電網(wǎng)監(jiān)控與調(diào)度自動化第三章5-7節(jié)

1、 第4章 變電站自動化第5節(jié) 變電站防誤操作閉鎖系統(tǒng)第6節(jié) 變電站自動化系統(tǒng)其他控制功能 及應用第7節(jié) 遙視與檢測電氣設備的誤操作可能造成大面積的停電、設備損壞、人身傷害，甚至引起電網(wǎng)振蕩瓦解等嚴重后果。1981-2006年電氣誤操作事故統(tǒng)計次數(shù)4.5變電站防誤操作閉鎖系統(tǒng)4.5.1變電站防誤操作閉鎖裝置構成4.5.2微機網(wǎng)絡防誤閉鎖系統(tǒng)4.5.3微機“五防”系統(tǒng)和常規(guī)防誤閉鎖技術比較 4.5.1變電站防誤操作閉鎖裝置構成1.1變電站防誤操作閉鎖裝置構成1.2電氣設備的閉鎖方式1.3微機“五防”閉鎖裝置1.1變電站防誤操作閉鎖裝置構成 閉鎖裝置是一種對電氣倒閘操作過程進行邏輯限制的物理裝置。

2、常規(guī)的閉鎖裝置分為：機械閉鎖、電磁閉鎖、程序閉鎖、微機防誤閉鎖。 機械閉鎖是靠機械制約而達到預定目的的一種閉鎖 電氣閉鎖分為電氣回路閉鎖、電磁鎖。 微機防誤閉鎖主要分測控裝置微機防誤閉鎖和后臺微機防誤閉鎖兩類。1.2電氣設備的閉鎖方式 臨那個時接地線、網(wǎng)門、柜門、間距門的閉鎖。 隔離開關、接地開關等手動操作機構的閉鎖。 斷路器、電動隔離開關等電動操作機構的閉鎖。1.3微機“五防”閉鎖裝置 微機閉鎖裝置主要由PC機、智能模擬屏、工控機、電腦鑰匙和各種鎖具組成。 微機“五防”閉鎖裝置構成，典型的變電站防誤閉鎖系統(tǒng)主要由防誤主機、電腦鑰匙、防誤鎖具三部分構成。典型防誤鑰匙外形圖微機閉鎖裝置的使用流程

3、： 設備對位操作：指將防誤閉鎖系統(tǒng)的一次接線圖的設備狀態(tài)與實際設備狀態(tài)與設備狀態(tài)進行對位。 模擬操作：指在系統(tǒng)一次接線圖與實際設備狀態(tài)相對應的情況下，在一次接線圖上進行操作票模擬操作。 鑰匙初始化：電腦鑰匙在使用前須進行初始化，將鑰匙放到傳送充電座內(nèi)，主機通過串口將已準備好的數(shù)據(jù)文件初始化到鑰匙中。 傳送操作票：指在確認操作任務與操作步驟正確的情況下，將模擬操作的步驟導入電腦鑰匙內(nèi)。 現(xiàn)場操作：操作人需持電腦鑰匙到現(xiàn)場進行操作，操作任務正確時，電腦鑰匙將打開正確的防誤鎖具，允許操作人進行相應設備的操作。 數(shù)據(jù)傳回：當操作任務完成須將電腦鑰匙放回充電傳輸座。4.5.2微機網(wǎng)絡防誤閉鎖系統(tǒng)微機網(wǎng)絡

4、防誤閉鎖系統(tǒng)結構上分為站控層、間隔層、過程層，由嵌入監(jiān)控系統(tǒng)中的防誤程序、電腦鑰匙、電腦鑰匙裝置、各類鎖具和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡組成。防誤子程序根據(jù)防誤規(guī)則和模擬預言步驟，生成實際操作程序，再根據(jù)設備閉鎖方式的不同采用以下三種方式進行開鎖操作：電腦鑰匙開鎖通過電腦閉鎖單元等直接控制智能鎖具開鎖；通過通信接口對監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng) 防誤子系統(tǒng)分布式控制器智能鎖具遙控閉鎖繼電器電編碼鎖機械編碼鎖網(wǎng)絡控制器RS485系統(tǒng)總線電腦鑰匙無線路由器站控層間隔層過程層圖415微機網(wǎng)絡防誤閉鎖系統(tǒng)結構示意圖. 防誤閉鎖系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理框圖 4.5.3微機“五防”系統(tǒng)和防誤閉鎖技術比較電氣防誤閉鎖回路是一種現(xiàn)

