第五章 变电站和配电网自动化

1第五章变电站和配电网自动化一次设备：母线、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器等二次设备：监视测量仪表、继电保护、远动装置、自动装置、控制及信号器具等5-1变电站自动化一、变电站二次回路微机变电站自动装置投入以前的二次回路称为常规二次回路（系统）。21、开关正常闭合和断开操作；2、同期并列操作；3、母线电压分析计算（据此实行并联电容器的投切和变压器分接头调节）；4、备用电源自动投入操作；5、低频自动减负荷操作；6、执行上一级调度中心的操作命令。变电站所需的控制功能31、控制系统主要完成分合闸操作，分有人值守、无人值守两种（一）变电站常规二次回路的主要组成部分6、继电保护装置5、电源系统蓄电池交流电源复式整流电容储能4、同期系统3、测量系统常测表计选测表计（多数）2、信号系统事故信号预报信号分析信号利用中央信号装置实现41）按功能分别设置测量、控制、保护三大功能彼此独立，相关性甚少，互不兼容。2）设备和元器件类别复杂原因在于二次回路设计、设备选择分别进行。3）没有自检功能要定期测试校验，不能保证工作的可靠性。4）安装调试、维护工作量大连接电缆和接线端子多。（二）变电站常规二次系统的特点5※三者依然是分立运行、独立工作，分属不同专业技术部门二、变电站自动化主要包括：1）设置微机监控；2）微机远动终端装置（RTU）；3）微机继电保护装置。变电站自动化是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用，其特征是采用微机进行监控和完成部分管理任务。6鉴于监控、远动、继电保护功能所采集的数据量和控制对象基本相同，考虑三大功能由同一装置实现，这一技术起步于20世纪80年代。三、变电站综合自动化新生事物、发展完善中，其内容、结构和工作模式呈多样化电气量的采集和电气设备(如断路器等)的状态监视、控制和调节。实现变电站正常运行的监视和操作，以保证变电站的正常运行和安全。发生事故时，由继电保护和故障录波等完成瞬态电气量的采集、监视和控制，并迅速切除故障和完成事故后的恢复正常操作。从长远的观点看，还应包括高压电器设备本身的监视信息(如断路器、变压器和避雷器等的绝缘和状态监视等)。除了需要将变电站所采集的信息传送给调度中心外，还要送给运行方式管理部门和检修中心，以便为电气设备的监视和制定检修计划提供原始数据。变电站综合自动化的内容7一、BZZX构成（多微机分布式变电站综合自动化）主单元保护单元控制单元开关闭锁单元开关闭锁单元控制单元保护单元一次系统设备5-2变电站综合自动化上级调度中心打印机打印制表彩显及专用键盘人机对话绘图机故障录波输出磁盘驱动器数据存储继电保护就地控制信号采集84、系统配置灵活采用CPU分散式结构，内部模块采用总线连接；软硬件结构实行模块化和分散处理方式;方便配置大、中、小变电站的综合自动化系统。二、BZZX系统构成必须考虑的问题1、抗电磁干扰采用串行通信或光纤通讯；2、高可靠性采用专用芯片，高档32位PC；3、每个间隔单元要集中在一起做在一块屏上，减少二次接线和控制电缆数量；9MPS4000系列变电站综合自动化系统是在BZZX300型变电站综合自动化系统的基础上，总结了几十套系统运行的经验，广泛听取了电力系统用户的意见，将目前最先进的器件和最成熟的技术结合在一起，发展起来的面向二十一世纪的变电站配套系统，亦可成为老电站改造的理想首选设备。三、BZZX完成的功能远动、保护、开关操作、测量、事故顺序记录、运行参数的自动记录、故障录波，具有很高的可靠性，达到无人值守的要求。四、MPS4000系列变电站综合自动化系统适用于10KV-110KV等各种接线方式的变电站二次系统，作为全部的保护、控制、测量信号和远动设备，保证变电站的安全运行，并按运行要求对变电站全部运行参数进行检测、显示、打印和报警，并与上级通讯实现了遥控、遥测、遥信和遥调。