ch7_供電系統(tǒng)變電所的自動化

1、X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：本章介紹了供電系統(tǒng)的基本功能以及變電所綜合自動化本章介紹了供電系統(tǒng)的基本功能以及變電所綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，還介紹了備用電源投入裝置，最后介紹了自動重合閘系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，還介紹了備用電源投入裝置，最后介紹了自動重合閘裝置。裝置。X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 變電所自動化系統(tǒng)的基本功能變電所自動化系統(tǒng)的基本功能第三節(jié)第三節(jié) 變電所綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變電所綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第四節(jié)第四節(jié) 備用電源自動投入裝置備用電源自動投入裝置第五節(jié)第五節(jié) 自動重合閘裝置自動重合閘裝置X

2、中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件 變電所的自動化系統(tǒng)就是將變電所的變電所的自動化系統(tǒng)就是將變電所的二次設(shè)備二次設(shè)備（包括：（包括：繼電保護裝置、控制裝置、測量裝置、信號裝置）通過繼電保護裝置、控制裝置、測量裝置、信號裝置）通過計計算機網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)代通信技術(shù)算機網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)代通信技術(shù)綜合集成為一體，實現(xiàn)變電所運綜合集成為一體，實現(xiàn)變電所運行管理自動化的系統(tǒng)。行管理自動化的系統(tǒng)。 一、變電所的自動化系統(tǒng)的定義一、變電所的自動化系統(tǒng)的定義 二、變電所的自動化系統(tǒng)的主要功能二、變電所的自動化系統(tǒng)的主要功能 具有微機保

3、護，數(shù)據(jù)、信號采集與測量，自動控具有微機保護，數(shù)據(jù)、信號采集與測量，自動控制，運行監(jiān)視，打印記錄，故障錄波與測距，信息儲制，運行監(jiān)視，打印記錄，故障錄波與測距，信息儲存與分析，自診斷，與調(diào)度所通信以及接受、處理和存與分析，自診斷，與調(diào)度所通信以及接受、處理和傳送來自線路需經(jīng)變電所傳送的信號等功能。傳送來自線路需經(jīng)變電所傳送的信號等功能。 X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件 三、變電所的自動化系統(tǒng)的分類三、變電所的自動化系統(tǒng)的分類 1）在）在中、低壓中、低壓變電所中采用自動化系統(tǒng)，取消常規(guī)變電所中采用自動化系統(tǒng)，取消常規(guī)的保護、監(jiān)視、測量、控制屏，以全面提高變電所的的保護、監(jiān)視

4、、測量、控制屏，以全面提高變電所的技術(shù)水平和運行管理水平，并逐步實行技術(shù)水平和運行管理水平，并逐步實行無人值班無人值班，達，達到減員增效的目的。到減員增效的目的。 2）對于）對于高壓高壓大型樞紐變電所的建設(shè)和設(shè)計來說，采大型樞紐變電所的建設(shè)和設(shè)計來說，采用自動化系統(tǒng)，解決了各專業(yè)在技術(shù)上保持相對獨立用自動化系統(tǒng)，解決了各專業(yè)在技術(shù)上保持相對獨立而造成的互相脫節(jié)、重復(fù)投資，甚至影響運行可靠性而造成的互相脫節(jié)、重復(fù)投資，甚至影響運行可靠性的弊端。達到的弊端。達到提高自動化水平和運行管理水平提高自動化水平和運行管理水平的目的。的目的。 X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件第二節(jié)第二節(jié)

5、 變電所自動化系統(tǒng)的基本功能變電所自動化系統(tǒng)的基本功能 X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件一、一、 監(jiān)視控制功能監(jiān)視控制功能 變電所綜合自動化系統(tǒng)的監(jiān)控功能，應(yīng)包括變電所模擬量、狀態(tài)量、變電所綜合自動化系統(tǒng)的監(jiān)控功能，應(yīng)包括變電所模擬量、狀態(tài)量、脈沖量的數(shù)據(jù)采集，時間順序記錄，故障錄波，諧波監(jiān)測與分析，脈沖量的數(shù)據(jù)采集，時間順序記錄，故障錄波，諧波監(jiān)測與分析，變電站操作控制，人機聯(lián)系，變電所內(nèi)通信以及與上級調(diào)度通信的變電站操作控制，人機聯(lián)系，變電所內(nèi)通信以及與上級調(diào)度通信的全部功能。全部功能。 1. 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集:對供電系統(tǒng)運行參數(shù)的在線實時采集是變電所自動化系統(tǒng)的基本功

