配电自动化系统-chapter34

1、第第3 3章章 开闭所和配电变电所内自动化开闭所和配电变电所内自动化（变电站综合自动化）（变电站综合自动化）l配电变电站、配电变电站、1010kVkV开闭所是配电网的重要组开闭所是配电网的重要组成部分，其自动化程度高低直接反映了配电成部分，其自动化程度高低直接反映了配电自动化的水平。自动化的水平。l变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统：电力系统微机保护：电力系统微机保护与控制综合自动化系统。将电力系统保护、与控制综合自动化系统。将电力系统保护、控制、监视、测量、故障分析等功能集合在控制、监视、测量、故障分析等功能集合在一起。一起。l目标：目标：实现电力系统优化控制、经济运行、实现电力系统优

2、化控制、经济运行、智能决策。智能决策。3.1 3.1 远动装置远动装置( (RTU)RTU)的发展的发展l远方终端装置远方终端装置( (Remote Terminal Unit,Remote Terminal Unit,RTU)RTU)： SCADASCADA系统在变电站中的终端设备，它由微处理机和系统在变电站中的终端设备，它由微处理机和接口电路组成。接口电路组成。l早期的早期的RTURTU为有触点装置，功能弱，精度低，可靠性为有触点装置，功能弱，精度低，可靠性差。差。l7070年代起搞单年代起搞单CPUCPU结构的结构的RTURTU装置，为集中式结构。装置，为集中式结构。l随着调度自动化的发

3、展，尤其是变电站自动化的发展，随着调度自动化的发展，尤其是变电站自动化的发展，多多CPUCPU结构的分布式微机远动装置成为发展趋势。结构的分布式微机远动装置成为发展趋势。l多多CPUCPU结构结构：每个每个CPUCPU分别完成一定的任务，提高分别完成一定的任务，提高了了速速度、可靠性度、可靠性，同时广泛采用交流采样技术。同时广泛采用交流采样技术。 3.2 微机远动装置的基本功能微机远动装置的基本功能lRTURTU的基本功能：的基本功能：遥测（遥测（YCYC）、）、遥信遥信（YXYX）、）、遥调（遥调（YTYT）、）、遥控（遥控（YKYK）。lRTURTU的辅助功能：的辅助功能：屏幕显示、参数整

4、定输屏幕显示、参数整定输入、打印制表、信息转发功能、装置内入、打印制表、信息转发功能、装置内部功能、数据保存功能、事件顺序记录部功能、数据保存功能、事件顺序记录功能。功能。1. “1. “四遥四遥”功能功能1 1）遥信遥信( (YX)YX)：测量开关位置、保护动作信号、设测量开关位置、保护动作信号、设备运行状态信号，调压变压器分接头位置。一般备运行状态信号，调压变压器分接头位置。一般用无源接点，有变位时立即上传。用无源接点，有变位时立即上传。2 2）遥测遥测( (YC)YC)：对变压器的对变压器的P P、Q Q，线路线路P P、I I，母线母线U U，温度、压力、流量、温度、压力、流量、f f

5、、主变油温等所有其他模拟主变油温等所有其他模拟信号的采集，并将采集信号上传。信号的采集，并将采集信号上传。3 3）遥控遥控( (YK)YK)：远方控制断路器分、合，电容器、远方控制断路器分、合，电容器、电抗器的投切等。一般也用无源接点，要求动作电抗器的投切等。一般也用无源接点，要求动作准确率大于准确率大于99.99%99.99%。4 4）遥调遥调( (YT)YT)：用于有载变压器分抽头的升降调节用于有载变压器分抽头的升降调节等，也采用无源接点，要求准确率大于等，也采用无源接点，要求准确率大于99.99%99.99%。2. 2. 事件顺序记录事件顺序记录( (SOE,Sequence of ev

6、ents)SOE,Sequence of events)lSOESOE：自动记录事件状态变化的时间。自动记录事件状态变化的时间。 对事故时各种开关、继电保护、自动装置对事故时各种开关、继电保护、自动装置 的状态变化信号按时间顺序排队。的状态变化信号按时间顺序排队。l作用：作用：事故后分析事故。事故后分析事故。l输入信号：输入信号：取继电器动作出口信号（不取信号继取继电器动作出口信号（不取信号继电器接点）、断路器辅助接点（受分散性、不同电器接点）、断路器辅助接点（受分散性、不同步影响步影响) )。SOESOE分辨率分辨率l事件分辨率要求达到毫秒级。事件分辨率要求达到毫秒级。lSOESOE站内分辨

7、率：站内分辨率：RTURTU内内( (站内站内) )顺序发生一串事顺序发生一串事件后，两事件间能辨认的最小时间，要求件后，两事件间能辨认的最小时间，要求55msms。lSOESOE站间分辨率：站间分辨率：各各RTURTU间间( (站间站间) )顺序发生一串顺序发生一串事件后，两事件间能辨认的最小时间，要求事件后，两事件间能辨认的最小时间，要求1020ms。l遥控：遥控：1个对象的分合闸控制，可远动或上位机个对象的分合闸控制，可远动或上位机遥控，亦可在装置上手控遥控，亦可在装置上手控。 分布式分布式RTURTU装置构成的变电站监控系统装置构成的变电站监控系统 现场总线现场总线CRT工控机工控机打

8、印机打印机MCURTURTURTU分布式分布式监控装置监控装置上位机系统上位机系统主控单元主控单元微机保护微机保护远动远动以太网以太网分布式分布式RTURTU构成的变电站监控系统特点构成的变电站监控系统特点lRTURTU装置：装置：用于进线、馈线、母线、电抗器，母用于进线、馈线、母线、电抗器，母联等设备的监控。联等设备的监控。l主控单元（主控单元（MCUMCU）功能：功能：将系统组态信息发至各将系统组态信息发至各RTURTU装置；装置；不间断地接收每个不间断地接收每个RTURTU的各种现场信息，再把这的各种现场信息，再把这些信息送至上位机和调度；些信息送至上位机和调度；接收上位机或调度下达的命

