配电网自动化.doc

编号 学号 编号 学号 09244018 毕毕 业业 论论 文文 设 设 计 计 2009 届本科 届本科 题题 目 目 县级配电网自动化方案研究县级配电网自动化方案研究 学学 院 院 信息与电气工程学院信息与电气工程学院 专专 业 业 农业电气化与自动化农业电气化与自动化 姓姓 名 名 陈陈 兴兴 指导教师 指导教师 纪建伟纪建伟 教授教授 完成日期 完成日期 2009 年年 6 月月 8 日日 县级配电网自动化方案研究 2 毕业论文毕业论文 设计设计 任务书任务书 论文论文 设计设计 题目题目 县级配电网自动化方案研究 下发任下发任 务日期务日期 2009 年 3 月 学生姓名学生姓名陈兴指导教师指导教师纪建伟 教授 一一 论文 设计 主要内容论文 设计 主要内容 通过对县级配电网自动化方案研究分析 进而探究配电网自动化优 化方案 再借鉴国外现有实例的基础上 深入研究我国县级配电网 自动化发展前景 从中得到经验促进县级配电网自动化的推广普及 二二 论文 设计 的基本要求论文 设计 的基本要求 1 了解我国县级配电网自动化现状 2 通过对配电网自动化的研究 探索县级配电网自动化的优化方案 3 深入研究我国县级配电网自动化的前景 4 学会撰写毕业论文 学会翻译外文文献 3 三三 论文 设计 工作进度安排论文 设计 工作进度安排 阶段阶段论文 设计 各阶段名称论文 设计 各阶段名称日期日期 1 1 查阅文献 对所研究课题的目的和意义有初 步了解 3 24 3 31 2 2 学习相关理论知识 确定总体设计方案和方 法 4 1 4 15 3 3 完成外文翻译 文献综述及任务书的撰写 4 16 4 30 4 4 对所研究课题做近一步了解 撰写论文 5 1 5 15 5 5 对所做论文做近一步的调整 5 16 5 31 6 6 准备答辩 6 1 6 18 四四 应收集的资料及主要参考文献 指导教师 应收集的资料及主要参考文献 指导教师 1 朴在林等主编 变电所电气部分 北京 中国水利水电出版社 2002年 2 纪建伟 孙国凯等主编 电力系统分析 北京 中国水利水电出版社 2002年 3 段传宗主编 无人值班变电所及农网综合自动化 北京 中国电力 出版社 1998年 4 王明俊等主编 配电系统自动化及其发展 北京 中国电力出版社 1998 年 5 吴建中 葛少云主编 配电网信息系统的组件化设计与实现 电力系统自动化 25 11 49 51 6 蔡铁锋主编 农村电网建设及自动化 辽宁科学技术出版社 1991 年 7 王明俊 城网建设改造与配电系统自动化 中国电力 1999 Vol 32 No 10 74 78 8 王平洋 配电系统规划中的若干重要问题 电网技术 2001 Vol 25 No 5 1 5 县级配电网自动化方案研究 4 毕业论文 设计 指导记录毕业论文 设计 指导记录 学生姓名陈兴专业农业电气化与自动化 指导教师姓名纪建伟职称教授 本年度指导毕业生 人数 论文 设计 题目县级配电网自动化方案研究 时间地点指导内容 指 导 过 程 5 沈阳农业大学毕业论文 设计 考核表沈阳农业大学毕业论文 设计 考核表 论文题目 县级配电网自动化方案研究论文题目 县级配电网自动化方案研究 姓名 姓名 陈兴陈兴 学号 学号 0924401809244018 专业 农业电气化与自动化专业 农业电气化与自动化 指导教师评语 指导教师评语 指导教师 签字 指导教师 签字 年年 月月 日日 县级配电网自动化方案研究 6 评阅人评审意见 评阅人评审意见 评阅人 签字 评阅人 签字 年年 月月 日日 7 答辩委员会意见 答辩委员会意见 主任委员 签字 主任委员 签字 年年 月月 日日 成绩 县级配电网自动化方案研究 8 目录目录 摘 要 1 ABSTRACT 2 前 言 3 1 配电网概述 4 1 1 配电网的概念 4 1 3 配电网络的结构 4 1 3 1 放射式配电网 4 1 3 2 环式配电网 5 1 3 3 格网式配电网 5 2 配电网自动化的内容及意义 7 2 2 1 配电系统自动化的基本要求 7 2 2 1 1 实时监测与控制 7 2 2 1 2 故障控制 7 2 2 1 3 电能质量控制 8 2 2 1 4 线路损耗控制 8 2 2 1 5 用户负荷的控制 8 2 3 配电网自动化的必要性及其意义 8 2 3 1 实现中低压配电网自动化是提高人们生活质量 发展国民经济的要求 9 2 3 2 实现中低压配电网自动化是电力企业自身发展的需要 9 2 3 3 中低压配电网是我国配电网自动化的薄弱环节 9 3 配电网自动化的现状和发展趋势 10 3 1 我国的配电网自动化 10 3 1 1 我国的配电网发展的基本情况 10 3 1 2 我国配电网采取的自动化方案 10 3 1 3 城市电网的供电方式 11 3 2 国内外研究现状 11 3 3 配电自动化的难点 13 4 配电网自动化的设备 14 4 1 重合器 14 4 1 1 重合器的分类 14 4 1 2 常用的重合器 14 4 2 配电开关 15 4 2 1 自动配电开关由以下部分组成 15 4 2 2 自动配电开关的主要功能 15 4 2 3 自动配电开关的技术比较 15 4 3 分段器 16 5 配电网自动化的实现 18 9 5 1 配电线路自动化 18 5 1 