第六章供配电系统二次接线与自动化

1、第六章 供配电系统的二次接线与自动化第一节 二次接线及其操作电源第二节 电气测量回路与绝缘监视第三节 高压断路器的控制回路和信号装置第四节 配电自动化概论第五节 变电所综合自动化系统第六节 微机自动控制装置第七节 电能信息采集与管理系统本章小结一、二次接线概念第一节 二次接线及其操作电源 供配电系统的二次接线用来对一次接线的运行进行控制、监测、指示和保护的辅助电路，亦称二次回路。 二次回路按其功能分有：操作电源回路、电气测量回路与绝缘监视装置、高压断路器的控制和信号回路、中央信号装置、继电保护回路以及自动化装置等。二次回路按电源性质分直流回路交流回路交流电流回路：由电流互感器供电交流电压回路：

2、由电压互感器供电 二次接线图是指用国家标准规定的电气设备图形符号与文字符号绘制的表示二次回路元件相互连接关系及其工作原理的电气简图，包括原理电路图和安装接线图。二、操作电源 操作电源是供高压断路器控制回路、继电保护回路、信号回路、监测装置及自动化装置等二次回路所需的工作电源。作用： 正常运行时操作电源应能保证断路器的合闸和跳闸； 事故状态下，在母线电压降低甚至消失时，操作电源应能保证继电保护系统可靠地工作。 性质：直流操作电源、交流操作电源要求：操作电源应充分可靠，容量足够并具有独立性。 目前在较重要的中、大型变配电所选用的直流操作电源大多为带阀控式密封铅酸蓄电池的高频开关电源成套装置。 （一

3、）直流操作电源高频开关直流电源原理框图1.直流操作电源的构成 一种智能高频开关直流操作电源系统概略图2.电源电压与容量的选择 变配电所的直流操作电源电压一般为220V或110V，可根据变配电所的规模大小及断路器配备的操动机构需要来选择。 用户变配电所多采用弹簧储能操动机构，其合闸功及合闸电流都比较小，选用直流110V作为操作电源，与选用直流220V相比，蓄电池组容量几乎相近，而蓄电池数量却减少一半，既减小直流屏的体积，又节省了投资。 蓄电池组容量的选择，应考虑交流系统或浮充电系统因故障停电时也能保证操动机构的分、合闸及各开关柜信号、继电保护等可靠工作，从而不影响变配电所的正常运行。 20kV及

4、以下变配电所直流操作电源蓄电池组容量一般为2040Ah，35110kV变电所直流电源容量选用65150Ah为宜。2.交流操作电源的可靠性 用电压互感器作交流操作电源，因其电压受到一次系统的影响，只能作为断路器正常跳合闸以及预告信号的工作电源。 采用不间断电源UPS作为交流操作电源的方案，可提高交流电压源的可靠性，可用于一次接线简单、断路器台数不多的变电所。 UPS电源装置应为在线式，电压AC220V，容量一般以不超过3kVA为宜。（二）交流操作电源1.交流操作电源的取得 断路器台数极少的小型10kV变电所继电保护也较简单，可以选用交流操作电源。交流操作电源可以从所用变压器或电压互感器取得220

5、V电压源，从电流互感器取得电流源。 一、电气测量回路第二节 电气测量回路与绝缘监视 （一）电气测量的任务与要求任务： 监视供电系统的运行状态和计量一次系统消耗的电能， 保证供电系统安全、可靠、优质和经济合理地运行。 要求： 对电气测量仪表，要保证其测量范围和准确度满足变配 电设备运行监视和计量的要求，并力求外形美观，便于 观测，经济耐用等。（二）电气测量仪表的配置 供配电系统变配电装置中的各部分仪表按规定要求配置。（三）电气测量回路示例 380V进线电测量仪表原理电路图 多功能综合数字式智能表测量原理电路图 10kV线路电测量仪表原理电路图二、交流系统的绝缘监视 利用一次系统接地后出现的零序电

6、压给出信号或跳闸。绝缘监视装置电路图 一、概述第三节 高压断路器的控制回路和信号装置 高压断路器的控制回路是指用控制开关或遥控命令操作断路器跳、合闸的回路。 信号回路是用来指示一次系统设备运行状态的二次回路。用来显示断路器正常工作的位置状态。用来显示断路器在事故情况下的工作状态。在系统出现不正常状态时或在故障初期发出的报警信号。信号按用途分位置信号：事故信号：预告信号：断路器的控制和信号回路要满足一定的基本要求。二、高压断路器基本的控制回路与信号回路 高压断路器基本的控制回路与储能回路高压断路器通常采用弹簧操动机构。 高压开关柜的就地开关状态信号回路断路器控制与信号回路原理分析：1.弹簧机构储

