工廠供電第7章

內(nèi)容提要：本章介紹了供電系統(tǒng)的基本功能以及變電所綜合自動化系統(tǒng)的結構，還介紹了備用電源投入裝置、自動重合閘裝置、中性點不接地系統(tǒng)單相接地自動選線裝置，最后介紹了電力負荷管理和控制。第7章供電系統(tǒng)變電所的自動化第7章供電系統(tǒng)變電所的自動化第一節(jié)概述第二節(jié)變電所自動化系統(tǒng)的基本功能第三節(jié)變電所綜合自動化系統(tǒng)的結構第四節(jié)備用電源自動投入裝置第五節(jié)自動重合閘裝置第六節(jié)變電所的電壓、無功綜合控制第七節(jié)中性點不接地系統(tǒng)單相接地自動選線裝置第八節(jié)電力負荷管理與控制第一節(jié)概述

一、常規(guī)變電站狀況常規(guī)變電站的二次系統(tǒng)（機電式）：由繼電保護、就地控制、遠動裝置、錄波裝置組成。實用中，按功能組織有保護屏、控制屏、錄波屏、中央信號屏等每個一次設備都與這些屏有關，連線復雜。缺陷：1）安全性、可靠性不高。2）電能質(zhì)量可控性不高。3）占地面積大。4）實時計算和控制性不高。5）維護工作量大。二、變電所綜合自動化的基本概念變電所綜合自動化系統(tǒng)就是將變電所的繼電保護裝置、控制裝置、測量裝置、信號裝置綜合為一體，以全微機化的新型二次設備替代機電式二次設備，用不同的模塊化軟件實現(xiàn)機電式二次設備的各種功能，用計算機局部網(wǎng)絡通信替代大量信號電纜的連接，通過人機接口設備，實現(xiàn)變電所的綜合自動化管理、監(jiān)視、測量、控制及打印記錄等所有功能。變電所綜合自動化系統(tǒng)的特點：1）功能綜合化。2）結構微機化。3）操作監(jiān)視屏幕化。4）運行管理智能化。三、變電所自動化系統(tǒng)的目標1）在中、低壓變電所中采用自動化系統(tǒng)，取消常規(guī)的保護、監(jiān)視、測量、控制屏，以全面提高變電所的技術水平和運行管理水平，并逐步實行無人值班，達到減員增效的目的。

2）對于高壓大型樞紐變電所的建設和設計來說，采用自動化系統(tǒng)，解決了各專業(yè)在技術上保持相對獨立而造成的互相脫節(jié)、重復投資，甚至影響運行可靠性的弊端。達到提高自動化水平和運行管理水平的目的。