5、場連鎖技術，主要通過相關設備的輔助觸點來實現(xiàn)閉鎖。電氣閉鎖回路一般只能防止開關、隔離開關和電動開關的誤操作，對誤入帶電間隔，接地線的掛接（拆除）等無能為力，不能實現(xiàn)完整的“五防”。4.6自動化系統(tǒng)其他控制功能及應用4.6.1 電力系統(tǒng)的低頻減負荷控制4.6.2 備用電源自動投入控制4.6.3 小電流接地系統(tǒng)的單相接地選線4.6.4 故障錄波與測距4.6.5 電力系統(tǒng)同步相量測量PMU4.6.1電力系統(tǒng)的低頻減負荷控制1.1自動低頻減負荷的基本原理1.2自動低頻減負荷的實現(xiàn)方法1.3對自動低頻減負荷裝置的基本要求1.4對自動低頻減負荷裝置閉鎖方式的分析1.5微機低頻減負荷裝置的優(yōu)點1.1自動低頻

6、減負荷的基本原理 當系統(tǒng)頻率降至f1時，第一級頻率測量元件啟動，經(jīng)延時t1后執(zhí)行元件CA1動作，切除第一級負荷P1；當系統(tǒng)頻率降至f2時，第二級頻率測量元件啟動，經(jīng)延時t2后執(zhí)行元件CA2動作，切除第二級負荷P2.如果系統(tǒng)頻率繼續(xù)下降，則基本級的n級負荷有可能全部被切除。1.2自動低頻減負荷的實現(xiàn)方法1.采用專用的微機低頻減負荷裝置實現(xiàn)。這種低頻減負荷裝置的控制方式如前所述，將全部饋電線路分為1-8級和特殊級，然后根據(jù)系統(tǒng)頻率下降的情況去切除負荷。2.把低頻減負荷的控制分散裝設在每回饋電線路的保護裝置中。將n級動作的頻率和延時定值事前在某回線路的保護裝置中設置好，則該回路便屬于第n級切除的負荷

7、。（易于實現(xiàn)、結構簡單）1.3對自動低頻減負荷裝置的基本要求 能在各種運行方式和功率缺額的情況下，有效地防止系統(tǒng)頻率下降至危險點一下。 切除的負荷應盡可能少，無超調(diào)和懸?，F(xiàn)象。 能保證解列后的各孤立子系統(tǒng)不發(fā)生頻率崩潰。 變電站的饋電線路故障或變壓器切除造成失壓，負荷 反饋電壓的頻率衰減時，低頻減負荷裝置應可靠閉鎖。 電力系統(tǒng)發(fā)生低頻震蕩時，不應誤動。 電力系統(tǒng)受諧波干擾時，不應誤動。1.4對自動低頻減負荷裝置閉鎖方式分析 常規(guī)低頻減負荷裝置由電磁式或數(shù)字式的頻率繼電器構成 特點：測頻精度不高、抗干擾能力差、性能不穩(wěn)定。 新型低頻減負荷裝置優(yōu)點：原理先進、準確性高、抗干擾能力強。 低頻減負荷裝

8、置常用的閉鎖方式有：時限閉鎖、低電壓帶時限閉鎖、低電流閉鎖、雙頻率繼電器串聯(lián)及滑差閉鎖。1.5微機低頻減負荷裝置的優(yōu)點 測頻方法先進。 可采用頻率下降速率作為動作判據(jù)或閉鎖條件。 容易擴展低電壓閉鎖功能。 容易擴充重合閘功能。 容易擴展故障自診斷和自閉鎖功能。4.6.2備用電源自動投入控制1.1備用電源的配置。1.2采用微機型的備用電源自動投入裝置的優(yōu)越性1.1備用電源的配置l 低壓母線分段斷路器自動投入方案。l 如圖，當主變壓器T1、T2同時運行，而QF3斷開時，一次系統(tǒng)中主變壓器T1、T2互為備用電源。圖4-18 低壓母線分段斷路器自動投入方案主接線 內(nèi)橋斷路器的自動投入方案。 如圖，當X

