电网监控与调度自动化第三章5-7节

1、 第4章 变电站自动化第5节 变电站防误操作闭锁系统第6节 变电站自动化系统其他控制功能 及应用第7节 遥视与检测电气设备的误操作可能造成大面积的停电、设备损坏、人身伤害，甚至引起电网振荡瓦解等严重后果。1981-2006年电气误操作事故统计次数4.5变电站防误操作闭锁系统4.5.1变电站防误操作闭锁装置构成4.5.2微机网络防误闭锁系统4.5.3微机“五防”系统和常规防误闭锁技术比较 4.5.1变电站防误操作闭锁装置构成1.1变电站防误操作闭锁装置构成1.2电气设备的闭锁方式1.3微机“五防”闭锁装置1.1变电站防误操作闭锁装置构成 闭锁装置是一种对电气倒闸操作过程进行逻辑限制的物理装置。

2、常规的闭锁装置分为：机械闭锁、电磁闭锁、程序闭锁、微机防误闭锁。 机械闭锁是靠机械制约而达到预定目的的一种闭锁 电气闭锁分为电气回路闭锁、电磁锁。 微机防误闭锁主要分测控装置微机防误闭锁和后台微机防误闭锁两类。1.2电气设备的闭锁方式 临那个时接地线、网门、柜门、间距门的闭锁。 隔离开关、接地开关等手动操作机构的闭锁。 断路器、电动隔离开关等电动操作机构的闭锁。1.3微机“五防”闭锁装置 微机闭锁装置主要由PC机、智能模拟屏、工控机、电脑钥匙和各种锁具组成。 微机“五防”闭锁装置构成，典型的变电站防误闭锁系统主要由防误主机、电脑钥匙、防误锁具三部分构成。典型防误钥匙外形图微机闭锁装置的使用流程

3、： 设备对位操作：指将防误闭锁系统的一次接线图的设备状态与实际设备状态与设备状态进行对位。 模拟操作：指在系统一次接线图与实际设备状态相对应的情况下，在一次接线图上进行操作票模拟操作。 钥匙初始化：电脑钥匙在使用前须进行初始化，将钥匙放到传送充电座内，主机通过串口将已准备好的数据文件初始化到钥匙中。 传送操作票：指在确认操作任务与操作步骤正确的情况下，将模拟操作的步骤导入电脑钥匙内。 现场操作：操作人需持电脑钥匙到现场进行操作，操作任务正确时，电脑钥匙将打开正确的防误锁具，允许操作人进行相应设备的操作。 数据传回：当操作任务完成须将电脑钥匙放回充电传输座。4.5.2微机网络防误闭锁系统微机网络

4、防误闭锁系统结构上分为站控层、间隔层、过程层，由嵌入监控系统中的防误程序、电脑钥匙、电脑钥匙装置、各类锁具和数据网络组成。防误子程序根据防误规则和模拟预言步骤，生成实际操作程序，再根据设备闭锁方式的不同采用以下三种方式进行开锁操作：电脑钥匙开锁通过电脑闭锁单元等直接控制智能锁具开锁；通过通信接口对监控系统执行监控。监控系统 防误子系统分布式控制器智能锁具遥控闭锁继电器电编码锁机械编码锁网络控制器RS485系统总线电脑钥匙无线路由器站控层间隔层过程层图415微机网络防误闭锁系统结构示意图. 防误闭锁系统与监控系统的工作原理框图 4.5.3微机“五防”系统和防误闭锁技术比较电气防误闭锁回路是一种现

5、场连锁技术，主要通过相关设备的辅助触点来实现闭锁。电气闭锁回路一般只能防止开关、隔离开关和电动开关的误操作，对误入带电间隔，接地线的挂接（拆除）等无能为力，不能实现完整的“五防”。4.6自动化系统其他控制功能及应用4.6.1 电力系统的低频减负荷控制4.6.2 备用电源自动投入控制4.6.3 小电流接地系统的单相接地选线4.6.4 故障录波与测距4.6.5 电力系统同步相量测量PMU4.6.1电力系统的低频减负荷控制1.1自动低频减负荷的基本原理1.2自动低频减负荷的实现方法1.3对自动低频减负荷装置的基本要求1.4对自动低频减负荷装置闭锁方式的分析1.5微机低频减负荷装置的优点1.1自动低频

