電網(wǎng)監(jiān)控與調(diào)度自動(dòng)化第三章節(jié)

電網(wǎng)監(jiān)控與調(diào)度自動(dòng)化第三章節(jié)第一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日電氣設(shè)備的誤操作可能造成大面積的停電、設(shè)備損壞、人身傷害，甚至引起電網(wǎng)振蕩瓦解等嚴(yán)重后果。1981-2006年電氣誤操作事故統(tǒng)計(jì)次數(shù)第二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日4.5變電站防誤操作閉鎖系統(tǒng)4.5.1變電站防誤操作閉鎖裝置構(gòu)成4.5.2微機(jī)網(wǎng)絡(luò)防誤閉鎖系統(tǒng)4.5.3微機(jī)“五防”系統(tǒng)和常規(guī)防誤閉鎖技術(shù)比較

第三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日4.5.1變電站防誤操作閉鎖裝置構(gòu)成1.1變電站防誤操作閉鎖裝置構(gòu)成1.2電氣設(shè)備的閉鎖方式1.3微機(jī)“五防”閉鎖裝置第四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日1.1變電站防誤操作閉鎖裝置構(gòu)成閉鎖裝置是一種對(duì)電氣倒閘操作過程進(jìn)行邏輯限制的物理裝置。常規(guī)的閉鎖裝置分為：機(jī)械閉鎖、電磁閉鎖、程序閉鎖、微機(jī)防誤閉鎖。機(jī)械閉鎖是靠機(jī)械制約而達(dá)到預(yù)定目的的一種閉鎖電氣閉鎖分為電氣回路閉鎖、電磁鎖。微機(jī)防誤閉鎖主要分測(cè)控裝置微機(jī)防誤閉鎖和后臺(tái)微機(jī)防誤閉鎖兩類。第五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日1.2電氣設(shè)備的閉鎖方式臨那個(gè)時(shí)接地線、網(wǎng)門、柜門、間距門的閉鎖。隔離開關(guān)、接地開關(guān)等手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的閉鎖。斷路器、電動(dòng)隔離開關(guān)等電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的閉鎖。第六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日1.3微機(jī)“五防”閉鎖裝置微機(jī)閉鎖裝置主要由PC機(jī)、智能模擬屏、工控機(jī)、電腦鑰匙和各種鎖具組成。微機(jī)“五防”閉鎖裝置構(gòu)成，典型的變電站防誤閉鎖系統(tǒng)主要由防誤主機(jī)、電腦鑰匙、防誤鎖具三部分構(gòu)成。典型防誤鑰匙外形圖第七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日微機(jī)閉鎖裝置的使用流程：設(shè)備對(duì)位操作：指將防誤閉鎖系統(tǒng)的一次接線圖的設(shè)備狀態(tài)與實(shí)際設(shè)備狀態(tài)與設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行對(duì)位。模擬操作：指在系統(tǒng)一次接線圖與實(shí)際設(shè)備狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的情況下，在一次接線圖上進(jìn)行操作票模擬操作。鑰匙初始化：電腦鑰匙在使用前須進(jìn)行初始化，將鑰匙放到傳送充電座內(nèi)，主機(jī)通過串口將已準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)文件初始化到鑰匙中。傳送操作票：指在確認(rèn)操作任務(wù)與操作步驟正確的情況下，將模擬操作的步驟導(dǎo)入電腦鑰匙內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)操作：操作人需持電腦鑰匙到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作，操作任務(wù)正確時(shí)，電腦鑰匙將打開正確的防誤鎖具，允許操作人進(jìn)行相應(yīng)設(shè)備的操作。數(shù)據(jù)傳回：當(dāng)操作任務(wù)完成須將電腦鑰匙放回充電傳輸座。第八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日4.5.2微機(jī)網(wǎng)絡(luò)防誤閉鎖系統(tǒng)微機(jī)網(wǎng)絡(luò)防誤閉鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上分為站控層、間隔層、過程層，由嵌入監(jiān)控系統(tǒng)中的防誤程序、電腦鑰匙、電腦鑰匙裝置、各類鎖具和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)組成。防誤子程序根據(jù)防誤規(guī)則和模擬預(yù)言步驟，生成實(shí)際操作程序，再根據(jù)設(shè)備閉鎖方式的不同采用以下三種方式進(jìn)行開鎖操作：電腦鑰匙開鎖通過電腦閉鎖單元等直接控制智能鎖具開鎖；通過通信接口對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行監(jiān)控。第九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日監(jiān)控系統(tǒng)防誤子系統(tǒng)…分布式控制器…………智能鎖具遙控閉鎖繼電器電編碼鎖機(jī)械編碼鎖網(wǎng)絡(luò)控制器RS—485系統(tǒng)總線電腦鑰匙無線路由器站控層間隔層過程層圖4—15微機(jī)網(wǎng)絡(luò)防誤閉鎖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖第十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日.防誤閉鎖系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理框圖第十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日