1 开关远方监视控制系统 19 5 2 电流控制系统 20 5 2 1 重合器与熔断器的配合 21 5 2 2 重合器与分段器的配合 22 5 3 电压控制系统 23 5 4 用户自动化 25 5 4 1 负荷集中控制系统 25 5 4 2 用电量自动检测系统 远方抄读表 26 结 论 27 参考文献 28 致 谢 29 县级配电网自动化方案研究 0 摘摘 要要 随着社会的进步 经济的发展以及人民生活水平的提高 各个方面对供电可靠性 的要求越来越高 配电网自动化系统 DAS 就是由此发展起来的技术 它能遥控并监 视高压配电线上的分段开关 以便自动或人工投切线路上的负荷电流 从而自动隔离 故障区段 使得用户能够从线路上重新获得稳定的电能 1 在正常运行情况下 通过监视配电网的运行工况 优化配电网运行方式 最大 限度地利用配电网的潜能 2 提出了确定配电保护自动化优化设计方法 并规范了优化设计模式 结合电网 结构特点和不同负荷的性质 提出了电网配电保护方案 确定原则 明确了开关设备 的选择要点 3 确定了电网配电自动化系统保护配合原则针对液压式和电子式自动化开关设备 的结构特点 分别确立了重合器与重合器 重合器与分段器的保护配合原则 4 在设备选择上 搜集了多种重合器 段路器的设备参数 使在设备选用上有更 大的灵活空间 关键词 关键词 配电网自动化 遥控 自动控制 沈阳农业大学学士学位论文 1 Abstract Progresses by wap and bounds the development along with the economic development and the lives of people level enhances innovation the city distribution network is day by day facing the enhancement power supply reliable urgent need The Distribution Automation System DAS is a system newly developed to provide remote control and supervising sectionalizes on a high voltage distribution line for switching load current of the line either automatically or manually thus providing automatic isolation of a faulty line section that enables the recovery of stable power supply to customers remain on the line 1 In normal operation the distribution network by monitoring the operating conditions and optimize the distribution network operating mode to maximize the use of the potential distribution network 2 To protect the automation of distribution to determine the optimal design methods and norms of the optimal design model combination of grid structure and the nature of different loads the distribution of the grid protection program to determine the principles defined the choice of switchgear elements 3 To determine the grid distribution automation system with the principle of protection for the hydraulic and electronic automation of the structural characteristics of switching devices namely the establishment of a recloser and recloser recloser devices and sub line with the principle of protection 4 In the choice of equipment to collect a wide range of overlap and section parameters on devices so that the device has a greater choice of flexible space 县级配电网自动化方案研究 2 前前 言言 我国配电网自动化系统的发展是电力市场和经济建设的必然结果 长期以来配电 网的建设未得到应有的重视 建设资金短缺 