电气工程基础第8章配电网自动化

2、2，2，2020/5/26，第8章配电网自动化，8.1配电网自动化概述8.2配电网自动化通信8.3配电网馈线自动化8.4配电和电力管理自动化，3，2020/5/26，8.1配电网自动化概述，一是配电网自动化发生，我国电网现状：几年前扩大了发电厂和输电网建设，实现了输电网自动化，实现了当前主要我国配电网现状：配电网结构不合理，供电可靠性差，设备落后，自动化水平低。 国家电力公司从1998年开始对全国城乡电网进行大规模建设和改造，总体上提高供电可靠性，提高供电质量，确保我国城市供电可靠性达到99.99%，电压合格率达到98%以上。 要达到上述指标，必须实施配电系统自动化。 四、四、 2020/5/26、2、配电网自动化定义、配电网自动化利用计算机技术、现代电子技术和通信技术，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相结合，构成完整的自动化系统， 实现配电网及其设备的正常运行和事故状态监视、保护、控制和电力和配电管理的自动化，使配电网始终处于安全、可靠、优质、经济、高效的最佳运行状态。 五，五，五， 2020/5/26、3、配电网自动化内容、配电自动化系统(DAS )是配电管理系统(DMS )中最主要的内容，是配电企业能够远程实时监视、协调、操作配电设备的自动化系统，包括：6、2020/5/26、 1 .配电SCADA系统(配电网数据采集和监控系统)；SCADA包括配电网入线监控、变电站自动化、馈线自动化和配电变压器循环检测和无功补偿4个部分：配电网入线监控：配电网入线变电站开关位置、保护动作信号、母线电压、线路电流、有效和无功功率和电量监控。 此外，配电SCADA系统收集从各配电设备中安装的终端单元报告的实时数据，使协调员能够在控制中心远程操作现场设备，一般包括数据库管理、数据收集、数据处理、远程监视、报警处理、历史数据管理和报告编制等功能。 7、7、7,2020/5/26、馈线自动化(FA ) :在正常情况下，远程实时监视馈线分割开关和联络开关的状态和馈线电流、电压状况，在实现线路开关远程接通和开闭操作的故障时取得故障记录，自动判别并隔离馈线故障区间，恢复对非故障区域的供电。 封闭和配电变电站自动化(SA ) :配电网对10kV开闭站和住宅区变化的开闭位置、保护动作信号、小电流接地选线状况、母线电压、线路电流、有效和无功功率和电量远程监测、开闭远程控制、变压器远程负载调压等。 变压器巡检和无功补偿：变压器巡检是远程监测配电网变压器、箱变参数，无功补偿是指自动切断补偿电容器或远程切断等。 8、8、8,2020/5/26、2 .地理信息系统(GIS )、配电自动化中的GIS主要包括设备管理、用户信息系统、SCADA功能和故障信息显示等。 设备管理(FM ) :将变电站、馈线、变压器、开关、电线杆等设备的技术数据反映到地理背景图中，便于设备及其静态信息查询。 地理信息系统将配电网设备的地理位置与部分属性数据库(用户信息、用户报告的实时数据等)相结合，运用和管理人员更直观地进行配电网的动态分析和运行管理。 另外，9，9，2020/5/26，用户信息系统(cis):GIS用于处理大量用户信息，如用户名、地址、账号、电话、功耗和负载、功率优先级、停电记录等，迅速确定故障的影响范围，功耗和负载的统计信息也是网络潮流分析的依据。SCADA功能和故障信息显示： GIS通过调用CIS和SCADA功能，快速确定故障场所和影响范围，选择合理的操作步骤和路径，自动显示故障处理过程的进展信息。 3、用户管理(DSM )、用户管理是指电力供需双方管理电力市场，提高电力供应可靠性，减少能源消耗和供需双方的费用支出。 10、2020/5/26、负荷监测与管理(LCM ) :综合分析用户情况，确定最佳运行与负荷控制计划，继续监测、控制与管理集中负荷和部分厂房电负荷，以合理的电价结构引导用户转移负荷，平衡负荷曲线，降低运行成本，实现负荷均衡。 远距离复印和计费自动化(AMR ) :通过各种通信手段读取远距离用户的电表数据，并将其传递给控制中心，自动制作电费表和曲线等。 包括负载监控和管理、远程拷贝和计费自动化两个方面。 