0供电系统变电所的自动化

2011春《供电技术》2011年2月蒋冰华课程名称：供电技术（PowerSupplyTechnology）课程编号：CN118130B学分：2.5总学时：40适用专业：自动化先修课程：《高等数学》《电路》《电机与拖动》等内容提要：本章介绍•供电系统的基本功能以及变电所综合自动化系统的结构，•备用电源投入装置•自动重合闸装置•中性点不接地系统单相接地自动选线装置，•最后介绍了电力负荷管理和控制。第7章供电系统变电所的自动化第7章供电系统变电所的自动化第一节概述第二节变电所自动化系统的基本功能第三节变电所综合自动化系统的结构第四节备用电源自动投入装置第五节自动重合闸装置第六节变电所的电压、无功综合控制第七节中性点不接地系统单相接地自动选线装置第八节电力负荷管理与控制第一节概述变电所的自动化系统就是将变电所的二次设备（包括：继电保护装置、控制装置、测量装置、信号装置）通过计算机网络和现代通信技术综合集成为一体，实现变电所运行管理自动化的系统。一、变电所的自动化系统的定义由于电力负荷始终是变动的，加上系统故障的不可预见性，电力系统有多种运行状态，要求电力系统的运行监视及调度控制系统能够进行快速、有效的判别和处理，以实现对电力系统运行的基本要求。概述正常状态（满足负荷要求，有一定的安全储备）恢复状态（重新并列）恢复对用户供电警戒状态（防御性控制）系统崩溃（切机，切负荷，断开线路）紧急状态（紧急控制）安全储备系数减小或干扰概率增大由于外界干扰使电压频率潮流越限不安全危险解列系统列解系统保持原状二、变电所的自动化系统的主要功能具有微机保护，数据、信号采集与测量，自动控制，运行监视，打印记录，故障录波与测距，信息储存与分析，自诊断，与调度所通信以及接受、处理和传送来自线路需经变电所传送的信号等功能。1.功能综合化2.设备及操作、监视计算机化3.结构分布、分层化4.通信局域网络化、光缆化5.运行管理智能化三、变电所的自动化系统的分类1）在中、低压变电所中采用自动化系统，取消常规的保护、监视、测量、控制屏，以全面提高变电所的技术水平和运行管理水平，并逐步实行无人值班，达到减员增效的目的。2）对于高压大型枢纽变电所的建设和设计来说，采用自动化系统，解决了各专业在技术上保持相对独立而造成的互相脱节、重复投资，甚至影响运行可靠性的弊端。达到提高自动化水平和运行管理水平的目的。第二节变电所自动化系统的基本功能一、监视控制功能变电所综合自动化系统的监控功能，应包括变电所模拟量、状态量、脉冲量的数据采集，时间顺序记录，故障录波，谐波监测与分析，变电站操作控制，人机联系，变电所内通信以及与上级调度通信的全部功能。一、监视控制功能1.数据采集:对供电系统运行参数的在线实时采集是变电所自动化系统的基本功能之一，运行参数可分为模拟量、状态量脉冲量等。2.数据处理与记录:数据处理的内容为电力部门和用户内部生产调度所要求的数据。(1)变电所运行参数的统计、分析与计算(2)变电所内运行参数和设备的越限报警及记录(3)变电所内的事件记录3.运行监视:运行监视即对采集到的反映变电所运行状况和设备状态的数据进行自动监视。4.故障录波:10kV及以上的重要配电线路距离长、发生故障影响大，当配电线路故障时必须尽快查出故障点，以便缩短维修时间，尽快恢复供电，减少损失。5.事故顺序记录与事故追忆事故顺序记录就是对变电所内的继电保护、自动装置、断路器等在事故时动作的先后顺序自动记录。事故追忆是指对变电所内的一些主要模拟量，如线路、主变压器的电流、有功功率、母线电压等，在事故前后一段时间内作连续测量记录。6.控制及安全操作闭锁：操作人员可通过显示器屏幕对断路器、隔离开关进行分、合闸操作；对变压器分接头进行调节控制；对电容器组进行投、切控制。并且所有的操作控制均能就地和远方控制、就地和远方切换相互闭锁，自动和手动相互闭锁。操作闭锁包括以下内容：操作系统出口具有断路器分、合闸闭锁功能。二、微机继电保护功能微机继电保护是变电所自动化系统中的关键环节。