设备技术性能够落后 事故频繁发生 严重影响了人民生活和经济建设的发展 随着电力的发展和电力市场的建立 配电网 薄弱环节显的越来越突出 形成电力需求与电网设施不协调的局面 国家颁布实施的电力法贯彻后 电力作为一种商品进入市场 接受用户的监督和 选择 甚至于对电力供应中的停电影响要追究电力经营者的责任 另一方面 高技术 和新装备对电能质量要求越来越高 配电网供电可靠性已是电力经营者必须考虑的问 题 随着市场观念的转变和电力发展的要求 配电网自动化已经作为供电企业开拓市 场 增加企业效益的任务十分紧迫 应该说电力部门从八十年代就意识到配电网的潜 在危机 并竭力呼吁致力于城市电网的改造工程 并组织全国性的大会对配电网改造 进行了研究 提出了具体的实施计划 以各种渠道筹集资金 采用高技术性能好的设 备进行电网的改造 一个合理完善的配电网结构 好的设备是实现配电网自动化的基础 由于早期的 配电网基本形成 只能在现有的配电网基础上进行改造 难度大 要力争达到高自动 化的目的 做好统筹规划 首先从装备上符合现代城市的要求 技术上先进 运行安 全可靠 操作维护简单 经济合理 节约能源及符合环境保护要求 网络结构 电源 点的布局应该合理 符合实现环网供电的要求 又要避免迂回供电 沈阳农业大学学士学位论文 3 1 配电网概述配电网概述 1 1 配电网的概念配电网的概念 电力系统可划分为输电系统和配电系统 配电系统常称为配电网 它面向用户 从输 电系统接受电能 再分配给各个用户 配电网是电力系统的基础 直接与用户相联系 配电网是从输电网接受电能 再 分配给用户的电力网 配电网是直接将高压电源 6 35Kv 变为工农业生产 城市居 民及商业用电的变电网 它覆盖面广 直接联系到人民的生活和行为 可以简单地认 为 配电网为地区调度管理的电力网 1 2 配电网的特点 与输电系统比较 配电网具有以下特点 1 配电网地域比较集中 2 电压等级低 级数多 单条馈电线传输功率和距离一般不大 3 网络结构多样 复杂 1 3 配电网络的结构配电网络的结构 常见的配电网有四种接线形式 放射式配电网 树干式配电网 开环运行的环状干线 式配电网 贯通的双干线式配电网 一次配电网结构型式基本可分为放射式和网式两大类型 在放射式结构中 电能 只能通过单一路径从电源点送至用电点 在网式结构中 电能可以通过两个及以上路 径从电源点送至用电点 网式结构又可分为多回路式 环式和网络式三种 1 3 1 放射式配电网放射式配电网 在这种配电网中 一路配电线路自配电变电所引出 按负荷的分布情况 呈放射 状延伸出去 散布于整个供电区域 所有用电点的电能只能通过单一路径供给见图 1 放射式配电网的优点是设施简单 运行维护方便 设备费用低 适用低负荷密度地区 和一般的照明 动力负荷供电 只要不超过线路的额定容量并满足电压质量要求 放 射式的配电线路就可以逐步延伸 以适应新增加的用电负荷的需要 放射式配电网的 缺点是供电可靠性低 一旦配电设施有故障就会造成大量用户停电 为了弥补这一缺 点 部分用户可以视其对供电可靠性要求的不同 从临近配电网取得适当容量的备用 电源 在中压和低压的放射式配电网中 通常还装设分段断路器将线路分为适当的区 段 而且在适当的分段处与相邻线路之间装设联络断路器 t 使得放射式配电线路发生 故障时的停电区域缩小 或将部分非故障区段切换到相邻线路 以保证继续供电 这 种形式连接的放射式结构在城市的中 低压配电网中使用较多 县级配电网自动化方案研究 4 图图 1 1 放射式配电网放射式配电网 a a 树枝式放射 树枝式放射 b b 单线式放射 单线式放射 c c 双线式放射 双线式放射 1 3 2 环式配电网环式配电网 在这种配电网中 配电变电所引出的配电线路连接成环形 每个用电点自环上不 同部位接出见图 2 简单的环式配电网是配电线路自同一 或不同 配电变电所的母线引 出 利用联络断路器 或分段断路器 连接成环 每个用电点自环上 T 型或 ll 型支接 当环路上某区段发生故障时 利用分段断路器切换隔离后 其他区段上的负荷可继续 供电 这足环式配电网的特点 将联络断路器经常断开 只有当某区段发生故障或停 电作业时才切换闭台的运行方式称为常开环路方式 而将联络断路器经常闭合的运行 方式称为常闭环路方式 闭环运行增加装置的复杂性 但可改善配电网内电流分 布 减少电压降和功率损耗 环式配电网的主要缺点是 若不配置自动化装置 线路 某一区段发生故障时 此线路将全部停电 要先逐段查出故障点 经隔离后才能恢复 供电 图图 2 2 环式配电网环式配电网 a a b b c c 环式电缆配电网 环式电缆配电网 d d 环式架空配电网 环式架空配电网 1 3 3 格网式配电网格网式配电网 用于大城市的低压电缆配电网 由来自同一电源但不同配电线路的多台变压器的 低压电网实联或通过熔断器并联组成见图 3 低压电缆故障时 除瞬时电压下降外 不 影响供电 中压电缆故障时 电源侧断路器跳闸 配电变压器的低压侧断路器由反馈 的励磁电流使逆功率保护动作跳闸 实现从高 低压两侧隔离故障 格网仍维持供电 沈阳农业大学学士学位论文 5 格网式配电网供电可靠性高 线损小 电压质量好 但是维护复杂 建设费用高 图图 3 3 网格式配电网网格式配电网 县级配电网自动化方案研究 6 2 配电网自动化的内容及意义配电网自动化的内容及意义 