4.5.3微機(jī)“五防”系統(tǒng)和防誤閉鎖技術(shù)比較

?電氣防誤閉鎖回路是一種現(xiàn)場(chǎng)連鎖技術(shù)，主要通過相關(guān)設(shè)備的輔助觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)閉鎖。?電氣閉鎖回路一般只能防止開關(guān)、隔離開關(guān)和電動(dòng)開關(guān)的誤操作，對(duì)誤入帶電間隔，接地線的掛接（拆除）等無能為力，不能實(shí)現(xiàn)完整的“五防”。第十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日4.6自動(dòng)化系統(tǒng)其他控制功能及應(yīng)用4.6.1電力系統(tǒng)的低頻減負(fù)荷控制4.6.2備用電源自動(dòng)投入控制4.6.3小電流接地系統(tǒng)的單相接地選線4.6.4故障錄波與測(cè)距4.6.5電力系統(tǒng)同步相量測(cè)量PMU第十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日4.6.1電力系統(tǒng)的低頻減負(fù)荷控制1.1自動(dòng)低頻減負(fù)荷的基本原理1.2自動(dòng)低頻減負(fù)荷的實(shí)現(xiàn)方法1.3對(duì)自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置的基本要求1.4對(duì)自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置閉鎖方式的分析1.5微機(jī)低頻減負(fù)荷裝置的優(yōu)點(diǎn)第十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日1.1自動(dòng)低頻減負(fù)荷的基本原理

當(dāng)系統(tǒng)頻率降至f1時(shí)，第一級(jí)頻率測(cè)量元件啟動(dòng)，經(jīng)延時(shí)?t1后執(zhí)行元件CA1動(dòng)作，切除第一級(jí)負(fù)荷?P1；當(dāng)系統(tǒng)頻率降至f2時(shí)，第二級(jí)頻率測(cè)量元件啟動(dòng)，經(jīng)延時(shí)?t2后執(zhí)行元件CA2動(dòng)作，切除第二級(jí)負(fù)荷?P2.如果系統(tǒng)頻率繼續(xù)下降，則基本級(jí)的n級(jí)負(fù)荷有可能全部被切除。第十五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日1.2自動(dòng)低頻減負(fù)荷的實(shí)現(xiàn)方法1.采用專用的微機(jī)低頻減負(fù)荷裝置實(shí)現(xiàn)。這種低頻減負(fù)荷裝置的控制方式如前所述，將全部饋電線路分為1-8級(jí)和特殊級(jí)，然后根據(jù)系統(tǒng)頻率下降的情況去切除負(fù)荷。2.把低頻減負(fù)荷的控制分散裝設(shè)在每回饋電線路的保護(hù)裝置中。將n級(jí)動(dòng)作的頻率和延時(shí)定值事前在某回線路的保護(hù)裝置中設(shè)置好，則該回路便屬于第n級(jí)切除的負(fù)荷。（易于實(shí)現(xiàn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單）第十六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日1.3對(duì)自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置的基本要求

能在各種運(yùn)行方式和功率缺額的情況下，有效地防止系統(tǒng)頻率下降至危險(xiǎn)點(diǎn)一下。切除的負(fù)荷應(yīng)盡可能少，無超調(diào)和懸停現(xiàn)象。能保證解列后的各孤立子系統(tǒng)不發(fā)生頻率崩潰。變電站的饋電線路故障或變壓器切除造成失壓，負(fù)荷反饋電壓的頻率衰減時(shí)，低頻減負(fù)荷裝置應(yīng)可靠閉鎖。電力系統(tǒng)發(fā)生低頻震蕩時(shí)，不應(yīng)誤動(dòng)。電力系統(tǒng)受諧波干擾時(shí)，不應(yīng)誤動(dòng)。第十七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日1.4對(duì)自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置閉鎖方式分析

