7供電系統(tǒng)變電所的自動化資料

內容提要：本章介紹了供電系統(tǒng)的根本功能以及變電所綜合自動化系統(tǒng)的構造，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，最終介紹了電力負荷治理和掌握。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)概述其次節(jié)變電所自動化系統(tǒng)的根本功能第三節(jié)變電所綜合自動化系統(tǒng)的構造第四節(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、無功綜合掌握第七節(jié)中性點不接地系統(tǒng)單相接地自動選線裝置第八節(jié)電力負荷治理與掌握第一節(jié)概述

變電所的自動化系統(tǒng)就是將變電所的二次設備〔包括：繼電愛護裝置、掌握裝置、測量裝置、信號裝置〕通過計算機網(wǎng)絡和現(xiàn)代通信技術綜合集成為一體，實現(xiàn)變電所運行治理自動化的系統(tǒng)。一、變電所的自動化系統(tǒng)的定義二、變電所的自動化系統(tǒng)的主要功能具有微機愛護，數(shù)據(jù)、信號采集與測量，自動掌握，運行監(jiān)視，打印記錄，故障錄波與測距，信息儲存與分析，自診斷，與調度所通信以及承受、處理和傳送來自線路需經變電所傳送的信號等功能。三、變電所的自動化系統(tǒng)的分類1〕在中、低壓變電所中承受自動化系統(tǒng)，取消常規(guī)的愛護、監(jiān)視、測量、掌握屏，以全面提高變電所的技術水平和運行治理水平，并逐步實行無人值班，到達減員增效的目的。