2 1 配电网自动化系统的含义 配电网自动化系统 Distribution Automation System DAS 是一个涵盖面很广 用于管 理与运行配电网的综合自动化系统 包含了配电网中的变电站 馈电网络及用户的管 理 监控 优化等功能 2 2 配电网自动化的内容 配电网自动化是把配电系统重复性的工作用自动化装置以最小的人工干预来完成 如对配电开关进行监视 控制 负荷控制 电容器自动投切 自动调整电压等等 一 个配电网自动化系统都应当具备三项基本任务监视 控制和保护 监视指无论在正常或者故障情况下 配电自动化系统都应该具有足够的判断能力 控制是指改变配电网运行状况所具备的能力 保护是指配电自动化系统能够控制和识别故障或不正常运行情况所处的位置 从 而能够把故障设备隔离出去 2 2 1 配电系统自动化的基本要求配电系统自动化的基本要求 从配电系统自动化的实现来看 最基本的功能是应该是数据采集 这是实现其他 功能的基础 2 2 1 1 实时监测与控制实时监测与控制 与调度控制自动化相比 配电系统自动化规模较小 配电网实时监视与控制必须 随时了解配电网内各重要母线电压 各条配电线路的输送功率的状态 重要用户的负 荷情况以及重要负荷电力和电量表计的信息 以便实时检测各配电变压器 断路器及 柱上开关的运行状态 所有这些实时监测的信息需要连续或周期性地被采集和不断地 更新 测控系统对这些信息的数据采集必须可靠 完整和具有一定的精度 以便准确 尤误地实施各种控制 2 2 1 2 故障控制故障控制 故障控制的目的是配电网系统一旦发生故障后 使所造成的设备损坏和停电范围 影响最小 故障控制首先需要正确地识别故障类型和故障地点 当发生永久性故障时 需要将故障隔离在最小范围内 使非故障部分的用户尽快地恢复供电 当发生瞬时性 故障时 依靠继电保护和自动重合闸来消除故障和恢复供电 故障控制主要包括 1 配电线路的自动切换和自动分段 对于环网配电系统 在正常运行时环网中的分段开关可以闭合可以断开 一旦发 生永久性故障时 配电网自动控制系统将根据遥测和遥信信号自动地识别故障类型 将故障段迅速地隔离开 并重新自动地确定配电网运行方式 恢复所有非故障线路的 沈阳农业大学学士学位论文 7 供电 故障控制包括 故障的识别 故障点的定位 故障隔离和配电线路运行方式的 重新确定 2 母线自动分段 对重要用户来说配电变电所低压母线一般按母线分段来配置 如果其中一段母线 发生永久性故障 那么原来由这一母线段供电的配电线必须被切换到另外一条无故障 母线段上来 这系列的倒闸操作过程可以由配电网调度自动化系统来完成 3 重新恢复 当停电时间较长以后 需要重新恢复配电线的供电 为了防止供电短时冲击性负 荷对配电线路的影响 要求在恢复供电运行时逐次按次序恢复用户的供电 2 2 1 3 电能质量控制电能质量控制 电能质量控制的目的是保证配电网供电电压和频率处在规定的允许范围内 电压 和频率电能质量与电力系统的运行控制的关系十分密切 同时与配电网的运行控制也 非常密切 电压控制主要采取控制变压器有载调压分接头的位置和并联无功补偿电容 器的投入容量来保证配电网电压质量 频率控制主要是通过负荷控制和低频减负荷装 置措施 或采用适当降低配电网运行电压来减小自功功率需求的措施 以降低由于有 功功率缺额所引起的功率下降 2 2 1 4 线路损耗控制线路损耗控制 线路损耗控制的目的是有效地节约电力功率在传输过程中的能量损耗 减少运行 费用 可以由配电自动化实时潮流计算选择确定配电网的最佳运行方式 使有功损耗 最小 由于配电网络中的负荷处于经常变动之中 因此这种计算需要花费较多的计算 机运行时间 当所选择的运行方式不能使有功损耗达到最小时 可以根据简单的配电 线负荷分配原则实施次优的运行方式 例如 两台配电变压器并联运行 当供电负荷 较小时可以切除一台变压器 当供电负荷较大时可以合理分配两台变压器所带的负荷 这样可以使有功功率损耗达到最小 在无功功率控制中 可以对并联无功补偿电容器 的投入时间和投人容量以及变压器分接头的位置进行控制 实行无功优化配制以减小 由于无功功率传输带来的运行费用 2 2 1 5 用户负荷的控制用户负荷的控制 用户负荷控制是采用对用户负荷进行远方控制的方式 降低高峰负荷和提高负荷 率 其目的是引导用户在电网低谷时多用电 电网高峰时少用电 用户负荷的控制对 保障电网的安全运行和提高电网运行的经济性有重要的作用 总之 配电网自动控制系统需要有可靠有效的信息传输系统来传递配电网控制中 心与大量远方终端装置之间的数据和控制信息 随着计算机技术 通讯技术 控制理 论及其信息处理技术发展 配电网自动化系统水平一定会有一个较大的提高 县级配电网自动化方案研究 8 2 3 配电网自动化的必要性及其意义配电网自动化的必要性及其意义 配电自动化的主要意义在于 当配电网发生故障时 迅速查出故障区段 快速隔 离故障区段 及时恢复非故障区域客户的供电 因此缩短丁对客户的停电时间 减少 了停电面积 提高了供电可靠性 在正常运行情况下 通过监控配网运行工况 优化 配网运行方式 使配电网的潜力得以最大限度地利用 根据配电网电压合理控制无功 负荷和电压水平 改善供电质量 降低线路损耗 达到经济运行目的 合理控制用电 负荷 从而提高设备利用率 自动秒表计费 保证了抄表计费的及时和准确 