9、L1進線帶I、II段運行，即QF1、QF3在合位、QF2在分位時，XL2備用電源或XL2進線帶II、I段運行，即QF2、QF3在合位、QF1在分位時，XL1是備用電源。圖4-19 內(nèi)橋斷路器自動投入方案的主接線l進線備用自動投入方案。l如圖，XL1和XL2中只有一個斷路器在分位，另一個在合位，因此當母線失壓，備用線路有壓，并無電流1（2）時，即可跳開QF1（QF2），合上QF2（QF1）。圖4-20 進線備用自動投入方案主接線1.2微機型的備用電源投入裝置的優(yōu)越性綜合功能比較齊全，適應面廣。具有串行通信功能。體積小、性能價格比高。故障自診斷能力強，可靠性高。4.6.3小電流接地系統(tǒng)的單相接地選

10、線1.1不接地系統(tǒng)單相接地故障時的選線原理1.2經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障時的選線1.1不接地系統(tǒng)單相接地故障時選線原理由繼電保護原理可知，中性點不接地系統(tǒng)單相接地故障時中性點位移電壓，母線電壓互感器開口三角形出現(xiàn)3U0電壓；非故障線路電容電流就是該線路的零序電流；故障線路首端的零序電流數(shù)值上等于系統(tǒng)非故障線路全部電容電流的總和，其方向為線路指向母線，與非故障線路中零序電流的方向相反，該電流由線路首端的電流互感器反應到二次側，這就是中性點不接地系統(tǒng)基波零序電流方向自動接地選線裝置所用的工作原理1.2經(jīng)銷弧線圈接地單相接地故障的選線5次諧波判別法實現(xiàn)接地選線的原理 1、中性點經(jīng)消弧線圈接地系

11、統(tǒng)，在發(fā)生單相接地故障時，故障線路首端的5次諧波零序電流在數(shù)值上等于系統(tǒng)非故障線路5次諧波電容電流的總和。 2、故障線路首端的5次諧波零序電流其方向與非故障線路中5次諧波零序電流方向相反。有功分量判別法接地選線的原理 單相接地時，故障線路通過接地點與消弧線圈和阻尼電阻構成串聯(lián)回路。 自動跟蹤消弧線圈裝置 1、自動跟蹤消弧線圈原理。 2、自動跟蹤消弧線圈裝置。圖4-21 自動跟蹤消弧線圈29 4.6.4故障錄波與測距1.11.1微機型專用故障錄波裝置的硬件結構微機型專用故障錄波裝置的硬件結構1.21.2數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集1.31.3故障錄波啟動判斷故障錄波啟動判斷1.41.4輸電線路故障測距輸電線

12、路故障測距30 4.6.4故障錄波與測距 電力系統(tǒng)故障錄波裝置是主要在電力系統(tǒng)故障錄波裝置是主要在500、220kV變變電站及一些樞紐變電站中用作記錄和分析電網(wǎng)故障電站及一些樞紐變電站中用作記錄和分析電網(wǎng)故障的設備。變電站故障錄波可以根據(jù)需要采用的設備。變電站故障錄波可以根據(jù)需要采用兩種方兩種方式式實現(xiàn)：實現(xiàn)： 一種是配置專用微機故障錄波裝置并能與就地一種是配置專用微機故障錄波裝置并能與就地監(jiān)控系統(tǒng)通信，傳輸給遠方調(diào)度；另一種則由微機監(jiān)控系統(tǒng)通信，傳輸給遠方調(diào)度；另一種則由微機保護裝置兼做記錄及測距計算，再將數(shù)字化的波形保護裝置兼做記錄及測距計算，再將數(shù)字化的波形及測距結果送給監(jiān)控系統(tǒng)。及測距

13、結果送給監(jiān)控系統(tǒng)。 這里主要介紹微機型專用故障錄波裝置。這里主要介紹微機型專用故障錄波裝置。 31 1.1微機型專用故障錄波裝置的硬件結構微機型專用故障錄波裝置微機型專用故障錄波裝置的基本的基本配置可以由三部分組成，如圖配置可以由三部分組成，如圖4-4-2222所示。所示。 1 1、輔助變換器，用于變換、輔助變換器，用于變換電流、電壓等模擬量，以適應單電流、電壓等模擬量，以適應單片機微機的片機微機的A/DA/D變換要求變換要求 2 2、前置機部分，用于數(shù)據(jù)、前置機部分，用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和判啟動用，將故障信采集系統(tǒng)和判啟動用，將故障信息快速、及時地闖到后臺機。息快速、及時地闖到后臺機。 3 3、