9、令并转发给接收上位机或调度下达的命令并转发给RTURTU；完成对变电站设备的各种控制与调节；完成对变电站设备的各种控制与调节；与其他智能设备（如微机保护）进行串行通讯。与其他智能设备（如微机保护）进行串行通讯。 结构分布式结构分布式RTURTU构成的变电站综合自动化构成的变电站综合自动化3) 3) 采用智能电能表简化采用智能电能表简化RTURTU的结构的结构l智能电能表功能：智能电能表功能：分时段采集分时段采集WP、WQ，并可采并可采集集U、I、P、Q、cos 等参数。等参数。l智能电能表通过智能电能表通过RS485与外联系，可省去与外联系，可省去RTU中中遥测部分，简化结构。遥测部分，简化结

10、构。l随着智能化多功能电能表的成熟，在配网自动化随着智能化多功能电能表的成熟，在配网自动化中的应用增多。中的应用增多。l变电所出线多时，遥测刷新变慢，在配电自动化变电所出线多时，遥测刷新变慢，在配电自动化中应用有争议。中应用有争议。 采用智能电能表的变电站监控系统采用智能电能表的变电站监控系统智能遥信遥控模块Modem智能电能表CPU模块智能遥信遥控模块智能遥信遥控模块智能电能表智能电能表RS-4853. 3. 直流采样和交流采样直流采样和交流采样l直流采样：直流采样：直接对变送器直流输出（直流电压或电直接对变送器直流输出（直流电压或电流）进行采样。流）进行采样。l特点：特点：简单，但数据稳定

11、性、实时性差，变送器故简单，但数据稳定性、实时性差，变送器故障几率较高、维护工作量较大；造价大。障几率较高、维护工作量较大；造价大。l交流采样：交流采样：直接采样直接采样各相电流电压，各相电流电压，根据算法实时根据算法实时计算电流电压等量。计算电流电压等量。l交流采样算法：交流采样算法：算法种类多，保护一般用傅里叶算算法种类多，保护一般用傅里叶算法；测量一般用均方根算法，例如法；测量一般用均方根算法，例如I、U有效值：有效值：NkkINI12)(1NkkUNU12)(1I(k)、U(k)为为k时刻电流、电压采样值。时刻电流、电压采样值。交流采样方式交流采样方式l1）单一通道采样方式单一通道采样

12、方式l异步采样异步采样：也称定时采样，采样间隔周期固定不：也称定时采样，采样间隔周期固定不变，系统基频变化时精度不高。变，系统基频变化时精度不高。l同步采样同步采样：采样周期跟踪系统基频而变化，保持：采样周期跟踪系统基频而变化，保持fs/f1=N为不变整数。为不变整数。l2）多通道采样方式多通道采样方式l同时采样同时采样：同时：同时A/D转换、依次转换、依次A/D转换。转换。l顺序采样顺序采样：用于同时性要求不高的场合。：用于同时性要求不高的场合。l3）分组同时采样分组同时采样l所有输入通道分若干组，组内各通道同时采样，所有输入通道分若干组，组内各通道同时采样，组间加延时。组间加延时。采样保持

13、器1A/D转换器1采样保持器2A/D转换器2采样保持器nA/D转换器n数据总线通道1通道n通道2采样保持器1A/D转换器采样保持器2采样保持器n数据总线通道1通道n通道2多路转换器同时采样，同时同时采样，同时A/D转换转换 同时采样，依次同时采样，依次A/D转换转换A/D转 换 器多路转换器数据总线通 道 1通 道 n通 道 2采样保持器顺序采样顺序采样,依次依次A/D转换转换3.4 变电站综合自动化系统变电站综合自动化系统l本节介绍的变电站综合自动化系统，与由本节介绍的变电站综合自动化系统，与由RTURTU构构成的变电站综合自动化系统类同，但意义上更成的变电站综合自动化系统类同，但意义上更严

14、格。严格。l组屏组屏：利用多台计算机等组成自动化系统，代：利用多台计算机等组成自动化系统，代替常规测量和监视仪表、常规控制屏、中央信替常规测量和监视仪表、常规控制屏、中央信号处理系统和远动屏。号处理系统和远动屏。l继电保护继电保护：用微机保护代替常规继电保护屏，：用微机保护代替常规继电保护屏，改变常规保护不能与外界通信缺陷。改变常规保护不能与外界通信缺陷。1. 变电站综合自动化系统功能变电站综合自动化系统功能l保护功能保护功能：包括各种常规保护设备所能完成的各种：包括各种常规保护设备所能完成的各种功能，如距离、变压器、母线、发动机、电容器、功能，如距离、变压器、母线、发动机、电容器、电抗器的主

15、保护、后备保护。电抗器的主保护、后备保护。l控制功能控制功能：近距离控制：近距离控制(就地就地)、远距离控制、远距离控制(遥控遥控)。l诊断和监视功能诊断和监视功能：自检、自诊断，主设备监视，断：自检、自诊断，主设备监视，断路器动作次数、故障电流大小等。路器动作次数、故障电流大小等。l正常及故障时各种波形记录功能正常及故障时各种波形记录功能：电网正常及故障：电网正常及故障时各种参数波形记录。时各种参数波形记录。l相位和频率的测量功能相位和频率的测量功能：完成对模拟信号的相位及：完成对模拟信号的相位及频率计算。频率计算。2. 2. 变电站综合自动化的优越性变电站综合自动化的优越性l提高供电质量，

