配电自动化-终端设备与开关设备

2011年2月配电自动化系统第2讲：终端设备与开关设备2.1终端设备（1）配电变电站的微机远动终端装置（RTU）（2）馈线远方终端（FTU）（3）配电变压器远方终端（TTU）2.2开关设备（1）重合器（2）熔断器（3）分段器2配电自动化的远动终端装置配电变电站和10kV开闭所是配电网的重要组成部分，因此配电变电站和开闭所的自动化程度的高低，直接反映了配电自动化的水平。配电变电站和10kV开闭所内的自动化和输电网中变电站自动化采用的设备类似，即：要在站内安装微机远动装置(RTU)。3远动装置（RTU）的发展⑴触点式远动装置是第一代远动装置，它的精度低，速度慢，可靠性差。⑵数字式远动装置的精度和速度较触点式远动装置有了很大的提高，但它的可靠性及灵活性差，而且功能有限，难以满足现代化高度集中的实时监控的需要。⑶微处理机具有速度快、功能强、应用灵活等特点，自七十年代起基于微处理机的远动装置有了迅速发展，Z80，i8086，80286，8098，MCS-51等高性能微处理机广泛地应用于RTU中。①仅有一个含CPU的智能模块微机远动装置；②多CPU结构的分布式微机远动装置。4微机远动装置的基本功能1.四遥功能：遥信：要求采用无源接点方式，即某一路遥信量的输入应是一对继电器的触点，或者是闭合，或者是断开。遥测：遥测往往又分为重要遥测、次要遥测、一般遥测和总加遥测等。遥控：采用无源接点方式，要求其正确动作率不少于99.99%。遥调：采用无源接点方式，要求其正确率大于99.99%。5微机远动装置的基本功能2.事件顺序记录（SOE）事件顺序记录的一项重要指标是时间分辩率。分辩率可分为RTU内(即站内)与RTU之间（即站间）两种。1)SOE的站内分辩率，是指在同一RTU内，顺序发生一串事件后，两事件间能够辩认的最小时间，在调度自动化中，SOE的站内分辩率一般要求小于5ms。2)SOE的站间分辩率，是指各RTU之间顺序发生一串事件后，两事件间能够辩认的最小时间,SOE的站间分辩率一般要求小于10ms。63.系统对时：RTU站间SOE分辩率是一项系统指标，它要求各RTU的时钟与调度中心的时钟严格同步。目前，采用措施有：1)利用全球定位系统GPS提供的时间频率同步对时，有效地确保SOE站间分辨率指标。2)采用软件对时，SC1801、CDT、DNP和Modbus等规约均提供了软件对时手段。4.电能采集：采集变电站各条进线和出线以及主变两侧的电度值。75.自恢复和自检测功能：由于RTU处于一个具有强大电磁干扰的工作环境中，使用中难免发生程序受干扰“跑飞”、或通信瞬时中断等异常情况，甚至有时电源也会瞬时掉电。在上述情形下，若不加特殊处理，均有可能造成RTU死机，SCADA系统将因此无法收到变电站信息。要求RTU在遇到上述情形时，要能在较短的时间内自动恢复，重新从头开始执行程序。86.和SCADA系统通信RTU的六项基本性能：①应至少支持的一种通信规约；②具有通讯速率的选择功能；③支持光端机；④支持微波；⑤支持载波；⑥支持无线电台。除此之外，还希望RTU具有下列功能：1)当地显示与参数整定输入，即在RTU上安装一个当地键盘和LED或液晶显示器，使得RTU的采集量在当地就可以显示到显示器上。2)CRT显示，打印制表。9变电站内的RTU分类10集中式RTU的主要特征为：单RTU、并行总线和集中组屏。分布式RTU的主要特征为：多CPU、串行总线、智能模板，既可以柜中组屏，又可以分散布置。根据结构上的不同，分布式微机远动装置又可分为功能分布式和结构分布式两大类。11功能分布式微机远动装置功能分布式微机远动装置是按功能划分各模块,RTU可由智能遥信模块(IYX)、智能遥测模块（IYC）、智能电度模块（IPA）、智能遥控模块（ISOC）、智能遥调模块（ISOR）和CPU模块构成，如下图所示。122)结构分布式微机远动装置此体系结构的优点：a)RTU单元模块分散地布置在开关柜等当中，而不必单独组屏，从而不仅节省了空间，也使二次连线大大减少。b)很容易将微机保护和监控功能合二为一，成为集成化的产品，甚至连防误闭锁功能也可以包含进去。这样非常有利于实现变电站综合自动化。13结构分布式微机远动装置在一个35kV配电变电站中的典型应用如下图所示。143)采用智能电能表简化微机远动装置的结构智能化多功能电能表是一类功能性很强的智能电子设备(IED)，它不但能采集分时段有功电能和无功电能，还可以获得电压、电流、有功功率、无功功率以及功率因数等参数，并通过RS-485接口和其它设备相连。采用此结构如下图所示。15微机远动装置的选择16直流采样和交流采用直流采样：将采用变送器进行的采样称为直流采样。变送器的作用是将强信号转化为适合计算机和仪表适用的弱信号；将交流信号转换为直流信号；从瞬时信号获得有效值；确保输出直流量和输入测量量之间满足线性关系；实现输入与输出隔离。缺点：数据的准确性受变送器稳定性的影响数据的实时性受变送器响应速度的影响变送器的维护工作量较大需要大量的变送器，加大投资和占地面积。17交流采样：不经过变送器，按一定规律直接采集交流量并加以处理，计算出电压、电流有效值以及有功、无功功率的方法就是交流采样。实际上就是用微机取代了传统的变送器，克服了变送器带来的不良影响，精度高，灵活可靠，使用方便。18配电网自动化远方终端一般分为两类：馈线远方终端