14、后臺機部分，主要用于、后臺機部分，主要用于數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理。圖4-22 微機型專用故障錄波裝置基本配置321.2數(shù)據(jù)采集過程 1 1、數(shù)據(jù)采集。接受人機插件發(fā)出的同步采樣信息，根、數(shù)據(jù)采集。接受人機插件發(fā)出的同步采樣信息，根據(jù)據(jù)1000Hz1000Hz的采樣率，即的采樣率，即1ms1ms進行一次定時采樣及計算，每次進行一次定時采樣及計算，每次定時采樣均進入采樣中斷服務程序。定時采樣均進入采樣中斷服務程序。 2 2、保留故障數(shù)據(jù)。故障錄波裝置一旦啟動，立即保留、保留故障數(shù)據(jù)。故障錄波裝置一旦啟動，立即保留三周的新數(shù)據(jù)，以保證故障錄波波形的連續(xù)并有助于分析系三周的新數(shù)據(jù)，以保證故障錄波波形的連續(xù)

15、并有助于分析系統(tǒng)故障。統(tǒng)故障。 3 3、劃分記錄段，順序記錄。為了節(jié)省內(nèi)存，但又保證、劃分記錄段，順序記錄。為了節(jié)省內(nèi)存，但又保證必要的信息和數(shù)據(jù)能清晰的記錄下來，采用劃分時段記錄的必要的信息和數(shù)據(jù)能清晰的記錄下來，采用劃分時段記錄的方法方法331.3故障錄波啟動判斷 故障錄波啟動分為內(nèi)部啟動和外部啟動兩類。故障錄波啟動分為內(nèi)部啟動和外部啟動兩類。 內(nèi)部啟動就是各內(nèi)部啟動就是各CPUCPU軟件根據(jù)自啟動判據(jù)超定值啟動，軟件根據(jù)自啟動判據(jù)超定值啟動，自啟動判據(jù)有以下幾種：自啟動判據(jù)有以下幾種： 1 1、突變量啟動判據(jù)。、突變量啟動判據(jù)。 2 2、主變壓器中性點零序電流、主變壓器中性點零序電流3I

16、3I0 0啟動判據(jù)。啟動判據(jù)。 3 3、正序、負序和零序電壓啟動判據(jù)。、正序、負序和零序電壓啟動判據(jù)。 4 4、線路一相電流在、線路一相電流在0.5s0.5s內(nèi)的最大、最小值之差不小于內(nèi)的最大、最小值之差不小于10%10%。 5 5、母線頻率變化啟動錄波判據(jù)。、母線頻率變化啟動錄波判據(jù)。34 外部啟動有兩種，一種是繼電保護的跳閘動作信號啟動，另一種是調(diào)度來的啟動命令。這兩種啟動均為開關量啟動。351.4輸電線路故障測距 根據(jù)測距原理的不同，輸電線路故障測距方法可根據(jù)測距原理的不同，輸電線路故障測距方法可分為分為阻抗法阻抗法行波法。行波法。一下主要介紹行波測距方法。一下主要介紹行波測距方法。 1

17、 1、暫態(tài)電流行波中的故障距離信息。在母線、暫態(tài)電流行波中的故障距離信息。在母線M M、N N處所檢測到的的電流行波處所檢測到的的電流行波i im m（t t）、）、i in n（t t）可寫成：）可寫成：.)()()(1t.)()()(1t3i3i2ncn2cmnnnnmmmmmteteteteteteaaZaaZ）（）（ 2、行波故障測距原理 僅在線路一側設置故障檢測元件，檢測線路一側流過的暫態(tài)電流，即可構成利用單端電流行波的故障測距。其計算公式為：2tvxL37 受母線和系統(tǒng)結構等因素的影響，來自于故障點受母線和系統(tǒng)結構等因素的影響，來自于故障點的第的第2 2個行波分量可能很微弱，以至于

