供配电系统二次接线与自动化

第六章供配电系统二次接线与自动化第一节二次接线及其操作电源第二节电气测量回路与绝缘监视第三节高压断路器的控制回路和信号装置第四节配电自动化概论第五节变电所综合自动化系统第六节微机自动控制装置第七节负荷控制与用电管理自动化本章小结一、二次接线概念第一节二次接线及其操作电源供配电系统的二次接线——用来对一次接线的运行进行控制、监测、指示和保护的辅助电路，亦称二次回路。二次回路按其功能分有：操作电源回路、电气测量回路与绝缘监视装置、高压断路器的控制和信号回路、中央信号装置、继电保护回路以及自动化装置等。二次回路按电源性质分直流回路交流回路交流电流回路：由电流互感器供电交流电压回路：由电压互感器供电二次接线图是指用国家标准规定的电气设备图形符号与文字符号绘制的表示二次回路元件相互连接关系及其工作原理的电气简图，包括原理电路图和安装接线图。二、操作电源操作电源是供高压断路器控制回路、继电保护回路、信号回路、监测装置及自动化装置等二次回路所需的工作电源。作用：正常运行时操作电源应能保证断路器的合闸和跳闸；事故状态下，在母线电压降低甚至消失时，操作电源应能保证继电保护系统可靠地工作。性质：直流操作电源、交流操作电源要求：操作电源应充分可靠，容量足够并具有独立性。目前在较重要的中、大型变配电所选用的直流操作电源大多为带阀控式密封铅酸蓄电池的高频开关电源成套装置。（一）直流操作电源高频开关直流电源原理框图1.直流操作电源的构成2.电源电压与容量的选择变配电所的直流操作电源电压一般为220V或110V，可根据变配电所的规模大小及断路器配备的操动机构需要来选择。用户变配电所多采用弹簧储能操动机构，其合闸功及合闸电流都比较小，选用直流110V作为操作电源，与选用直流220V相比，蓄电池组容量几乎相近，而蓄电池数量却减少一半，既减小直流屏的体积，又节省了投资。蓄电池组容量的选择，应考虑交流系统或浮充电系统因故障停电时也能保证操动机构的分、合闸及各开关柜信号、继电保护等可靠工作，从而不影响变配电所的正常运行。10kV及以下变配电所直流操作电源蓄电池组容量一般为20～40Ah为宜。（二）交流操作电源1.交流操作电源的取得断路器台数极少的小型10kV变电所继电保护也较简单，可以选用交流操作电源。交流操作电源可以从所用变压器或电压互感器取得220V电压源，从电流互感器取得电流源。由电压互感器取得交流操作电源的电路图中间变压器和电压转换开关2.交流操作电源的可靠性用电压互感器作交流操作电源，因其电压受到一次系统的影响，只能作为断路器正常跳合闸以及预告信号的工作电源。相反，电流互感器对于短路故障、过负荷都非常有效，可用它为操作电源来实现过电流保护，作用于断路器操动机构上的电流脱扣器“去分流跳闸”。采用不间断电源UPS作为交流操作电源的方案，可提高交流电压源的可靠性，可用于一次接线简单、断路器台数不多的变电所。UPS电源装置应为在线式，电压AC220V，容量一般以不超过3kVA为宜。一、电气测量回路第二节电气测量回路与绝缘监视（一）电气测量的任务与要求任务：监视供电系统的运行状态和计量一次系统消耗的电能，保证供电系统安全、可靠、优质和经济合理地运行。要求：对电气测量仪表，要保证其测量范围和准确度满足变配电设备运行监视和计量的要求，并力求外形美观，便于观测，经济耐用等。（二）电气测量仪表的配置供配电系统变配电装置中的各部分仪表按规定要求配置。（三）电气测量回路示例10kV线路电气测量仪表原理电路图电能表接线380V进线电气测量仪表原理电路图多功能综合数字式智能表测量原理电路图二、交流系统的绝缘监视利用一次系统接地后出现的零序电压给出信号或跳闸。绝缘监视装置电路图一、概述第三节高压断路器的控制回路和信号装置高压断路器的控制回路是指用控制开关或遥控命令操作断路器跳、合闸的回路。信号回路是用来指示一次系统设备运行状态的二次回路。用来显示断路器正常工作的位置状态。用来显示断路器在事故情况下的工作状态。