配電自動化3終端設(shè)備與開關(guān)設(shè)備

第3講：終端設(shè)備與開關(guān)設(shè)備3.1智能終端設(shè)備（1）配電變電站的微機遠(yuǎn)動終端裝置（RTU）（2）饋線遠(yuǎn)方終端（FTU）（3）配電變壓器遠(yuǎn)方終端（TTU）3.2開關(guān)設(shè)備（1）重合器（2）熔斷器（3）分段器3.3組合設(shè)備（1）環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜（2）箱式變電站1第一頁，共四十二頁。配電自動化的遠(yuǎn)動終端裝置配電變電站和10kV開閉所是配電網(wǎng)的重要組成部分，因此配電變電站和開閉所的自動化程度的高低，直接反映了配電自動化的水平。配電變電站和10kV開閉所內(nèi)的自動化和輸電網(wǎng)中變電站自動化采用的設(shè)備類似，即：要在站內(nèi)安裝微機遠(yuǎn)動裝置(RTU)。2第二頁，共四十二頁。遠(yuǎn)動裝置（RTU）的發(fā)展⑴觸點式遠(yuǎn)動裝置是第一代遠(yuǎn)動裝置，它的精度低，速度慢，可靠性差。⑵數(shù)字式遠(yuǎn)動裝置的精度和速度較觸點式遠(yuǎn)動裝置有了很大的提高，但它的可靠性及靈活性差，而且功能有限，難以滿足現(xiàn)代化高度集中的實時監(jiān)控的需要。⑶微處理機具有速度快、功能強、應(yīng)用靈活等特點，自七十年代起基于微處理機的遠(yuǎn)動裝置有了迅速發(fā)展，Z80，i8086，80286，8098，MCS-51等高性能微處理機廣泛地應(yīng)用于RTU中。①僅有一個含CPU的智能模塊微機遠(yuǎn)動裝置；②多CPU結(jié)構(gòu)的分布式微機遠(yuǎn)動裝置。3第三頁，共四十二頁。微機遠(yuǎn)動裝置的基本功能1.四遙功能：遙信：遠(yuǎn)程信號。采集并傳送各種保護(hù)和開關(guān)量信息。遙測：遠(yuǎn)程測量。采集并傳送運行參數(shù)，包括各種電氣量和負(fù)荷潮流等。遙控：遠(yuǎn)程控制。接受并執(zhí)行遙控命令，主要是分合閘，要求其正確動作率不少于99.99%。遙調(diào)：遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。接受并執(zhí)行遙調(diào)命令，主要是變壓器分接頭、投切電容器組等無功調(diào)節(jié)，正確率大于99.99%。4第四頁，共四十二頁。微機遠(yuǎn)動裝置的基本功能2.事件順序記錄（SOE）在電網(wǎng)發(fā)生事故時，以比較高的時間精度記錄的下列一些數(shù)據(jù)：發(fā)生位置變化的各斷路器的編號(包括變電站名)、變位時刻，動作保護(hù)名稱，故障參數(shù)、保護(hù)動作時刻等。事件順序記錄的一項重要指標(biāo)是時間分辨率。分辨率可分為RTU內(nèi)（即站內(nèi)）與RTU之間（即站間）兩種。1)SOE的站內(nèi)分辨率，是指在同一RTU內(nèi)，順序發(fā)生一串事件后，兩事件間能夠辨認(rèn)的最小時間，在調(diào)度自動化中，SOE的站內(nèi)分辨率一般要求小于5ms。2)SOE的站間分辨率，是指各RTU之間順序發(fā)生一串事件后，兩事件間能夠辨認(rèn)的最小時間，SOE的站間分辨率一般要求小于10ms。5第五頁，共四十二頁。3.系統(tǒng)對時：RTU站間SOE分辨率是一項系統(tǒng)指標(biāo)，它要求各RTU的時鐘與調(diào)度中心的時鐘嚴(yán)格同步。目前，采用措施有：1)利用全球定位系統(tǒng)GPS提供的時間頻率同步對時，有效地確保SOE站間分辨率指標(biāo)。2)采用軟件對時，SC1801、CDT、DNP和Modbus等規(guī)約均提供了軟件對時手段。4.電能采集：采集變電站各條進(jìn)線和出線以及主變兩側(cè)的電度值。6第六頁，共四十二頁。5.自恢復(fù)和自檢測功能：由于RTU處于一個具有強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、或通信瞬時中斷等異常情況，甚至有時電源也會瞬時掉電。在上述情形下，若不加特殊處理，均有可能造成RTU死機，SCADA系統(tǒng)將因此無法收到變電站信息。要求RTU在遇到上述情形時，要能在較短的時間內(nèi)自動恢復(fù)，重新開始執(zhí)行程序。7第七頁，共四十二頁。6.和SCADA系統(tǒng)通信RTU的六項基本性能：①應(yīng)至少支持一種通信規(guī)約；②具有通信速率的選擇功能；③支持光端機；④支持微波；⑤支持載波；⑥支持無線電臺。除此之外，還希望RTU具有下列功能：1)當(dāng)?shù)仫@示與參數(shù)整定輸入，即在RTU上安裝一個當(dāng)?shù)劓I盤和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。2)