6、能之一，運行參數(shù)可分為模擬量、狀態(tài)量和脈沖量等。 2. 數(shù)據(jù)處理與記錄數(shù)據(jù)處理與記錄:數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容為電力部門和用戶內(nèi)部生產(chǎn)調(diào)度所要求的數(shù)據(jù)。 (1) 變電所運行參數(shù)的統(tǒng)計、分析與計算 (2) 變電所內(nèi)運行參數(shù)和設(shè)備的越限報警及記錄 (3) 變電所內(nèi)的事件記錄 3. 運行監(jiān)視運行監(jiān)視:運行監(jiān)視即對采集到的反映變電所運行狀況和設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)進行自動監(jiān)視。 X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件 4. 故障錄波故障錄波:10kV及以上的重要配電線路距離長、發(fā)生故障影響大，當配電線路故障時必須盡快查出故障點，以便縮短維修時間，盡快恢復(fù)供電，減少損失。 5. 事故順序記錄與事故追憶事故順

7、序記錄與事故追憶 事故順序記錄就是對變電所內(nèi)的繼電保護、自動裝置、斷路器等在事故時動作的先后順序自動記錄。 事故追憶是指對變電所內(nèi)的一些主要模擬量，如線路、主變壓器的電流、有功功率、母線電壓等，在事故前后一段時間內(nèi)作連續(xù)測量記錄。 6. 控制及安全操作閉鎖：控制及安全操作閉鎖：操作人員可通過顯示器屏幕對斷路器、隔離開關(guān)進行分、合閘操作；對變壓器分接頭進行調(diào)節(jié)控制；對電容器組進行投、切控制。并且所有的操作控制均能就地和遠方控制、就地和遠方切換相互閉鎖，自動和手動相互閉鎖。 操作閉鎖包括以下內(nèi)容：操作系統(tǒng)出口具有斷路器分、合閘閉鎖功能。 X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件二、微機

8、繼電保護功能二、微機繼電保護功能 微機繼電保護是變電所自動化系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要包括線路保微機繼電保護是變電所自動化系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要包括線路保護、電力變壓器保護、母線保護、電容器保護、小電流接地系統(tǒng)自動選護、電力變壓器保護、母線保護、電容器保護、小電流接地系統(tǒng)自動選線、自動重合閘。由于繼電保護的特殊重要性，自動化系統(tǒng)絕不能降低線、自動重合閘。由于繼電保護的特殊重要性，自動化系統(tǒng)絕不能降低繼電保護的可靠性、獨立性。繼電保護的可靠性、獨立性。 微機繼電保護應(yīng)滿足的要求微機繼電保護應(yīng)滿足的要求： 1.系統(tǒng)的微機繼電保護按被保護的電力設(shè)備單元(間隔)分別獨立設(shè)置，直接由相關(guān)的電流互感器和電壓互

9、感器輸入電氣量，保護裝置的輸出，直接作用于相應(yīng)斷路器的跳閘線圈。 2.保護裝置設(shè)有通信接口，供接入站內(nèi)通信網(wǎng)，在保護動作后向變電所層的微機設(shè)備提供報告，但繼電保護功能完全不依賴通信網(wǎng)。 3.為避免不必要的硬件重復(fù)，以提高整個系統(tǒng)的可靠性和降低造價，對35kV及以下的變（配）電所，在不降低保護裝置可靠性的前提下，可以配給保護裝置其他一些功能。 4.除保護裝置外，其他一些重要控制設(shè)備，例如備用電源自動投入裝置、控制電容器投切和變壓器分接頭有載切換的無功電壓控制裝置等，也不依賴通信網(wǎng)，設(shè)備專用的裝置放在相應(yīng)間隔屏上。X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件三、自動控制裝置的功能三、自動控