16、提高电压合格率提高供电质量，提高电压合格率（有载调压、无功补（有载调压、无功补偿，无功潮流合理，降低网损，节约电能损耗）。偿，无功潮流合理，降低网损，节约电能损耗）。l提高变电站的安全、可靠运行水平提高变电站的安全、可靠运行水平（微机保护、故障（微机保护、故障自诊断功能）。自诊断功能）。l提高电力系统运行、管理水平提高电力系统运行、管理水平（监视、测量、记录、（监视、测量、记录、抄表等由计算机完成，提高测量精度，无人为干预）。抄表等由计算机完成，提高测量精度，无人为干预）。l与上级调度系统通信与上级调度系统通信（检测数据及时送往调度中心，（检测数据及时送往调度中心，调度员及时掌握各变电站运行情

17、况，并进行必要调节调度员及时掌握各变电站运行情况，并进行必要调节和控制）。和控制）。l记录查询记录查询（各种操作的时间顺序记录，提高运行管理（各种操作的时间顺序记录，提高运行管理水平）。水平）。3. 3. 变电站综合自动化发展现状变电站综合自动化发展现状l集中式结构集中式结构：早期采用，由：早期采用，由13台微机完成全变电台微机完成全变电站的保护、监控。站的保护、监控。l分布分散式结构分布分散式结构：目前大多采用，并采用分层设计。：目前大多采用，并采用分层设计。l保护测控一体化保护测控一体化：35kV及以下线路，保护测控相互及以下线路，保护测控相互融合、信息共享，保护、测控功能集成在一个独立融

18、合、信息共享，保护、测控功能集成在一个独立装置中。装置中。l高压或超高压线路高压或超高压线路：保护、测控装置完全独立，但：保护、测控装置完全独立，但可统一设计、组屏。可统一设计、组屏。l基本监控功能基本监控功能：如遥测、遥信、遥控等已较成熟。：如遥测、遥信、遥控等已较成熟。l高层次应用高层次应用：变电站防误闭锁、电压无功控制等应：变电站防误闭锁、电压无功控制等应用增多，但还有待研究、发展。用增多，但还有待研究、发展。4. 4. 无人值守变电站无人值守变电站l无人值班变电站无人值班变电站：调度值班员借助微机远动技术替：调度值班员借助微机远动技术替代变电所现场值班员来控制和管理的变电所。代变电所现

19、场值班员来控制和管理的变电所。l无人值守变电站是变电所的一种先进管理模式。无人值守变电站是变电所的一种先进管理模式。l调度员在主站端设备的键盘上进行必要的遥控、遥调度员在主站端设备的键盘上进行必要的遥控、遥调操作。调操作。l无人值守变电站并非任何操作都无须人员现场进行。无人值守变电站并非任何操作都无须人员现场进行。l不必再配置单独不必再配置单独RTURTU，模拟量和开关状态信息，通过模拟量和开关状态信息，通过通信管理单元直接送往调度。通信管理单元直接送往调度。l各微机保护单元将动作信息送给调度，并通过通信各微机保护单元将动作信息送给调度，并通过通信管理单元转发或执行调度下达的命令。管理单元转发

20、或执行调度下达的命令。5. 5. 变电站综合自动化系统结构变电站综合自动化系统结构中央计算机数据识别单元微机保护测控变电站主机第4层第1层第2层第3层l系统为多微系统为多微机、多层次机、多层次结构形式。结构形式。l最上层设在最上层设在电力系统控电力系统控制中心；制中心；1 13 3层均设在变层均设在变电站内。电站内。结构形式：结构形式：集中式、分布式、分散与集中相结合、全分散式。集中式、分布式、分散与集中相结合、全分散式。1 1）集中式的结构形式）集中式的结构形式l集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行计算与处理，分别完成微机监控、

21、微机保集中进行计算与处理，分别完成微机监控、微机保护和一些自动化功能。护和一些自动化功能。l集中式结构也并非指由一台计算机完成保护、监控集中式结构也并非指由一台计算机完成保护、监控等全部功能。等全部功能。l多数集中式结构的微机保护、微机监控和与调度等多数集中式结构的微机保护、微机监控和与调度等通信的功能由不同的微机完成，只是每台微计算机通信的功能由不同的微机完成，只是每台微计算机承担的任务多一点。承担的任务多一点。l缺点：缺点：工程和投资量大、系统精度低，易受干扰、工程和投资量大、系统精度低，易受干扰、调试、维护工作量大，扩展灵活性差。调试、维护工作量大，扩展灵活性差。集中式结构的综合自动化系

22、统框图集中式结构的综合自动化系统框图模入接口模入接口开入接口开入接口输出接口输出接口A/D模块模块输入接口输入接口输出接口输出接口主变主变TV与与 TA线路线路TV与与TA断路器状态断路器状态保护出口保护出口模拟量输入模拟量输入断路器和隔离断路器和隔离开关状态开关状态继电保护继电保护信息输入信息输入出口继电器出口继电器各保护装置各保护装置监控主机监控主机通信控通信控制器制器显示器显示器打印机打印机键盘键盘调 度调 度中心中心2 2）分布式的结构形式）分布式的结构形式l不同电气设备均单独安装对应的微机保护装置和不同电气设备均单独安装对应的微机保护装置和RTURTU，任一装置故障，不影响系统正常工