第二節(jié)變電所自動化系統(tǒng)的基本功能

變電所綜合自動化從其構成和所完成的功能看，是將變電所的監(jiān)視控制、繼電保護、自動控制裝置和遠動等所要求的功能組合在一起，通過計算機硬件、模塊化軟件和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡構成一個完整的系統(tǒng)。變電所綜合自動化的功能繼電保護功能監(jiān)視控制功能自動控制裝置的功能遠動及數(shù)據(jù)通信功能1.繼電保護功能微機保護主要包括線路保護、電力變壓器保護、母線保護、電容器保護、備用電源自動投入裝置、自動重合閘裝置。2）繼電保護的通信功能及信息量。1）有獨立的、完整的繼電保護功能。3）具有與系統(tǒng)統(tǒng)一時鐘對時功能。與監(jiān)控系統(tǒng)通信，主動上傳保護動作時間、動作性質(zhì)、動作值、動作名稱、按控制命令上傳當前的保護定值4）存儲各種保護定值功能。5）當?shù)仫@示與遠處觀察和授權修改保護定值。6）設置保護管理機或通信控制機。7）故障自診斷、自閉鎖和自恢復功能。8）自動重合閘功能。2.監(jiān)視控制功能1）實時數(shù)據(jù)采集與處理采集變電所運行實時數(shù)據(jù)和設備運行狀態(tài)，包括各種狀態(tài)量、模擬量、脈沖量、數(shù)字量和保護信號，處理后存數(shù)據(jù)庫。模擬量：進線電壓、電流和功率值；各段母線電壓、電流；線路的電壓、電流和功率值；主變壓器電流、功率值；電容器的電流、無功功率及頻率、相位、功率因數(shù)；主變壓器的油溫、變壓所室溫、直流電源電壓。狀態(tài)量：斷路器狀態(tài)、隔離開關狀態(tài)、有載調(diào)壓變壓器分接頭的位置信號、繼電保護動作信號、無功補償電容器的投切開關位置狀態(tài)。脈沖量：脈沖電能表輸出的電能量。2）運行監(jiān)視功能主要指對變電所的運行工況和設備運行狀態(tài)進行自動監(jiān)視，即對變電所的各種狀態(tài)量變化情況的監(jiān)視和各種模擬量的數(shù)值監(jiān)視。3）事故順序記錄與事故追憶功能事故順序記錄是對變電所內(nèi)的繼電保護、自動裝置、斷路器等在事故時動作的先后順序自動記錄。時間應精確到毫秒級。并在CRT上顯示和打印。事故追憶是對變電所內(nèi)的一些主要模擬量在事故前后一段時間內(nèi)作連續(xù)測量記錄。4）控制及安全操作閉鎖功能指操作人員可通過CRT屏幕對斷路器、隔離開關進行分閘、合閘操作；對變壓器分接頭進行調(diào)節(jié)控制；對電容器組進行投、切控制，同時要能接受遙控指令，進行遠方操作；所有的操作控制均能就地和遠方控制、就地和遠方切換相互閉鎖，自動和手動相互閉鎖。操作管理權限按分層（級）原理管理。5）數(shù)據(jù)處理與記錄功能如主變壓器和線路的有功功率、無功功率每天的最大值、最小值及相應時間；母線電壓每天定時記錄的最高值、最低值及相應時間；斷路器動作次數(shù)；控制操作和修改定值記錄等6）人機聯(lián)系功能7）自診斷功能對監(jiān)控系統(tǒng)的硬件、軟件自診斷。3.自動控制裝置的功能如電壓、無功綜合控制；低頻減負荷控制；備用電源自動投入裝置；小電流接地選線控制。4.遠動與數(shù)據(jù)通信功能變電所綜合自動化的通信功能包括系統(tǒng)內(nèi)部的現(xiàn)場級間的通信和自動化系統(tǒng)與上級調(diào)度的通信兩部分。第三節(jié)變電所綜合自動化系統(tǒng)的結構一、變電所綜合自動化系統(tǒng)設計的原則

根據(jù)變電所在供電系統(tǒng)中的地位和作用，對變電所自動化系統(tǒng)的結構設計應考慮可靠、實用、先進的原則。

可靠性是變電所自動化系統(tǒng)結構設計的基礎，系統(tǒng)本身應有較強的抗干擾能力和自檢恢復功能，在系統(tǒng)運行中，繼電保護的動作行為僅與保護裝置有關，不依賴于監(jiān)控系統(tǒng)和其他環(huán)節(jié)，保證自動化系統(tǒng)中某一環(huán)節(jié)故障只影響局部功能的實現(xiàn)，不影響保護子系統(tǒng)的正常工作。且都應設有手動跳、合閘功能及防跳功能。變電所自動化系統(tǒng)的實用性是要求對自動化系統(tǒng)的結構和功能設計從實際應用的對象出發(fā)。從而提高變電所自動化系統(tǒng)性能價格比，減少投資。同時系統(tǒng)本身在結構配置上應有可擴充余地、通用性要強、操作使用要方便、便于修改和增刪。變電所自動化系統(tǒng)的先進性通常是以系統(tǒng)的整體結構、功能水平及其可靠性、實用性等綜合指標為衡量依據(jù)的。變電所自動化系統(tǒng)的整體結構和功能水平設計，要求安全可靠、運行穩(wěn)定、經(jīng)濟效益等綜合指標好，并為變電所的進一步自動化和人工智能應用提供平臺，滿足和促進變電所無人值班的實施。同時應符合國家或部頒標準，使系統(tǒng)開放性能好，便于升級。二、變電所綜合自動化系統(tǒng)的結構按結構模式集中式分布集中組屏分布分散式圖7-1集中式變電所自動化系統(tǒng)結構示意圖1.集中式特點：集中采集數(shù)據(jù)信息，集中進行處理。缺點：可靠性低，功能有限，系統(tǒng)的擴充性和維護性都較差。優(yōu)點：具有自動化系統(tǒng)的基本功能造價低。集中式變電所自動化系統(tǒng)，一般適合于小型變電所的新建或改造。2、分布集中組屏式變電所自動化系統(tǒng)圖7-2分布集中組屏的變電所自動化系統(tǒng)結構示意圖優(yōu)點：便于擴充和維護，其中一個環(huán)節(jié)故障，不會影響其它部分的正常運行。特點：將變電所內(nèi)各回路的數(shù)據(jù)采集單元、控制單元和保護單元分別集中安裝在變電所控制室內(nèi)的數(shù)據(jù)采集柜、控制柜和保護柜中，相互間通過網(wǎng)絡與控制主機相連。適用于主變電所的回路數(shù)相對較少，一次設備比較集中，從一次設備到數(shù)據(jù)采集柜和控制柜等所用的信號電纜不長，易于設計、安裝和維護管理的10~35kV供電系統(tǒng)變電所。