一發(fā)多收。8第八頁，共四十二頁。變電站內(nèi)的RTU分類9第九頁，共四十二頁。集中式RTU的主要特征為：單CPU、并行總線和集中組屏。分布式RTU的主要特征為：多CPU、串行總線、智能模板，既可以柜中組屏，又可以分散布置。根據(jù)結(jié)構(gòu)上的不同，分布式微機遠(yuǎn)動裝置又可分為功能分布式和結(jié)構(gòu)分布式兩大類。10第十頁，共四十二頁。功能分布式微機遠(yuǎn)動裝置功能分布式微機遠(yuǎn)動裝置是按功能劃分各模塊,RTU可由智能遙信模塊(IYX)、智能遙測模塊（IYC）、智能電度模塊（IPA）、智能遙控模塊（ISOC）、智能遙調(diào)模塊（ISOR）和CPU模塊構(gòu)成，如下圖所示。11第十一頁，共四十二頁。2)結(jié)構(gòu)分布式微機遠(yuǎn)動裝置此體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：a)RTU單元模塊分散地布置在開關(guān)柜等當(dāng)中，而不必單獨組屏，從而不僅節(jié)省了空間，也使二次連線大大減少。b)很容易將微機保護(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。這樣非常有利于實現(xiàn)變電站綜合自動化。12第十二頁，共四十二頁。結(jié)構(gòu)分布式微機遠(yuǎn)動裝置在一個35kV配電變電站中的典型應(yīng)用如下圖所示。13第十三頁，共四十二頁。3)采用智能電能表簡化微機遠(yuǎn)動裝置的結(jié)構(gòu)智能化多功能電能表是一類功能性很強的智能電子設(shè)備(IED)，它不但能采集分時段有功電能和無功電能，還可以獲得電壓、電流、有功功率、無功功率以及功率因數(shù)等參數(shù)，并通過RS-485接口和其它設(shè)備相連。采用此結(jié)構(gòu)如下圖所示。14第十四頁，共四十二頁。微機遠(yuǎn)動裝置的選擇15第十五頁，共四十二頁。16直流采樣和交流采用直流采樣：將采用變送器進(jìn)行的采樣稱為直流采樣。變送器的作用是：將強信號轉(zhuǎn)化為適合計算機和儀表適用的弱信號；將交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號；從瞬時信號獲得有效值；確保輸出直流量和輸入測量量之間滿足線性關(guān)系；實現(xiàn)輸入與輸出隔離。缺點：數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性受變送器穩(wěn)定性的影響數(shù)據(jù)的實時性受變送器響應(yīng)速度的影響變送器的維護(hù)工作量較大需要大量的變送器，加大投資和占地面積。第十六頁，共四十二頁。17交流采樣：不經(jīng)過變送器，按一定規(guī)律直接采集交流量并加以處理，計算出電壓、電流有效值以及有功、無功功率的方法就是交流采樣。實際上就是用微機取代了傳統(tǒng)的變送器，克服了變送器帶來的不良影響，精度高，靈活可靠，使用方便。第十七頁，共四十二頁。配電網(wǎng)自動化遠(yuǎn)方終端一般分為兩類：饋線遠(yuǎn)方終端