(FeederTerminalUnit-FTU)；

配电线路上的自动测量与控制装置配电变压器远方终端(TransformerTerminalUnit-TTU)。19配电网自动化远方终端用于现场的FTU有三种类型：1)只具有运行参数采集功能（监测）采集馈线的电流、电压、有功、无功、电量、停电时间等，通过通信网络传送到相关变电站。2)在采集单元的功能上加上控制（监控）3)将馈线的微机保护集成到监控单元中（综合的保护、监控）20FTU的功能1)遥信：有多路开关量输入，测控开关的位置。2)遥测：按一条线路需要测量的电流、电压进行交流采样，经数字滤波及运算后，得到要求的各运行参数，数据保存在有备用电源的存储器内，掉电不会丢失，也可能有数条线路遥测。3)遥控：装置收到遥控命令后进入命令校验，当命令检验为正确时，通过出口继电器执行命令(跳闸或合闸)。4)保护：采用交流采样并能判断故障电流。还具有故障录波功能，将故障前后若干周波波形数据与对应时刻存储到专用存储区。可根据运行方式设置多套保护定值。215)统计功能：对测控的开关的动作次数、动作时间及切断电流进行监视。6)事件顺序记录：记录状态量发生变化的时刻及顺序。7)事故记录：记录事故发生时的最大故障电流和事故前一段时间(一般为1min)的负荷，以便分析事故，并作为确定故障区段及恢复供电时重新分配负荷的依据。8)定值远方修改功能。9)自检及自恢复功能。2210)远方控制闭锁与手动操作功能。11)对时功能。12)装置经串口可与多种通信设备接口。13)装置均有工作与备用电源。23FTU的供电电源问题FTU采用工作电源及蓄电池作备用是一种常用方式。当线路掉电时，保证10小时内装置仍正常工作。24FTU的典型系统框图25柱上开关控制器FTU采用如下图所示的二机壳的结构形式。FTU的结构形式26FTU的实物图片27FTU与开关配合的组成框图28配电变压器远方终端(TTU)TTU是连接于配电线路上的柱上配电变压器或箱式变压器的远方终端装置。由于配电变压器面向用户，应具有谐波检测功能。当配电变压器有可调分接头，有可投切电容器组时，其遥控功能应能满足电压无功调控的要求。29TTU的典型系统框图30TTU的实物图片31配电网中的自动化开关器件配电网要实现自动控制，作为执行部件的各种自动开关是关键的设备之一。重合器（Recloser）熔断器（Fuse）分段器（Sectionlizer）

