信息傳送技術的發(fā)展，配電自動化計算機系統(tǒng)及配電線遠方監(jiān)控系統(tǒng)在實際應用中得到很大的發(fā)展。6.2重合器與分段器(Recloser&Sectionalizer)1重合器的結構與原理高參數(shù)斷路器+智能控制器+自具電源，按程序設定動作（兩快+兩慢）或閉鎖。任務：分斷故障電流，快速重合與再分斷，閉鎖隔離。一般選真空開關控制器有簡單型和計算機控制型。電壓-時間型重合/分段器 電壓—時間型分段器是根據(jù)加壓或失壓時間的長短來控制其動作，失壓后分閘，加壓后延時合閘或閉鎖。 X時限---分段器加壓后的延時合閘時間； Y時限---若分段器合閘后在未超過Y時限的時間內(nèi)又失壓，則該分段器分閘并被閉鎖在分閘狀態(tài)，待下一次再得電時也不再自動合閘。

6.3配電網(wǎng)饋線自動化的基本模式

1）重合器＋分段器實現(xiàn)饋線自動分段控制模式

電壓-時間型重合/分段器

電壓—時間型分段器是根據(jù)加壓或失壓時間的長短來控制其動作，失壓后分閘，加壓后延時合閘或閉鎖。 X時限---分段器加壓后的延時合閘時間； Y時限---若分段器合閘后在未超過Y時限的時間內(nèi)又失壓，則該分段器分閘并被閉鎖在分閘狀態(tài)，待下一次再得電時也不再自動合閘。

永久性故障情況下動作順序1）設在L2區(qū)段發(fā)生永久性短路故障，CB1跳閘，S1、S2由于失壓自動分閘；CB1第一次重合，分段器S1檢測到電壓信號后延時X時間合閘，由于短路故障沒有消除，CB1再次跳閘，同時S1因在小于Y時間內(nèi)檢測到失壓，則在分閘后自動閉鎖；CB1第二次重合，恢復對L1區(qū)段的供電。2）聯(lián)絡開關S3在系統(tǒng)正常運行情況下，兩側均有電壓，當一側供電電源失去后，S3開始計時，在XL時延后自動合閘，向L3區(qū)段供電；S2檢測到電壓信號后延時合閘，由于短路故障沒有消失，CB2跳閘；S5、S4、S3、S2因失壓而自動分閘，其中，S2因在小于Y時間內(nèi)失壓，還執(zhí)行自動閉鎖功能。3）CB2重合，S5、S4、S3分別延時X時間依次合閘，由變電站B對L3區(qū)段恢復供電。重合器（或具有重合閘功能的斷路器）和電壓—時間型分段器構成的饋線自動化的特點是：通過檢測電壓加壓時限，經(jīng)重合器或斷路器多次重合，即可實現(xiàn)故障自動隔離目的，不需要通信手段，投資比較少。

但是同時存在著如下缺點：1）發(fā)生瞬時性故障時，線路恢復供電時間較長；2）故障后經(jīng)多次重合才能隔離故障，對配電系統(tǒng)和一次設備有一定沖擊；3）在進行供電恢復時，要波及到非故障區(qū)段，造成由變電站B供電的正常線路區(qū)段也要短時停電；4）當饋線較長、分段較多時，逐級合閘延時的時限越長，對系統(tǒng)的影響也越大。2）“重合器﹢重合器”就地控制模式

特點是：線路發(fā)生瞬時性故障時，恢復供電時間短；就近開斷短路電流，影響范圍??；利用重合器本身切斷故障電流的能力，實現(xiàn)故障就地隔離，避免因某段故障導致正常線路停電的情況，同時減少了出線開關動作次數(shù)；無需通信手段。

