第八章 供電系統(tǒng)自動(dòng)化

第八章供電系統(tǒng)的自動(dòng)化第一節(jié)常用自動(dòng)裝置第二節(jié)配電自動(dòng)化概述第三節(jié)變配電所綜合自動(dòng)化

（重點(diǎn)）第四節(jié)負(fù)荷控制與用電管理自動(dòng)化

（難點(diǎn)）第一節(jié)常用自動(dòng)裝置

一、備用電源自動(dòng)投入裝置

（一）備用電源自動(dòng)投入裝置的作用與類(lèi)型

作用：用于兩路及以上電源進(jìn)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(lèi)：明備用:指在正常時(shí)，備用電源不投入工作，只有在工作電源發(fā)生故障時(shí)才投入工作。暗備用:指在正常時(shí)，兩電源都投入，互為備用。續(xù)上頁(yè)在正常情況下，QF1閉合，QF2斷開(kāi)，負(fù)荷由工作電源供電。當(dāng)工作電源故障時(shí)，APD動(dòng)作，將QF1斷開(kāi)，切除故障電源，然后將QF2閉合，使備用電源投入工作，恢復(fù)供電。續(xù)上頁(yè)正常情況下，QF1,QF2閉合，QF3斷開(kāi)，兩個(gè)電源分別向兩段母線供電。若電源A(B)發(fā)生故障，APD動(dòng)作，將QF1(QF2)斷開(kāi)，隨即將QF3閉合，此時(shí)全部負(fù)荷均由B(A)電源供電。續(xù)上頁(yè)1）不論什么原因失去工作電源，APD都能迅速起動(dòng)并投入備用電源；2）必須在工作電源確已斷開(kāi)、而備用電源電壓也正常時(shí)，才允許投入備用電源；3）APD應(yīng)只動(dòng)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(dāng)電壓互感器二次回路斷線時(shí)，APD不應(yīng)誤動(dòng)作。（二）對(duì)備用電源自動(dòng)投入裝置的基本要求續(xù)上頁(yè)（三）備用電源自動(dòng)投入裝置的原理二、自動(dòng)重合閘裝置簡(jiǎn)介運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)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(shí)性的，多數(shù)能很快地自行消除。因此，采用自動(dòng)重合閘裝置（ARD），迅速恢復(fù)供電，從而大大提高供電可靠性。

第二節(jié)

配電自動(dòng)化概述一、配電自動(dòng)化的主要內(nèi)容通常將變電所綜合自動(dòng)化、饋線自動(dòng)化、用戶管理自動(dòng)化等三方面的內(nèi)容稱為配電自動(dòng)化系統(tǒng)（DAS）。配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)GIS需方管理DSM配電自動(dòng)化

DAS進(jìn)線監(jiān)視10kV變電所自動(dòng)化SA饋線自動(dòng)化FA變壓器巡檢與無(wú)功補(bǔ)償負(fù)荷監(jiān)控與管理LCM遠(yuǎn)方抄表與電能計(jì)費(fèi)自動(dòng)化AMR續(xù)上頁(yè)配網(wǎng)管理工作站配網(wǎng)調(diào)度工作站配網(wǎng)GIS/維護(hù)工作站網(wǎng)關(guān)調(diào)度MIS主服務(wù)器備服務(wù)器WEB服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)100M以太網(wǎng)通信前置機(jī)通信前置機(jī)變電所B變電所A配電子站配電線通信線控制LAN網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)柱上真空開(kāi)關(guān)智能環(huán)網(wǎng)柜FTUTTUDTU配電自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D主站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)饋線終端設(shè)備（FTU）

FTU是裝設(shè)在饋線開(kāi)關(guān)旁的開(kāi)關(guān)監(jiān)控裝置。這些饋線開(kāi)關(guān)指的是戶外的柱上開(kāi)關(guān)，例如10kV線路上的斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)、分段開(kāi)關(guān)等。一般來(lái)說(shuō)，1臺(tái)FTU要求能監(jiān)控1臺(tái)柱上開(kāi)關(guān)，主要原因是柱上開(kāi)關(guān)大多分散安裝，若遇同桿架設(shè)情況，這時(shí)可以1臺(tái)FTU監(jiān)控兩臺(tái)柱上開(kāi)關(guān)。配變終端設(shè)備（TTU）