2〕對于高壓大型樞紐變電所的建設和設計來說，承受自動化系統(tǒng)，解決了各專業(yè)在技術上保持相對獨立而造成的相互脫節(jié)、重復投資，甚至影響運行牢靠性的弊端。到達提高自動化水平和運行治理水平的目的。其次節(jié)變電所自動化系統(tǒng)的根本功能一、監(jiān)視掌握功能變電所綜合自動化系統(tǒng)的監(jiān)控功能，應包括變電所模擬量、狀態(tài)量、脈沖量的數(shù)據(jù)采集，時間挨次記錄，故障錄波，諧波監(jiān)測與分析，變電站操作掌握，人機聯(lián)系，變電所內通信以及與上級調度通信的全部功能。1.數(shù)據(jù)采集:對供電系統(tǒng)運行參數(shù)的在線實時采集是變電所自動化系統(tǒng)的根本功能之一，運行參數(shù)可分為模擬量、狀態(tài)量和脈沖量等。2.數(shù)據(jù)處理與記錄:數(shù)據(jù)處理的內容為電力部門和用戶內部生產調度所要求的數(shù)據(jù)。(1)變電所運行參數(shù)的統(tǒng)計、分析與計算(2)變電所內運行參數(shù)和設備的越限報警及記錄(3)變電所內的大事記錄3.運行監(jiān)視:運行監(jiān)視即對采集到的反映變電所運行狀況和設備狀態(tài)的數(shù)據(jù)進展自動監(jiān)視。4.故障錄波:10kV及以上的重要配電線路距離長、發(fā)生故障影響大，當配電線路故障時必需盡快查出故障點，以便縮短修理時間，盡快恢復供電，削減損失。5.事故挨次記錄與事故追憶事故挨次記錄就是對變電所內的繼電愛護、自動裝置、斷路器等在事故時動作的先后挨次自動記錄。事故追憶是指對變電所內的一些主要模擬量，如線路、主變壓器的電流、有功功率、母線電壓等，在事故前后一段時間內作連續(xù)測量記錄。6.掌握及安全操作閉鎖：操作人員可通過顯示器屏幕對斷路器、隔離開關進展分、合閘操作；對變壓器分接頭進展調整掌握；對電容器組進展投、切掌握。并且全部的操作掌握均能就地和遠方掌握、就地和遠方切換相互閉鎖，自動和手動相互閉鎖。操作閉鎖包括以下內容：操作系統(tǒng)出口具有斷路器分、合閘閉鎖功能。二、微機繼電愛護功能微機繼電愛護是變電所自動化系統(tǒng)中的關鍵環(huán)節(jié)，主要包括線路愛護、電力變壓器愛護、母線愛護、電容器愛護、小電流接地系統(tǒng)自動選線、自動重合閘。由于繼電愛護的特殊重要性，自動化系統(tǒng)絕不能降低繼電愛護的牢靠性、獨立性。微機繼電愛護應滿足的要求：1.系統(tǒng)的微機繼電愛護按被愛護的電力設備單元(間隔)分別獨立設置，直接由相關的電流互感器和電壓互感器輸入電氣量，愛護裝置的輸出，直接作用于相應斷路器的跳閘線圈。2.愛護裝置設有通信接口，供接入站內通信網(wǎng)，在愛護動作后向變電所層的微機設備供給報告，但繼電愛護功能完全不依靠通信網(wǎng)。3.為避開不必要的硬件重復，以提高整個系統(tǒng)的牢靠性和降低造價，對35kV及以下的變〔配〕電所，在不降低愛護裝置牢靠性的前提下，可以配給愛護裝置其他一些功能。4.除愛護裝置外，其他一些重要掌握設備，例如備用電源自動投入裝置、掌握電容器投切和變壓器分接頭有載切換的無功電壓掌握裝置等，也不依靠通信網(wǎng)，設備專用的裝置放在相應間隔屏上。三、自動掌握裝置的功能變電所自動化系統(tǒng)必需具有保證安全、牢靠供電和提高電能質量的自動掌握功能。因此，典型的變電所自動化系統(tǒng)都配置了相應的自動掌握裝置，如備用電源自動投入掌握裝置、自動重合閘裝置、電壓、無功綜合掌握裝置、小電流接地選線裝置等。1.備用電源自投掌握：當工作電源因故不能供電時，備用電源自動投入裝置應能快速準時將備用電源自動投入使用或將用電負荷切換到備用電源上去。2.自動重合閘裝置：在供電系統(tǒng)的架空線路發(fā)生“瞬時性故障”被繼電愛護快速斷開后，由于故障的瞬時性，故障點的絕緣強度會自動恢復。利用這一特點，承受自動重合閘裝置能夠自動將斷路器重新合閘，恢復供電，提高供電的牢靠性。4.小電流接地選線裝置：在中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，接地愛護應能正確地選出接地線路及接地相，并予以報警。3.電壓、無功綜合掌握：變電所電壓、無功綜合掌握是利用有載調壓變壓器和母線無功補償電容器及電抗器進展局部的電壓及無功功率補償?shù)淖詣诱{整掌握，使負荷側母線電壓偏差在規(guī)定范圍以內以及用戶供電系統(tǒng)的功率因數(shù)到達電力部門的要求。四、遠動及數(shù)據(jù)通信功能變電所自動化的通信功能包括系統(tǒng)內部的現(xiàn)場級的通信和自動化系統(tǒng)與上級調度的通信兩局部。1)自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場級通信，主要解決變電所內部自動化各子系統(tǒng)間和各子系統(tǒng)與上位機(監(jiān)控主機)間的數(shù)據(jù)和信息交換問題。它們的通信范圍是變電站內部。對于集中組屏構造的自動化系統(tǒng)來說，實際上是在變電所主控室內部；對于分散分層構造的自動化系統(tǒng)來說，其通信范圍擴大至主控室與現(xiàn)場單元的安裝地。

2)自動化系統(tǒng)必需兼有遠動終端〔RemoteTerminalUnit,RTU〕的全部功能，應當能夠將所采集的模擬量和開關量信息，以及大事挨次記錄等遠傳至上級調度中心；同時應當能夠接收調度中心下達的各種操作、掌握、修改定值等命令。第三節(jié)變電所綜合自動化系統(tǒng)的構造一、變電所綜合自動化系統(tǒng)設計的原則

依據(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)的構造設計應考慮牢靠、有用、先進的原則。牢靠性是變電所自動化系統(tǒng)構造設計的根底，系統(tǒng)本身應有較強的抗干擾力量和自檢恢復功能，在系統(tǒng)運行中，繼電愛護的動作行為僅與愛護裝置有關，不依靠于監(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)，不影響愛護子系統(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)的有用性是要求對自動化系統(tǒng)的構造和功能設計從實際應用的對象動身。從而提高變電所自動化系統(tǒng)性能價格比，削減投資。同時系統(tǒng)本身在構造配置上應有可擴大余地、通用性要強、操作使用要便利、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)的整體構造、功能水平及其牢靠性、有用性等綜合指標為衡量依據(jù)的。變電所自動化系統(tǒng)的整體構造和功能水平設計，要求安全牢靠、運行穩(wěn)定、經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供給平臺，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)的構造變電所自動化系統(tǒng)的構造可分為集中式、分布分散式和分散集中組屏式三種類型。圖7-1集中式變電所自動化系統(tǒng)結構示意圖