6、减负荷的基本原理 当系统频率降至f1时，第一级频率测量元件启动，经延时t1后执行元件CA1动作，切除第一级负荷P1；当系统频率降至f2时，第二级频率测量元件启动，经延时t2后执行元件CA2动作，切除第二级负荷P2.如果系统频率继续下降，则基本级的n级负荷有可能全部被切除。1.2自动低频减负荷的实现方法1.采用专用的微机低频减负荷装置实现。这种低频减负荷装置的控制方式如前所述，将全部馈电线路分为1-8级和特殊级，然后根据系统频率下降的情况去切除负荷。2.把低频减负荷的控制分散装设在每回馈电线路的保护装置中。将n级动作的频率和延时定值事前在某回线路的保护装置中设置好，则该回路便属于第n级切除的负荷

7、。（易于实现、结构简单）1.3对自动低频减负荷装置的基本要求 能在各种运行方式和功率缺额的情况下，有效地防止系统频率下降至危险点一下。 切除的负荷应尽可能少，无超调和悬停现象。 能保证解列后的各孤立子系统不发生频率崩溃。 变电站的馈电线路故障或变压器切除造成失压，负荷 反馈电压的频率衰减时，低频减负荷装置应可靠闭锁。 电力系统发生低频震荡时，不应误动。 电力系统受谐波干扰时，不应误动。1.4对自动低频减负荷装置闭锁方式分析 常规低频减负荷装置由电磁式或数字式的频率继电器构成 特点：测频精度不高、抗干扰能力差、性能不稳定。 新型低频减负荷装置优点：原理先进、准确性高、抗干扰能力强。 低频减负荷装

8、置常用的闭锁方式有：时限闭锁、低电压带时限闭锁、低电流闭锁、双频率继电器串联及滑差闭锁。1.5微机低频减负荷装置的优点 测频方法先进。 可采用频率下降速率作为动作判据或闭锁条件。 容易扩展低电压闭锁功能。 容易扩充重合闸功能。 容易扩展故障自诊断和自闭锁功能。4.6.2备用电源自动投入控制1.1备用电源的配置。1.2采用微机型的备用电源自动投入装置的优越性1.1备用电源的配置l 低压母线分段断路器自动投入方案。l 如图，当主变压器T1、T2同时运行，而QF3断开时，一次系统中主变压器T1、T2互为备用电源。图4-18 低压母线分段断路器自动投入方案主接线 内桥断路器的自动投入方案。 如图，当X

9、L1进线带I、II段运行，即QF1、QF3在合位、QF2在分位时，XL2备用电源或XL2进线带II、I段运行，即QF2、QF3在合位、QF1在分位时，XL1是备用电源。图4-19 内桥断路器自动投入方案的主接线l进线备用自动投入方案。l如图，XL1和XL2中只有一个断路器在分位，另一个在合位，因此当母线失压，备用线路有压，并无电流1（2）时，即可跳开QF1（QF2），合上QF2（QF1）。图4-20 进线备用自动投入方案主接线1.2微机型的备用电源投入装置的优越性综合功能比较齐全，适应面广。具有串行通信功能。体积小、性能价格比高。故障自诊断能力强，可靠性高。4.6.3小电流接地系统的单相接地选

10、线1.1不接地系统单相接地故障时的选线原理1.2经消弧线圈接地系统单相接地故障时的选线1.1不接地系统单相接地故障时选线原理由继电保护原理可知，中性点不接地系统单相接地故障时中性点位移电压，母线电压互感器开口三角形出现3U0电压；非故障线路电容电流就是该线路的零序电流；故障线路首端的零序电流数值上等于系统非故障线路全部电容电流的总和，其方向为线路指向母线，与非故障线路中零序电流的方向相反，该电流由线路首端的电流互感器反应到二次侧，这就是中性点不接地系统基波零序电流方向自动接地选线装置所用的工作原理1.2经销弧线圈接地单相接地故障的选线5次谐波判别法实现接地选线的原理 1、中性点经消弧线圈接地系