7、能 采用弹簧操动机构的断路器在首次合闸前需先储足能量。 SFR闭合MA通电运行弹簧储能BG1常闭触点断开BG1常开触点闭合电机停车储能指示灯亮合闸回路闭锁解除2.合闸闭锁 当断路器手车既没有在试验位置也没有在工作位置时（即不在正确位置），位置开关BG8/BG9触点均断开，合闸闭锁电磁铁M1失电，BG2触点断开，确保断路器合闸线圈MB1不会接到合闸命令。否则，可能出现断路器误动作或合闸线圈被烧毁的事故。3.断路器合闸 设断路器手车已在工作位置，限位行程开关BG9触点闭合，手车工作位指示灯亮。可以合闸。 合闸触点闭合 KO触点闭合BG1常开触点闭合QA常闭触点闭合BG2常开触点闭合 MB1动作 断

8、路器合闸4.断路器跳闸 跳闸触点闭合 QA常闭触点闭合 MB2动作 断路器跳闸5.电气防跳 当一个合闸命令和分闸命令（远方或就地）同时存在时，断路器将会持续不断地反复分合闸（跳跃）。 QA常开触点闭合KO动作 KO触点断开切断跳闸回路 断路器跳闸三、采用微机保护测控装置监视的断路器控制和信号回路 控制开关是开关设备与控制设备手动控制断路器跳、合闸的主令元件。当需要远方操作时，对断路器还宜设置就地远方/就地切换开关。 万能转换开关万能转换开关（1）断路器的远方控制 将SAC切换开关旋至“远方”位置，此时，控制开关SF不起作用，断路器的跳、合闸操作由微机保护测控装置发出的遥控跳、合闸命令实现。 微

9、机保护测控装置采用跳、合闸自保持的目的是为了保持跳、合闸命令脉冲宽度时间大于高压断路器跳、合闸所需要的动作时间，以确保其动作可靠。（2）断路器的就地控制 将SAC切换开关旋至“就地”位置，此时，微机保护测控装置发出的遥控跳、合闸命令不起作用，断路器的跳、合闸操作通过就地操作控制开关SF实现。 当SF手柄被旋转至“合闸”位，触点SF3-4接通，断路器合闸，手柄松开后返回正常位。 当SF手柄被旋转至“分闸”位，触点SF1-2接通，断路器跳闸，手柄松开后返回正常位。（3）保护出口跳闸 当一次系统保护区内发生故障时，微机保护装置动作，保护出口继电器触点闭合，接通跳闸回路，使跳闸线圈MB1通电（全电压）

10、动作，断路器自动跳闸。 微机保护测控装置发出保护出口动作信号，可以通过硬接点输入到装置的遥信回路，上传至计算机后台系统，通知运行人员及时处理。 采用微机保护测控装置远方监视的信号回路一、配电自动化的有关概念第四节 配电自动化概论 配电自动化以一次网架和设备为基础，以配电自动化系统为核心，综合利用多种通信方式，实现对配电系统的监测与控制，并通过与相关应用系统的信息集成，实现配电系统的科学管理。 配电自动化系统是实现配电网的运行监视和控制的自动化系统，具备配电SCADA、馈线自动化、电网分析应用及与相关应用系统互连等功能，主要由配电主站、配电终端、配电子站（可选）和通信通道等部分组成。配网管理工作

11、站配网管理工作站配网调度工作站配网调度工作站 配网配网GIS/维护工作站维护工作站网网关关调度调度 MIS主主服服务务器器备备服服务务器器WEBWEB服服务务器器网网络络打打印印机机100M以太网以太网通通信信前前置置机机通通信信前前置置机机变电所变电所E E变电所变电所A A配配电电子子站站配电线配电线通信线通信线控制控制LAN网网通通信信网网络络柱上真空开关柱上真空开关智能环网柜智能环网柜FTUFTUTTUTTUDTUDTU配电自动化系统配电自动化系统结构拓扑图结构拓扑图主站计算机系统二、配电自动化的主要功能 （一）配电主站 （1）配电SCADA：数据采集（支持分层分类召测）、状态监视、远