10五、变电站综合自动化的总体结构（一）——类型集中式结构的综合自动化系统框图集中式结构，这种系统每台计算机的功能较集中，如果一台计算机出故障，影响面大，因此必须采用双机并联运行的结构才能提高可靠性；由于采用集中式结构，软件复杂，修改工作量大，调试麻烦，组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件都必须另行设计，工作量大。11分层分布式系统集中组屏结构的综合自动化系统框图(一)分布式系统集中组屏的结构是把整套综合自动化系统按其不同的功能组装成多个屏(或称柜)。这些屏都集中安装在主控室中，这种形式被称为“分布集中式结构”，分布集中式结构的主要缺点是安装时需要的控制电缆相对较多，增加了电缆投资。12分层分布式系统集中组屏结构的综合自动化系统框图(二)13分散与集中相结合的变电站综合自动化系统框图分散与集中相结合的系统结构，配电线路各单元采用分散式结构，高压线路保护和变压器保护采用集中组屏结构，它们通过现场总线与保护管理机交换信息，节约控制电缆，简化了变电站二次设备之间的互连线，缩小了控制室的面积；抗干扰能力强，工作可靠性高，而且组态灵活，检修方便，还能减少施工和设备安装工程量。14采用分散式结构，引入局域网（LAN）技术，将站内所有智能化装置连接一起。网上节点分成主站和子站。设计原则：凡是可由子站完成的功能，尽量就地处理，不要依赖于通信网络和主站（如继电保护功能）。五、变电站综合自动化的总体结构（一）——发展趋势全分散式的结构是今后的发展方向。一方面是分散式的自动化系统具有总投资低的突出优点；另一方面，随着电-光传感器和光纤通信技术的发展，为分散式的综合自动化系统的研制和应用提供了有力的技术支持。15多功能的保护装置要兼有故障录波功能（二）局域网（LAN）1、拓扑结构环网、总线形网，peertopeer（倾向）2、通讯规约1）载波侦听多路访问及冲撞检测方法（CSMA/CD）是一种竞争性规约，效率高。2）令牌（通行证总线）(TokenBus)3、通讯媒介一般采用电缆作为媒介，倾向使用光纤。（三）子站的设计原则16（四）保护装置的“下放”问题公认做法：多功能微机保护装置安装在配电开关柜上。更高电压设备的保护装置，各国做法不同：西欧：常规保护常放在就地保护小间内；美国：保护装置放在控制楼，条件好；日本：用防雨密闭罩放在室外开关设备近旁。（五）变电站综合自动化的优点利用先进的计算机和通信技术，改变了传统的二次设备模式，实现信息共享，简化了系统，减少了连接电缆，减少占地面积，降低造价，改变了变电站的面貌。随着电网复杂程度的增加，便于为各级调度中心提供各变电站更多的信息，以便及时掌握电网及变电站的运行情况。提高变电站的可控性，易于实现远方集中控制、操作和反事故措施等。提高了自动化水平，采用无人值班管理模式，减轻了值班员的操作量，提高劳动生产率，减少人为误操作的可能，也减少了维修工作量。全面提高运行的可靠性和经济性。17变电站综合自动化的目标是提高变电站全面的技术水平和管理水平，提高安全、可靠、稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，提高供电质量，促进配电系统自动化。18变电站综合自动化的现状与发展趋势变电站综合自动化是在计算机技术和网络通信技术的基础上发展起来的。国外在20世纪80年代已有分散式变电站综合自动化系统问世，以西门子(SIEMENS)公司为例，该公司第一套全分散式变电站综合自动化系统LSA678，早在1985年就在德国汉诺威投入运行，至1993年初，已有300多套系统在德国及欧洲的各种电压等级的变电站运行。我国的变电站综合自动化工作起步较晚，大概从20世纪90年代开始，初始阶段主要研制和生产集中式的变电站综合自动化系统，例DISA-1、BJ-1、IES-60、XWJK-1000A和FD-97等各种型号的系统。90年代中期开始研制分散式变电站综合自动化系统，如DISA-2、DISA-3、BJ-F3、CSC-2000、DCAP3200、FDK等，与国外先进水平相比，大约有10年的差距。