11、统，在发生单相接地故障时，故障线路首端的5次谐波零序电流在数值上等于系统非故障线路5次谐波电容电流的总和。 2、故障线路首端的5次谐波零序电流其方向与非故障线路中5次谐波零序电流方向相反。有功分量判别法接地选线的原理 单相接地时，故障线路通过接地点与消弧线圈和阻尼电阻构成串联回路。 自动跟踪消弧线圈装置 1、自动跟踪消弧线圈原理。 2、自动跟踪消弧线圈装置。图4-21 自动跟踪消弧线圈29 4.6.4故障录波与测距1.11.1微机型专用故障录波装置的硬件结构微机型专用故障录波装置的硬件结构1.21.2数据采集数据采集1.31.3故障录波启动判断故障录波启动判断1.41.4输电线路故障测距输电线

12、路故障测距30 4.6.4故障录波与测距 电力系统故障录波装置是主要在电力系统故障录波装置是主要在500、220kV变变电站及一些枢纽变电站中用作记录和分析电网故障电站及一些枢纽变电站中用作记录和分析电网故障的设备。变电站故障录波可以根据需要采用的设备。变电站故障录波可以根据需要采用两种方两种方式式实现：实现： 一种是配置专用微机故障录波装置并能与就地一种是配置专用微机故障录波装置并能与就地监控系统通信，传输给远方调度；另一种则由微机监控系统通信，传输给远方调度；另一种则由微机保护装置兼做记录及测距计算，再将数字化的波形保护装置兼做记录及测距计算，再将数字化的波形及测距结果送给监控系统。及测距

13、结果送给监控系统。 这里主要介绍微机型专用故障录波装置。这里主要介绍微机型专用故障录波装置。 31 1.1微机型专用故障录波装置的硬件结构微机型专用故障录波装置微机型专用故障录波装置的基本的基本配置可以由三部分组成，如图配置可以由三部分组成，如图4-4-2222所示。所示。 1 1、辅助变换器，用于变换、辅助变换器，用于变换电流、电压等模拟量，以适应单电流、电压等模拟量，以适应单片机微机的片机微机的A/DA/D变换要求变换要求 2 2、前置机部分，用于数据、前置机部分，用于数据采集系统和判启动用，将故障信采集系统和判启动用，将故障信息快速、及时地闯到后台机。息快速、及时地闯到后台机。 3 3、

14、后台机部分，主要用于、后台机部分，主要用于数据处理。数据处理。图4-22 微机型专用故障录波装置基本配置321.2数据采集过程 1 1、数据采集。接受人机插件发出的同步采样信息，根、数据采集。接受人机插件发出的同步采样信息，根据据1000Hz1000Hz的采样率，即的采样率，即1ms1ms进行一次定时采样及计算，每次进行一次定时采样及计算，每次定时采样均进入采样中断服务程序。定时采样均进入采样中断服务程序。 2 2、保留故障数据。故障录波装置一旦启动，立即保留、保留故障数据。故障录波装置一旦启动，立即保留三周的新数据，以保证故障录波波形的连续并有助于分析系三周的新数据，以保证故障录波波形的连续

15、并有助于分析系统故障。统故障。 3 3、划分记录段，顺序记录。为了节省内存，但又保证、划分记录段，顺序记录。为了节省内存，但又保证必要的信息和数据能清晰的记录下来，采用划分时段记录的必要的信息和数据能清晰的记录下来，采用划分时段记录的方法方法331.3故障录波启动判断 故障录波启动分为内部启动和外部启动两类。故障录波启动分为内部启动和外部启动两类。 内部启动就是各内部启动就是各CPUCPU软件根据自启动判据超定值启动，软件根据自启动判据超定值启动，自启动判据有以下几种：自启动判据有以下几种： 1 1、突变量启动判据。、突变量启动判据。 2 2、主变压器中性点零序电流、主变压器中性点零序电流3I

16、3I0 0启动判据。启动判据。 3 3、正序、负序和零序电压启动判据。、正序、负序和零序电压启动判据。 4 4、线路一相电流在、线路一相电流在0.5s0.5s内的最大、最小值之差不小于内的最大、最小值之差不小于10%10%。 5 5、母线频率变化启动录波判据。、母线频率变化启动录波判据。34 外部启动有两种，一种是继电保护的跳闸动作信号启动，另一种是调度来的启动命令。这两种启动均为开关量启动。351.4输电线路故障测距 根据测距原理的不同，输电线路故障测距方法可根据测距原理的不同，输电线路故障测距方法可分为分为阻抗法阻抗法行波法。行波法。一下主要介绍行波测距方法。一下主要介绍行波测距方法。 1

