chapter8變電站、饋線自動(dòng)化

一、開閉所和配電變電所內(nèi)自動(dòng)化

（變電站綜合自動(dòng)化）配電變電站、10kV開閉所是配電網(wǎng)的重要組成部分，其自動(dòng)化程度高低直接反映了配電自動(dòng)化的水平。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)：電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)與控制綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。將電力系統(tǒng)保護(hù)、控制、監(jiān)視、測(cè)量、故障分析等功能集合在一起。目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)優(yōu)化控制、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、智能決策?！伴_閉所”實(shí)際上就是相當(dāng)于開關(guān)站，兩進(jìn)多出（常用4~6出），只是根據(jù)不同的要求，進(jìn)出可以設(shè)置斷路器、負(fù)荷開關(guān)或不設(shè)。沒有斷路器或負(fù)荷開關(guān)的叫電纜分接箱，電纜直接進(jìn)出，用于小容量和用電可靠性不高的場(chǎng)所?！伴_閉所”一般應(yīng)采用斷路器進(jìn)（兩進(jìn)線設(shè)置BZT）、負(fù)荷開關(guān)出。遠(yuǎn)動(dòng)裝置(RTU)的發(fā)展遠(yuǎn)方終端裝置(RemoteTerminalUnit,RTU)：

SCADA系統(tǒng)在變電站中的終端設(shè)備，它由微處理機(jī)和接口電路組成。早期的RTU為有觸點(diǎn)裝置，功能弱，精度低，可靠性差。70年代起搞單CPU結(jié)構(gòu)的RTU裝置，為集中式結(jié)構(gòu)。隨著調(diào)度自動(dòng)化的發(fā)展，尤其是變電站自動(dòng)化的發(fā)展，多CPU結(jié)構(gòu)的分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置成為發(fā)展趨勢(shì)。多CPU結(jié)構(gòu)：每個(gè)CPU分別完成一定的任務(wù)，提高了速度、可靠性，同時(shí)廣泛采用交流采樣技術(shù)。

那么什么是RTU呢？RTU是RemoteTerminalUnit(遠(yuǎn)程測(cè)控終端)的縮寫，是SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)系統(tǒng)的基本組成單元。一個(gè)RTU可以有幾個(gè)，幾十個(gè)或幾百個(gè)I/O點(diǎn)，可以放置在測(cè)量點(diǎn)附近的現(xiàn)場(chǎng)。RTU應(yīng)該至少具備以下2種功能：數(shù)據(jù)采集及處理、數(shù)據(jù)傳輸(網(wǎng)絡(luò)通信)，當(dāng)然，許多RTU還具備PID控制功能或邏輯控制功能、流量累計(jì)功能等等。

微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的基本功能RTU的基本功能：遙測(cè)（YC）、遙信（YX）、遙調(diào)（YT）、遙控（YK）。RTU的輔助功能：屏幕顯示、參數(shù)整定輸入、打印制表、信息轉(zhuǎn)發(fā)功能、裝置內(nèi)部功能、數(shù)據(jù)保存功能、事件順序記錄功能。1.“四遙”功能1）遙信(YX)：測(cè)量開關(guān)位置、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，調(diào)壓變壓器分接頭位置。一般用無源接點(diǎn)，有變位時(shí)立即上傳。2）遙測(cè)(YC)：對(duì)變壓器的P、Q，線路P、I，母線U，溫度、壓力、流量、f、主變油溫等所有其他模擬信號(hào)的采集，并將采集信號(hào)上傳。3）遙控(YK)：遠(yuǎn)方控制斷路器分、合，電容器、電抗器的投切等。一般也用無源接點(diǎn)，要求動(dòng)作準(zhǔn)確率大于99.99%。4）遙調(diào)(YT)：用于有載變壓器分抽頭的升降調(diào)節(jié)等，也采用無源接點(diǎn)，要求準(zhǔn)確率大于99.99%。2.事件順序記錄(SOE,Sequenceofevents)SOE：自動(dòng)記錄事件狀態(tài)變化的時(shí)間。

－－對(duì)事故時(shí)各種開關(guān)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置的狀態(tài)變化信號(hào)按時(shí)間順序排隊(duì)。作用：事故后分析事故。輸入信號(hào)：取繼電器動(dòng)作出口信號(hào)（不取信號(hào)繼電器接點(diǎn)）、斷路器輔助接點(diǎn)（受分散性、不同步影響)。SOE分辨率事件分辨率要求達(dá)到毫秒級(jí)。SOE站內(nèi)分辨率：RTU內(nèi)(站內(nèi))順序發(fā)生一串事件后，兩事件間能辨認(rèn)的最小時(shí)間，要求<5ms。SOE站間分辨率：各RTU間(站間)順序發(fā)生一串事件后，兩事件間能辨認(rèn)的最小時(shí)間，要求<10ms。SOE分辨率影響因素：站內(nèi)：RTU時(shí)鐘精度；站間：系統(tǒng)時(shí)鐘、通道延時(shí)、CPU處理速度。分辨率高帶來高造價(jià)，配電自動(dòng)化中可放寬要求。