12、方控制、人机交互、防误闭锁、图形显示、事件告警、事件顺序记录、事故追忆、数据统计、报表打印、配电终端在线管理和配电通信网络工况监视等； 2. 扩展功能 （1）馈线故障处理：（2）电网分析应用：（3）智能化功能： 1. 基本功能 （2）与上一级电网调度(一般指地区电网调度)自动化系统和生产管理系统（或电网GIS平台）互连，建立完整的配电网拓扑模型。 （二）配电终端 包括馈线终端（FTU）、站所终端（DTU）、配变终端（TTU）等。 （三）配电子站 1. 通信汇集型子站 配电终端应具备运行信息采集、事件记录、对时、远程维护和自诊断、数据存贮、通信等功能；除配变终端外，其它终端应能判断线路相间和单相

13、等故障。 通信汇集型子站负责所辖区域内配电终端的数据汇集、处理与转发。基本功能：终端数据的汇集、处理与转发；远程通信；终端的通信异常监视与上报；远程维护和自诊断。 2. 监控功能型子站 监控功能型子站负责所辖区域内配电终端的数据采集处理、控制及应用。基本功能：应具备通信汇集型子站的基本功能；在所辖区域内的配电线路发生故障时，子站应具备故障区域自动判断、隔离及非故障区域恢复供电的能力，并将处理情况上传至配电主站；信息存贮；人机交互。三、配电自动化的通信（一）通信方式 RTUDTEDCERS- 232DCESCADADTERS- 232数据传输设备数据传输设备数据终端设备数据传输信道数据终端设备表

14、6-1 配电自动化常用的通信方式通信方式网络形式传输速率传输距离适用范围配电线载波中低压配电线1.2M bit/s10kmFTU、TTU与配电子站间通信低压用户抄表现场总线，RS-485串行总线屏蔽双绞线9600bit/s2kmFTU、TTU与配电子站间通信、分散电能采集、设备内部通信等光纤专网单模光缆2Mbit/s50km骨干层通信网络无线专网，无线公网TD-LTE、McWillGPRS/CDMA/3G180kbit/sGPRS等覆盖区域不宜用于城市中心等干扰大的市区（二）通信组网典型案例图6-12 多种配电通信方式综合应用示意图一、概述第五节 变电所综合自动化系统 变电所综合自动化是将变电

15、所的二次设备经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，实现对全变配电所的主要设备和线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护，以及与调度中心通信等综合性的自动化功能。 优点： 功能综合化 所有二次回路功能综合为一体。 结构微机化 主要插件是全微机化的分布式结构，采用网络总线连接成整体。 操作监视屏幕化 面对彩色大屏幕显示器进行全方位监视与操作。 运行管理智能化 具有在线自诊断功能和专家系统。二、变电所综合自动化系统的基本功能 （一）微机监视与控制功能1.数据采集与处理2.数据库的建立与维护3.控制操作4.防误闭锁 5.同期 变电所综合自动化系统必须具有

16、微机监视与控制功能，35110kV无人值班变电所微机监控系统应具备信息采集和处理、控制操作、防误闭锁、报警处理、远动、人机联系、系统自诊断与自恢复等功能。 6.报警处理 7.事件顺序记录及事故追忆 8.画面生成及显示 9.在线计算计制表10.远动功能 11.时钟同步12.人机联系13.系统自诊断和自恢复14.与其他设备的通信接口15.运行管理（二）微机继电保护功能 微机继电保护是变电所综合自动化系统中的关键环节。 （三）自动控制装置功能 变电所综合自动化系统必须具有保证安全、可靠供电和提高电能质量的自动控制功能。 三、变电所综合自动化系统的结构 变电所综合自动化系统的体系结构，可以分为集中式和

17、分布式两大类；从组屏方式上，可分为集中组屏和分散布置两类。 根据结构上的不同，分布式系统又分为：功能分布式（集中组屏）：35110kV配电装置 结构分布式（分散布置）：10kV及以下配电装置 上级操作上级操作监控中心监控中心 当地监控主机（双机）当地监控主机（双机） 通信管理机通信管理机 打印机打印机 进线保护进线保护测控单元测控单元 馈线保护馈线保护测控单元测控单元 变压器保护变压器保护测控单元测控单元 联络保护联络保护测控单元测控单元 进线进线测控单元测控单元 联络联络测控单元测控单元 出线出线测控单元测控单元 出线出线测控单元测控单元 变压器温度变压器温度保护测控单元保护测控单元 变压器