1、集中式變電所自動化系統(tǒng)

1〕構造簡潔，投資少。2〕功能簡潔，綜合性能差，通常要承受雙機并聯(lián)運行的構造才能提高牢靠性。3〕程序設計簡單，調試和維護不便利。4〕組態(tài)不敏捷，對不同主接線或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件都必需另行設計，不利于推廣。

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。集中式變電所自動化系統(tǒng)的根本特點是：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)結構示意圖這種按功能設計的分散模塊化構造具有軟件相對簡潔、調試維護便利、組態(tài)敏捷、系統(tǒng)整體牢靠性高，便于擴大和維護，而且其中一個環(huán)節(jié)故障，不會影響其他局部的正常運行。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)采集柜和掌握柜等所用的信號電纜不長，易于設計、安裝和維護治理的10~35kV供電系統(tǒng)變電所。分布集中組屏式變電所自動化系統(tǒng)的根本特點:3、分布分散式變電所自動化系統(tǒng)圖7－3分布分散式變電所自動化系統(tǒng)結構示意圖削減了所內的二次設備及信號電纜，避開了電纜傳送信息時的電磁干擾，節(jié)省了投資，簡化了維護，同時最大限度地壓縮了二次設備的占地面積。由于裝置相互獨立，系統(tǒng)中任一局部故障時，只影響局部，因此提高了整個系統(tǒng)的牢靠性，也增加了系統(tǒng)的可擴展性和運行的敏捷性。分布分散式變電所自動化系統(tǒng)特點:第四節(jié)備用電源自動投入裝置

一、備用電源自動投入裝置的作用與類型

作用：用于兩路及以上電源進線的變配電所中，提高供電牢靠性。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。在正常狀況下，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)明備用正常狀況下，QF1,QF2閉合，QF3斷開，兩個電源分別向兩段母線供電。假設電源A(B)發(fā)生故障，APD動作，將QF1(QF2)斷開，隨馬上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1〕不管什么緣由失去工作電源，APD都能快速起動并投入備用電源；2〕必需在工作電源確已斷開、而備用電源電壓也正常時，才允許投入備用電源；3〕APD應只動作一次，以免將備用電源重復投入永久性故障回路中；4〕當電壓互感器二次回路斷線時，APD不應誤動作。二、對備用電源自動投入裝置的根本要求三、備用電源自動投入裝置的原理

第五節(jié)自動重合閘裝置

一、自動重合閘的作用和類型

運行閱歷說明，電力系統(tǒng)的故障特殊是架空線路上的故障大多是臨時性的，多數(shù)能很快地自行消退。因此，承受自動重合閘裝置〔ARD〕，快速恢復供電，從而大大提高供電牢靠性。自動重合閘裝置分三相一次重合閘、二次重合閘和三次重合閘三種形式

二、對自動重合閘裝置的根本要求1)線路正常運行時，自動重合閘裝置〔ARD〕應投入，當值班人員利用掌握開關或遙控裝置將斷路器斷開時，ARD不應動作。當值班人員手動合閘，由于線路上有永久性故障而隨即由愛護裝置將斷路器斷開時，ARD亦不應動作。2)除上述狀況外，當斷路器因繼電愛護裝置或其他緣由跳閘時，ARD均應動作。3)ARD可承受掌握開關位置與斷路器位置不對應原則啟動重合閘裝置，即當掌握開關處在合閘位置而斷路器實際上處于斷開位置的狀況下，使ARD啟動動作。4)ARD的動作次數(shù)應符合預先的規(guī)定〔如一次重合閘只應動作一次〕。無特殊要求時對架空線路只重合一次，而對電纜線路一般不承受ARD，因其瞬時性故障極少發(fā)生。5〕ARD的動作時限應大于故障點滅弧并使四周介質恢復絕緣強度所需時間和斷路器及操作機構恢復原狀，預備好再次動作的時間，一般承受0.5～1s。6)ARD動作后，應能自動復歸，為下一次動作做好預備。7)應能和愛護裝置協(xié)作，使愛護裝置在ARD前加速動作或ARD后愛護加速動作。三、單電源線路三相一次重合閘的工作原理