10、制裝置的功能 變電所自動化系統(tǒng)必須具有保證安全、可靠供電和提高電能質(zhì)量的自變電所自動化系統(tǒng)必須具有保證安全、可靠供電和提高電能質(zhì)量的自動控制功能。因此，典型的變電所自動化系統(tǒng)都配置了相應(yīng)的自動控制裝動控制功能。因此，典型的變電所自動化系統(tǒng)都配置了相應(yīng)的自動控制裝置，如備用電源自動投入控制裝置、自動重合閘裝置、電壓、無功綜合控置，如備用電源自動投入控制裝置、自動重合閘裝置、電壓、無功綜合控制裝置、小電流接地選線裝置等。制裝置、小電流接地選線裝置等。 1.備用電源自投控制備用電源自投控制 ：當工作電源因故不能供電時，備用電源自動投入裝置應(yīng)能迅速及時將備用電源自動投入使用或?qū)⒂秒娯摵汕袚Q到備用電源上

11、去。 2.自動重合閘裝置：自動重合閘裝置：在供電系統(tǒng)的架空線路發(fā)生“瞬時性故障”被繼電保護迅速斷開后，由于故障的瞬時性，故障點的絕緣強度會自動恢復(fù)。利用這一特點，采用自動重合閘裝置能夠自動將斷路器重新合閘，恢復(fù)供電，提高供電的可靠性。X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件 4.小電流接地選線裝置：小電流接地選線裝置：在中性點不接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時，接地保護應(yīng)能正確地選出接地線路及接地相，并予以報警。 3.電壓、無功綜合控制：電壓、無功綜合控制：變電所電壓、無功綜合控制是利用有載調(diào)壓變壓器和母線無功補償電容器及電抗器進行局部的電壓及無功功率補償?shù)淖詣诱{(diào)節(jié)控制，使負荷側(cè)母線電壓偏

12、差在規(guī)定范圍以內(nèi)以及用戶供電系統(tǒng)的功率因數(shù)達到電力部門的要求。 X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件四、遠動及數(shù)據(jù)通信功能四、遠動及數(shù)據(jù)通信功能 變電所自動化的通信功能包括系統(tǒng)內(nèi)部的現(xiàn)場級的通信和自動化變電所自動化的通信功能包括系統(tǒng)內(nèi)部的現(xiàn)場級的通信和自動化系統(tǒng)與上級調(diào)度的通信兩部分。系統(tǒng)與上級調(diào)度的通信兩部分。 1)自動化系統(tǒng)的現(xiàn)場級通信，主要解決變電所內(nèi)部自動化各子系統(tǒng)間和各子系統(tǒng)與上位機(監(jiān)控主機)間的數(shù)據(jù)和信息交換問題。它們的通信范圍是變電站內(nèi)部。對于集中組屏結(jié)構(gòu)的自動化系統(tǒng)來說，實際上是在變電所主控室內(nèi)部；對于分散分層結(jié)構(gòu)的自動化系統(tǒng)來說，其通信范圍擴大至主控室與現(xiàn)場

13、單元的安裝地。 2)自動化系統(tǒng)必須兼有遠動終端（Remote Terminal Unit, RTU）的全部功能，應(yīng)該能夠?qū)⑺杉哪M量和開關(guān)量信息，以及事件順序記錄等遠傳至上級調(diào)度中心；同時應(yīng)該能夠接收調(diào)度中心下達的各種操作、控制、修改定值等命令。 X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件第三節(jié)第三節(jié) 變電所綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變電所綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件一、一、 變電所綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計的原則變電所綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計的原則 根據(jù)變電所在供電系統(tǒng)中的地位和作用，對變電所自動化系統(tǒng)的結(jié)根據(jù)變電所在供電系統(tǒng)中的地位和作用，對變電所自動