11、2020/5/26、4、实施配电网自动化的目的和意义，配电网发生故障或异常运行时，快速检测故障区域和异常情况，快速隔离故障区域，立即恢复非故障区域用户供电，缩短用户停电时间，减少停电面积。 在正常运行状况下，通过监测配电网运行状况，根据优化配电网运行方式的配电网电压合理控制无功功率和电压水平，改善供电质量，合理控制达到经济运行目的的功耗，提高设备利用率的自动复制计费， 及时保证复印收费的准确性，管理实现企业经济效益、工作效率、劳动强度、减少人员增效目的的现代化水平和服务质量，为用户提供自动化的电气信息服务等。12、2020/5/26、8.2配电网自动化通信、一方面配电自动化通信系统的分层、配电自动化通信系统一般分为用户级通信、主级通信和现场设备级通信三层。 用户级通信：指配电控制中心和配电电子站各计算机之间的相互通信，一般通过局域网连接，本文不予讨论。 主站级通信：配电自动化主站与从站之间的通信、从站与现场监视单元之间的通信。 现场设备级通信：包括各种远程监视单元相互间的通信、馈线远端FTU相互间的通信、配电变压器远端TTU相互间的通信、FTU与TTU之间的通信。 13、2020/5/26、二、对配电自动化通信系统的要求、对配电自动化通信系统的要求取决于配电网规模和要求实现的具体希望水平。 选择配电自动化系统的通信方式，应综合考虑以下几点：通信可靠性； 双向通信要求通信速度的要求通信不受停电影响的通信系统的建设费用使用和维护的便利性可扩展性。14、2020/5/26、3、配电自动化通信方式、1 .主级通信方式、有线通信：虚拟明线或电缆、配线载波、邮政本地网络、租借电话线路的光纤、有线电视网络(CATV )、专用线路等。 配电线载波通信(DLC):610kv配电线的载波通信，其载波频率为540kHz。 用于配电载波通信的主要设备是设置在主变电站的多载波机(称为主机)、设置在线路各测量对象的配电线载波机(称为从机)和高频通路。 高频信道主要由10kV配电线路、高频电阻器(简称电阻器)、耦合电容器和耦合滤波器构成。 15、2020/5/26， 高频阻断器的作用：防止高频信号向不需要的方向传播的耦合电容器的作用：将载波设备与馈线上的高电压、操作过电压、雷电过电压等分离，在防止高电压进入通信设备的同时，使高频载波信号顺利耦合到馈线的耦合滤波器的作用：与耦合电容器协作如图8-1所示，耦合滤波器由接地闸门QS、避雷器f、排流线圈L1、同步网络C1、L2和匹配变压器t构成。 图8-1耦合滤波器的结构、16、2020/5/26、光纤通信：将光波作为信息载波、将光纤作为传输介质的新的通信方式。 优点：传输带宽、通信容量大、传输速度高、传输损耗小、差错率低、可靠性高、不受电磁干扰、网络灵活性方便。 优点：配电承载机的传输速率达到150300bit/s，可满足双向通信的要求，广泛应用于配电网监控、远程复制和负载控制等领域。 如图8-2所示，光纤通信系统由电气终端机、光学终端机、中继器、光缆构成。图8-2光纤通信系统的构成，分为17、2020/5/26、电话线路通信：专用电话专用线路和公用电话拨号两种方式。 电话专用线路租赁方式：传输速度高，但租金高，成本高，通信速度高的场所，例如适用于电子站和主机之间通信的公用电话网拨号方式：费用低，但拨号电话的连接时间长，有时无法连接，因此不要求通信速度的场所，例如远程复制等电话线通信的缺点：电力部门完全掌握电话线通信的维护，不能确保可靠的运行，而且有很多电话线不能复盖的区域。 无线通信包括调幅(AM )广播、调频(FM )广播、无线寻呼网、高频通信(HF )、无线扩频通信、微波通信、卫星通信、数字控制站等。 高频通信：扩频通信的频率范围为150800MHz。 特点：通信速度不高，传输距离短，衍射能力强，适用于中小城市和大城市近郊和广大农村地区配电自动化设备之间的通信。 扩频通信：扩频通信的频率范围为9001000MHz。 特点：传输速率高，辐射功率小，抗干扰能力强，但要求通信两端无障碍，应用于大厦林立的城市配电网效果差。 通信点少、通信速率高时，例如用于从站与配电控制中心之间的通信。 微波通信(也称为视距通信):微波通信是采用1GHz或更高频率并且增加特定设备配置的通信方法。 特点：传输容量大，传输距离长，稳定性能好，配置灵活。 微波通信正如光波一样以线性方式传播，因此也称为视距通信。