23、作。任一装置故障，不影响系统正常工作。l系统内装置间信息的传送均为数字信号，抗干扰能系统内装置间信息的传送均为数字信号，抗干扰能力强。力强。l系统为多系统为多CPUCPU工作方式，各装置都具有一定的数据处工作方式，各装置都具有一定的数据处理能力，大大减轻主控制机的负担。理能力，大大减轻主控制机的负担。l系统扩充灵活方便。系统扩充灵活方便。l具有自诊断功能，自动对系统内所有装置巡检，发具有自诊断功能，自动对系统内所有装置巡检，发现故障自动检出，并加以隔离。现故障自动检出，并加以隔离。l具有事件顺序记录功能（具有事件顺序记录功能（SOESOE），），分辨率可达分辨率可达1 1mSmS，为事故分析提

24、供有效的数据。为事故分析提供有效的数据。 分布式综合自动化系统框图分布式综合自动化系统框图主变压器保护主变压器保护110kV进出线保护进出线保护35kV出线保护出线保护低频减载低频减载110kV RTU35kV RTU 低频减载低频减载10kV馈出线保护馈出线保护电容器保护电容器保护10kV RTU 前置机前置机前置机前置机当地监控计算机当地监控计算机CRT打印机打印机调度端调度端(主控站主控站)3 3）全分散式综合自动化系统全分散式综合自动化系统l特点：特点：将数据采集、测量、监控功能并入微机保护将数据采集、测量、监控功能并入微机保护装置（微机综合保护测控装置）。装置（微机综合保护测控装置）

25、。l微机综合保护测控装置：微机综合保护测控装置：也称分布式保护测控装置、也称分布式保护测控装置、“四合一四合一”装置装置( (保护、遥测、遥控、遥信保护、遥测、遥控、遥信) )。l全分散式综合自动化系统是一分层分布式系统，按全分散式综合自动化系统是一分层分布式系统，按一个元件、一个装置分布式配置，各装置间通过网一个元件、一个装置分布式配置，各装置间通过网络联接，网络组态灵活。络联接，网络组态灵活。l整个系统可靠性高，任一装置故障仅影响相对应的整个系统可靠性高，任一装置故障仅影响相对应的元件。元件。l各保护测控装置既可分散安装在开关柜上，也可集各保护测控装置既可分散安装在开关柜上，也可集中组屏安

26、装。中组屏安装。110/35kV变电站自动化系统配置方案变电站自动化系统配置方案后台监控RCS-9000系列分布式保护测控装置GPSRCS-9698总控单元MODEM保护工程师站脉冲对时区调县调软件对时开关室控制室PC机MODEMRCS-9000系列分布式保护测控装置LFP系列集中组屏式保护RCS系列集中组屏式保护RCS-9000测控装置RCS9000测控装置35kV变电站自动化系统配置方案变电站自动化系统配置方案主机打印机工程师维护工作站打印机通信管理机调度分布式馈线路保护测控装置分布式主变差动保护分布式电容器保护测控装置现场总线Modem站内其他智能设备分布式主变后备保护测控装置分布式线路

27、保护测控装置以太网现场总线.6. 6. 微机保护问题微机保护问题l电力系统微机保护：电力系统微机保护：以微处理器为核心组成的电力以微处理器为核心组成的电力系统继电保护。特点：系统继电保护。特点：l性能优：性能优：高速运算、逻辑判断和记忆，可实现复杂高速运算、逻辑判断和记忆，可实现复杂保护功能，故障参数追忆、打印；保护功能，故障参数追忆、打印；l可靠性高：可靠性高：自诊断、抗干扰；自诊断、抗干扰；l灵活性强：灵活性强：硬件、外围设备可通用；硬件、外围设备可通用；l调试维护工作量小：调试维护工作量小：软件成熟后，硬件完好下几乎软件成熟后，硬件完好下几乎不用调试；不用调试；l经济性好：经济性好：包括

28、投资费用和运行维护费用；包括投资费用和运行维护费用；l多功能化和综合应用：多功能化和综合应用：实现保护外的其他功能（录实现保护外的其他功能（录波、记录、数据远传）。波、记录、数据远传）。3.5 配电变电站自动化的若干问题配电变电站自动化的若干问题l1. 1. 环境温度和湿度环境温度和湿度l各种微机装置选用民用级芯片各种微机装置选用民用级芯片( (工作温度工作温度0-500C)，但变电站环境温度有时较低但变电站环境温度有时较低(Y时限时限电源端断路器跳闸时间。电源端断路器跳闸时间。l第二套功能：第二套功能：用于环网联络开关常开状态（常用于环网联络开关常开状态（常闭状态时选第一套功能）。闭状态时选

29、第一套功能）。 2) 2) 过流脉冲计数型分段器过流脉冲计数型分段器l与线路前级开关（重合器或断路器）配合使用。与线路前级开关（重合器或断路器）配合使用。l原理：原理：记忆前级开关开断故障电流动作次数，达记忆前级开关开断故障电流动作次数，达到预定记忆次数时，在前级开关跳闸的无电流间到预定记忆次数时，在前级开关跳闸的无电流间隙内，分段器分闸，隔离故障区段。隙内，分段器分闸，隔离故障区段。l前级开关开断故障电流动作次数未达到预定记忆前级开关开断故障电流动作次数未达到预定记忆次数时，经一定延时后分段器复位清零。次数时，经一定延时后分段器复位清零。3. 重合器与分段器配合实现故障区段隔离重合器与分段器

30、配合实现故障区段隔离l介绍重合器与电压时间型分段器介绍重合器与电压时间型分段器配合情况。配合情况。l重合器与过流脉冲计数型分段器配重合器与过流脉冲计数型分段器配合情况类似（自学）。合情况类似（自学）。1）辐射状网故障区段隔离过程）辐射状网故障区段隔离过程A重合器：重合器：一快一慢，第一次重合一快一慢，第一次重合=15S，第二次重合第二次重合=5S；B、D分段器：分段器：X=7S，Y=5S；C、E分段器：分段器：X=14S，Y=5SAecEDBdbaCAecEDdbaCA15secED 7sB7sdbaCA15secEDB7sdba闭锁C14sA15secEDBdbaCA15secEDB7sdb