在系统出现不正常状态时或在故障初期发出的报警信号。信号按用途分位置信号：事故信号：预告信号：断路器的控制和信号回路要满足一定的基本要求。二、采用灯光监视就地操作的断路器控制与信号回路LW12型万能转换开关控制开关是开关柜就地控制断路器跳、合闸的操作元件。这种控制开关有六个位置：两个预备操作位置（“预备合闸”和“预备跳闸”）；两个操作位置（“合闸”和“跳闸”）；两个固定位置（“合闸后”和“跳闸后”）。LW12－16D/49.4636.6开关接点图表触点号1－23－45－67－89－1011－1213－1415－1617－1819－20手柄位置跳闸后－×－－－－×－－×预备合闸×－－－×－－－×－合闸－－×－－×－×－－合闸后×－－－×－－×－－预备跳闸－×－－－－×－×－跳闸－－－×－－×－－×TA1TA3TA2QA断路器控制与信号回路分析：1.手动储能合闸采用弹簧操动机构的断路器在首次合闸前需先储足能量。行程开关按钮旋钮指示灯3412TA1TA3TA2QA弹簧储足能量后，就可进行合闸操作。3412TA1TA3TA2QA2.手动跳闸3412TA1TA3TA2QA3412断路器自动跳闸后，而控制开关SA仍处于“合闸后”位置，这种情况称为“不对应”关系。事故跳闸信号回路接通，使中央信号装置发出事故音响信号。事故信号的解除：将SA转至“预备跳闸”→“跳闸”→“跳闸后”位，使其与断路器恢复对应关系。4.电气防跳利用SF的闭锁触点。3412三、采用微机远方监控的断路器控制和信号回路远方就地防误操作联锁触点合位继电器合保继电器跳保继电器跳位继电器四、中央信号装置对中央事故信号装置的要求是：在任一断路器事故跳闸时，能瞬时发出音响信号(电笛)，并在控制屏或配电装置上有表示事故跳闸的具体断路器位置的灯光指示信号。中央信号:事故信号和预告信号有能重复动作和不能重复动作两种,并能手动或自动复归。对中央预告信号装置的要求是：当供电系统发生故障和不正常工作状态但不需立即跳闸的情况时，应及时发出音响信号（电铃），并有显示故障性质和地点的指示信号（光字牌指示）。目前，在无人值班的自动化变配电所中，传统的能重复动作中央事故信号与预告信号装置已被微机监控系统所取代。一、配电自动化的主要内容第四节配电自动化概论通常将变电所综合自动化、馈线自动化、用户管理自动化等三方面的内容称为配电自动化系统（DAS）。配电网SCADA系统地理信息系统GIS需方管理DSM配电自动化DAS进线监视10kV变电所自动化SA馈线自动化FA变压器巡检与无功补偿负荷监控与管理LCM远方抄表与电能计费自动化AMR配网管理工作站配网调度工作站配网GIS/维护工作站网关调度MIS主服务器备服务器WEB服务器网络打印机100M以太网通信前置机通信前置机变电所B变电所A配电子站配电线通信线控制LAN网通信网络柱上真空开关智能环网柜FTUTTUDTU配电自动化系统结构拓扑图主站计算机系统二、配电自动化的主要功能1.配电网的实时监视与控制2.安全性控制3.经济性控制4.质量控制5.负荷控制随时了解配电网内各重要母线电压，各配电线的有功功率的状况；反映系统结构变化后各种配电变压器、断路器及柱上开关的运行状态；重要用户负荷情况及其电力和电量表的信息等。自动识别故障→自动消除故障(或隔离故障)→自动恢复供电由实时潮流计算选择确定配电网的最佳运行方式，使有功功率网损最小。保证供电的电压和频率采用对用户负荷进行远方控制的方式，以抑制高峰负荷和提高负荷率。三、配电自动化的通信（一）配电自动化的通信方式（二）配电自动化的通信规约（人工语言的语法规则及应答关系）有线方式包括：架空明线或电缆、配电线载波、邮电本地网、租用电话线、光纤、有线电视网（CATV）、现场总线和RS-485等；无线方式包括：一点多址微波、传统无线电通信、无线扩频、卫星通信、无线寻呼、数控电台等。选用时综合考虑如下几点：（1）通信的可靠性，（2）通信技术的先进性，（3）可行性和使用维护的方便性，（4）配电通信的实时性，（5）通信系统的可扩充性。