19，2020/5/26，卫星通信：卫星通信是以同步轨道上的通信卫星作为中继器用于传输或发射无线电信号，并且在基站之间进行通信。 优点：不受地形和距离限制，通信容量大，不受大气扰动影响，通信可靠。 2、现场设备级通信方式、现场总线：连接智能现场设备与控制系统和控制室之间的数字、双向、串行、多点通信系统。 那个传输媒体主要采用双绞线。 优点：可靠、稳定、抗干扰、通信速度高、成本低、维护成本低。 另外，在配电自动化系统中，LonWorks总线和CAN总线是常用的两种现场总线通信方式。20、2020/5/26、LonWorks总线： LonWorks技术由美国Echelon开发，是摩托罗拉和东芝公司共同提出的现场总线技术。 它采用ISO/OSI开放式系统互连模型的所有7层协议结构，是唯一提供所有服务的现场总线。 CAN总线： CAN是德国Bosch首次推出的一种可靠、支持分布式实时控制的串行通信网络。 这是目前唯一被批准为国际标准的现场总线。 LonWorks支持多种网络传输介质，如双绞线、电力线、同轴电缆、光纤等，支持多种拓扑结构，网络方式灵活，其通信速度为78kbit/s/2700m，1.25Mbit/s/130m，节点数为32000个CAN能够以点对点多点全局广播多方式收发数据，能够以多主方式动作。CAN总线采用双绞线或光纤串行通信方式，其通信速度为5kbit/s/10kM、1Mbit/s/40m、节点数为110个。 另外，21、2020/5/26、RS-485标准接口： RS-485是改进的串行接口标准，接口链路简单而不包括CPU。 RS-485最多支持64256个收发机对，最大传输距离为2.5km(9600bit/s )，最大传输速度为2.4Mbit/s。 如果不要求实时性，例如用于远程自动复制。 四、配电自动化系统的通信方案、配电网自动化工程中使用的通信介质主要是光纤、屏蔽双绞线和配电线。 配电网自动化系统一般分为主层、从层、馈线层3层，应在不同层次采用不同的通信介质。22、2020/5/26、主机与从机之间：通常为单模光纤通信。 光纤通信的网络方式一般分为光纤网络和光纤环路网络两种。 从站和馈送器之间：一般采用混合存在光纤、双绞线、电力线载波、无线等多个通信单元的方式。 低压抄表系统：采用低压配电线载波通信。 图8-3是北京四方华能公司生产的CSDA2000网络自动化系统的整体结构图，图示各层间采用的通信媒体。 23、2020/5/26、图8-3配电网自动化系统的整体结构、24、2020/5/26、8.3配电网的馈线自动化、一、概要、馈线自动化的实现方式为：本地控制方式：智能配电开关设备(叠加器或分段器等) 的相互配合实现故障区域自动隔离和健全区域自动恢复的功能远程控制方式：通过通信网络和电子站将FTU和配电网控制中心的SCADA计算机系统连接到室外分段交换机的支柱上，计算机系统完成故障定位，然后通过远程控制方式隔离故障区域，实现非故障区域供电25、2020/5/26、2、本地控制馈线自动化、1 .聚合器和分段器、聚合器：是自身具有控制和保护功能的开关设备。 故障电流的检测和事先调整的复合操作次数自动完成复合操作，动作后可自动恢复或关闭。 叠加器的功能：线路发生故障时，叠加器检测到故障电流时自动跳闸，按照预先调整的动作顺序和时间间隔进行几次合成分频操作。 叠加器的时间-电流特性曲线TCC :叠加器的开路时间与开路电流的关系曲线。 叠加器一般有两种t-I特性曲线，一种是快速动作t-I特性曲线，一般只有一条的另一种是慢动作t-I特性曲线，可以有多条。 26、2020/5/26 :段：根据电源侧的前级开关(重叠断路器或断路器)，无电压或无电流自动开关的开关设备。 分段与叠加器的主要区别在于不能阻断短路电流，但线路短路时可受到短路电流的力效应和热效应。 分段的关键部件是故障检测继电器，根据判断故障的方式，分段分为过电流脉冲计数型分段和电压-时间型分段。过电流脉冲计数型分段器：也称为自动分段器，检测线路电流判断故障，进行接通操作。 电压-时间段：也称为自动配电开关或重叠段，它通过加压或失压的时间长度控制动作，失压后接通或关闭。27、2020/5/26、2 .叠加器和其他部件的配合、叠加器和叠加器的配合，图8-4表示