14、化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮可靠、實用、先進的原則。構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮可靠、實用、先進的原則。 可靠性可靠性是變電所自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，系統(tǒng)本身應(yīng)有較強的抗干擾能力和自檢恢復(fù)功能，在系統(tǒng)運行中，繼電保護的動作行為僅與保護裝置有關(guān)，不依賴于監(jiān)控系統(tǒng)和其他環(huán)節(jié)，保證自動化系統(tǒng)中某一環(huán)節(jié)故障只影響局部功能的實現(xiàn)，不影響保護子系統(tǒng)的正常工作。且都應(yīng)設(shè)有手動跳、合閘功能及防跳功能。 變電所自動化系統(tǒng)的實用性實用性是要求對自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計從實際應(yīng)用的對象出發(fā)。從而提高變電所自動化系統(tǒng)性能價格比，減少投資。同時系統(tǒng)本身在結(jié)構(gòu)配置上應(yīng)有可擴充余地、通用性要強、操作使用要方便、便于修改和增刪。 變電所自動化

15、系統(tǒng)的先進性先進性通常是以系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、功能水平及其可靠性、實用性等綜合指標為衡量依據(jù)的。變電所自動化系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和功能水平設(shè)計，要求安全可靠、運行穩(wěn)定、經(jīng)濟效益等綜合指標好，并為變電所的進一步自動化和人工智能應(yīng)用提供平臺，滿足和促進變電所無人值班的實施。同時應(yīng)符合國家或部頒標準，使系統(tǒng)開放性能好，便于升級。 X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件二、二、 變電所綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變電所綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 變電所自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可分為集中式集中式、分布分散式分布分散式和分散分散 集中組屏式集中組屏式三種類型。 X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件圖7-1

16、集中式變電所自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 1、集中式變電所自動化系統(tǒng)、集中式變電所自動化系統(tǒng) X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件 1） 結(jié)構(gòu)簡單，投資少。結(jié)構(gòu)簡單，投資少。 2） 功能簡單，綜合性能差，通常要采用雙機并聯(lián)運行的結(jié)構(gòu)才能功能簡單，綜合性能差，通常要采用雙機并聯(lián)運行的結(jié)構(gòu)才能提高可靠性。提高可靠性。 3） 程序設(shè)計復(fù)雜，調(diào)試和維護不方便。程序設(shè)計復(fù)雜，調(diào)試和維護不方便。 4） 組態(tài)不靈活，對不同主接線或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件都組態(tài)不靈活，對不同主接線或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件都必須另行設(shè)計，不利于推廣。必須另行設(shè)計，不利于推廣。 集中式變電所自動化系統(tǒng)，一般適合于集

17、中式變電所自動化系統(tǒng)，一般適合于小型變電所的新建或改造小型變電所的新建或改造。集中式變電所自動化系統(tǒng)的集中式變電所自動化系統(tǒng)的基本特點基本特點是：是：X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件2、分布集中組屏式變電所自動化系統(tǒng)、分布集中組屏式變電所自動化系統(tǒng) 圖7-2 分布集中組屏的變電所自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件這種按功能設(shè)計的分散模塊化結(jié)構(gòu)具有軟件相對簡單、調(diào)試維護方便、組態(tài)靈活、系統(tǒng)整體可靠性高，便于擴充和維護，而且其中一個環(huán)節(jié)故障，不會影響其他部分的正常運行。適用于主變電所的回路數(shù)相對較少，一次設(shè)備比較集中，從一次設(shè)備到數(shù)據(jù)采集

18、柜和控制柜等所用的信號電纜不長，易于設(shè)計、安裝和維護管理的1035kV供電系統(tǒng)變電所。 分布集中組屏式變電所自動化系統(tǒng)的分布集中組屏式變電所自動化系統(tǒng)的基本特點基本特點:X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件3、分布分散式變電所自動化系統(tǒng)、分布分散式變電所自動化系統(tǒng) 圖73 分布分散式變電所自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件 減少了所內(nèi)的二次設(shè)備及信號電纜，避免了電纜傳送信息時的電磁干擾，節(jié)省了投資，簡化了維護，同時最大限度地壓縮了二次設(shè)備的占地面積。由于裝置相互獨立，系統(tǒng)中任一部分故障時，只影響局部，因此提高了整個系統(tǒng)的可靠性，也增強了系

