配電自動化2終端設(shè)備與開關(guān)設(shè)備

1、2011年2月,配電自動化系統(tǒng) 輸配電系統(tǒng)研究所 劉春明 博士,第2講：終端設(shè)備與開關(guān)設(shè)備 2.1 終端設(shè)備 （1）配電變電站的微機遠(yuǎn)動終端裝置（RTU） （2）饋線遠(yuǎn)方終端（FTU） （3）配電變壓器遠(yuǎn)方終端（TTU） 2.2 開關(guān)設(shè)備 （1）重合器 （2）熔斷器 （3）分段器,2,配電自動化的遠(yuǎn)動終端裝置 配電變電站和10kV開閉所是配電網(wǎng)的重要組成部分，因此配電變電站和開閉所的自動化程度的高低，直接反映了配電自動化的水平。 配電變電站和10kV開閉所內(nèi)的自動化和輸電網(wǎng)中變電站自動化采用的設(shè)備類似，即：要在站內(nèi)安裝微機遠(yuǎn)動裝置(RTU) 。,3,遠(yuǎn)動裝置（RTU）的發(fā)展 觸點式遠(yuǎn)動裝置是第

2、一代遠(yuǎn)動裝置，它的精度低，速度慢，可靠性差。 數(shù)字式遠(yuǎn)動裝置的精度和速度較觸點式遠(yuǎn)動裝置有了很大的提高，但它的可靠性及靈活性差，而且功能有限，難以滿足現(xiàn)代化高度集中的實時監(jiān)控的需要。 微處理機具有速度快、功能強、應(yīng)用靈活等特點，自七十年代起基于微處理機的遠(yuǎn)動裝置有了迅速發(fā)展，Z80，i8086，80286，8098，MCS-51等高性能微處理機廣泛地應(yīng)用于RTU中。 僅有一個含CPU的智能模塊微機遠(yuǎn)動裝置； 多CPU結(jié)構(gòu)的分布式微機遠(yuǎn)動裝置。,4,微機遠(yuǎn)動裝置的基本功能 1.四遙功能： 遙信：要求采用無源接點方式，即某一路遙信量的輸入應(yīng)是一對繼電器的觸點，或者是閉合，或者是斷開。 遙測：遙測往

3、往又分為重要遙測、次要遙測、一般遙測和總加遙測等。 遙控：采用無源接點方式，要求其正確動作率不少于99.99%。 遙調(diào)：采用無源接點方式，要求其正確率大于99.99% 。,5,微機遠(yuǎn)動裝置的基本功能 2.事件順序記錄（SOE） 事件順序記錄的一項重要指標(biāo)是時間分辯率。分辯率可分為RTU內(nèi)(即站內(nèi))與RTU之間（即站間）兩種。 1) SOE的站內(nèi)分辯率，是指在同一RTU內(nèi)，順序發(fā)生一串事件后，兩事件間能夠辯認(rèn)的最小時間，在調(diào)度自動化中，SOE的站內(nèi)分辯率一般要求小于5ms。 2) SOE的站間分辯率，是指各RTU之間順序發(fā)生一串事件后，兩事件間能夠辯認(rèn)的最小時間,SOE的站間分辯率一般要求小于1

4、0ms。,6,3.系統(tǒng)對時：RTU站間SOE分辯率是一項系統(tǒng)指標(biāo)，它要求各RTU的時鐘與調(diào)度中心的時鐘嚴(yán)格同步。目前，采用措施有： 1) 利用全球定位系統(tǒng)GPS提供的時間頻率同步對時，有效地確保SOE站間分辨率指標(biāo)。 2) 采用軟件對時，SC1801、CDT、DNP和Modbus等規(guī)約均提供了軟件對時手段。 4.電能采集：采集變電站各條進線和出線以及主變兩側(cè)的電度值。,7,5.自恢復(fù)和自檢測功能： 由于RTU處于一個具有強大電磁干擾的工作環(huán)境中，使用中難免發(fā)生程序受干擾“跑飛”、或通信瞬時中斷等異常情況，甚至有時電源也會瞬時掉電。 在上述情形下，若不加特殊處理，均有可能造成RTU死機，SCAD