主要包括线路保护、电力变压器保护、母线保护、电容器保护、小电流接地系统自动选线、自动重合闸。由于继电保护的特殊重要性，自动化系统绝不能降低继电保护的可靠性、独立性。(1)故障记录报告(分辨率2ms)，且掉电保持。(2)时钟校时(中断或广播方式或其他方式)。(3)存储多套整定值，并能显示整定值和当地修改整定值。(4)实时显示保护状态(功能投入情况及输入量等)。(5)与监控系统通信，主动上传故障信息、动作信息、动作值及自诊断信息，接受监控系统选择保护类型和修改保护整定值的命令等，与监控系统通信应采用标准规约。二、微机继电保护功能微机继电保护应满足的要求：1.系统的微机继电保护按被保护的电力设备单元(间隔)分别独立设置，直接由相关的电流互感器和电压互感器输入电气量，保护装置的输出，直接作用于相应断路器的跳闸线圈。2.保护装置设有通信接口，供接入站内通信网，在保护动作后向变电所层的微机设备提供报告，但继电保护功能完全不依赖通信网。3.为避免不必要的硬件重复，以提高整个系统的可靠性和降低造价，对35kV及以下的变（配）电所，在不降低保护装置可靠性的前提下，可以配给保护装置其他一些功能。4.除保护装置外，其他一些重要控制设备，例如备用电源自动投入装置、控制电容器投切和变压器分接头有载切换的无功电压控制装置等，也不依赖通信网，设备专用的装置放在相应间隔屏上。三、自动控制装置的功能变电所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。因此，典型的变电所自动化系统都配置了相应的自动控制装置，如备用电源自动投入控制装置、自动重合闸装置、电压、无功综合控制装置、小电流接地选线装置等。三、自动控制装置的功能1.备用电源自投控制：当工作电源因故不能供电时，备用电源自动投入装置应能迅速及时将备用电源自动投入使用或将用电负荷切换到备用电源上去。2.自动重合闸装置：在供电系统的架空线路发生“瞬时性故障”被继电保护迅速断开后，由于故障的瞬时性，故障点的绝缘强度会自动恢复。利用这一特点，采用自动重合闸装置能够自动将断路器重新合闸，恢复供电，提高供电的可靠性。3.电压、无功综合控制：变电所电压、无功综合控制是利用有载调压变压器和母线无功补偿电容器及电抗器进行局部的电压及无功功率补偿的自动调节控制，使负荷侧母线电压偏差在规定范围以内以及用户供电系统的功率因数达到电力部门的要求。4.小电流接地选线装置：在中性点不接地系统中发生单相接地时，接地保护应能正确地选出接地线路及接地相，并予以报警。四、远动及数据通信功能变电所自动化的通信功能包括系统内部的现场级的通信和自动化系统与上级调度的通信两部分。1)自动化系统的现场级通信，主要解决变电所内部自动化各子系统间和各子系统与上位机(监控主机)间的数据和信息交换问题。它们的通信范围是变电站内部。对于集中组屏结构的自动化系统来说，实际上是在变电所主控室内部；对于分散分层结构的自动化系统来说，其通信范围扩大至主控室与现场单元的安装地。四、远动及数据通信功能2)自动化系统必须兼有远动终端（RemoteTerminalUnit,RTU）的全部功能，应该能够将所采集的模拟量和开关量信息，以及事件顺序记录等远传至上级调度中心；同时应该能够接收调度中心下达的各种操作、控制、修改定值等命令。第三节变电所综合自动化系统的结构一、变电所综合自动化系统设计的原则根据变电所在供电系统中的地位和作用，对变电所自动化系统的结构设计应考虑可靠、实用、先进的原则。一、变电所综合自动化系统设计的原则可靠性是变电所自动化系统结构设计的基础，系统本身应有较强的抗干扰能力和自检恢复功能，在系统运行中，继电保护的动作行为仅与保护装置有关，不依赖于监控系统和其他环节，保证自动化系统中某一环节故障只影响局部功能的实现，不影响保护子系统的正常工作。且都应设有手动跳、合闸功能及防跳功能。一、变电所综合自动化系统设计的原则变电所自动化系统的实用性是要求对自动化系统的结构和功能设计从实际应用的对象出发。从而提高变电所自动化系统性能价格比，减少投资。