一、概述第五节变电所综合自动化系统变电所综合自动化是将变电所的二次设备经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变配电所的主要设备和线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度中心通信等综合性的自动化功能。优点：①功能综合化所有二次回路功能综合为一体。②结构微机化主要插件是全微机化的分布式结构，采用网络总线连接成整体。③操作监视屏幕化面对彩色大屏幕显示器进行全方位监视与操作。④运行管理智能化具有在线自诊断功能和专家系统。二、变电所综合自动化系统的基本功能（一）微机远动功能1．“四遥”功能：遥信、遥测、遥控、遥调2．事件顺序记录（SOE）3．系统对时4．电能采集（PA）5．自恢复和自检测功能6．与SCADA系统通信等变电所综合自动化系统必须具有微机远动装置（RTU）的全部功能，应能集中收集变电站内的所有信息，同时可以接收上级控制调度中心的命令，输出开关控制信号，增减控制设备信号或调节设备的整定值，并返回已完成操作的信息，归纳起来有如下功能：（二）微机继电保护功能微机继电保护是变电所综合自动化系统中的关键环节。（三）自动控制装置功能变电所综合自动化系统必须具有保证安全、可靠供电和提高电能质量的自动控制功能。三、变电所综合自动化系统的结构变电所综合自动化系统的体系结构，可以分为集中式和分布式两大类；从组屏方式上，可分为集中组屏和分散布置两类。根据结构上的不同，分布式系统又分为：功能分布式（集中组屏）：35～110kV配电装置结构分布式（分散布置）：10kV及以下配电装置上级操作监控中心当地监控主机（双机）通信管理机打印机进线保护测控单元馈线保护测控单元变压器保护测控单元联络保护测控单元进线测控单元联络测控单元出线测控单元出线测控单元变压器温度保护测控单元变压器温度保护测控单元直流屏监控单元站控层通信层单元层RS485/422结构分布式示例——10kV变电站综合自动化系统配置方案功能分布式示例：35kV变电站综合自动化系统配置方案注：IED(IntelligentElectronicDevice)，智能电子设备功能分布式示例：110kV变电站综合自动化系统配置方案一、电源自动切换装置第六节微机自动控制装置（一）电源自动投入装置的作用与类型工作电源与备用电源的接线方式可分为两大类：明备用:指在正常时，备用电源不投入工作，只有在工作电源发生故障时才投入工作。暗备用:指在正常时，两电源都投入，互为备用。作用：用于两路及以上电源进线的变配电所中，提高供电可靠性。微机备用电源自动投入装置（自动切换装置automaticswitchingequipment；ASE）。在正常情况下，QA1闭合，QA2断开，负荷由工作电源供电。当工作电源故障时，ASE动作，将QA1断开，切除故障电源，然后将QA2闭合，使备用电源投入工作，恢复供电。正常情况下，QA1,QA2闭合，QA3断开，两个电源分别向两段母线供电。若电源A(B)发生故障，ASE动作，将QF1(QA2)断开，随即将QA3闭合，此时全部负荷均由B(A)电源供电。（二）对备用电源自动投入装置的基本要求应保证在工作电源断开后投入备用电源。工作电源故障或断路器被错误断开时，自动投入装置应延时动作。手动断开工作电源、电压互感器二次回路断线和备用电源无电压的情况下，不应起动自动投入装置。自动投入装置动作后，如备用电源投到故障上，应使保护加速动作并跳闸。应保证自动投入装置只动作一次，以免将备用电源重复投入永久性故障回路中。自动投入装置中，可设置工作电源的电流闭锁回路。（三）微机备用电源自动投入装置的原理微机备用电源自动投入装置的动作逻辑框图二、自动重合闸装置（一）概述运行经验表明，电力系统的故障特别是架空线路上的故障大多是暂时性的，多数能很快地自行消除。因此，采用自动重合闸装置（ARE），迅速恢复供电，从而大大提高供电可靠性。对于架空线路来说，一次重