5、A系統(tǒng)將因此無法收到變電站信息。 要求RTU在遇到上述情形時，要能在較短的時間內(nèi)自動恢復(fù)，重新從頭開始執(zhí)行程序。,8,6.和SCADA系統(tǒng)通信 RTU的六項基本性能： 應(yīng)至少支持的一種通信規(guī)約； 具有通訊速率的選擇功能；支持光端機；支持微波；支持載波；支持無線電臺。 除此之外，還希望RTU具有下列功能： 1) 當(dāng)?shù)仫@示與參數(shù)整定輸入，即在RTU上安裝一個當(dāng)?shù)劓I盤和LED或液晶顯示器，使得RTU的采集量在當(dāng)?shù)鼐涂梢燥@示到顯示器上。 2) CRT顯示，打印制表。,9,變電站內(nèi)的RTU分類,10,集中式RTU的主要特征為：單RTU、并行總線和集中組屏。 分布式RTU的主要特征為：多CPU、串行總線、

6、智能模板，既可以柜中組屏，又可以分散布置。根據(jù)結(jié)構(gòu)上的不同，分布式微機遠(yuǎn)動裝置又可分為功能分布式和結(jié)構(gòu)分布式兩大類。,11,功能分布式微機遠(yuǎn)動裝置 功能分布式微機遠(yuǎn)動裝置是按功能劃分各模塊, RTU可由智能遙信模塊(IYX)、智能遙測模塊（IYC）、智能電度模塊（IPA）、智能遙控模塊（ISOC）、智能遙調(diào)模塊（ISOR）和CPU模塊構(gòu)成，如下圖所示。,12,2) 結(jié)構(gòu)分布式微機遠(yuǎn)動裝置 此體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點： a) RTU單元模塊分散地布置在開關(guān)柜等當(dāng)中，而不必單獨組屏，從而不僅節(jié)省了空間，也使二次連線大大減少。 b) 很容易將微機保護和監(jiān)控功能合二為一，成為集成化的產(chǎn)品，甚至連防誤閉鎖功能也可

7、以包含進去。這樣非常有利于實現(xiàn)變電站綜合自動化。,13,結(jié)構(gòu)分布式微機遠(yuǎn)動裝置在一個35kV配電變電站中的典型應(yīng)用如下圖所示。,14,3) 采用智能電能表簡化微機遠(yuǎn)動裝置的結(jié)構(gòu)智能化多功能電能表 是一類功能性很強的智能電子設(shè)備(IED)，它不但能采集分時段有功電能和無功電能，還可以獲得電壓、電流、有功功率、無功功率以及功率因數(shù)等參數(shù)，并通過RS-485接口和其它設(shè)備相連。采用此結(jié)構(gòu)如下圖所示。,15,微機遠(yuǎn)動裝置的選擇,16,17,直流采樣和交流采用 直流采樣：將采用變送器進行的采樣稱為直流采樣。變送器的作用是將強信號轉(zhuǎn)化為適合計算機和儀表適用的弱信號；將交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號；從瞬時信號獲得

8、有效值；確保輸出直流量和輸入測量量之間滿足線性關(guān)系；實現(xiàn)輸入與輸出隔離。,缺點： 數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性受變送器穩(wěn)定性的影響數(shù)據(jù)的實時性受變送器響應(yīng)速度的影響變送器的維護工作量較大需要大量的變送器，加大投資和占地面積。,18,交流采樣：不經(jīng)過變送器，按一定規(guī)律直接采集交流量并加以處理，計算出電壓、電流有效值以及有功、無功功率的方法就是交流采樣。 實際上就是用微機取代了傳統(tǒng)的變送器，克服了變送器帶來的不良影響，精度高，靈活可靠，使用方便。,配電網(wǎng)自動化遠(yuǎn)方終端 一般分為兩類： 饋線遠(yuǎn)方終端 (Feeder Terminal Unit - FTU)； 配電線路上的自動測量與控制裝置 配電變壓器遠(yuǎn)方終端 (T