提高企 业的经济效益和工作效率 降低劳动强度 达到减人增效的目的 提高管理现代化水 平和服务质量 并可为客户提供用电信息服务等 配电自动化采用新型柱上真空开关 如自动重合器 自动分段器 以真空作为灭弧 介质 免维护时间长 大大提高了供电可靠性 同时线路上按一定原则布设开关设备 将线路分段 通过整定重合器 分段器动作特性 在线路故障时可判断出故障线段 从而缩小故障范围 缩短线路故障查找时间和停电时间 有利于故障的排除 开关设 备与监测装置接口 实现遥测 遥信 遥控功能 有利于提高自动化水平 实现配电 自动化也是适应市场经济的需要 便于与国际接轨 2 3 1 实现中低压配电网自动化是提高人们生活质量 发展国民经济的要求实现中低压配电网自动化是提高人们生活质量 发展国民经济的要求 在现代社会中 供电质量的好坏 不仅反映一个国家或地区人们的生活质量 水 平和投资环境的好坏 更是影响经济发展的重要因素 它决定着工业发展的方向 规 模 实际上 信息时代的到来 要求不间断供电的计算机设备越来越多 给供电提出 了更高的要求 停电或限电会导致减产 而忽然的停电则会危害工厂的重要设备 只 有实现中低压配电网的自动化 才可能最大限度地提高供电质量 满足人们日常生活 工作与生产的需要 2 3 2 实现中低压配电网自动化是电力企业自身发展的需要实现中低压配电网自动化是电力企业自身发展的需要 实现中低压配电网自动化 可提高供电的质量和可靠性 实现中低压配电网自动 化 可减少故障次数 缩小事故范围 缩短事故时间 为恢复供电 快速分析 诊断 报告事故原因提供有效的依据 实现中低压配电网自动化 可以提高整个电力系统的经济效益 减轻维护人员的 劳动强度 减少操作人员 增强电力系统的免维护性 有利于提高设备的安全和健康 水平 延长使用寿命 实现中低压配电网自动化 可以提高整个电网的管理水平 主要包括 为电力系 统计算机管理自动 准确 及时地提供更为详尽 丰富的数据和信地方 任何用户的 计划停电 供电 可以方便 直观地监控全局内各个用户的用电 供电情况 实现总 体控制 2 3 3 中低压配电网是我国配电网自动化的薄弱环节中低压配电网是我国配电网自动化的薄弱环节 配电网自动化建设 在我国尽管起步较晚 但也已经进行了近 20 年的研究和实 践 取得初步成效 但是研究与实践成果大多数都是在高压配电网 35 k V 以上 层 沈阳农业大学学士学位论文 9 次上进行的 而在中低压配电网 配电房这一层次 的自动化问题上 还是一片空白 既没有总体的规划 也没有一个统一的技术原则 不仅如此 目前的纵向监控一般只 限于变电站的出线以前 对于从变电站馈线到终端用户等属于用电管理范畴的监控 除少数大用户的负荷控制外 尚无其它监控手段 县级配电网自动化方案研究 10 3 3 配电网自动化的现状和发展趋势配电网自动化的现状和发展趋势 3 13 1 我国的配电网自动化我国的配电网自动化 3 1 1 我国的配电网发展的基本情况我国的配电网发展的基本情况 配电网自动化可分为 3 个阶段 第一阶段 即初期阶段 在配电线路上装设多组配电开关 依靠本身的功能来消 除瞬时故障和隔离永久性故障 第二阶段 增加了控制和通信设备 对各分支线进行控制和负荷调配 第三阶段 增加各线段与控制中心的通信 实现全网的计算机控制 在我国的配电线路中 仍是油断路器作保护开关占相当大的比例 一条线路长达 几十公里 配电变压器多达上百台 配电变压器采用老式的熔断器作保护 可靠性差 常常是当线路中有一点故障 就导致全线停电 为了将长线路分段 采用柱上多油断 路器作分段保护 但由于柱上油断路器性能差 经常发生爆炸 喷油事故 直接影响 人身的安全 配电网的事故统计表明 大量的事故是由变电站以外的配电线路中的意外情况引 起的 特别是配电变压器 数量多 引起的事故率高 约占事故的 90 所以 提高 配电的供电可靠性关键是在线路上解决如何让事故不影响保护开关的工作状况 目前 对配电网的自动化主要以调度为基础 强调对站内设备进行操纵及遥控 遥信 遥测 而对于开关跳闸的原因 如何清除线路的故障或排除线路故障区域 恢复正常线路的 供电 没有采取切实可行的办法 对线路中出现的瞬时性故障恢复正常仅起到一定的 作用 配电网的供电可靠性还是没有很大的提高 线路运行人员查询线路故障的工作 量并没有得到根本的改善 有些地区采用故障检测装置 效果并不明显 故障没有隔 离 仍然影响配电系统的供电质量 造成事故的扩大或长时间的停电 因此 要提高 供电的可靠性和配电网的自动化程度 除了在调度自动化方面开展相应的工作外 还 应加强配电线路的故障判断功能和排除故障的能力 将故障区域缩小到最小的范围 从而使非故障线路能正常供电 运行人员也可从容地进行故障的处理 减少对故障点 查寻的劳动强度 3 1 2 我国配电网采取的自动化方案我国配电网采取的自动化方案 从目前我国配电网自动化方案来看 大体有两种 1 电流型方案 采用重合器 线路分段器 熔断器进行配合 以达到控制和保 护配电线路的目的 由于使用的重合器和分段器 都是以检测线路电流来进行控制和 保护的 故这中方案称为电流型方案 2 电压型方案 采用重合器和自动配电开关配合来达到控制和保护配电线路的 目的 由于使用的自动配电开关是以检测线路电压为依据来进行保护和控制的 故这 种方案称为电压型方案 