3.系統(tǒng)對(duì)時(shí)保證SOE分辨率，要求各RTU時(shí)鐘與調(diào)度中心同步，采取措施：1）利用GPS，需設(shè)置GPS接收機(jī)、天線及放大器，通過RS-232與RTU相連。2）軟件對(duì)時(shí)，根據(jù)采用的通信規(guī)約對(duì)各測(cè)控點(diǎn)對(duì)時(shí)，優(yōu)點(diǎn)是省投資（不需要增加硬件），但精度受影響。4.電能采集采集變電站進(jìn)線、出線、主變的電度值。過去一般用脈沖電度表脈沖，目前一般通過智能電度表的通信實(shí)現(xiàn)。5.自恢復(fù)和自檢設(shè)置WATCHDOG電路，防止程序跑飛，斷電后能自動(dòng)恢復(fù)。設(shè)置自檢功能，及時(shí)報(bào)告出錯(cuò)信息，防止RTU裝置元件故障。通常裝置每隔1～2S自動(dòng)檢測(cè)一次，主站側(cè)通過遠(yuǎn)方診斷，定位到具體故障插件。6.與SCADA系統(tǒng)通信和當(dāng)?shù)毓δ芨鶕?jù)相應(yīng)的通信規(guī)約（如應(yīng)答Polling、循環(huán)CDT、對(duì)等式DNP等），將RTU采集的信息上報(bào)配電SCADA系統(tǒng)。利用RTU微機(jī)功能，接入顯示CRT或打印機(jī)，可就地顯示與參數(shù)輸入整定，或一發(fā)多收。RTU通信速率應(yīng)可選擇整定。RTU應(yīng)支持多種通信信道轉(zhuǎn)接功能（如光端機(jī)、微波、載波、無線電臺(tái)等）。

微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的分類RTU結(jié)構(gòu)：集中式、分布式（功能分布式與結(jié)構(gòu)分布式）。采樣方式：直流、交流采樣。組屏方式：集中、分散組屏。二、饋線自動(dòng)化目的：對(duì)饋出線路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（SCADA功能），故障時(shí)，及時(shí)準(zhǔn)確地確定故障區(qū)段，迅速隔離故障區(qū)段并恢復(fù)健全區(qū)段供電。主要功能：配網(wǎng)饋線運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、控制、故障診斷、故障隔離、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。實(shí)現(xiàn)：在戶外分段開關(guān)處安裝FTU（饋線終端單元），依靠通信系統(tǒng)，與配電控制中心的SCADA計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連。1基于重合器的饋線自動(dòng)化原理：無需通信，根據(jù)短路時(shí)出現(xiàn)的短路電流，靠多次重合閘找出故障區(qū)段并進(jìn)行隔離，主要用在輻射線路。饋線自動(dòng)化模式：重合器與重合器配合模式、重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合模式、重合器與過流脈沖計(jì)數(shù)型分段器配合模式。重合器(Recloser)分類和功能定義：具有控制和保護(hù)功能的開關(guān)，能按預(yù)定開斷、重合順序自動(dòng)操作，并可自動(dòng)復(fù)位、閉鎖。功能：故障后重合器跳閘，按預(yù)定動(dòng)作順序循環(huán)分、合若干次，重合成功則自動(dòng)終止后續(xù)動(dòng)作；重合失敗則閉鎖在分閘狀，手動(dòng)復(fù)位。動(dòng)作特性：瞬動(dòng)（快速動(dòng)作時(shí)間—電流特性）、延時(shí)動(dòng)作（慢速動(dòng)作時(shí)間—電流特性）兩種。動(dòng)作特性整定：“一快二慢”、“二快二慢”、“一快三慢”。

分段器(Sectionalizer)分類和功能定義：與電源側(cè)前級(jí)開關(guān)配合，失壓或無電流時(shí)自動(dòng)分閘的開關(guān)設(shè)備。功能：永久故障時(shí)，分合預(yù)定次數(shù)后閉鎖在分閘狀，隔離故障區(qū)段；若未完成預(yù)定分合次數(shù)，故障已被其他設(shè)備切除，則保持在合閘狀（經(jīng)一段延時(shí)后恢復(fù)到預(yù)定狀態(tài)，為下次故障作準(zhǔn)備）。要求：一般不能開斷短路故障電流。分類：電壓—時(shí)間型，過流脈沖記數(shù)型。1)電壓－時(shí)間型分段器原理：根據(jù)加壓、失壓時(shí)間長(zhǎng)短控制動(dòng)作，失壓后分閘，加壓時(shí)合閘或閉鎖。用于輻射、樹狀、環(huán)狀網(wǎng)。X、Y時(shí)限參數(shù)：X時(shí)限：分段器電源側(cè)加壓至該分段器合閘的時(shí)延。Y時(shí)限：又稱故障檢測(cè)時(shí)間。分段器合閘后未超過Y時(shí)限的時(shí)間內(nèi)又失壓，則該分段器分閘并被閉鎖在分閘狀，下一次再得電時(shí)不再自動(dòng)重合。