(FeederTerminalUnit-FTU)；

配電線路上的自動測量與控制裝置配電變壓器遠(yuǎn)方終端(TransformerTerminalUnit-TTU)。18第十八頁，共四十二頁。配電網(wǎng)自動化遠(yuǎn)方終端用于現(xiàn)場的FTU有三種類型：1)只具有運行參數(shù)采集功能（監(jiān)測）采集饋線的電流、電壓、有功、無功、電量、停電時間等，通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送到相關(guān)變電站。2)在采集單元的功能上加上控制（監(jiān)控）3)將饋線的微機保護(hù)集成到監(jiān)控單元中（綜合的保護(hù)、監(jiān)控）19第十九頁，共四十二頁。FTU的功能1)遙信：有多路開關(guān)量輸入，測控開關(guān)的位置。2)遙測：按一條線路需要測量的電流、電壓進(jìn)行交流采樣，經(jīng)數(shù)字濾波及運算后，得到要求的各運行參數(shù)，數(shù)據(jù)保存在有備用電源的存儲器內(nèi)，掉電不會丟失，也可能有數(shù)條線路遙測。3)遙控：裝置收到遙控命令后進(jìn)入命令校驗，當(dāng)命令檢驗為正確時，通過出口繼電器執(zhí)行命令(跳閘或合閘)。4)保護(hù)：采用交流采樣并能判斷故障電流。還具有故障錄波功能，將故障前后若干周波波形數(shù)據(jù)與對應(yīng)時刻存儲到專用存儲區(qū)。可根據(jù)運行方式設(shè)置多套保護(hù)定值。20第二十頁，共四十二頁。5)統(tǒng)計功能：對測控的開關(guān)的動作次數(shù)、動作時間及切斷電流進(jìn)行監(jiān)視。6)事件順序記錄：記錄狀態(tài)量發(fā)生變化的時刻及順序。7)事故記錄：記錄事故發(fā)生時的最大故障電流和事故前一段時間(一般為1min)的負(fù)荷，以便分析事故，并作為確定故障區(qū)段及恢復(fù)供電時重新分配負(fù)荷的依據(jù)。8)定值遠(yuǎn)方修改功能。9)自檢及自恢復(fù)功能。21第二十一頁，共四十二頁。10)遠(yuǎn)方控制閉鎖與手動操作功能。11)對時功能。12)裝置經(jīng)串口可與多種通信設(shè)備接口。13)裝置均有工作與備用電源。22第二十二頁，共四十二頁。FTU的供電電源問題FTU采用工作電源及蓄電池作備用是一種常用方式。當(dāng)線路掉電時，保證10小時內(nèi)裝置仍正常工作。23第二十三頁，共四十二頁。FTU的典型系統(tǒng)框圖24第二十四頁，共四十二頁。柱上開關(guān)控制器FTU采用如下圖所示的二機殼的結(jié)構(gòu)形式。FTU的結(jié)構(gòu)形式25第二十五頁，共四十二頁。FTU的實物圖片26第二十六頁，共四十二頁。FTU與開關(guān)配合的組成框圖27第二十七頁，共四十二頁。配電變壓器遠(yuǎn)方終端(TTU)TTU是連接于配電線路上的柱上配電變壓器或箱式變壓器的遠(yuǎn)方終端裝置。由于配電變壓器面向用戶，應(yīng)具有諧波檢測功能。當(dāng)配電變壓器有可調(diào)分接頭，有可投切電容器組時，其遙控功能應(yīng)能滿足電壓無功調(diào)控的要求。28第二十八頁，共四十二頁。TTU的典型系統(tǒng)框圖29第二十九頁，共四十二頁。TTU的實物圖片30第三十頁，共四十二頁。配電網(wǎng)中的自動化開關(guān)器件配電網(wǎng)要實現(xiàn)自動控制，作為執(zhí)行部件的各種自動開關(guān)是關(guān)鍵的設(shè)備之一。斷路器（CircuitBreaker）隔離開關(guān)（Disconnector）負(fù)荷開關(guān)（LoadBreakSwitch）重合器（Recloser）熔斷器（Fuse）分段器（Sectionlizer）31第三十一頁，共四十二頁。中壓配電網(wǎng)的故障類型瞬時性故障：在線路被繼電保護(hù)迅速斷開后，電弧即行熄滅，故障點的絕緣強度重新恢復(fù)，外界物體也被電弧燒掉而消失，此時將斷開的斷路器再閉合，就能恢復(fù)正常的供電。永久性故障：線路斷開后，故障仍然存在，即使再合上斷路器，線路還要被繼電保護(hù)再次斷開，不能恢復(fù)正常供電。據(jù)統(tǒng)計，中壓配電網(wǎng)中中永久性故障一般不到10%。32第三十二頁，共四十二頁。開關(guān)的功能與分類斷路器能夠關(guān)合、承載和開斷正常回路條件下的電流，并能關(guān)合、在規(guī)定的時間內(nèi)承載和開斷異?；芈窏l件(包括短路條件)下的電流的開關(guān)裝置。隔離開關(guān)即在分位置時，觸頭間有符合規(guī)定要求的絕緣距離和明顯的斷開標(biāo)志；在合位置時，能承載正常回路條件下的電流及在規(guī)定時間內(nèi)異常條件（例如短路）下的電流的開關(guān)設(shè)備。無滅弧能力，只能在沒有負(fù)荷電流的情況下分、合電路。俗稱刀閘。負(fù)荷開關(guān)負(fù)荷開關(guān)是一種功能介于斷路器和隔離開關(guān)之間的設(shè)備。具有簡單的滅弧裝置，能通斷一定的負(fù)荷電流和過負(fù)荷電流，但不能斷開短路電流。第三十三頁，共四十二頁。重合器1）定義與功能。重合器是一種自身具有控制與保護(hù)功能的斷路器。它具有故障電流檢測和操作順序控制以及執(zhí)行功能，即它能按預(yù)定的開斷和重合順序自動進(jìn)行開斷與重合操作。永久性故障：在達(dá)到預(yù)先整定的重合次數(shù)后，則進(jìn)行閉鎖，不再重合。瞬時性故障：如果故障在重合器未達(dá)到規(guī)定重合次數(shù)前已消除，即重合器在規(guī)定重合次數(shù)內(nèi)跳閘并重合后在規(guī)定時間內(nèi)不再跳閘，經(jīng)過一段時間，重合器自動復(fù)位。2）分類