31、aCA5secE 14sD 7sB7sdba闭锁C( (a a) )( (f f) )( (e e) )( (d d) )( (c c) )( (b b) )( (g g) )B各开关动作时序图各开关动作时序图lA重合器：重合器：第一次重合时第一次重合时间间=15S，第二第二次重合时间次重合时间=5SlB、D分段器：分段器：X时限时限=7S，Y时限时限=5SlC、E分段器：分段器：X时限时限=14S，Y时限时限=5S2）环状网开环运行时的故障区段隔离环状网开环运行时的故障区段隔离A重合器：重合器：一快一慢，第一次重合一快一慢，第一次重合=15S，第二次重合第二次重合=5S；B、C、D分段器：分

32、段器：X=7S，Y=5S；E分段器：分段器：X=45S，Y=5S联络开关AecEDBdbaC( (a a) )( (b b) )F联络开关ecEDBdbaCF联络开关ecEDdbaC( (c c) )FA15sB7s联络开关ecEDdbaC( (d d) )FA15sBA( (i i) )联络开关ecEDBdbaCF( (e e) )联络开关ecEDdbaFA15sAB7sC7s闭锁联络开关EDC( (f f) )FA5sB7s联络开关ecEDdbaC( (g g) )FA5s( (h h) )联络开关ecEDdbaFABCB7s45s各开关动作时序图各开关动作时序图lA重合器：重合器：第一次

33、重合第一次重合=15S，第二第二次重合次重合=5SlB、C、D分段器：分段器：X=7S，Y=5SlE分段器：分段器：X=45S，Y=5S4.4.重合器与重合器配合实现故障区段隔离重合器与重合器配合实现故障区段隔离 l发生过流或低电压时重合器动作。发生过流或低电压时重合器动作。l出线重合器：出线重合器：一快二慢，失压一快二慢，失压3 3S S后分断；后分断；中间重合器：中间重合器：二二慢，失压慢，失压1010S S后关闭重合功能，并改为一次分闸后闭锁；后关闭重合功能，并改为一次分闸后闭锁；联络联络重合器：重合器：一慢，两侧失压后一慢，两侧失压后1515S S合闸。合闸。5. 基于重合器的馈线自动

34、化系统不足基于重合器的馈线自动化系统不足l我国馈线自动化近几年才开始，主要采用电压型我国馈线自动化近几年才开始，主要采用电压型及电流型两种控制模式。及电流型两种控制模式。l我国配电网是小接地电流系统，欧美、日本等国，我国配电网是小接地电流系统，欧美、日本等国，大部分是大接地电流系统。大部分是大接地电流系统。l我国配网设备状况、管理要求不同于国外，照搬我国配网设备状况、管理要求不同于国外，照搬国外电流型或电压型模式，推广用于城网必然带国外电流型或电压型模式，推广用于城网必然带来问题。来问题。l基于重合器能够准确地判断故障区段，并能自动基于重合器能够准确地判断故障区段，并能自动隔离故障区段。隔离故

35、障区段。存在缺陷存在缺陷1）切断故障时间较长，动作频繁，减少开关寿命。切断故障时间较长，动作频繁，减少开关寿命。2）故障由重合器或变电所断路器分断，系统可靠性降低；故障由重合器或变电所断路器分断，系统可靠性降低； 多次短路电流冲击、多次停送电，对用户造成严重影响。多次短路电流冲击、多次停送电，对用户造成严重影响。3）重合器或断路器拒动时，事故进一步扩大。重合器或断路器拒动时，事故进一步扩大。4）环网时使非故障部分全停电一次，扩大事故影响。环网时使非故障部分全停电一次，扩大事故影响。5）不能寻找接地故障。不能寻找接地故障。6）无断线故障判断功能，一相、多相断线，重合器不动作。无断线故障判断功能，

36、一相、多相断线，重合器不动作。7）变电站出线开关需改造，目前出线开关具有一次重合闸变电站出线开关需改造，目前出线开关具有一次重合闸 功能，装重合器后，需改造为多次重合型。功能，装重合器后，需改造为多次重合型。8）重合器保护与出线开关保护配合难度大，要靠时限配合。重合器保护与出线开关保护配合难度大，要靠时限配合。9）不具备不具备“四遥四遥”功能，无法进行配电网络优化等工作。功能，无法进行配电网络优化等工作。自动重合器自动重合器RTU4.2 基于基于FTU的馈线自动化系统的馈线自动化系统配电网自动化控制中心计算机网络（SCADA）RTURTUFTU联络开关分段开关断路器区域工作站区域工作站区域工作

37、站1. 基于基于FTU的馈线自动化系统的馈线自动化系统D的组成的组成系统特点系统特点l配网实时信息通过就地配网实时信息通过就地FTU采集，传送到区域集控采集，传送到区域集控或变电站集中，上报配电调度中心。或变电站集中，上报配电调度中心。l配电调度中心控制命令通过区域集控或变电站转发配电调度中心控制命令通过区域集控或变电站转发给给FTU执行。执行。lFTU采集柱上开关运行情况，将信息上传到配网控采集柱上开关运行情况，将信息上传到配网控制中心，或接受控制中心命令进行远方操作。制中心，或接受控制中心命令进行远方操作。l故障时，故障时，FTU将记录的故障电流、时间等上报，供将记录的故障电流、时间等上报