2)過流脈沖計(jì)數(shù)型分段器與線路前級(jí)開關(guān)（重合器或斷路器）配合使用。原理：記憶前級(jí)開關(guān)開斷故障電流動(dòng)作次數(shù)，達(dá)到預(yù)定記憶次數(shù)時(shí)，在前級(jí)開關(guān)跳閘的無電流間隙內(nèi)，分段器分閘，隔離故障區(qū)段。前級(jí)開關(guān)開斷故障電流動(dòng)作次數(shù)未達(dá)到預(yù)定記憶次數(shù)時(shí)，經(jīng)一定延時(shí)后分段器復(fù)位清零。重合器與分段器配合實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段隔離1)輻射狀網(wǎng)2）環(huán)網(wǎng)1）輻射狀網(wǎng)故障區(qū)段隔離過程A重合器：一快一慢，第一次重合=15S，第二次重合=5S；B、D分段器：X=7S，Y=5S；C、E分段器：X=14S，Y=5S2）環(huán)狀網(wǎng)開環(huán)運(yùn)行時(shí)的故障區(qū)段隔離A重合器：一快一慢，第一次重合=15S，第二次重合=5S；B、C、D分段器：X=7S，Y=5S；E分段器：X=45S，Y=5S2基于FTU的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)系統(tǒng)特點(diǎn)配網(wǎng)實(shí)時(shí)信息通過就地FTU采集，傳送到區(qū)域集控或變電站集中，上報(bào)配電調(diào)度中心。配電調(diào)度中心控制命令通過區(qū)域集控或變電站轉(zhuǎn)發(fā)給FTU執(zhí)行。FTU采集柱上開關(guān)運(yùn)行情況，將信息上傳到配網(wǎng)控制中心，或接受控制中心命令進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。故障時(shí)，F(xiàn)TU將記錄的故障電流、時(shí)間等上報(bào)，供分析使用。區(qū)域工作站：通道集中器和轉(zhuǎn)發(fā)裝置，并將各單元通信規(guī)約轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約。FTU的性能要求(1)遙信功能：開關(guān)位置、貯能完成情況、通信完好性；遙測(cè)功能：U、I、P、Q等；遙控功能：遠(yuǎn)方對(duì)柱上開關(guān)分合、貯能等；統(tǒng)計(jì)功能：開關(guān)動(dòng)作次數(shù)、動(dòng)作時(shí)間、累計(jì)切斷電流水平；SOE和對(duì)時(shí)功能：保證SOE的準(zhǔn)確性，與系統(tǒng)時(shí)鐘一致；事故記錄：記錄事故發(fā)生時(shí)的最大故障電流和事故前（1min）負(fù)荷，便于確定故障區(qū)段；定值遠(yuǎn)方修改和召喚定值：適應(yīng)配網(wǎng)運(yùn)行方式變化；自檢和自恢復(fù)功能：設(shè)備故障時(shí)報(bào)警、干擾時(shí)自復(fù)位；FTU的性能要求(2)遠(yuǎn)方控制閉鎖和手動(dòng)操作功能：檢修線路或操作開關(guān)時(shí)確保操作安全性；遠(yuǎn)程通信功能：RS-232，RS-485，通信規(guī)約問題；抗惡劣環(huán)境：雷電、環(huán)境溫度、防雨、防濕、風(fēng)沙、振動(dòng)、電磁干擾；維修方便：保證不停電檢修；電源可靠：保證故障或停電時(shí)FTU有工作電源；可選功能：電度采集（核算電費(fèi)、估計(jì)線損，防竊電）；微機(jī)保護(hù)（實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)保護(hù)）；故障錄波（故障分析用）。FTU的組成和結(jié)構(gòu)一種典型的FTU系統(tǒng)框圖兩種饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的比較基于重合器、FTU的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)國外大量使用?；谥睾掀鏖_關(guān)設(shè)備配合的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)基于FTU和通信網(wǎng)絡(luò)的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。2)建設(shè)費(fèi)用低。3)不需建通信網(wǎng)絡(luò)。4)無電源提取問題。1)故障時(shí)隔離故障區(qū)域，正常時(shí)監(jiān)控配網(wǎng)運(yùn)行，可優(yōu)化運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。2)適應(yīng)靈活的運(yùn)行方式。3)恢復(fù)健全區(qū)域供電時(shí)，可采取安全和最佳措施。4)可與MIS、GIS等聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)全局信息化。兩種饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的比較主要缺點(diǎn)1)僅故障時(shí)起作用，正常運(yùn)行時(shí)無監(jiān)控作用，不能優(yōu)化運(yùn)行方式。2)調(diào)整運(yùn)行