沈阳农业大学学士学位论文 11 由于配电网自动化给社会及电力系统带来的经济和社会效益是十分显著的 我国 目前已步入了配电网自动化发展的前期 城市电网实行技术改造 在主设备选型上做 了重大的技术方案 取消油 灭弧 断路器 采用真空断路器 实行环网供电方案 并积极采用负荷开关和熔断器配合 快速对故障进行隔离 农网从 1987 年引进美日等 配电网自动化设备进行试点 以单元分布的结构形式 提高电网自动化水平 采用分 段器 重合器以切除 隔离故障 有效地提高了供电可靠性及自动化程度 3 1 3 城市电网的供电方式城市电网的供电方式 城市户内型的环网供电方案主要提高用户供电可靠性 利用负荷开关快速开断配 电故障 典型的接线方案如图 4 自动配电开关是依靠控制器对电压信号的有无来进行 故障判断的 自动配电开关安装在线路上 有电压延时自动合闸 自动配电开关又具 有分段器功能 控制中心对线路中各点的自动配电开关可进行控制 由于自动控制装 置配电开关后 能自动检测到线路的故障 并执行分闸 减少了保护开关的动作次数 提高了主保护开关的可靠性 图图 4 4 自动配电开关应用示意图自动配电开关应用示意图 a a 为放射型配电网 为放射型配电网 b b 为环型配电网 为环型配电网 3 23 2 国内外研究现状国内外研究现状 在一些工业发达国家里 配电自动化系统受到了广泛的重视 国外的配电自动化 系统已经形成了集变电所自动化 馈线分段开关测拉 电容器组调节控制 用户负荷 控制和远方抄表等系统于一体的配电网管理系统 DM5 其功能已多达 140 余种 日本是配电自动化发展得比较快的国家 到 986 年全国 9 个电力公司的 416lo 条 配 电线路已有 35983 条 既 5 实现了故障唇的按时限自动顺序送电 其中 2788 条 6 7 实现了配电线开关 指柱上开关 的远方监控 包括一般的和计算机监控 今天 配电自动化的发展趋势是 从各种单项自动化林立 号称为 多岛白动化 的配电自动化系统 向开放式 一体化和集成化的综合自动化方向发展 现代配电自动化系统采用分居柴结的策略 大城市的配电自动化系统一般分为四 个层次如图 县级配电网自动化方案研究 12 图 3 第一层为现场设备层 主要为 FTU TTU 远功终端单元 RTU 和电量集抄器等构 成 这些设备统称为配电自动化终端设备 人性上开关处安装馈线终端单元 FTU 完 成对柱上开关的监控 FTU 的工作电源一般来自 FTU 自身携带的免维护蓄电池 开关 的操作电源以及蓄电池的充电电源一股来自柱上开关两侧的电压互感器 FTU 一般采 用高性能单片机作为 CPU 具有带光电隔离的开关量输入和交流采样功能 具有对时 功能和定值远方下装和召唤功能 具有故障检测和上报功能 具有抗恶劣环境 高温 严寒 防宵 防伞 防雨等 功能 在配电变压器处安装监测单元 TTU 除了完成配电变压器进行常规监测外 一般 还具有低压侧无功电压综合控制 分散用户抄表集中器与电能核算功能 在配电开闭所和配电变电站安装远动终端单元 RTU 电量集抄器安装于配电变压 器附近 用于采集分散用户的电量数据为用电科学管理提供依据 第二层为区域集结层 以 110kv 变电站或重要配电开闭所为中心 将配电网划分 成若干区域 在各区域中心设置配电子站又称 区域上作站 用于集结所在区域内大 量分散的配电终端设备 如馈线终端单元 FTU 配变终端单元 TUU 和电量采集器的 信息 第三层为配电自动化子控制中心层 建设在城市的区域供电分局 一般配备基于 交换式以太网的中档配电自动化后台系统 往往还包括配电地理信息系统 需方管理 和客户呼叫服务系统等功能 用于管理供电分局范围内的配电网 第四层为配电自动化总控制中心层 建设在城市的供电局 一般配备基于交换式 以太网的高档配电自动化后台系统和大型数据库 用于管理整个城市范围内的配电网 由于配电网比较密集 一般采用混合通信于段 并且尽量利用主变电站到供电局 以及供电分局到供电局的已有通道 构成城区配电自动化系统的通信网络 对于中小型城市的配电自动化系统 一般只有前三层设备 而不需要第四层 沈阳农业大学学士学位论文 13 随着城乡电网建设与改造的进行 形成了多供电途径的网格状配电网 其运行方 式非常灵活 因此仅凭借值班员的经验调度棚管理配电网越来越困难 迫切需要发展 人工智能协助操作员甚至代替操作员更科学 更及时地作出最佳的调度决策 从而确 保配电网安全运行 降低运行费用和提高经济效益 更好地提高供电可靠性 最大限 度地发掘配电网的潜力 也可以佼配电自动化系统的效益更好地体现出来 并促进该 行业长期稳定持续地发展 因此 配电自动化系统的发展趋势 就是出依靠人们经验 的自动化系统 向更加广泛地采用人工智能的智能配电系统发展 3 3 配电自动化的难点配电自动化的难点 近年来 输电网的自动化程度已有很大的提高 地区电网自动化调度系统已基本 普及 县级电网自动化调度系统 无人值班变电站和变电站综合自动化的建设和改造 也发展很快 但是配电网的自动化程度却仍然很低 配电自动化系统不但比输电网自动化系统对于设备的要求高 而且规模也要大很 多 它的难点主要体现在以下几个方面 1 输电网自动化系统的测控对象一般都是较大型的 110kv 以上变电纳以及少数 35kv 和 10kv 变电站 因此站点少 大型地调也只有 48 64 个站 而配屯白动化系统的 