38、，供分析使用。分析使用。l区域工作站区域工作站：通道集中器和转发装置，并将各单元：通道集中器和转发装置，并将各单元通信规约转换为标准远动规约。通信规约转换为标准远动规约。2. FTU的性能要求的性能要求(1)(1)l遥信功能遥信功能：开关位置、贮能完成情况、通信完好性；：开关位置、贮能完成情况、通信完好性；l遥测功能遥测功能：U、I、P、Q等；等；l遥控功能遥控功能：远方对柱上开关分合、贮能等；：远方对柱上开关分合、贮能等；l统计功能统计功能：开关动作次数、动作时间、累计切断电：开关动作次数、动作时间、累计切断电流水平；流水平；lSOE和对时功能和对时功能：保证：保证SOE的准确性，与系统时钟

39、的准确性，与系统时钟一致；一致；l事故记录事故记录：记录事故发生时的最大故障电流和事故：记录事故发生时的最大故障电流和事故前（前（1 1minmin）负荷，便于确定故障区段；负荷，便于确定故障区段；l定值远方修改和召唤定值：定值远方修改和召唤定值：适应配网运行方式变化；适应配网运行方式变化；l自检和自恢复功能：自检和自恢复功能：设备故障时报警、干扰时自复位；设备故障时报警、干扰时自复位；FTU的性能要求的性能要求(2)(2)l远方控制闭锁和手动操作功能远方控制闭锁和手动操作功能：检修线路或操作开关：检修线路或操作开关时确保操作安全性；时确保操作安全性；l远程通信功能远程通信功能：RS-232，

40、RS-485，通信规约问题；通信规约问题；l抗恶劣环境抗恶劣环境：雷电、环境温度、防雨、防湿、风沙、：雷电、环境温度、防雨、防湿、风沙、振动、电磁干扰；振动、电磁干扰；l维修方便维修方便：保证不停电检修；：保证不停电检修；l电源可靠电源可靠：保证故障或停电时：保证故障或停电时FTU有工作电源；有工作电源；l可选功能可选功能：电度采集（核算电费、估计线损，防窃：电度采集（核算电费、估计线损，防窃电）；微机保护（实现自适应保护）；故障录波（故电）；微机保护（实现自适应保护）；故障录波（故障分析用）。障分析用）。3. FTUFTU的组成和结构的组成和结构一种典型的一种典型的FTUFTU系统框图系统框

41、图MotorolaMotorola公司生产的带拐臂的公司生产的带拐臂的FTUFTU原理框图原理框图4. 4. 区域工作站区域工作站 特点：特点：1 1）一一般采用工业般采用工业PC、多路串多路串行口扩展板构行口扩展板构成，采用通用成，采用通用规约，允许多规约，允许多台台FTUFTU共用同共用同一通道；一通道；2 2）一般设置在主一般设置在主变电所，并设变电所，并设UPS。 5. 5. 配变远方测控单元（配变远方测控单元（TTU）lTTUTTU的主要功能：的主要功能：1 1）实现对配电变压器实现远方监视。）实现对配电变压器实现远方监视。2 2）采集变压器的）采集变压器的I、U、P、Q、cos 、

42、分时电量、分时电量、 电压合格率等数据。电压合格率等数据。3 3）根据监视的负荷曲线，准确计算线损、用户电）根据监视的负荷曲线，准确计算线损、用户电 量核算、防窃电。量核算、防窃电。4 4）通过低压配电线载波实现对本台区低压用户进）通过低压配电线载波实现对本台区低压用户进 行抄表数据的远传。行抄表数据的远传。l结构特点：结构特点：与与FTUFTU类似，但增加低压载波、输出类似，但增加低压载波、输出控制为补偿功率因数的电容器。控制为补偿功率因数的电容器。一种典型的配变测控终端单元组成一种典型的配变测控终端单元组成6. 6. 两种馈线自动化系统的比较两种馈线自动化系统的比较l基于重合器、基于重合器

43、、FTU的馈线自动化系统国外大量使用。的馈线自动化系统国外大量使用。基于重合器开关设备配基于重合器开关设备配合的馈线自动化系统合的馈线自动化系统基于基于FTU和通信网络的馈线自和通信网络的馈线自动化系统动化系统主主要要优优点点1)结构简单。结构简单。2)建设费用低。建设费用低。3)不需建通信网络。不需建通信网络。4)无电源提取问题。无电源提取问题。1)故障时隔离故障区域，正常故障时隔离故障区域，正常时监控配网运行，可优化运行时监控配网运行，可优化运行方式，实现安全经济运行。方式，实现安全经济运行。2)适应灵活的运行方式。适应灵活的运行方式。3)恢复健全区域供电时，可采恢复健全区域供电时，可采取

44、安全和最佳措施。取安全和最佳措施。4)可与可与MIS、GIS等联网，实等联网，实现全局信息化。现全局信息化。两种馈线自动化系统的比较两种馈线自动化系统的比较主要主要缺点缺点1)仅故障时起作用，正常运仅故障时起作用，正常运行时无监控作用，不能优化行时无监控作用，不能优化运行方式。运行方式。2)调整运行方式后，需到现调整运行方式后，需到现场修改定值。场修改定值。3)恢复健全区域供电时，无恢复健全区域供电时，无法采取安全、最佳措施。法采取安全、最佳措施。4)需多次重合需多次重合,对设备冲击大。对设备冲击大。1)结构复杂。结构复杂。2)建设费高。建设费高。3)需通信网络。需通信网络。4)存在电源提取问