常規(guī)低頻減負(fù)荷裝置由電磁式或數(shù)字式的頻率繼電器構(gòu)成特點(diǎn)：測(cè)頻精度不高、抗干擾能力差、性能不穩(wěn)定。新型低頻減負(fù)荷裝置優(yōu)點(diǎn)：原理先進(jìn)、準(zhǔn)確性高、抗干擾能力強(qiáng)。低頻減負(fù)荷裝置常用的閉鎖方式有：時(shí)限閉鎖、低電壓帶時(shí)限閉鎖、低電流閉鎖、雙頻率繼電器串聯(lián)及滑差閉鎖。第十八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日1.5微機(jī)低頻減負(fù)荷裝置的優(yōu)點(diǎn)

測(cè)頻方法先進(jìn)?？刹捎妙l率下降速率作為動(dòng)作判據(jù)或閉鎖條件。容易擴(kuò)展低電壓閉鎖功能。容易擴(kuò)充重合閘功能。容易擴(kuò)展故障自診斷和自閉鎖功能。第十九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日4.6.2備用電源自動(dòng)投入控制1.1備用電源的配置。1.2采用微機(jī)型的備用電源自動(dòng)投入裝置的優(yōu)越性第二十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日1.1備用電源的配置低壓母線分段斷路器自動(dòng)投入方案。如圖，當(dāng)主變壓器T1、T2同時(shí)運(yùn)行，而QF3斷開時(shí)，一次系統(tǒng)中主變壓器T1、T2互為備用電源。圖4-18低壓母線分段斷路器自動(dòng)投入方案主接線第二十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日內(nèi)橋斷路器的自動(dòng)投入方案。如圖，當(dāng)XL1進(jìn)線帶I、II段運(yùn)行，即QF1、QF3在合位、QF2在分位時(shí)，XL2備用電源或XL2進(jìn)線帶II、I段運(yùn)行，即QF2、QF3在合位、QF1在分位時(shí)，XL1是備用電源。圖4-19內(nèi)橋斷路器自動(dòng)投入方案的主接線第二十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日進(jìn)線備用自動(dòng)投入方案。如圖，XL1和XL2中只有一個(gè)斷路器在分位，另一個(gè)在合位，因此當(dāng)母線失壓，備用線路有壓，并無電流?1（?2）時(shí)，即可跳開QF1（QF2），合上QF2（QF1）。圖4-20進(jìn)線備用自動(dòng)投入方案主接線第二十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日1.2微機(jī)型的備用電源投入裝置的優(yōu)越性綜合功能比較齊全，適應(yīng)面廣。具有串行通信功能。體積小、性能價(jià)格比高。故障自診斷能力強(qiáng)，可靠性高。第二十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日4.6.3小電流接地系統(tǒng)的單相接地選線1.1不接地系統(tǒng)單相接地故障時(shí)的選線原理1.2經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障時(shí)的選線第二十五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日1.1不接地系統(tǒng)單相接地故障時(shí)選線原理由繼電保護(hù)原理可知，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障時(shí)中性點(diǎn)位移電壓，母線電壓互感器開口三角形出現(xiàn)3U0電壓；非故障線路電容電流就是該線路的零序電流；故障線路首端的零序電流數(shù)值上等于系統(tǒng)非故障線路全部電容電流的總和，其方向?yàn)榫€路指向母線，與非故障線路中零序電流的方向相反，該電流由線路首端的電流互感器反應(yīng)到二次側(cè)，這就是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)基波零序電流方向自動(dòng)接地選線裝置所用的工作原理第二十六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日1.2經(jīng)銷弧線圈接地單相接地故障的選線?5次諧波判別法實(shí)現(xiàn)接地選線的原理1、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路首端的5次諧波零序電流在數(shù)值上等于系統(tǒng)非故障線路5次諧波電容電流的總和。2、故障線路首端的5次諧波零序電流其方向與非故障線路中5次諧波零序電流方向相反。?有功分量判別法接地選線的原理單相接地時(shí)，故障線路通過接地點(diǎn)與消弧線圈和阻尼電阻構(gòu)成串聯(lián)回路。