19、統(tǒng)的可擴展性和運行的靈活性。分布分散式變電所自動化分布分散式變電所自動化系統(tǒng)特點系統(tǒng)特點:X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件第四節(jié)第四節(jié) 備用電源自動投入裝置備用電源自動投入裝置 X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件 一、備用電源自動投入裝置的作用與類型一、備用電源自動投入裝置的作用與類型 作用作用：用于兩路及以上電源進線的變配電所中，提高供電可靠性。：用于兩路及以上電源進線的變配電所中，提高供電可靠性。 工作電源與備用電源的接線方式可分為兩大類：工作電源與備用電源的接線方式可分為兩大類：明備用明備用: : 在正常時，備用電源不投入工作，只有在工作電源發(fā)生故障

20、時才投在正常時，備用電源不投入工作，只有在工作電源發(fā)生故障時才投 入工作。入工作。暗備用暗備用: : 在正常時，兩電源都投入，互為備用。在正常時，兩電源都投入，互為備用。 X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件 在正常情況下，在正常情況下，QF1閉合，閉合，QF2斷開，負荷由工作電源供斷開，負荷由工作電源供電。電。 QF2QF1TV2備用電源工作電源TV1APD 當工作電源故障時，當工作電源故障時，APD動作，將動作，將QF1斷開，切除斷開，切除故障電源，然后將故障電源，然后將QF2閉合，閉合，使備用電源投入工作，恢復(fù)使備用電源投入工作，恢復(fù)供電。供電。APD圖74 備用電源接線

21、方式示意圖a)明備用 X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件 正常情況下，正常情況下，QF1,QF2閉合，閉合，QF3斷斷開，兩個電源分別向開，兩個電源分別向兩段母線供電。兩段母線供電。 TV1QF3TV2APDQF1QF2工作電源B工作電源A 若電源若電源A(B)發(fā)生發(fā)生故障，故障，APD動作，將動作，將QF1(QF2)斷開，隨即將斷開，隨即將QF3閉合，此時全部負閉合，此時全部負荷均由荷均由B(A)電源供電。電源供電。APD圖74 備用電源接線方式示意圖 b)暗備用 X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件 1）不論什么原因失去工作電源，）不論什么原因失去工作電源

22、，APD都能迅速起動并投入備用電源；都能迅速起動并投入備用電源； 2）必須在工作電源確已斷開、而備用電源電壓也正常時，才允許投入備用電源；）必須在工作電源確已斷開、而備用電源電壓也正常時，才允許投入備用電源； 3）APD應(yīng)只動作一次，以免將備用電源重復(fù)投入永久性故障回路中；應(yīng)只動作一次，以免將備用電源重復(fù)投入永久性故障回路中； 4）當電壓互感器二次回路斷線時，）當電壓互感器二次回路斷線時，APD不應(yīng)誤動作。不應(yīng)誤動作。二、對備用電源自動投入裝置的基本要求二、對備用電源自動投入裝置的基本要求X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件第五節(jié)第五節(jié) 自動重合閘裝置自動重合閘裝置 X中國礦業(yè)大學信電學院電氣工程研究所供電技術(shù)電子課件 一、自動重合閘的作用和類型一、自動重合閘的作用和類型 運行經(jīng)驗表明，電力系統(tǒng)的故障特別是架空線路上的故障大多是暫運行經(jīng)驗表明，電力系統(tǒng)的故障特別是架空線路上的故障大多是暫時性的，多數(shù)能很快地自行消除。因此，采用自動重合閘裝置時性的，多數(shù)能很快地自行消除。因此，采用自動重合閘裝置（ARD），迅速恢復(fù)供電，從而大大提高供電可靠性。迅速恢復(fù)供電，從而大大提高供電可靠性。 自動重合閘裝置分三相一次重合閘、二次重合閘和三次重合閘三種形式自動重合閘裝置分三相一次重合閘、二次重合閘和三次重合閘三種形式 X中國礦業(yè)大學信電學院電