圖7－3分布分散式變電所自動化系統(tǒng)結構示意圖3.分布分散式特點：1）將變電所內(nèi)各回路的數(shù)據(jù)采集、微機保護及監(jiān)控單元綜合為一個裝置，就地安裝在數(shù)據(jù)源現(xiàn)場的開關柜上。2）每個回路對應一套裝置，裝置的設備相互獨立，通過網(wǎng)絡電纜連接，與變電所主控室的監(jiān)控主機通信。優(yōu)點：減少了所內(nèi)的二次設備及信號電纜；系統(tǒng)中任一部分故障，只影響局部；提高了可靠性，增強了系統(tǒng)的可擴展性和運行的靈活性。三、變電所綜合自動化系統(tǒng)的硬件配置1.模擬量的采集與處理直流采樣交流采樣(1)模擬量采集(2)算法簡介兩點采樣算法、導數(shù)算法、采樣值積算法傅氏算法2.開關量的檢測與識別A.開關量的隔離與抗干擾B.開關量的采集方式與檢測C.開關變位的識別第四節(jié)備用電源自動投入裝置

在具有兩個獨立電源的變電所或電氣設備上，若其中一個電源不論任何原因，失電而斷開時，另一個電源便自動投入，恢復供電。能自動而迅速地將備用電源投入工作的裝置稱為備用電源自動投入裝置，簡稱APD。備用電源自動投入裝置(APD)一.概念二.備用電源自動投入裝置的種類明備用暗備用針對明備用的APD針對暗備用的APD工作電源與備用電源的接線方式可分為兩大類：明備用:在正常時，備用電源不投入工作，只有在工作電源發(fā)生故障時才投入工作。暗備用:在正常時，兩電源都投入，互為備用。在正常情況下，QF1閉合，QF2斷開，負荷由工作電源供電。當工作電源故障時，APD動作，將QF1斷開，切除故障電源，然后將QF2閉合，使備用電源投入工作，恢復供電。圖7－4備用電源接線方式示意圖a)明備用正常情況下，QF1,QF2閉合，QF3斷開，兩個電源分別向兩段母線供電。若電源A(B)發(fā)生故障，APD動作，將QF1(QF2)斷開，隨即將QF3閉合，此時全部負荷均由B(A)電源供電。圖7－4備用電源接線方式示意圖b)暗備用三.對備用電源自動投入裝置的基本要求1）當常用電源失壓或電壓很低時，APD應將此路電源切除，隨即將備用電源投入，以保證不間斷地向用戶供電。2）常用電源因負荷側故障被繼電保護裝置切除或備用電源無電時，APD均不應動作。3）APD只應動作一次。以避免將備用電源合閘到永久性故障上去。4）APD的動作時間應盡量縮短。5）電壓互感器的熔絲熔斷或其刀開關拉開時，APD不應誤動作。6）常用電源正常的停電操作時APD不能動作，以防止備用電源投入。四.對明備用的備用電源自動投入的基本原理正常時，WL1工作，WL2備用QF1合閘，QF2分閘故障時工作電源失電，QF1跳閘，QF13-4觸點斷開，KT失電，KT觸點延時打開，QF11-2觸點已閉合，合閘接觸器KO帶電，使QF2的合閘線圈YO帶電，QF2合閘，投入備用電源。WL2投入后，KT的延時斷開觸點斷開，切斷KO的回路，同時QF21-2觸點斷開，防止YO長期通電QF1合閘，QF13-4觸點閉合，KT帶電，KT觸點閉合，QF11-2觸點斷開，合閘接觸器KO不帶電，使QF2的合閘線圈YO不帶電，QF2不會合閘。五.對暗備用的備用電源自動投入的基本原理第五節(jié)自動重合閘裝置