存在的不足是：環(huán)路上重合器之間保護的配合靠延時來實現(xiàn)，分段越多，保護級差越難配合；為了與重合器保護級差相配合，變電站出線斷路器是最后一級速斷保護，重合器越多，出線開關速斷保護延時就越長，對配電系統(tǒng)的影響也就越大；因重合器具有切斷短路電流的能力，因此投資比較大。3）FTU/RTU(RemoteTerminalUnit)

實現(xiàn)SCADA集中控制模式配電自動化開關（分段器）帶FTU/RTU，把網(wǎng)絡狀態(tài)實時報告主站，由主站發(fā)指令，在斷路器分閘后由分段器執(zhí)行隔離故障任務。 ----特點：有“四遙”功能（遙信、遙測、遙控、遙調(diào)），全計算機控制，可一次完成隔離故障、恢復健康區(qū)段供電。 ----不足：對通訊依賴太強，可靠性代價高。 SCADA—SupervisoryControlandDataAcquisition數(shù)據(jù)采集與自動監(jiān)控變電站A、B的出線斷路器具有過流速斷保護和一次重合閘功能。在圖中，假設L2區(qū)段發(fā)生永久性故障，CB1保護動作跳閘，重合一次不成功，再次分閘；配調(diào)中心站查詢線路上各個FTU的狀態(tài)和記錄的故障信息：S1開關處有故障電流，S2開關處無電流，S4、S5開關處有正常電流；中心站的故障檢測軟件根據(jù)這些信息，判斷故障點發(fā)生在L2區(qū)段；中心站自動發(fā)出一系列遙控命令，把S1和S2開關打開，CB1和聯(lián)絡開關S3投入，完成故障識別與隔離，并自動恢復正常區(qū)段的供電。4）無信道就地智能控制＋SCADA模式由安裝在饋電線路上的智能化開關（重合器/分段器）、變電站內(nèi)的區(qū)域性控制站和配調(diào)中心構成。在正常情況下，區(qū)域性控制站和配調(diào)中心站可以通過查詢方式監(jiān)視系統(tǒng)運行情況，并可遙控開關，實現(xiàn)遠方倒閘和負荷切換等操作；在線路發(fā)生的故障情況下，由智能化開關就地實現(xiàn)故障隔離和供電恢復。整個故障處理過程不依賴于通信，大大降低了系統(tǒng)對通信可靠性和實時性的要求。永久性故障處理過程假定L2線路區(qū)段發(fā)生永久性故障，變電站出線重合器VW1分閘，線路失壓，一次重合閘不成功又跳閘，線路再次失壓；分段開關S1的控制器記錄了兩次失壓、兩次故障電流信號，分段開關S2的控制器記錄了兩次失壓，沒有故障電流信號，S1和S2的控制器將故障記錄通過對等通信方式分別向相鄰的分段開關廣播傳送。S1、S2分段開關的控制器分別檢測出相鄰的故障記錄有差異：S1檢測到兩次故障電流，S2只檢測到兩次失壓，則判斷故障發(fā)生在L2區(qū)段，由控制器控制S1、S2開關分閘并閉鎖，完成故障的檢測和隔離。聯(lián)絡開關檢測到單側失壓后，根據(jù)兩側分段開關控制器的故障記錄來確定是否合閘：當兩側分段開關的控制器都沒有故障電流記錄時，聯(lián)絡開關合閘；當任意一側分段開關的控制器感受到故障電流時，則不合閘，保證聯(lián)絡開關不會重合于故障線路。聯(lián)絡開關S3的接收到相鄰分段開關S2、S4的記錄時，分析S2的故障記錄，因為僅有兩次失壓，則判斷故障不在L3區(qū)段，控制器發(fā)出指令使S3開關合閘，完成負荷側非故障區(qū)段的供電。變電站出線重合器在第一次重合閘結束后，經(jīng)過一定的延時，再次重合，恢復對L1區(qū)段的供電，完成了電源側非故障區(qū)段的供電恢復。出線重合器第二次重合時，通知區(qū)域性控制站恢復與重合器/分段器之間的通信。配調(diào)中心和區(qū)域性控制站通過查詢方式遙信饋線上各開關的分/合閘狀態(tài)，讀取故障電流記錄，動態(tài)顯示經(jīng)過重構后的配電網(wǎng)絡接線，實現(xiàn)相關SCADA功能。特點與優(yōu)點在“有信道就地智能控制＋SCADA”控制方式中，饋線上各分段開關和相鄰開關之間進行對等通信，相互交換故障記錄，根據(jù)自身及相鄰開關的故障信息判斷故障區(qū)段，并實現(xiàn)就地隔離和供電恢復。整個故障處理過程不依賴主站或二級主站的干預，而是完全下放到線路上獨立完成。主站或二級主站與線路上分段開關之間的通信主要用以實現(xiàn)饋線SCADA功能。其主要優(yōu)點是：減少了的故障處理所涉及的通信環(huán)節(jié)，提高了系統(tǒng)可靠性；故障處理速度快，對用戶和配電網(wǎng)的沖擊小；避免了與變電站自動化的沖突和可能的設備管理混亂；簡化了配電自動化系統(tǒng)配置。就地智能化，可獨立完成隔離故障的任務，也可按上級指令行事；結合二者優(yōu)點，可靠性高。可分步實施，符合中國特色！6.3FTU與主站 配電自動化實際上有兩部分組成：變電站自動化和饋線自動化。鑒于前者已基本完成，目前主要做饋線自動化工作，并就稱之配電自動化。