17、 1、暂态电流行波中的故障距离信息。在母线、暂态电流行波中的故障距离信息。在母线M M、N N处所检测到的的电流行波处所检测到的的电流行波i im m（t t）、）、i in n（t t）可写成：）可写成：.)()()(1t.)()()(1t3i3i2ncn2cmnnnnmmmmmteteteteteteaaZaaZ）（）（ 2、行波故障测距原理 仅在线路一侧设置故障检测元件，检测线路一侧流过的暂态电流，即可构成利用单端电流行波的故障测距。其计算公式为：2tvxL37 受母线和系统结构等因素的影响，来自于故障点受母线和系统结构等因素的影响，来自于故障点的第的第2 2个行波分量可能很微弱，以至于

18、无法检测导致个行波分量可能很微弱，以至于无法检测导致测距失败。因此，有必要在故障两侧分设检测元件，测距失败。因此，有必要在故障两侧分设检测元件，用以测量到达两侧母线的初始行波而构成两端测距。用以测量到达两侧母线的初始行波而构成两端测距。其计算公式为：其计算公式为：2)(2)(LvLvmnnnmmxx384.6.5、电力系统同步测量PMU1.11.1电网多功能公角实时监测系统电网多功能公角实时监测系统1.21.2同步相量测量的原理及监测的意义同步相量测量的原理及监测的意义1.31.3相量测量单元（相量测量单元（PMUPMU）1.4PMU1.4PMU系统的基本结构系统的基本结构391.1电网多功能

19、公角实时监测系统基于基于GPSGPS技术的广域相量测量（技术的广域相量测量（PMUPMU），利用），利用GPSGPS的高的高精度实时信号的相量测量技术对系统中各关键节点精度实时信号的相量测量技术对系统中各关键节点的电压、电流相量进行同步采集，就能够实时地观的电压、电流相量进行同步采集，就能够实时地观测整个电网的运行状态，从而为分析电力系统的动测整个电网的运行状态，从而为分析电力系统的动态特性、系统的经济调度和电网安全稳定运行与控态特性、系统的经济调度和电网安全稳定运行与控制提供了有力的手段。制提供了有力的手段。401.2同步相量测量的原理及监测的意义相量测量就是同步测量电网中各母线或节点的电压

20、幅值和相位，关键是同步采样，时间误差1ms会带来18o 工频误差，测量误差若要求0.1o，那么时间同步精度应为5us，而GPS能满足此要求。功角的实时监测能为调度员进行系统状态的准确判断提供及时的有力的依据，以便及时采取措施，维持系统稳定运行。向量测量装置能同步记录扰动数据，使得同时分析系统扰动的过程中多点的动态情况成为可能，有助于大电网的动态规律的研究，为制定系统稳定控制策略和运行方案提供基础。411.31.3相量测量单元（相量测量单元（PMUPMU） 来自来自TVTV、TATA二次侧的电压、电流信号经交流输入单二次侧的电压、电流信号经交流输入单元变换后，变为适合微机处理的小信号，再经低通滤

21、元变换后，变为适合微机处理的小信号，再经低通滤波变成满足采样定理的交流信号。波变成满足采样定理的交流信号。DSPDSP在基于在基于GPSGPS时间时间基准的同步采样脉冲控制下，经基准的同步采样脉冲控制下，经A/DA/D转换完成对交流转换完成对交流信号的采样，然后利用信号的采样，然后利用GPSGPS接收器串口提供的时间信接收器串口提供的时间信息和采样顺序编号给计算结果置以便于识别的息和采样顺序编号给计算结果置以便于识别的“时间时间标签标签”，并将计算结果连同其时间标签按照通信规约，并将计算结果连同其时间标签按照通信规约的要求传至检测中心。的要求传至检测中心。1.4PMU系统的基本结构 PMU系统由监测点装置、数据集中器、通信设备、通信线路、中央监控站、网络服务器及资料分析站组成。其具体功能如下： 1、监测点采集与数据集中。厂站端装置同步采集信号，并用DSP技术从采集信号中获取所需的各次谐波信号幅值、频率和初相角，通过通信线路将各种数据上送到中央监控站。 2、中央监控站。中央监控站进行多站间的实时功角及各站采集信号的在线监测，并将相关数据存入数据库。 3、网络服务器。中央监控站的网络服务器将各站间的功角数据存入相量数据库的实时表和历史表中，提供EMS应用接口，使实时测量的功角信息