18、無法檢測導致個行波分量可能很微弱，以至于無法檢測導致測距失敗。因此，有必要在故障兩側分設檢測元件，測距失敗。因此，有必要在故障兩側分設檢測元件，用以測量到達兩側母線的初始行波而構成兩端測距。用以測量到達兩側母線的初始行波而構成兩端測距。其計算公式為：其計算公式為：2)(2)(LvLvmnnnmmxx384.6.5、電力系統(tǒng)同步測量PMU1.11.1電網(wǎng)多功能公角實時監(jiān)測系統(tǒng)電網(wǎng)多功能公角實時監(jiān)測系統(tǒng)1.21.2同步相量測量的原理及監(jiān)測的意義同步相量測量的原理及監(jiān)測的意義1.31.3相量測量單元（相量測量單元（PMUPMU）1.4PMU1.4PMU系統(tǒng)的基本結構系統(tǒng)的基本結構391.1電網(wǎng)多功能

19、公角實時監(jiān)測系統(tǒng)基于基于GPSGPS技術的廣域相量測量（技術的廣域相量測量（PMUPMU），利用），利用GPSGPS的高的高精度實時信號的相量測量技術對系統(tǒng)中各關鍵節(jié)點精度實時信號的相量測量技術對系統(tǒng)中各關鍵節(jié)點的電壓、電流相量進行同步采集，就能夠?qū)崟r地觀的電壓、電流相量進行同步采集，就能夠?qū)崟r地觀測整個電網(wǎng)的運行狀態(tài)，從而為分析電力系統(tǒng)的動測整個電網(wǎng)的運行狀態(tài)，從而為分析電力系統(tǒng)的動態(tài)特性、系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行與控態(tài)特性、系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行與控制提供了有力的手段。制提供了有力的手段。401.2同步相量測量的原理及監(jiān)測的意義相量測量就是同步測量電網(wǎng)中各母線或節(jié)點的電壓

20、幅值和相位，關鍵是同步采樣，時間誤差1ms會帶來18o 工頻誤差，測量誤差若要求0.1o，那么時間同步精度應為5us，而GPS能滿足此要求。功角的實時監(jiān)測能為調(diào)度員進行系統(tǒng)狀態(tài)的準確判斷提供及時的有力的依據(jù)，以便及時采取措施，維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行。向量測量裝置能同步記錄擾動數(shù)據(jù)，使得同時分析系統(tǒng)擾動的過程中多點的動態(tài)情況成為可能，有助于大電網(wǎng)的動態(tài)規(guī)律的研究，為制定系統(tǒng)穩(wěn)定控制策略和運行方案提供基礎。411.31.3相量測量單元（相量測量單元（PMUPMU） 來自來自TVTV、TATA二次側的電壓、電流信號經(jīng)交流輸入單二次側的電壓、電流信號經(jīng)交流輸入單元變換后，變?yōu)檫m合微機處理的小信號，再經(jīng)低通濾

21、元變換后，變?yōu)檫m合微機處理的小信號，再經(jīng)低通濾波變成滿足采樣定理的交流信號。波變成滿足采樣定理的交流信號。DSPDSP在基于在基于GPSGPS時間時間基準的同步采樣脈沖控制下，經(jīng)基準的同步采樣脈沖控制下，經(jīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換完成對交流轉(zhuǎn)換完成對交流信號的采樣，然后利用信號的采樣，然后利用GPSGPS接收器串口提供的時間信接收器串口提供的時間信息和采樣順序編號給計算結果置以便于識別的息和采樣順序編號給計算結果置以便于識別的“時間時間標簽標簽”，并將計算結果連同其時間標簽按照通信規(guī)約，并將計算結果連同其時間標簽按照通信規(guī)約的要求傳至檢測中心。的要求傳至檢測中心。1.4PMU系統(tǒng)的基本結構 PMU系統(tǒng)由監(jiān)測點裝置、數(shù)據(jù)集中器、通信設備、通信線路、中央監(jiān)控站、網(wǎng)絡服務器及資料分析站組成。其具體功能如下： 1、監(jiān)測點采集與數(shù)據(jù)集中。廠站端裝置同步采集信號，并用DSP技術從采集信號中獲取所需的各次諧波信號幅值、頻率和初相角，通過通信線路將各種數(shù)據(jù)上送到中央監(jiān)控站。 2、中央監(jiān)控站。中央監(jiān)控站進行多站間的實時功角及各站采集信號的在線監(jiān)測，并將相關數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。 3、網(wǎng)絡服務器。中央監(jiān)控站的網(wǎng)絡服務器將各站間的功角數(shù)據(jù)存入相量數(shù)據(jù)庫的實時表和歷史表中，提供EMS應用接口，使實時測量的功角信息