19在变电站综合自动化系统的具体实施过程中，由于受现有专业分工和管理体制的影响而有不同的实施方法：一种主张站内监控以远动(RTU)为数据采集和控制的基础，相应的设备也是以电网调度自动化为基础，“保护”则相对独立；另一种则主张站内监控以保护(微机保护)为数据采集和控制的基础，将保护与控制、测量结合在一起，国内已有这一类产品，如CSC-2000等。后者正在成为一种发展趋势和共识，因此设计、制造、运行和管理等部门要打破专业界限，逐步实现一体化。这一点对110kV及以下的变电站尤为必要。20从信息流的角度看，保护(包括故障录波等)和控制、测量的信息源都是来自现场电流互感器TA、电压互感器TV的二次侧输出，只是其要求各不同而已。保护主要采集一次设备的故障异常状态信息，要求TA、TV测量范围较宽，通常按10倍额定值考虑，但测量精度要求较低，误差在3%以上。而控制和测量主要采集运行状态信息，要求TA、TV测量范围较窄，通常在测量额定值附近波动，对测量精度有一定的要求，测量误差要求在1%以内。总控单元(CPU)直接接收来自上位机(当地)或远方的控制输出命令，经必要的校核后，可直接动作至保护操作回路，省去了遥控输出和遥控执行等环节，简化了设备，提高了可靠性。21从无人值班角度看，不仅要求简化一次主接线和主设备，同时也要求简化二次回路和设备，因此保护和控制、测量的一体化有利于简化设备和减少日常维护工作量，对110kV及以下，尤其是10kV配电站，除了电量计费和功率总加等有测量精度要求而必须接测量TA、TV外，其他测量仅作监视运行工况之用，完全可与保护TA、TV合用。此外，在局域网(LAN)上各种信息可以共享，控制和测量等均不必配置各自的数据采集硬件。常规的控制屏和信息屏、模拟屏等亦可取消。22变电站综合自动化系统和无人值班运行模式的实施，在很大程度上取决于设备的可靠性。这里指的设备不仅是自动化设备，更重要的是电气主设备。根据变电站综合自动化系统的特点，主管部门应制定出有关设备制造和接口的规范标准。自动化设备制造厂商应与电气主设备制造厂商加强合作，以方便设计和运行部门选型。23对数量较多的10kV配电站，由于接线简单，对保护相对要求较低，为简化设备，节省投资，建议由RTU来完成线路保护及双母线切换(备自投)等保护功能。为此需在RTU软件中增加保护运行判断功能，如备用电源自投功能，可通过对相应母线段失压和相关开关状态信号的逻辑判断来实现。24今后变电站综合自动化的运行模式将从无人值班、有人值守逐步向无人值守过渡。因此遥视警戒技术(防火、防盗、防渍、防水汽泄漏及远方监视等)将应运而生，并得到迅速发展。随着计算机和网络通信技术的发展，站内RTU/LTU或保护监控单元将直接上网，通过网络与后台机(上位机)及工作站通信。取消传统的前置处理机环节，从而彻底消除通信“瓶颈”现象。25设备构成：配电变电站、柱上变压器、配电线路、断路器、开关、保护装置、无功补偿装置等高压配电网：（35KV-110KV）配电网按电压等级分类中压配电网：（10KV）低压配电网：（380/220V）放射式配电网按接线形式分类树干式环式5-3配电网的构成及任务一、配电网的分类输电网：220KV及以上配电网：110KV及以上26110kV~150kV国外常称次输电线路我国将110kV及以下电力线路统称为配电线路35kV~110kV高压配电线路10kV中压配电线路，一次配电线路380/220V低压配电线路，二次配电线路二、配电变电站按电压等级划分：高压变电站：35kV~110kV中压变电站：3kV~10kV低压变电站：380V/220V110kV/0.4kV三、配电线路具备变电和配电两种功能称配电所。仅有配电功能称开关站也称配电站。2728保证重要用户供电；随时掌握，调整配电网的工作状态；保证供电电压的质量；提高配电网运行的经济性，降低损耗；对故障及时处理，使其影响面最小。四、配电网的特点1、点多，面广，分散；2、配电线路、开关电器、变压器结合在一起。五、配