9、ransformer Terminal Unit -TTU)。,19,配電網(wǎng)自動化遠(yuǎn)方終端 用于現(xiàn)場的FTU有三種類型： 1)只具有運行參數(shù)采集功能（監(jiān)測） 采集饋線的電流、電壓、有功、無功、電量、停電時間等，通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送到相關(guān)變電站。 2)在采集單元的功能上加上控制 （監(jiān)控） 3)將饋線的微機保護集成到監(jiān)控單元中 （綜合的保護、監(jiān)控）,20,FTU的功能 1)遙信：有多路開關(guān)量輸入，測控開關(guān)的位置。 2)遙測：按一條線路需要測量的電流、電壓進行交流采樣，經(jīng)數(shù)字濾波及運算后，得到要求的各運行參數(shù)，數(shù)據(jù)保存在有備用電源的存儲器內(nèi)，掉電不會丟失，也可能有數(shù)條線路遙測。 3)遙控：裝置收到遙控命

10、令后進入命令校驗，當(dāng)命令檢驗為正確時，通過出口繼電器執(zhí)行命令(跳閘或合閘)。 4)保護： 采用交流采樣并能判斷故障電流。 還具有故障錄波功能，將故障前后若干周波波形數(shù)據(jù)與對應(yīng)時刻存儲到專用存儲區(qū)。 可根據(jù)運行方式設(shè)置多套保護定值。,21,5)統(tǒng)計功能：對測控的開關(guān)的動作次數(shù)、動作時間及切斷電流進行監(jiān)視。 6)事件順序記錄：記錄狀態(tài)量發(fā)生變化的時刻及順序。 7)事故記錄：記錄事故發(fā)生時的最大故障電流和事故前一段時間(一般為1 min)的負(fù)荷，以便分析事故，并作為確定故障區(qū)段及恢復(fù)供電時重新分配負(fù)荷的依據(jù)。 8)定值遠(yuǎn)方修改功能。 9)自檢及自恢復(fù)功能。,22,10)遠(yuǎn)方控制閉鎖與手動操作功能。

11、11)對時功能。 12)裝置經(jīng)串口可與多種通信設(shè)備接口。 13)裝置均有工作與備用電源。,23,FTU的供電電源問題 FTU采用工作電源及蓄電池作備用是一種常用方式。 當(dāng)線路掉電時，保證10小時內(nèi)裝置仍正常工作。,24,FTU的典型系統(tǒng)框圖,25,柱上開關(guān)控制器FTU采用如下圖所示的二機殼的結(jié)構(gòu)形式。,26,FTU的結(jié)構(gòu)形式,27,FTU的實物圖片,28,FTU與開關(guān)配合的組成框圖,配電變壓器遠(yuǎn)方終端(TTU) TTU是連接于配電線路上的柱上配電變壓器或箱式變壓器的遠(yuǎn)方終端裝置。 由于配電變壓器面向用戶，應(yīng)具有諧波檢測功能。 當(dāng)配電變壓器有可調(diào)分接頭，有可投切電容器組時，其遙控功能應(yīng)能滿足電壓

12、無功調(diào)控的要求。,29,30,TTU的典型系統(tǒng)框圖,31,TTU的實物圖片,配電網(wǎng)中的自動化開關(guān)器件 配電網(wǎng)要實現(xiàn)自動控制，作為執(zhí)行部件的各種自動開關(guān)是關(guān)鍵的設(shè)備之一。 重合器（Recloser） 熔斷器（Fuse） 分段器（Sectionlizer）,32,重合器的功能與分類 1）定義與功能。 重合器是一種自身具有控制與保護功能的斷路器。 它具有故障電流檢測和操作順序控制以及執(zhí)行功能，即它能按預(yù)定的開斷和重合順序自動進行開斷與重合操作。 永久性故障：在達(dá)到預(yù)先整定的重合次數(shù)后，則進行閉鎖，不再重合。 瞬時性故障：如果故障在重合器未達(dá)到規(guī)定重合次數(shù)前已消除，即重合器在規(guī)定重合次數(shù)內(nèi)跳閘并重合后