TTU監(jiān)測(cè)并記錄配電變壓器運(yùn)行工況，根據(jù)低壓側(cè)三相電壓、電流采樣值，每隔1～2分鐘計(jì)算一次電壓有效值、電流有效值、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、有功電能、無(wú)功電能等運(yùn)行參數(shù)，記錄并保存一段時(shí)間（一周或一個(gè)月）和典型日上述數(shù)組的整點(diǎn)值，電壓、電流的最大值、最小值及其出現(xiàn)時(shí)間，供電中斷時(shí)間及恢復(fù)時(shí)間，記錄數(shù)據(jù)保存在裝置的不揮發(fā)內(nèi)存中，在裝置斷電時(shí)記錄內(nèi)容不丟失。配網(wǎng)主站通過(guò)通信系統(tǒng)定時(shí)讀取TTU測(cè)量值及歷史記錄，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器過(guò)負(fù)荷及停電等運(yùn)行問(wèn)題，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析電壓合格率、供電可靠性以及負(fù)荷特性，并為負(fù)荷預(yù)測(cè)、配電網(wǎng)規(guī)劃及事故分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。如不具備通信條件，使用掌上電腦每隔一周或一個(gè)月到現(xiàn)場(chǎng)讀取記錄，事后轉(zhuǎn)存到配網(wǎng)主站或其它分析系統(tǒng)。TTU構(gòu)成與FTU類(lèi)似，由于只有數(shù)據(jù)采集、記錄與通信功能，而無(wú)控制功能，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單得多。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)及減少成本，TTU由配變低壓側(cè)直接變壓整流供電，不配備蓄電池。在就地有無(wú)功補(bǔ)償電容器組時(shí)，為避免重復(fù)投資，TTU要增加電容器投切控制功能。開(kāi)閉所終端設(shè)備（DTU）

DTU一般安裝在常規(guī)的開(kāi)閉所（站）、戶外小型開(kāi)閉所、環(huán)網(wǎng)柜、小型變電站、箱式變電站等處，完成對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備的位置信號(hào)、電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、電能量等數(shù)據(jù)的采集與計(jì)算，對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行分合閘操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)饋線開(kāi)關(guān)的故障識(shí)別、隔離和對(duì)非故障區(qū)間的恢復(fù)供電。部分DTU還具備保護(hù)和備用電源自動(dòng)投入的功能。二、配電自動(dòng)化的主要功能1.配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制

2.安全性控制

3.經(jīng)濟(jì)性控制

4.質(zhì)量控制

5.負(fù)荷控制

隨時(shí)了解配電網(wǎng)內(nèi)各重要母線電壓，各配電線的有功功率的狀況；反映系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化后各種配電變壓器、斷路器及柱上開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)；重要用戶負(fù)荷情況及其電力和電量表的信息等。

自動(dòng)識(shí)別故障→自動(dòng)消除故障(或隔離故障)→自動(dòng)恢復(fù)供電由實(shí)時(shí)潮流計(jì)算選擇確定配電網(wǎng)的最佳運(yùn)行方式，使有功功率網(wǎng)損最小。保證供電的電壓和頻率

采用對(duì)用戶負(fù)荷進(jìn)行遠(yuǎn)方控制的方式，以抑制高峰負(fù)荷和提高負(fù)荷率。三、配電自動(dòng)化的通信（一）配電自動(dòng)化的通信方式

（二）配電自動(dòng)化的通信規(guī)約（人工語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則及應(yīng)答關(guān)系）

有線方式包括：架空明線或電纜、配電線載波、郵電本地網(wǎng)、租用電話線、光纖、有線電視網(wǎng)（CATV）、現(xiàn)場(chǎng)總線和RS-485等；

無(wú)線方式包括：一點(diǎn)多址微波、傳統(tǒng)無(wú)線電通信、無(wú)線擴(kuò)頻、衛(wèi)星通信、無(wú)線尋呼、數(shù)控電臺(tái)等。