测控对象为进线变电站 10kv 开闭所 小区变电所 配电变压器 分段开天 并补电 容器 用户电能表和重要负荷等 站点非常多 通常要有成百上千甚至上万点之多 因此不仅对于系统组织会带来较大的困难 而且在控制中心的计算机网络上 要处理 这么大量的信息 也必须下更大的功夫 此外 由于配电自动化系统的站端设备极多 团此要求设备的可靠性和可维护性一定要高 否则电力公司会陷入繁琐的维修工作中 但是每台设备的造价却受到限制 否则整个系统造价会过高 影响配电自动化潜在效 益的发挥 2 输电网自动化系统的站端设备一般都可安放在所测控的变电站内 而配电自动 化系统中的却有大量的站端设备必须安放在户外 由于它们的工作环境恶劣 必须考 虑雷击过电压 低温和高温工作 雨淋和潮湿 风沙 振动 电磁干扰等因素的影响 此外 配电自动化系统中的站端设备进行远方控制的频繁程度比输电网自动化系统要 高得多 因此要求配电自动化系统中的站端设备具有更高的可靠性 3 由于配电自动化系统的站瑞设备数量非常多 会大大增加通信系统的建没复杂 性 从目前成熟的通信手段看 没有一种方式能够单独满足要求 因此往往综合采用 多种通信方式 并通常采取多层集结的方式 减少通道数量和充分发挥高速信道的能 力 4 在配电自动化系统中 必须面临许多输电网自动化个不会遇到的问题 其中最 重要的是控制电源和工作电源的提取问题 故障位置判断 隔离故障区段 恢复正常 区域供电等 5 我国目前配电网的现状仍十分落后 首先要对配网的拓扑结构进行改造 使之 适合于自动化的要求 如馈线分段化 配网环网化等 分段开关也需更换成为能进行 电动操作的真空开关 并且应具有必要的互感器 开闭所和配电变电所中的保护装置 应能提供一对信号接点 以作为事故信号 区分事故跳闻和人工正常操作 开关柜的 操作机构应具有防跳跃机构等 但是我国现在的配电网和上述要求尚存在较大的差距 因此为了实现配电自动化 往往必须把对传统配网的改造纳入工程之个 从而进一步 增加了实施的困难 沈阳农业大学学士学位论文 2 4 4 配电网自动化的设备配电网自动化的设备 配电网自动化设备 设备指 利用现代电子技术 通信技术 计算机及网络技术 与电力设备相结合 将配电网在正常及事故情况下的监测 保护 控制 计量和供电 部门的工作管理有机地融合在一起 改进供电质量 与用户建立更密切更负责的关系 以合理的价格满足用户要求的多样性 力求供电经济性最好 企业管理更为有效 随着电网的发展和用电可靠性的要求 城市电网引进技术改造 完善配电网自动 化系统 最显著的特征就是采用了自动化程度高 技术先进的重合器 分段器 自动 配电开关设备 4 14 1 重合器重合器 自动重合器是一种具有保护 检测 控制功能的自动化设备 具有不同时限的安 秒曲线和多次重合闸功能 是一种集断路器 继电保护 操动机构为一体的机电一体 化新型电器 4 1 14 1 1 重合器的分类重合器的分类 1 按灭弧介质分 重合器可以分为油 真空 SF 三类 6 2 按控制方式分 有液压控制和电子控制两大类 4 1 24 1 2 常用的重合器常用的重合器 1 六氟化硫型电子控制重合器 以高压合闸线圈驱动机构 所有传动机构及导电灭弧部件都密封在金属壳体内 壳体内充以 0 3 MPa 六氟化硫气体 灭弧室采用旋弧原理 高压合闸线圈由两对辅助 开关控制 合分闸指令由控制板给出 接通分合闸启动器 启动器工作电压为直流 15 36 V 接点由机构传动部分联锁 运行表明存在下述几方面问题 无气体压力监测装置 内部气体渗漏情况不明 由于漏气导致受潮 内部绝缘下降导致击穿 套管采用环氧树脂与外固体胶二次 浇注 由于瓷套与内导电杆在温度变化下收缩系数不一致 在两介质面出现缝隙 受 潮导致闪络 该型重合器其开关部分及机构全部密封为一体 并充有六氟化硫气体 由于缺乏六氟化硫处理设备 现场无能力进行调试 即使很简单的问题也是束手无策 高压合闸线圈在短时间内多次合闸 高压线圈发热 引起匝间短路 2 油 液压式 重合器 以油作为开关和绝缘的重合器 经几年来运行情况看 基本正常 但由于油作为 灭弧介质 并不能引起电力部门的重视 液压式重合器的重合闸次数 安秒曲线 复位时间等参数由工厂调整好 如果运 行中需要改变参数 必须解体后方可进行 调整不方便 仍然以油作为灭弧介质 增 加了维护工作量 不符合无油化的要求 产品的质量一时达不到稳定程度 鼓油重合 器的技术性能不符合我国高压开关设备的发展向 沈阳农业大学学士学位论文 15 3 真空重合器 目前国内采用的主要是国产化真空重合器 采用低压合闸线圈的分布结构 引进 的真空重合器高压线圈 主回路由真空灭弧室 采用高压线圈驱动合闸机构 合闸线 圈由两对普通接点安装在箱体内随机构接通和分断 接点灭弧性能由变压器油来实现 合闸电流约 15A 左右 该型重合器以机械和电子集合而成 控制部分的动作次数 计 数次数 复位时间 安秒特性由机械部分来实行 电子部分由分离元件的专用电阻来 调整相间故障的启动电流 接地故障的动作电流 表表 2 2 自动重合器分类表自动重合器分类表 电子 灭弧介质 液压 分立元件微机电路 油 YCWOYTRX 真空 KFEVSA 43A 控制箱 VSA 4C 控制器 6 SF PMR ESR LCW 10 4 24 2 配电开关配电开关 自动配电开关又称自动重合分段器 