13、在規(guī)定時間內(nèi)不再跳閘，經(jīng)過一段時間，重合器自動復(fù)位。 2）分類 a.單相和三相重合器 b.油重合器、六氟化流和真空重合器 c.液壓控制式、電子控制式,重合器開關(guān)的特性參數(shù)（1）,重合器開關(guān)的特性參數(shù)（2）,3 熔斷器的結(jié)構(gòu)合原理1)概念當(dāng)流過熔斷件的電流超過一定數(shù)值時，它自身產(chǎn)生的熱量就能自動將熔斷件熔斷從而達(dá)到開斷電路的目的。2)原理熔斷器開斷電路的過程可大致分為三個階段來描述1）弧前階段：過電流開始到熔斷件溶化2）燃弧初期階段：熔斷件溶化到產(chǎn)生電弧3）燃弧階段：持續(xù)燃弧到電弧熄滅,3)技術(shù)術(shù)語a.時間電流（t-I)特性b.額定電流、最小熔化電流和熔斷系數(shù)c.額定開斷電流和開斷電流下限值d.

14、熔斷器的“K”系數(shù),熔斷器的時間-電流特性曲線,高壓熔斷器的選擇,（1）按額定電壓選擇：對于一般的高壓熔斷器，其額定電壓必須大于或等于電網(wǎng)的額定電壓。而對于充填石英砂有限流作用的熔斷器，則只能用在等于其額定電壓的電網(wǎng)中，用在低于其額定電壓的電網(wǎng)中，熔體熔斷時將產(chǎn)生危險的過電壓，以致?lián)p害電氣設(shè)備。 （2）按額定電流選擇： 熔管額定電流。熔管額定電流INR應(yīng)大于或等于熔體的額定電流INRt。 熔體額定電流。保護變壓器時按下式選擇 INRt=KIgmax 式中 K可靠系數(shù)（不計電動機自啟動時K=1.11.3；考慮電動機自啟動時K=1.52.0）； Igmax電力變壓器回路的最大工作電流。 保護電力電

15、容器時按下式選擇 INRt=KINC 式中 K可靠系數(shù)（對限流式高壓熔斷器，當(dāng)一臺電力電容器時K=1.52.0；當(dāng)一組電容器時K=1.31.8） （3）熔斷器開斷電流校驗：熔斷器的開斷電流應(yīng)大于保護回路短路沖擊電流的有效值。 （4）熔斷器選擇性的校驗：,分段器 定義、功能及分類 全程為自動線路分段器。用于配電線路上，用來隔離線路區(qū)段的自動開關(guān)裝置。不能用于開斷故障電流，只能開斷負(fù)荷電流。在使用時，以整定記錄故障電流開斷次數(shù)來實現(xiàn)與電源側(cè)的前級開關(guān)配合。 分段器具有計數(shù)功能，記錄當(dāng)分段器負(fù)荷側(cè)發(fā)生故障后，電源側(cè)保護裝置斷開故障電流動作次數(shù)，記錄次數(shù)可以為一次或多次。若記錄次數(shù)未達(dá)到整定次數(shù)，電源側(cè)開關(guān)設(shè)備重合成功，分段器經(jīng)過一段時間后，將計數(shù)清零，并恢復(fù)到預(yù)先整定的初始位置。若在記錄次數(shù)到底后，電源側(cè)開關(guān)設(shè)備重合仍未成功而再次跳閘切除故障電流（永久故障），分段器隨之瞬間跳閘并閉鎖，使故障線路與系統(tǒng)電氣分離。,40,分段器 定義、功能及分類 按動作相數(shù)分為：單相式、三相式； 按控制方式分為：液壓式、電子式。,41,分段器 使用基本原則 分段器總