a.單相和三相重合器

b.油重合器、六氟化硫和真空重合器c.液壓控制式、電子控制式第三十四頁，共四十二頁。熔斷器

1)概念

當(dāng)流過熔斷件的電流超過一定數(shù)值時，它自身產(chǎn)生的熱量就能自動將熔斷件熔斷從而達(dá)到開斷電路的目的。

2)原理

熔斷器開斷電路的過程可大致分為三個階段來描述

1）弧前階段：過電流開始到熔斷件溶化

2）燃弧初期階段：熔斷件溶化到產(chǎn)生電弧

3）燃弧階段：持續(xù)燃弧到電弧熄滅

第三十五頁，共四十二頁。分段器定義與功能用于配電線路上，用來隔離線路區(qū)段的自動開關(guān)裝置。不能用于開斷故障電流，只能開斷負(fù)荷電流。在使用時，以整定記錄故障電流開斷次數(shù)來實現(xiàn)與電源側(cè)的前級開關(guān)配合。分段器具有計數(shù)功能，記錄當(dāng)分段器負(fù)荷側(cè)發(fā)生故障后，電源側(cè)保護(hù)裝置斷開故障電流動作次數(shù)，記錄次數(shù)可以為一次或多次。分類按動作相數(shù)分為：單相式、三相式；按控制方式分為：液壓式、電子式。36第三十六頁，共四十二頁。各種開關(guān)之間的