自動重合閘裝置（ARD）對瞬時性短路故障，為了使線路重新投入，保證不間斷供電，在供電系統(tǒng)中通常采用一種將保護裝置所跳閘的斷路器自動地再投入的裝置，這種裝置就是自動重合閘裝置，簡稱ARD1.概念一次重合閘二次重合閘三次重合閘成功率80％成功率15％成功率5％2.對自動重合閘裝置的基本要求1)線路正常運行時，ARD應投入；值班人員利用控制開關或遙控裝置將斷路器斷開時，ARD不應動作；值班人員手動投入斷路器，由于線路上有永久故障而保護跳閘時，ARD不應動作。2）除上述情況，當斷路器因繼電保護裝置或其它原因跳閘時，ARD均應動作。3）應優(yōu)先采用控制開關的位置和斷路器的位置不對應原則起動ARD。即控制開關處在合閘位置而斷路器實際處于斷開位置時，ARD應起動。4）對一次ARD，應保證只重合一次。即使ARD裝置中任一元件發(fā)生故障或接點粘住時，也應保證不能多次重合。5）ARD動作后，應能自動復歸，準備好下一次動作。6）應能和保護裝置配合，使保護裝置在ARD前加速動作或ARD后保護加速動作。3.電氣一次自動重合閘的動作原理手動合閘時按下SB1KO帶電YO帶電QF合閘手動跳閘時按下SB2YR帶電QF跳閘線路發(fā)生故障時保護KA動作YR帶電QF自動跳閘QF3-4觸點閉合重合閘繼電器KAR起動KAR觸點延時閉合KO帶電YO帶電QF合閘若為瞬時性故障，則重合成功，恢復供電。若為永久性故障，KA動作，再次跳閘，ARD有防跳措施，不會再次重合。（三相一次重合閘）在供電系統(tǒng)中，利用自動重合閘所提供的條件以加速切除故障（1）自動重合閘前加速保護：重合閘前加速保護一般又簡稱“前加速”。圖7-6重合閘前加速保護方式的構成原理示意圖（a）網(wǎng)絡接線圖（b）時間配合關系假設均裝設定時限過電流保護1，2，34.自動重合閘與繼電保護裝置的配合（2）自動重合閘后加速保護：每段線路相應均裝設重合閘裝置，當線路第一次出現(xiàn)故障時，利用線路上設置的保護裝置按照整定的動作時限動作。然后相應的ARD動作，使斷路器重合一次。圖7－7自動重合閘裝置后加速保護動作原理圖第六節(jié)變電所的電壓、無功綜合控制

變電所電壓、無功綜合控制裝置的控制對象是有載調(diào)壓變壓器的分接頭和在低壓母線上設置的并聯(lián)補償電容器組?？刂频哪康氖潜ＷC主變壓器低壓側母線電壓在允許范圍內(nèi)，且盡可能提高進線的功率因數(shù)。

一、變電所電壓、無功綜合控制的目的

二、正常工作狀態(tài)變電所電壓、無功綜合控制原理

圖7-8運行區(qū)域圖變電所低壓母線電壓變電所進線的功率因數(shù)

1區(qū)間——進線功率因數(shù)滿足要求，但母線電壓超越上限，控制器發(fā)出指令調(diào)節(jié)變壓器分接頭降壓。如分接頭已調(diào)到極限而電壓仍高于上限，則強切補償電容器組以調(diào)節(jié)電壓。

2區(qū)間——母線電壓和進線功率因數(shù)均超越上限，此時往往電力負荷較小，控制器發(fā)出指令應先切補償電容器組，一方面改善進線功率因數(shù)使其在正常值范圍內(nèi)，另一方面降低母線電壓。如電壓仍超越上限，則再調(diào)節(jié)變壓器分接頭降壓。

3區(qū)間——母線電壓正常，但進線功率因數(shù)超越上限，控制器發(fā)出指令逐步切除補償電容器組，以調(diào)節(jié)進線功率因數(shù)。

4區(qū)間——電壓低于下限，但進線功率因數(shù)超越上限。此時若先切補償電容器調(diào)節(jié)進線功率因數(shù)，則母線電壓會更低，所以指控制器指令先調(diào)節(jié)變壓器分接頭升壓，待電壓滿足運行要求后，再切補償電容器組來調(diào)節(jié)進線的功率因數(shù)。

5區(qū)間——該區(qū)間的母線電壓低于下限，而進線功率因數(shù)在要求范圍內(nèi)，則控制器指令調(diào)節(jié)變壓器分接頭升壓。如果變壓器分接頭已調(diào)至極限位限時，則強制投入補償電容器組來改善母線電壓。

6區(qū)間——進線功率因數(shù)和母線電壓均低于下限值，此時，控制器優(yōu)先發(fā)出投入補償電容器組的指令。這樣一方面提高進線功率因數(shù)；另一方面可改善母線電壓，若母線電壓仍低于下限，則再調(diào)節(jié)變壓器分接頭升壓，使母線電壓水平滿足要求。

7區(qū)間——電壓正常，但進線功率因數(shù)低于下限要求，則指令投入補償電容器組，以提高進線功率因數(shù)。

8區(qū)間——運行參數(shù)是電