選用時(shí)綜合考慮如下幾點(diǎn)：（1）通信的可靠性，（2）通信技術(shù)的先進(jìn)性，（3）可行性和使用維護(hù)的方便性，（4）配電通信的實(shí)時(shí)性，（5）通信系統(tǒng)的可擴(kuò)充性。

第三節(jié)

變配電所綜合自動(dòng)化一、概述變配電所綜合自動(dòng)化是將變配電所的二次設(shè)備經(jīng)過(guò)功能的組合和優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全變配電所的主要設(shè)備和線路的自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、自動(dòng)控制和微機(jī)保護(hù)，以及與調(diào)度中心通信等綜合性的自動(dòng)化功能。優(yōu)點(diǎn)：①功能綜合化所有二次回路功能綜合為一體。②結(jié)構(gòu)微機(jī)化主要插件是全微機(jī)化的分布式結(jié)構(gòu)，采用網(wǎng)絡(luò)總線連接成整體。③操作監(jiān)視屏幕化面對(duì)彩色大屏幕顯示器進(jìn)行全方位監(jiān)視與操作。④運(yùn)行管理智能化具有在線自診斷功能和專(zhuān)家系統(tǒng)。二、微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的基本功能與類(lèi)型（一）微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的基本功能

微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置（RTU）主要用來(lái)集中收集變電站內(nèi)的所有信息，同時(shí)可以接收上級(jí)控制調(diào)度中心的命令，輸出開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，增減控制設(shè)備信號(hào)或調(diào)節(jié)設(shè)備的整定值，并返回已完成操作的信息，歸納起來(lái)有如下功能：1．“四遙”功能：

遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)

2．事件順序記錄（SOE）

3．系統(tǒng)對(duì)時(shí)

4．電能采集（PA）

5．自恢復(fù)和自檢測(cè)功能

6．與SCADA系統(tǒng)通信

（二）微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的類(lèi)型

從體系結(jié)構(gòu)上，RTU可以分為集中式RTU和分布式RTU兩類(lèi)；在采樣方式上，RTU可分為直流采樣RTU和交流采樣RTU兩類(lèi)；從組屏方式上，RTU可分為集中組屏和分散布置兩類(lèi)。目前技術(shù)比較先進(jìn)而且最受用戶歡迎的是結(jié)構(gòu)分布式。

續(xù)上頁(yè)上級(jí)操作監(jiān)控中心

當(dāng)?shù)乇O(jiān)控主機(jī)（雙機(jī)）

通信管理機(jī)

打印機(jī)

進(jìn)線保護(hù)測(cè)控單元

饋線保護(hù)測(cè)控單元

變壓器保護(hù)測(cè)控單元

聯(lián)絡(luò)保護(hù)測(cè)控單元

進(jìn)線測(cè)控單元

聯(lián)絡(luò)測(cè)控單元

出線測(cè)控單元

出線測(cè)控單元

變壓器溫度保護(hù)測(cè)控單元

變壓器溫度保護(hù)測(cè)控單元

直流屏監(jiān)控單元

變電站層

通信層

間隔單元層

RS485/422

結(jié)構(gòu)分布式RTU續(xù)上頁(yè)變電站層

通信層

間隔單元層

功能分布式RTU續(xù)上頁(yè)結(jié)構(gòu)分布式RTU應(yīng)用示例續(xù)上頁(yè)采用微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的斷路器控制回路及信號(hào)回路示例圖

遠(yuǎn)方就地防誤操作聯(lián)鎖觸點(diǎn)合位繼電器合保繼電器跳保繼電器跳位繼電器續(xù)上頁(yè)三、變配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的信息采集

有直流采樣和交流采樣兩類(lèi)。采用變送器進(jìn)行的采集稱為直流采樣。

直流采樣系統(tǒng)存在的問(wèn)題有：①遙測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性受變送器穩(wěn)定性的影響；②遙測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性受變送器響應(yīng)速度的影響；③變送器的維護(hù)工作量比較大；④通常一個(gè)變電站需要大量的變送器，增加了工程造價(jià)和占地面積。交流采樣方法實(shí)際上就是用微機(jī)取代傳統(tǒng)的變送器，充分發(fā)揮微機(jī)功能強(qiáng)、靈活可靠、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，以克服因使用傳統(tǒng)變送器而導(dǎo)致的一系列不良影響。此外，結(jié)構(gòu)分布式RTU采用交流采樣還可以兼有微機(jī)保護(hù)功能。不經(jīng)過(guò)變送器，按一定規(guī)律直接采集交流信號(hào)并加以處理，計(jì)算出電壓、電流有效值以及有功、無(wú)功功率的方法就是交流采樣。第四節(jié)