32重合器的功能与分类1）定义与功能。重合器是一种自身具有控制与保护功能的断路器。它具有故障电流检测和操作顺序控制以及执行功能，即它能按预定的开断和重合顺序自动进行开断与重合操作。永久性故障：在达到预先整定的重合次数后，则进行闭锁，不再重合。瞬时性故障：如果故障在重合器未达到规定重合次数前已消除，即重合器在规定重合次数内跳闸并重合后在规定时间内不再跳闸，经过一段时间，重合器自动复位。2）分类

a.单相和三相重合器

b.油重合器、六氟化流和真空重合器c.液压控制式、电子控制式重合器开关的特性参数（1）重合器开关的特性参数（2）3熔断器的结构合原理

1)概念

当流过熔断件的电流超过一定数值时，它自身产生的热量就能自动将熔断件熔断从而达到开断电路的目的。

2)原理

熔断器开断电路的过程可大致分为三个阶段来描述

1）弧前阶段：过电流开始到熔断件溶化

2）燃弧初期阶段：熔断件溶化到产生电弧

3）燃弧阶段：持续燃弧到电弧熄灭

3)技术术语

a.时间－电流（t-I)特性

b.额定电流、最小熔化电流和熔断系数

c.额定开断电流和开断电流下限值

d.熔断器的“K”系数

t(s)I(A)50100300100050001010.1最大熔化曲线最小熔化曲线

熔断器的时间-电流特性曲线

高压熔断器的选择（1）按额定电压选择：对于一般的高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网的额定电压。而对于充填石英砂有限流作用的熔断器，则只能用在等于其额定电压的电网中，用在低于其额定电压的电网中，熔体熔断时将产生危险的过电压，以致损害电气设备。（2）按额定电流选择：①熔管额定电流。熔管额定电流INR应大于或等于熔体的额定电流INRt。②熔体额定电流。保护变压器时按下式选择INRt=KIgmax式中K——可靠系数（不计电动机自启动时K=1.1~1.3；考虑电动机自启动时K=1.5~2.0）；Igmax——电力变压器回路的最大工作电流。保护电力电容器时按下式选择INRt=KINC式中K——可靠系数（对限流式高压熔断器，当一台电力电容器时K=1.5~2.0；当一组电容器时K=1.3~1.8）（3）熔断器开断电流校验：熔断器的开断电流应大于保护回路短路冲击电流的有效值。（4）熔断器选择性的校验：分段器定义、功能及分类全程为自动线路分段器。用于配电线路上，用来隔离线路区段的自动开关装置。不能用于开断故障电流，只能开断负荷电流。在使用时，以整定记录故障电流开断次数来实现与电源侧的前级开关配合。分段器具有计数功能，记录当分段器负荷侧发生故障后，电源侧保护装置断开故障电流动作次数，记录次数可以为一次或多次。若记录次数未达到整定次数，电源侧开关设备重合成功，分段器经过一段时间后，将计数清零，并恢复到预先整定的初始位置。若在记录次数到底后，电源侧开关设备重合仍未成功而再次跳闸切除故障电流（永久故障），分段器随之瞬间跳闸并闭锁，使故障线路与系统电气分离。40分段器定义、功能及分类按动作相数分为：单相式、三相式；按控制方式分为：液压式、电子式。41分段器使用基本原则分段器总是与电源侧的断路器或重合器配合使用1)分段器必须串联使用于重合器(或断路器)的负荷侧。2)分段器断开前计数次数的整定应该比重合器保护装置在闭锁前的总操作次数少一次。当几个分段器串联时，分段器的计数次数沿电源侧依次递减，如图所示，n为重合器的总操作次数。42分段器与重合器的配合三、成套组合开关设备

1、环网开关柜

2、箱式变电站

SF6户外环网柜紧凑型户内高压开关柜单环网应用SF6户外环网柜紧凑型户内高压开关柜双环网应用箱式变电站内部功能构成

紧凑型开关柜运行在变电站中箱式变电站（终端接线方式）环网开关柜（双回接线方式）环网开关柜（环网П型接线）配电网中环网开关柜和箱式变电站接线图变电站110/10KV第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

----低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3）吸气预热的影响由于压缩过程中机件吸热，所以在吸气过程中，机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小，造成吸气量下降。预热损失用温度系数λt来衡量（0.90-0.95）。保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4）漏泄的影响内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。漏泄损失用气密系数λl来衡量（0.90-0.98）。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。5）气体流动惯性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理上述五条原因使实际与理论循环不同。4）漏泄的影响5）气体流动惯性的影响1）余隙容积Vc的影响2）进排气阀及流道阻力的影响3）吸气预热的影响2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3.排气量和输气系数理论排气量Vt----单位时间内活塞所扫过的气缸容积。实际排