45、题。存在电源提取问题。主要主要设备设备重合器、分段器等重合器、分段器等FTU、通信网络、区域工通信网络、区域工作站、计算机系统。作站、计算机系统。适用适用范围范围农网、负荷密度小的偏远地农网、负荷密度小的偏远地区、供电途径少于两条的电区、供电途径少于两条的电网。网。城网、负荷密度大的地区、城网、负荷密度大的地区、重要工业园区、供电途径重要工业园区、供电途径多的网格状配网、供电可多的网格状配网、供电可靠性要求高的区域。靠性要求高的区域。两种馈线自动化系统的比较两种馈线自动化系统的比较( (续表续表) )开环运行的多电源环状网两种系统比较开环运行的多电源环状网两种系统比较l1)基于重合器的馈线自动

46、化系统基于重合器的馈线自动化系统l若为使网上负荷均衡化，将联络开关从若为使网上负荷均衡化，将联络开关从G调整到调整到D，则则G和和D均应重新到现场整定。均应重新到现场整定。lb区发生永久性故障时，分段开关区发生永久性故障时，分段开关B、C分闸后，联络开关分闸后，联络开关G、E究竟合哪个究竟合哪个，无法选择。无法选择。l2)基于基于FTU的馈线自动化系统：的馈线自动化系统：可很方便地解决以上问题。可很方便地解决以上问题。AHGFEDCBacgfedbJIhII II II4.3 故障区段判断和隔离故障区段判断和隔离l1. 1. 基本原理基本原理l1）辐射、树状网、开环运行的环状网：）辐射、树状网

47、、开环运行的环状网：根据最后一根据最后一个有故障电流和第一个无故障电流两个开关的电流个有故障电流和第一个无故障电流两个开关的电流变化判断故障区段。变化判断故障区段。Q1Q4Q5Q3Q2acfedb过流过流未过流过流过流2）闭环运行的环状网：）闭环运行的环状网：根据故障功率方向判断故障区段。根据故障功率方向判断故障区段。Q1Q4Q5Q3Q2acfedb过流过流过流过流过流故障功率方向故障功率方向故障功率方向2. 2. 故障区段判断和隔离算法故障区段判断和隔离算法l采用矩阵算法来实现判断、隔离故障区段。采用矩阵算法来实现判断、隔离故障区段。l1 1）网络描述矩阵）网络描述矩阵Dl断路器、分段开关、

48、联络开关作为节点（断路器、分段开关、联络开关作为节点（N），），可可构构NN维方阵；维方阵；l若若第第i、j节点间存在馈线，则第节点间存在馈线，则第i行、第行、第j列元素，列元素，第第j行、第行、第i列元素均置列元素均置1；不存在馈线的节点对应不存在馈线的节点对应元素置元素置0。l2 2）故障信息矩阵）故障信息矩阵Gl若若第第i i个节点的开关故障电流超过整定值，则第个节点的开关故障电流超过整定值，则第i行行第第i列列元素置元素置0 0，反之置，反之置1 1，矩阵的其他元素均置，矩阵的其他元素均置0 0。也是也是NN N维方阵。维方阵。网络描述矩阵与故障信息矩阵举例网络描述矩阵与故障信息矩阵举

49、例165432C联络开关C7II I0100000101000001010000010100000101000001010000010D1000000010000000100000001000000010000000000000000G简单馈线网络（简单馈线网络（“C”C”为流过故障电流标志）为流过故障电流标志）3 3）故障判断矩阵）故障判断矩阵Pl对矩阵对矩阵D与矩阵与矩阵G相乘，并进行规格化，得相乘，并进行规格化，得 P=g（DG）=g（P）lg代表矩阵的规格化运算，其具体操作：代表矩阵的规格化运算，其具体操作：l若若D阵中元素阵中元素dmj、dnj、dkj为为1，且，且G阵中阵中gjj

50、=1时，时，需对需对P 阵中第阵中第j行和第行和第j列元素进行规格化处理；若列元素进行规格化处理；若gmm、gnn、gkk至少有两个为至少有两个为0，则将，则将P 阵中第阵中第j行和第行和第j列列的元素全置的元素全置0；若上述条件不满足时，；若上述条件不满足时， P阵中相应的阵中相应的元素值不变。元素值不变。l矩阵矩阵P反映了故障区段：若反映了故障区段：若P中的元素中的元素 pij XOR pji 1，则馈线上第则馈线上第i节点和第节点和第j节点间的区段有故障。节点间的区段有故障。故障判断矩阵故障判断矩阵P举例举例165432C联络开关C7II I01000001010000010100000

51、10100000100000001000000000)(GDgPp34 XOR p43 0，p45 XOR p54 0， p56 XOR p65 0， p67 XOR p76 0， p23 XOR p32 1，因此故障点在节点因此故障点在节点2、3之间。之间。较复杂馈线网络举例（较复杂馈线网络举例（1 1）1637524CCCC“C”C”为为流过故障流过故障电流标志电流标志）1000000010000000000000000000000010000000000000000G0011000000100010010101110100000100000100010000010D较复杂馈线网络举例（较

52、复杂馈线网络举例（2 2）0000000000000010000001100100000000000000000000000GDP0000000000000000000000100100000000000000000000000)(PgP P矩阵中，只有矩阵中，只有 p43 XOR p34 1， p46 XOR p64 1，因，因 此故障点在节点此故障点在节点4和和3之间，或在节点之间，或在节点4和和6之间。之间。 规格化目的是避免误判，若规格化目的是避免误判，若P 不进行规格化，则会错不进行规格化，则会错 误地判断故障点位于节点误地判断故障点位于节点5和和7之间。之间。4.4 馈线自动化的电