具有自动重合和故障计数功能 自动重合分 段器 自动配电开关 主要是用于线路上作为联络 环网 分段之用 对城市电网比较 适用 它主要与变电站内具有重合功能的断路器配合 断路器重合次数为二次 重合器 重合次数可为三次 4 2 14 2 1 自动配电开关由以下部分组成 自动配电开关由以下部分组成 自动配电开关本体 它具有合分负荷电流和关合短路电流的能力 但不具备短 路电流开断能力 实际为负荷开关 电源变压器 接在配电开关电源侧 以提供开关的合闸能源和线路带电状态信 号 控制器 是自动配电开关的核心 根据电源变压器提供的电压信号执行合闸 闭锁 故障判断任务 4 2 24 2 2 自动配电开关的主要功能 自动配电开关的主要功能 在一条线路上可以串联 并联任意组自动开关 各自动配电开关之间的合闸时间 应严格区别开 作为故障判别依据 它的合分闸操作是随变电站主保护开关的状态而 定 当主保护开关合闸 配电开关的电源端接受到有电压信号 则按预先整定时间配 电开关合闸 当电源 保护开关 因故障或正常停电 则自动配电开关全部分闸 4 2 34 2 3 自动配电开关的技术比较 自动配电开关的技术比较 引进自动配电开关根据我国配电网的实情 有以下明显不足 县级配电网自动化方案研究 16 1 配电网通讯手段一时尚达不到对配电设备实行遥控的功能 受经济条件和技术 装备的限制 在全国推广尚有一定的难度 但可以有计划地分布实施 逐步实现配网 自动化功能的要求 2 完全照搬上述自动配电开关 使设备动作频繁 会给设备带来更多的故障机率 引起非故障线路停电 不应使全部配电开关随主开关而动作 3 延长用户的停电时间 线路故障时 在末端的自动配电开关最末级送电时间长 达几十秒钟 对重要用户是不允许的 应对故障采取自我判别 使故障线路自动分断 对非故障线路应保持在运行状态 4 自动配电开关不能开断短路电流 线路故障时短路电流由变电站的断路器来开 断 增加了主保护开关的负担 我国柱上六氟化硫开关和真空开关都具备开断短路电流的能力 且运行时间长 有一定的经验 完全可以作为自动配电开关主开关 充分发挥各级保护开关的功能 对本级故障段 应由自动开关自身完成开断功能 以减少线路停电机会 4 34 3 分段器分段器 分段器是提高配电网可靠性最有效的设备 技术性能高 无安秒特性 可与一般 断路器 重合器相配合 其中 DFW 型跌落式分段器价格便宜 有带负荷合分线路的能 力 有明显断开点 适用性强 具有可调的启动电流 记忆次数 目前国内也已经研 制了六氟化硫真空型的分段器 技术性能好 但价格偏高 自动分段器按相数分为单相和三相 按灭弧介质分为油 真空和 SF 按控制方 6 式分为液压控制和电子控制 按动作原理分为跌落式分段器 重合分段器和组合分段 器等 分段器电子工作原理框图及原理见下图 22 沈阳农业大学学士学位论文 17 图图 2222 计数器工作原理流程图计数器工作原理流程图 图图 2323 分段器控制电路图分段器控制电路图 当故障是瞬时性故障时 分段器在完成第一次计数后 无第二次计数信号 此时 控制电 l 经 25 s 左右即自动恢复 将第一次计数清除 待下次有故障出现时 从初始 状态进行 该分段器的计数次数 1 2 3 次可根据用户要求进行整定 一般在制造厂 进行 每次计数的记忆时间不小于 15 s 复位时间不小于 25 s 分段器的计数在无电流后瞬时完成 对目前系统用断路器的保护方式以分一 0 5 s 一合分的操作顺序完全可以配合 即在断路器分闸后 75 ms 分段器自动跌落 故障区 段被隔离 断路器在第一次重合后故障已经排除 注 此种情况分段器的计数次数为 1 次 当计数采用 2 次时 现有保护装置对断路器的操作顺序应为分一 O 5 s 一合分一 六一合 这样跌落式分段器在不改变现有断路器的操作顺序保护方式时 有较好的配 合 由于分段器是在无电流条件下自动分断 没有开断故障电流的要求 所以设计结 构简单 无电弧产生 无熔断器的排气声及触头的烧损现象 县级配电网自动化方案研究 18 5 5 配电网自动化的实现配电网自动化的实现 配电网自动化系统的结构框图如图 5 所示 从图中可以看出 配电网自动化也可 看成是把 SCADA 系统扩展到配电网系统 配电网自动化系统已在一些发达国家得到广泛应用 它主要由配电线路自动化和 用户自动化两大部分组成 配电线路自动化包括线路开关的自动监控和配电线路管理 信息的自动搜索 用户自动化包括对用户负荷的集中控制和遥测抄读表 沈阳农业大学学士学位论文 19 图 3 5 15 1 配电线路自动化配电线路自动化 由于配电网负荷分散 供电半径较大 线路较长 因而受外界影响较多 尤其是 架空配电线路 因雷击 鸟兽 大风及树木的影响 造成瞬时故障和永久性故障的机 率较高 配电线路上任意点的故障将反馈到变电所出线开关 致使整条配电线路断电 如何针对配电网的运行特点 有效地消除瞬时故障 有选择地切除永久性故障 保持 无故障线段的正常运行 是人们一直在不断探寻和研究的课题 配电线路自动化是以配电线路作为研究对象 采用先进的设备和技术 以提高供 电可靠性 经济性和自动化程度为目的 配电线路自动化的核心是配电线路开关远方 监视控制系统和配电线路自动化计算机系统 5 1 15 1 1 开关远方监视控制系统开关远方监视控制系统 配电线路自动化计算机系统是通过通信系统和