〔1〕重合閘啟動〔2〕重合閘時間〔3〕一次合閘脈沖〔4〕手動跳閘后閉鎖〔5〕重合閘后加速愛護跳閘回路圖7-5三相一次重合閘的工作原理框圖在供電系統(tǒng)中，利用自動重合閘所供給的條件以加速切除故障1、自動重合閘前加速愛護：重合閘前加速愛護一般又簡稱“前加速”。圖7-6重合閘前加速愛護方式的構成原理示意圖〔a〕網(wǎng)絡接線圖〔b〕時間協(xié)作關系2、自動重合閘后加速愛護：每段線路相應均裝設重合閘裝置，當線路第一次消失故障時，利用線路上設置的愛護裝置依據(jù)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愛護動作原理圖第六節(jié)變電所的電壓、無功綜合掌握變電所電壓、無功綜合掌握裝置的掌握對象是有載調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。掌握的目的是保證主變壓器低壓側母線電壓在允許范圍內，且盡可能提高進線的功率因數(shù)。一、變電所電壓、無功綜合掌握的目的

二、正常工作狀態(tài)變電所電壓、無功綜合掌握原理

圖7-8運行區(qū)域圖1區(qū)間——進線功率因數(shù)滿足要求，但母線電壓超越上限，掌握器發(fā)出指令調整變壓器分接頭降壓。如分接頭已調到極限而電壓仍高于上限，則強切補償電容器組以調整電壓。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，掌握器發(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，另一方面降低母線電壓。如電壓仍超越上限，則再調整變壓器分接頭降壓。3區(qū)間——母線電壓正常，但進線功率因數(shù)超越上限，掌握器發(fā)出指令逐步切除補償電容器組，以調整進線功率因數(shù)。4區(qū)間——電壓低于下限，但進線功率因數(shù)超越上限。此時假設先切補償電容器調整進線功率因數(shù)，則母線電壓會更低，所以指掌握器指令先調整變壓器分接頭升壓，待電壓滿足運行要求后，再切補償電容器組來調整進線的功率因數(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，則掌握器指令調整變壓器分接頭升壓。假設變壓器分接頭已調至極限位限時，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，掌握器優(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，假設母線電壓仍低于下限，則再調整變壓器分接頭升壓，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)是電壓越上限，而進線功率因數(shù)低于下限值，假設此時，僅投入補償電容器組來提高進線功率因數(shù)，會使母線電壓進一步上升。因此，掌握器指令先調整變壓器的分接頭降壓，然后再投入補償電容器組來提高進線的功率因數(shù)。三、特別運行狀態(tài)綜合掌握原理

1)當電容器組因故障愛護動作切除后，應能自動閉鎖掌握在未排解故障前不能再發(fā)出投入電容器組的指令。2)當電壓太低時(如低于額定電壓的80%)，應自動閉鎖調壓功能。3)在變壓器過負荷時，應自動閉鎖調壓功能。4)為了避開掌握器過于頻繁動作，除在電壓限值的上、下限范圍內設置肯定的調整死區(qū)處，還應在掌握動作一次后，有肯定的延時，在此時間內只監(jiān)視運行狀況，而不發(fā)出新的掌握命令。第七節(jié)中性點不接地系統(tǒng)單相接地自動選線裝置

一、中性點不接地系統(tǒng)單相接地自動選線裝置的特點中性點不接地系統(tǒng)單相接地自動選線裝置，用于在不停電的狀況下查找故障線路。

二、中性點不接地系統(tǒng)基于基波零序電流方向單相接地自動選線裝置的工作原理1〕由于單相接地故障，全系統(tǒng)將消失零序電流。2〕非故障回路〔包括電源變壓器回路〕中的零序電流有效值等于正常狀況下該回路每相對地的電容電流的3倍，其方向由母線指向線路。3〕故障回路上的零序電流為全系統(tǒng)非故障回路對地電容電流之總和，其方向由線路指向母線。4〕變電所低壓母線上出線回路越多，則故障回路上反映的零序電流就越大，也越有利于單相接地自動選線裝置的故障選線推斷。圖7-9中性點不接地系統(tǒng)單相接地時零序電流分布示意圖在線路上k點發(fā)生A相接地故障后