負(fù)荷控制與用電管理自動(dòng)化一、負(fù)荷控制系統(tǒng)電力負(fù)荷控制中心電力負(fù)荷控制終端續(xù)上頁(yè)單向終端負(fù)荷控制終端雙向終端遙控開(kāi)關(guān)遙控定量器雙向控制終端雙向三遙終端一個(gè)典型的雙向控制終端的組成框圖

二、用電管理中的自動(dòng)抄表與遠(yuǎn)程電能計(jì)費(fèi)系統(tǒng)（一）多功能電子式電能表

1．電子式電能表的性能及組成原理

（1）用電計(jì)測(cè)功能

2．多功能電子式電能表的功能

（2）監(jiān)視功能

（3）控制功能

（4）管理功能

（5）存貯功能

（6）自恢復(fù)與自檢測(cè)

續(xù)上頁(yè)

（二）自動(dòng)抄表技術(shù)本地自動(dòng)抄表方式

移動(dòng)式自動(dòng)抄表方式預(yù)付費(fèi)電能計(jì)費(fèi)方式遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表方式續(xù)上頁(yè)

（二）自動(dòng)抄表技術(shù)

1）本地自動(dòng)抄表方式

2）移動(dòng)式自動(dòng)抄表方式

3）預(yù)付費(fèi)電能計(jì)費(fèi)方式

4）遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表方式

續(xù)上頁(yè)續(xù)上頁(yè)（三）遠(yuǎn)程電能計(jì)費(fèi)系統(tǒng)

一個(gè)典型的遠(yuǎn)程電能計(jì)費(fèi)系統(tǒng)主要由具有自動(dòng)抄表功能的電能表、抄表集中器、抄表交換機(jī)和中央信息處理機(jī)等組成。

本章小結(jié)本章首先簡(jiǎn)介供電系統(tǒng)中的常用自動(dòng)裝置，概述了配電自動(dòng)化的主要內(nèi)容、功能、通信及配電網(wǎng)的饋線自動(dòng)化；然后論述了變配電所綜合自動(dòng)化的基本功能、類(lèi)型及信息采集方式

；最后介紹了負(fù)荷控制與用電管理自動(dòng)化。本章重點(diǎn)：配電自動(dòng)化的主要內(nèi)容及主要功能、變配電所綜合自動(dòng)化。本章難點(diǎn)：變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的信息采集。

教學(xué)基本要求：了解變配電所常用自動(dòng)裝置、供電系統(tǒng)自動(dòng)化的主要內(nèi)容、功能與結(jié)構(gòu)。思考題與習(xí)題解答提示

8-1提示：備用電源自動(dòng)投入裝置的作用和類(lèi)型參見(jiàn)教材P181，自動(dòng)重合閘裝置的作用和類(lèi)型參見(jiàn)教材P182。

8-2提示：參見(jiàn)教材P181~183。8-3提示：參見(jiàn)教材P183~185。8-4提示：參見(jiàn)教材P186~187。8-5提示：參見(jiàn)教材P187。8-6提示：參見(jiàn)教材P187。8-7提示：參見(jiàn)教材P188~189。

8-8提示：為結(jié)構(gòu)分布式，其特點(diǎn)參見(jiàn)教材P189~190。8-9提示：參見(jiàn)教材P191。

8-10提示：參見(jiàn)教材P191~192。8-11提示：參見(jiàn)教材P193~194。

8-12提示：參見(jiàn)教材P194。自測(cè)題一、填空題1．SCADA的中文意思是

。2．配電自動(dòng)化主要包含

、

、和

等方面。

3.與常規(guī)二次系統(tǒng)相比，變配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有功能