第二十七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日自動(dòng)跟蹤消弧線圈裝置1、自動(dòng)跟蹤消弧線圈原理。2、自動(dòng)跟蹤消弧線圈裝置。圖4-21自動(dòng)跟蹤消弧線圈第二十八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日29

4.6.4故障錄波與測(cè)距1.1微機(jī)型專用故障錄波裝置的硬件結(jié)構(gòu)1.2數(shù)據(jù)采集1.3故障錄波啟動(dòng)判斷1.4輸電線路故障測(cè)距第二十九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日30

4.6.4故障錄波與測(cè)距

電力系統(tǒng)故障錄波裝置是主要在500、220kV變電站及一些樞紐變電站中用作記錄和分析電網(wǎng)故障的設(shè)備。變電站故障錄波可以根據(jù)需要采用兩種方式實(shí)現(xiàn)：一種是配置專用微機(jī)故障錄波裝置并能與就地監(jiān)控系統(tǒng)通信，傳輸給遠(yuǎn)方調(diào)度；另一種則由微機(jī)保護(hù)裝置兼做記錄及測(cè)距計(jì)算，再將數(shù)字化的波形及測(cè)距結(jié)果送給監(jiān)控系統(tǒng)。這里主要介紹微機(jī)型專用故障錄波裝置。

第三十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日31

1.1微機(jī)型專用故障錄波裝置的硬件結(jié)構(gòu)微機(jī)型專用故障錄波裝置的基本配置可以由三部分組成，如圖4-22所示。1、輔助變換器，用于變換電流、電壓等模擬量，以適應(yīng)單片機(jī)微機(jī)的A/D變換要求2、前置機(jī)部分，用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和判啟動(dòng)用，將故障信息快速、及時(shí)地闖到后臺(tái)機(jī)。3、后臺(tái)機(jī)部分，主要用于數(shù)據(jù)處理。圖4-22微機(jī)型專用故障錄波裝置基本配置第三十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日321.2數(shù)據(jù)采集過程1、數(shù)據(jù)采集。接受人機(jī)插件發(fā)出的同步采樣信息，根據(jù)1000Hz的采樣率，即1ms進(jìn)行一次定時(shí)采樣及計(jì)算，每次定時(shí)采樣均進(jìn)入采樣中斷服務(wù)程序。2、保留故障數(shù)據(jù)。故障錄波裝置一旦啟動(dòng)，立即保留三周的新數(shù)據(jù)，以保證故障錄波波形的連續(xù)并有助于分析系統(tǒng)故障。3、劃分記錄段，順序記錄。為了節(jié)省內(nèi)存，但又保證必要的信息和數(shù)據(jù)能清晰的記錄下來，采用劃分時(shí)段記錄的方法第三十二頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日331.3故障錄波啟動(dòng)判斷故障錄波啟動(dòng)分為內(nèi)部啟動(dòng)和外部啟動(dòng)兩類。內(nèi)部啟動(dòng)就是各CPU軟件根據(jù)自啟動(dòng)判據(jù)超定值啟動(dòng)，自啟動(dòng)判據(jù)有以下幾種：1、突變量啟動(dòng)判據(jù)。2、主變壓器中性點(diǎn)零序電流3I0啟動(dòng)判據(jù)。3、正序、負(fù)序和零序電壓?jiǎn)?dòng)判據(jù)。4、線路一相電流在0.5s內(nèi)的最大、最小值之差不小于10%。5、母線頻率變化啟動(dòng)錄波判據(jù)。第三十三頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日34外部啟動(dòng)有兩種，一種是繼電保護(hù)的跳閘動(dòng)作信號(hào)啟動(dòng)，另一種是調(diào)度來的啟動(dòng)命令。這兩種啟動(dòng)均為開關(guān)量啟動(dòng)。第三十四頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日351.4輸電線路故障測(cè)距根據(jù)測(cè)距原理的不同，輸電線路故障測(cè)距方法可分為阻抗法行波法。一下主要介紹行波測(cè)距方法。1、暫態(tài)電流行波中的故障距離信息。在母線M、N處所檢測(cè)到的的電流行波im（t）、in（t）可寫成：第三十五頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日2、行波故障測(cè)距原理