圖7－10中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地時零序電流分布示意圖第八節(jié)電力負荷治理與掌握一、電力負荷治理電力負荷治理從整體上講，應包括負荷特性調查與治理決策、負荷分析與猜測、負荷調整及直接掌握等內容。負荷特性調查與治理決策不同類型的電力消費，有其不同的負荷特性。負荷特性調查的目的在于了解其特有的用電規(guī)律，以便為科學地治理負荷供給決策依據(jù)。負荷分析與猜測爭論各類用電負荷的構成以及隨時間的變化規(guī)律，了解用電負荷的均衡程度，從中分析用電負荷調整的潛力。而正確猜測負荷的增長，是確定電網(wǎng)建設進展規(guī)劃，擬定系統(tǒng)運行方式，確定市場營銷策略的根本依據(jù)。負荷調整及直接掌握負荷調整是用電負荷治理的一項主要內容。在電力系統(tǒng)合理調度、準時調整發(fā)電廠發(fā)電出力的同時，合理調整用戶供電系統(tǒng)的電力負荷，減小系統(tǒng)運行的負荷峰谷差，促使用電負荷曲線趨向平坦。負荷直接掌握是指當電網(wǎng)發(fā)生事故或消失電力供給缺乏時，為保證電網(wǎng)的安全運行和重要負荷的用電，利用技術手段限制某些具有可控性、可替代性的負荷的運行；或在負荷頂峰時段，對某些用電進展削峰或避峰施行的中斷供電措施。二、電力負荷治理系統(tǒng)的構造和功能綜合利用計算機技術、掌握技術和通信技術，對用電負荷實施廣泛的監(jiān)測、掌握和治理的技術手段即為電力負荷治理系統(tǒng)?！惨弧撤稚⑿拓摵芍卫硌b置分散型負荷治理裝置一般安裝在電力用戶的供電線路或需監(jiān)控的大型設備上，按預先整定的時間或分時段定值對用電狀況進展監(jiān)控。1.電力定量器2.電力時控開關〔二〕集中型負荷治理系統(tǒng)集中型負荷治理系統(tǒng)由電力負荷治理中心、數(shù)據(jù)傳輸信道及安裝在被監(jiān)控側的掌握終端構成。其主要功能有：監(jiān)測變電所饋電線路負荷、變電所饋電線路斷路器、饋電線路末端電壓和用戶各種表計；在正常和緊急狀況下，進展過負荷減載，削峰、填谷，調整負荷曲線，改善負荷率，包括降壓減負荷、用戶負荷周期掌握和用戶負荷切除；通過掌握終端，將用戶各種負荷信息傳送給負荷治理中心，使供電部門把握用戶的負荷狀況，進展跟蹤處理。包括設備治理、負荷估計、負荷治理方案爭論和評價等。依據(jù)所承受的信息傳輸方式有：音頻電負荷治理、無線電負荷治理和電力線載波負荷治理。1.無線電力負荷治理無線電負荷治理系統(tǒng)承受特高頻〔我國為230MHz頻段〕無線電信號傳送信息和數(shù)據(jù)，系統(tǒng)的特點是遠方終端數(shù)量多，但每個終端的實時信息量不大，而且對實時性的要求也比變電站自動化系統(tǒng)或電力調度系統(tǒng)要低些。且具有雙向通信、不與強電系統(tǒng)耦合、安裝調試和運行便利等優(yōu)點，因而在工程中獲得廣泛應用。圖7-11電力負荷治理系統(tǒng)治理中心組成示意圖無線電力負荷治理的主要功能有：1〕利用遙測、遙控以及當?shù)毓β识炕螂娏慷空莆盏裙δ軐掗熡脩糌摵蓪崟r監(jiān)控，快速調整電網(wǎng)負荷，保證電網(wǎng)安全。2〕對采集的各類負荷數(shù)據(jù)分析處理，進展負荷猜測和電力市場猜測。3〕對上網(wǎng)電廠的上網(wǎng)電力進展監(jiān)控，保證大電網(wǎng)的安全經濟運行和環(huán)境愛護。4〕對大中型電力用戶的電能計量裝置進展遠方自動抄表，并與變電所、配電變壓器等電能量抄表相結合，進展科學的線損分析和處理。5〕實施催交電費。并準時覺察電能表故障和竊電現(xiàn)象。6〕利用系統(tǒng)的遙測遙控功能，實現(xiàn)電壓