53、源问题馈线自动化的电源问题l电源要求：电源要求：时刻保证电源的连续性；故障时，各时刻保证电源的连续性；故障时，各测控单元仍应能接受远方控制和上报信息。测控单元仍应能接受远方控制和上报信息。l馈线自动化控制中心：馈线自动化控制中心：可为可为SCADA配置大容量配置大容量UPS，保证停电时仍可安全运行。保证停电时仍可安全运行。l区域站的集中转发系统：区域站的集中转发系统：一般在变电所内，可设一般在变电所内，可设置置UPS电源。电源。l开闭所、小区变的开闭所、小区变的RTU：采用双路电源，自动切采用双路电源，自动切换，保证电源连续。换，保证电源连续。 1. 操作电源和工作电源均取自馈线操作电源和工作

54、电源均取自馈线l方式方式1：开关工作电源采用开关两侧单相变压器供电。开关工作电源采用开关两侧单相变压器供电。l方式方式2 2：低压线路与柱上开关共杆，采用一台单相变压低压线路与柱上开关共杆，采用一台单相变压 器与一回低压线供电。器与一回低压线供电。l方式方式3 3：不同电源的两回低压线路与柱上开关较近，采不同电源的两回低压线路与柱上开关较近，采 用两回低压线供电。用两回低压线供电。FTUFTU工作电源与开关操作电源的切换工作电源与开关操作电源的切换l方式方式1、2：馈线停电后，馈线停电后，FTU也失去工作电源。也失去工作电源。l方式方式3：不同配电变间易产生耦合，对安全有影响。不同配电变间易产

55、生耦合，对安全有影响。l解决方案：解决方案：用两路供电电源进行切换。用两路供电电源进行切换。FTUFTU工作电源的无扰切换工作电源的无扰切换柱上开关操作电源的切换柱上开关操作电源的切换交流操作电源交流操作电源直流操作电源直流操作电源2.2.操作电源和工作电源取自蓄电池操作电源和工作电源取自蓄电池l实现方法：实现方法：在在FTUFTU机箱内设置较大容量蓄电池，机箱内设置较大容量蓄电池，并提供并提供FTUFTU工作电源、柱上开关操作电源。工作电源、柱上开关操作电源。l优点：优点：不受馈线停电影响。不受馈线停电影响。l要求：要求：开关采用直流操作机构、直流贮能电开关采用直流操作机构、直流贮能电机（对

56、交流操作机构，需加逆变器）。机（对交流操作机构，需加逆变器）。l直流电压：直流电压：一般一般48V、24V。3. 操作电源取自馈线，工作电源取自蓄电池操作电源取自馈线，工作电源取自蓄电池l特点：特点：可保证可保证FTUFTU、柱上开关的电源供给。柱上开关的电源供给。l问题：问题：电网故障开关越级跳闸时，须依靠蓄电池电网故障开关越级跳闸时，须依靠蓄电池操作，要求容量增大（可采用失压脱扣分段器代操作，要求容量增大（可采用失压脱扣分段器代替过流脱扣分段器）。替过流脱扣分段器）。l延长蓄电池寿命的措施：延长蓄电池寿命的措施： l1）放电回路采用快速熔断器做短路保护，充电回）放电回路采用快速熔断器做短路

57、保护，充电回路采用大容量压敏电阻做脉冲保护。路采用大容量压敏电阻做脉冲保护。l2）采用电压继电器、时间继电器保护蓄电池，防）采用电压继电器、时间继电器保护蓄电池，防止过充和过放电。止过充和过放电。4.5 馈线自动化的若干技术问题馈线自动化的若干技术问题l1. 1. 合闸中的励磁涌流合闸中的励磁涌流l1）变压器合闸造成的励磁涌流）变压器合闸造成的励磁涌流l配网中配电变压器多，合闸时产生励磁涌流，最配网中配电变压器多，合闸时产生励磁涌流，最大大68倍变压器额定电流，使继保动作，遥控合倍变压器额定电流，使继保动作，遥控合闸失败。闸失败。l配网中涌流衰减时间约配网中涌流衰减时间约0.10.15S，呈指

58、数衰减。呈指数衰减。l常用方法：常用方法：加大动作整定值，但牺牲灵敏度。加大动作整定值，但牺牲灵敏度。l解决办法：解决办法：根据涌流中二次谐波成分大的特点，根据涌流中二次谐波成分大的特点，设置二次谐波制动装置。设置二次谐波制动装置。2）电容器合闸造成的冲击涌流电容器合闸造成的冲击涌流l涌流产生原因：涌流产生原因：l电容器第一电容器第一次合闸时，电容充电阻抗很小，合闸次合闸时，电容充电阻抗很小，合闸冲击涌流冲击涌流 大；大；l电容器电容器切除后放电未完时合闸，因暂态效应（电切除后放电未完时合闸，因暂态效应（电容上初始电压与电网电压极性相反），合闸涌流容上初始电压与电网电压极性相反），合闸涌流更大

59、。更大。l解决办法：解决办法：l电容器中串电抗器，增大回路阻抗；电容器中串电抗器，增大回路阻抗；l设置二次谐波制动装置，并设软件延时，使电容设置二次谐波制动装置，并设软件延时，使电容器充分放电。器充分放电。 2. 2. 接点抖动与遥信误报接点抖动与遥信误报l产生原因：产生原因：l户外开关的辅助接点易发生抖动，影响遥信量户外开关的辅助接点易发生抖动，影响遥信量的判断。的判断。l电源冲击、高频噪声、后备电源切换、遥信检电源冲击、高频噪声、后备电源切换、遥信检测电源容量不足等。测电源容量不足等。l解决办法：解决办法：l采用硬件滤波措施。采用硬件滤波措施。l采用软件延时消抖措施。采用软件延时消抖措施。3. 3. 单相接地区段判断单相接地区段判断l1 1）问题的提出）问题的提出l