FTU(FeederTerminalUnit)饋線自動化終端的主要功能：

a)四遙，b)故障信息采集與處理，c)電能質(zhì)量監(jiān)測，d)斷路器在線監(jiān)測，e)PLC，f)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等。

線路對FTU的特殊要求： a)環(huán)境惡劣，b)體積小、易安裝，c)功耗要小，自帶電源。主站服務器：長期工作制，冗余和雙機互為備份等?！杜潆娤到y(tǒng)自動化規(guī)劃設計導則》中FTU具體要求：1)采集并發(fā)送狀態(tài)量，遙信變位主動上報；2)交流采樣并發(fā)送遙測量；3)過電流識別(相間短路、單相接地、過流和浪涌)；4)故障區(qū)段的自動隔離和恢復；5)與主站通訊,接受、執(zhí)行遙控指令、參數(shù)可遠程下載；6)被測量跨越死區(qū)傳送；7)越限告警和本體故障告警；8)自帶UPS或蓄電池；9)交流電源失電開關仍能進行合分操作；程序可自恢復。FTU組成FTU作為一個獨立的智能設備，由核心模塊遠方終端控制器，充電器、蓄電池、機箱外殼以及各種附件組成。核心模塊遠方終端控制器，一般需完成FTU的主要功能，如模擬和數(shù)字信號的測量、邏輯計算、控制輸出和通信處理。遠方終端控制器一般由高性能的嵌入式CPU或DSP來完成，考慮到工作環(huán)境，設計時應選用工業(yè)級芯片?？刂破鱂TU中主要的功率消耗源，為延長停電工作時間和降低FTU自身的發(fā)熱量以適應高溫環(huán)境，器件設計和選用時還應考慮低功耗的元器件。從更換維護方便考慮和工作可靠考慮，控制器部分宜采用具有獨立機殼的設備。充電器完成交流降壓、整流及隔離，完成蓄電池充放電管理，多電源自動切換，蓄電池容量監(jiān)視等。當操作電源不同于FTU內(nèi)部的直流電源時，還須提供操作電源的充電管理。充電器可以采用專用集成電路來完成，亦可以采用合適的單片機來完成。蓄電池是作為FTU所有供電電源的后備電源，蓄電池在FTU中是不可缺少的。蓄電池的電壓可選DC24V或DC48V，從安全維護和人身安全方面考慮，DC24V更合適。蓄電池的容量選擇要依據(jù)FTU自身的功耗和系統(tǒng)要求的停電工作時間而定。一般來說，控制器的功耗往往為4～5W，而停電后開關至少需分、合閘操作一次，同時FTU也至少應能保證停電繼續(xù)工作時間不少于24h，因此蓄電池的容量至少應在24V/7Ah以上。機箱外殼。由于大多FTU安裝在戶外，受酸雨等的腐蝕較嚴重，因而機箱宜采用耐腐蝕的材料做成，最好采用不銹鋼材料。設計時還應考慮一定的隔熱措施，冬季溫度低的場合，也可以在箱體底部安裝加熱設施，由FTU根據(jù)環(huán)境溫度投退加熱器。另外，要設泄水孔，有一定的防塵除蟲措施。各種附件包括就地遠方控制把手、分合閘按鈕、跳合位置指示燈、接線端子排、空氣開關、除濕和加熱器等。配電自動化的主站系統(tǒng) 配電自動化主站應滿足以下要求：