同时系统本身在结构配置上应有可扩充余地、通用性要强、操作使用要方便、便于修改和增删。一、变电所综合自动化系统设计的原则变电所自动化系统的先进性通常是以系统的整体结构、功能水平及其可靠性、实用性等综合指标为衡量依据的。变电所自动化系统的整体结构和功能水平设计，要求安全可靠、运行稳定、经济效益等综合指标好，并为变电所的进一步自动化和人工智能应用提供平台，满足和促进变电所无人值班的实施。同时应符合国家或部颁标准，使系统开放性能好，便于升级。二、变电所综合自动化系统的结构变电所自动化系统的结构可分为集中式、分布分散式和分散集中组屏式三种类型。图7-1集中式变电所自动化系统结构示意图1、集中式变电所自动化系统1）结构简单，投资少。2）功能简单，综合性能差，通常要采用双机并联运行的结构才能提高可靠性。3）程序设计复杂，调试和维护不方便。4）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，不利于推广。集中式变电所自动化系统，一般适合于小型变电所的新建或改造。集中式变电所自动化系统的基本特点是：2、分布集中组屏式变电所自动化系统图7-2分布集中组屏的变电所自动化系统结构示意图这种按功能设计的分散模块化结构具有软件相对简单、调试维护方便、组态灵活、系统整体可靠性高，便于扩充和维护，而且其中一个环节故障，不会影响其他部分的正常运行。适用于主变电所的回路数相对较少，一次设备比较集中，从一次设备到数据采集柜和控制柜等所用的信号电缆不长，易于设计、安装和维护管理的10~35kV供电系统变电所。分布集中组屏式变电所自动化系统的基本特点:3、分布分散式变电所自动化系统图7－3分布分散式变电所自动化系统结构示意图减少了所内的二次设备及信号电缆，避免了电缆传送信息时的电磁干扰，节省了投资，简化了维护，同时最大限度地压缩了二次设备的占地面积。由于装置相互独立，系统中任一部分故障时，只影响局部，因此提高了整个系统的可靠性，也增强了系统的可扩展性和运行的灵活性。分布分散式变电所自动化系统特点:中国电机工程学会城市供电专业委员会起草的《配电系统自动化规划设计导则》中给出了配电系统自动化比较明确的定义。所谓配电系统自动化“是利用现代电子、计算机、通信及网络技术，将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统，实现配电网及其设备正常运行及事故状态下的监测、保护、控制、用电和配电管理的现代化。”配电系统自动化由以下几个方面的内容组成。(1)配电网调度自动化。包括配电网数据采集和监控(SCADA)、配电网监控和数据采集系统，以辅助调度员做好配电网运行工作。(2)配电自动化。它包含变电站自动化和馈线自动化。配电系统自动化变电站自动化①变电站自动化(SubstationAutomation，SA)包括配电站、开闭所自动化。利用现代计算机技术、通信技术将变电站的二次设备(包括信号系统、测量仪表、继电保护、自动装置和远动装置等)经过功能组合和优化设计，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，实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和计算机保护以及与调度通信等综合性的自动化功能,实现变电站的自动化。配电系统自动化馈线自动化②馈线自动化(FeederAutomation，FA)是指配电线路的自动化，包括故障自动隔离和恢复供电系统，馈线数据检测和电压、无功控制系统。在正常情况下，远方适时监视馈线分段开关与联络开关的状态及馈线电流、电压情况，并实现线路开关的远方分合闸操作；在线路故障时，能自动的记录故障信息、自动判别和隔离馈线故障区段以及恢复对故障区段的供电。配电系统自动化(3)配电管理系统(DistributionManagementSystem，DMS)就是把配电网控制中心的各种监视、控制和管理功能，其内容包括配电网数据采集和监控(SCADA)和各种高级应用软件(