18、温度变压器温度保护测控单元保护测控单元 直流屏监控单元直流屏监控单元 站站控控层层 通通信信层层 间间隔隔层层 RS485/422 结构分布式示例20kV及以下变电所综合自动化系统配置方案功能分布式示例：35kV变电站综合自动化系统配置方案注：IED(Intelligent Electronic Device)，智能电子设备 站控层站控层间隔层间隔层功能分布式示例：110kV变电站综合自动化系统配置方案站控层站控层间隔层间隔层四、变电所综合自动化系统的发展趋势 变电所（站）综合自动化系统取得了良好的应用效果，但也有不足之处，主要体现在：采集资源重复、设计复杂；系统、设备之间互操作性差；信息不标

19、准不规范，难以充分应用等。随着自动化技术、计算机信息与通信技术的发展，电网110kV及以上变电站综合自动化系统在经历了常规变电站-数字化变电站发展阶段后，正向智能变电站方向发展。 智能变电站是指采用可靠、经济、集成、节能、环保的设备与设计，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化、系统功能集成化、结构设计紧凑化、高压设备智能化和运行状态可视化等为基本要求，能够支持电网实时在线分析和控制决策，进而提高整个电网运行可靠性及经济性的变电站。 智能变电站自动化系统采用开放式分层发布式系统，由站控层、间隔层和过程层构成。110kV智能变电站一体化监控系统总体结构 一、电源自动切换装置第六节 微机

20、自动控制装置 （一）电源自动投入装置的作用与类型 工作电源与备用电源的接线方式可分为两大类：明备用: 指在正常时，备用电源不投入工作，只有在工作电源发生故障时才投入工作。暗备用: 指在正常时，两电源都投入，互为备用。 作用：用于两路及以上电源进线的变配电所中，提高供电可靠性。 微机备用电源自动投入装置（自动切换装置automatic switching equipment；ASE）。 在正常情况下，QA1闭合，QA2断开，负荷由工作电源供电。 当工作电源故障时，ASE动作，将QA1断开，切除故障电源，然后将QA2闭合，使备用电源投入工作，恢复供电。 正常情况下，QA1,QA2闭合，QA3断开，

21、两个电源分别向两段母线供电。 若电源A(B)发生故障，ASE动作，将QA1(QA2)断开，随即将QA3闭合，此时全部负荷均由B(A)电源供电。（二）对备用电源自动投入装置的基本要求 应保证在工作电源断开后投入备用电源。工作电源故障或断路器被错误断开时，自动投入装置应延时动作。手动断开工作电源、电压互感器二次回路断线和备用电源无电压的情况下，不应起动自动投入装置。自动投入装置动作后，如备用电源投到故障上，应使保护加速动作并跳闸。应保证自动投入装置只动作一次，以免将备用电源重复投入永久性故障回路中。自动投入装置中，可设置工作电源的电流闭锁回路。 （三）微机备用电源自动投入装置的原理微机备用电源自动

22、投入装置的动作逻辑框图 二、自动重合闸装置（一）概述 运行经验表明，电力系统的故障特别是架空线路上的故障大多是暂时性的，多数能很快地自行消除。因此，采用自动重合闸装置（ARE），迅速恢复供电，从而大大提高供电可靠性。 对于架空线路来说，一次重合成功率可达6090 。（二）对自动重合闸装置的基本要求 自动重合闸装置可由保护装置或断路器控制状态与位置不对应来启动。手动或通过遥控装置将断路器断开或将断路器合闸投入故障线路上随即由保护跳闸将其断开时，自动重合闸装置均不应动作。自动重合闸装置的动作次数应符合预先的规定，如一次重合闸就只应实现重合一次。当断路器处于不正常状态不允许实现自动重合闸时，应将重合

23、闸装置闭锁。（三）微机自动重合闸装置的原理微机三相一次自动重合闸装置的动作逻辑框图 微机自动重合闸装置的加速段保护逻辑框图 一、系统结构与主要功能第七节 电能信息采集与管理系统 电能信息采集与管理系统指电能信息采集、处理和实时监控系统，能够实现电能数据自动采集、计量异常和电能质量监测、用电分析和管理等功能。由自动抄表系统与电力负荷管理系统合并升级而成。（一）系统结构（二）系统主要功能1.数据采集功能2.数据管理功能3.综合应用功能二、专变采集终端控制型专变采集终端的功能配置如下：（1）数据采集 （3）参数设置和查询 （5）事件记录（2）数据处理（4）控制（6）数据传输（7）本地功能（8）终端维护 三、低压集中抄表终端 低压集中抄表终端包括低压集中器、低压采集器和手持设备等。 低压集中器指收集一个区域内的各采集器或电能表的数据，并进行处理存储，同时能和主站或手持设备进行数据交换的设备。低压采集器指用于采集多个电能表电能信息, 并可与集中器交换数据的设备。手持设备指能够近距离直接与单台电能表、