1)標準化、開放性、可擴充性；2)實時性，可記錄性；3)可維護性。

主站的基本功能： 1)采集并保存現(xiàn)場送來的實時數(shù)據(jù)以及反映電網(wǎng)、設備幾用戶情況的數(shù)據(jù)； 2)運行DA/DMS軟件，處理實時數(shù)據(jù)、下發(fā)控制指令，故障錄波以及媒體輸出等； 3)提供基于GIS的圖形用戶界面以及與其他系統(tǒng)如企業(yè)管理信息系統(tǒng)MIS等接口。配電自動化的主站的軟硬件配置 硬件：前置機（實時數(shù)據(jù)庫，雙冗余），局域網(wǎng)（共享或交換式以太網(wǎng)），數(shù)據(jù)庫服務器，圖形服務器，管理工作站。 軟件：操作系統(tǒng)（UNIX或WindowsNT），網(wǎng)絡協(xié)議，數(shù)據(jù)庫，人機 界面， 系統(tǒng)接口 高級應 用軟件。6.4配電自動化的通訊1特點與要求終端接點數(shù)量大、分散，通訊距離相對短，數(shù)據(jù)量較小。首先，要求適應苛刻的運行條件又有極高的可靠性；在電網(wǎng)故障時仍要保證通訊正常；還要考慮經(jīng)濟性和維護方便。2通訊方案的選擇光纖通信：高代價，高質(zhì)量；無線電通信：經(jīng)濟、方便，但資源有限，有被干擾的可能；載波：受電網(wǎng)結構限制。專用線（含租用電話線）：距離短，抗干擾不強。3通信協(xié)議：國家規(guī)定使用IEC870.5通信規(guī)約；以前曾用過DNP3.0規(guī)約，與IEC870.5基本兼容。電力系統(tǒng)通信協(xié)議體系UCA（美國，1991）6.5典型案例

--浙江省海寧市紅閘線、廣福線配電自動化實施方案

1總體模式 選擇“重合器+分段器”的模式,加裝一般通訊手段完成“三遙”，實現(xiàn)電力調(diào)度和管理，但又不依賴于通訊，適合于占我國電網(wǎng)大多數(shù)的農(nóng)村電網(wǎng)和供電要求不是很高的城市和市郊電網(wǎng)。2開關與控制器的選型 斷路器和負荷開關為我們開發(fā)的干式柱上真空開關，無油、無氣，耐污穢等級為四級，其電氣性能通過了42kV/1min的工頻耐壓試驗、耐污穢試驗及淋雨試驗；采用永磁操動機構，可靠性高；總體性能指標和參數(shù)高于目前廣泛使用的其他柱上開關。

浙江省海寧市紅閘線、廣福線配電自動化實施方案

智能控制器采用國外高性能工業(yè)控制計算機作為本控制器的中央控制單元。該工控機適用于工業(yè)過程控制，抗干擾能力強,可連續(xù)工作，壽命長達十五年。智能控制器的具體性能特點如下: a)自具式不間斷電源