僅在線路一側(cè)設(shè)置故障檢測(cè)元件，檢測(cè)線路一側(cè)流過的暫態(tài)電流，即可構(gòu)成利用單端電流行波的故障測(cè)距。其計(jì)算公式為：第三十六頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日37受母線和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等因素的影響，來自于故障點(diǎn)的第2個(gè)行波分量可能很微弱，以至于無法檢測(cè)導(dǎo)致測(cè)距失敗。因此，有必要在故障兩側(cè)分設(shè)檢測(cè)元件，用以測(cè)量到達(dá)兩側(cè)母線的初始行波而構(gòu)成兩端測(cè)距。其計(jì)算公式為：第三十七頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日384.6.5、電力系統(tǒng)同步測(cè)量PMU1.1電網(wǎng)多功能公角實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1.2同步相量測(cè)量的原理及監(jiān)測(cè)的意義1.3相量測(cè)量單元（PMU）1.4PMU系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)第三十八頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日391.1電網(wǎng)多功能公角實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于GPS技術(shù)的廣域相量測(cè)量（PMU），利用GPS的高精度實(shí)時(shí)信號(hào)的相量測(cè)量技術(shù)對(duì)系統(tǒng)中各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓、電流相量進(jìn)行同步采集，就能夠?qū)崟r(shí)地觀測(cè)整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，從而為分析電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性、系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行與控制提供了有力的手段。第三十九頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日401.2同步相量測(cè)量的原理及監(jiān)測(cè)的意義相量測(cè)量就是同步測(cè)量電網(wǎng)中各母線或節(jié)點(diǎn)的電壓幅值和相位，關(guān)鍵是同步采樣，時(shí)間誤差1ms會(huì)帶來18o工頻誤差，測(cè)量誤差若要求0.1o，那么時(shí)間同步精度應(yīng)為5us，而GPS能滿足此要求。功角的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能為調(diào)度員進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)的準(zhǔn)確判斷提供及時(shí)的有力的依據(jù)，以便及時(shí)采取措施，維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。向量測(cè)量裝置能同步記錄擾動(dòng)數(shù)據(jù)，使得同時(shí)分析系統(tǒng)擾動(dòng)的過程中多點(diǎn)的動(dòng)態(tài)情況成為可能，有助于大電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)規(guī)律的研究，為制定系統(tǒng)穩(wěn)定控制策略和運(yùn)行方案提供基礎(chǔ)。第四十頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日411.3相量測(cè)量單元（PMU）

來自TV、TA二次側(cè)的電壓、電流信號(hào)經(jīng)交流輸入單元變換后，變?yōu)檫m合微機(jī)處理的小信號(hào)，再經(jīng)低通濾波變成滿足采樣定理的交流信號(hào)。DSP在基于GPS時(shí)間基準(zhǔn)的同步采樣脈沖控制下，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換完成對(duì)交流信號(hào)的采樣，然后利用GPS接收器串口提供的時(shí)間信息和采樣順序編號(hào)給計(jì)算結(jié)果置以便于識(shí)別的“時(shí)間標(biāo)簽”，并將計(jì)算結(jié)果連同其時(shí)間標(biāo)簽按照通信規(guī)約的要求傳至檢測(cè)中心。第四十一頁，共四十七頁，編輯于2023年，星期日1.4PMU系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)PMU系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)點(diǎn)裝置、數(shù)據(jù)集中器、通信設(shè)備、通信線路、中央監(jiān)控站、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器及資料分析站組成。其具體功能如下：1、監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集與數(shù)據(jù)集中。廠站端裝置同步采集信號(hào)，并用DSP技術(shù)從采集信號(hào)中獲取所需的各次諧波信號(hào)幅值、頻率和初相角，通過通信線路將各種數(shù)據(jù)上送到中央監(jiān)控站。2、中央監(jiān)控站。中央監(jiān)控站進(jìn)行多站間的實(shí)時(shí)功角及各站采集信號(hào)的在線監(jiān)測(cè)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。第四十二頁