配电网第三章

1、农村电力网自动化专题农村电力网自动化专题第第3章章 开闭所和配电变电所内自动化开闭所和配电变电所内自动化 配电变电站和l0kV开闭所是配电网的重要组成部分，因此配电变电站和开闭所的自动化程度的高低，直接反映了配电自动化的水平。配电变电站和l0kV开闭所内的自动化和输电网中变电站自动化采用的设备类似。 配电变电站和10kV开闭所通常是无人值班的，并且没有取暖设施，故要求在站内安装微机远动装置(RTU)，并且对环境和设备可靠性的要求很高。第一节第一节 远动装置远动装置(RTU)的发展的发展v 我国电力系统远动技术是在50年代发展起来的。最初是从前苏联引进的SF一58型有接点远动装置，通信速率为50

2、bits，功能也较弱。60年代以来，我国自行研制出了无触点数字综合远动装置。自70年代起基于微处理机的远动装置有了迅速发展，Z80，intel8086，intel80286，intel8098，MCS一51等高性能微处理机广泛地应用于RTU中。RTU装置具有遥测YC)、遥信(YX)、遥控(YK)、遥调(YT)四种功能，远动装置是由硬件逻辑原件组合配成的。 远动信息远动信息(YX(YX、YC)YC)按时间先后编成一串编码，按先按时间先后编成一串编码，按先后顺序发出。遥信量是开关量，对于开关量，经采样后顺序发出。遥信量是开关量，对于开关量，经采样后可直接送入处理器，按规定好的时分多路制格式排后可直

3、接送入处理器，按规定好的时分多路制格式排列，然后串行发送出去。遥测量是模拟量，模拟量的列，然后串行发送出去。遥测量是模拟量，模拟量的输入部分一般为电压互感器输入部分一般为电压互感器(TV)(TV)，或电流互感器，或电流互感器(TA)(TA)的输出。采集到的模拟量首先经变送器变成的输出。采集到的模拟量首先经变送器变成O O5V5V的电的电压，后经压，后经A AD D转换器把采样幅值转换为二进制数码后转换器把采样幅值转换为二进制数码后送入处理器，再经过送入处理器，再经过BCDBCD转换，并将各路被测量按照规转换，并将各路被测量按照规定好的时分多路制格式排列好，串行发送出去。定好的时分多路制格式排列

4、好，串行发送出去。v 这些遥测、遥信等信息，将送到调度所的模拟盘上去显示，这就实现了远距离收集信息的自动化。另外，从电流互感器、电压互感器输出的电流、电压等模拟量，以及开关接点信息，通过电缆直接传送到变电站的主控制室中，为变电站的生产运行值班人员提供必要的信息。 8080年代后随着电力调度自动化的发展，尤其是变年代后随着电力调度自动化的发展，尤其是变电站综合自动化的发展，要求电站综合自动化的发展，要求RTURTU有更大的容量和有更大的容量和更丰富的功能。单更丰富的功能。单CPUCPU集中式的集中式的RTURTU难以满足这些要难以满足这些要求，于是多求，于是多CPUCPU结构的分布式微机远动装置

5、成为更结构的分布式微机远动装置成为更新一代的产品。多新一代的产品。多CPUCPU的分布式微机远动装置采用的分布式微机远动装置采用串行总线将各个智能子模块联为一体，由于每个串行总线将各个智能子模块联为一体，由于每个CPUCPU各完成某一功能模块的任务，因此处理速度大各完成某一功能模块的任务，因此处理速度大为增加，同时整个装置的可靠性也大大加强。为增加，同时整个装置的可靠性也大大加强。第二节第二节 微机远动装置的基本功能微机远动装置的基本功能一、五遥功能一、五遥功能 遥信(YX)、遥测(YC)、遥控(YK)、遥调(YT)、遥视（YS） 1)遥信遥信：遥信量的输入应是一对继电器的触点，或者是闭合，或

6、者是断开。通过遥信端子板将继电器触点的闭合或断开转换成为低电平或高电平信号送人RTU的YX模块。遥信功能通常用于测量下列信号：开关的位置信号、变压器内部故障综合信号、保护装置的动作信号、通信设备运行状况信号、调压变压器抽头位置信号、自动调节装置的运行状态信号和其它可提供继电器方式输出的信号以及事故总信号及装置主电源停电信号等。v2)遥测遥测：遥测往往又分为重要遥测、次要遥测。遥测包括变压器的有功和无功采集；线路的有功功率采集；母线电压和线路电流采集；温度、压力等采集；周波频率采集；主变油温采集和其它模拟信号采集。v3)遥控遥控：遥控功能常用于断路器的合、分和电容器、电抗器的投切以及其它可以采用

7、继电器控制的功能。要求其正确动作率不少于9999。v4)遥调遥调：遥调常用于有载调压变压器抽头的升、降调节和其它可采用一组继电器控制的，具有分级升降功能的场合。要求其正确率大于9999。v5)遥视：在配电所相应位置安装摄像装置，在主控制室监视所内设备及其他所有情况。 二、事件顺序记录二、事件顺序记录(SOE) 电网调度人员需要及时掌握电网事故发生时各断路器和继电保护动作状况及动作时间，以区分事件顺序，作出运行对策和进行事故分析。 事件顺序记录的一项重要指标是时间分辩率。分辩率可分为RTU内(即站内)与RTU之间(即站间)两种。 SOE的站内分辩率，是指在同一RTU内，顺序发生一串事件后，两事件

8、间能够辩认的最小时间，在调度自动化中，SOE的站内分辩率一般要求小于5ms。其分辩率大小取决于RTU的时钟精度及获取事件的方法，这是对RTU的性能要求。vSOE的站间分辩率是指各RTU之间顺序发生一串事件后，两事件间能够辩认的最小时间，它取决于系统时钟的误差及通道延时的计量误差、中央处理机的处理延时等，在调度自动化中，SOE的站间分辩率一般要求小于10ms，这是对整个自动化系统的性能要求。为了保证事件记录的精度，对于断路器，应尽量采用断路器辅助接点的输出。对于继电保护，则尽量采用分项保护出口动作信号，而不采用信号继电器的输出。v对于配电系统自动化，由于层次多且测控对象分散，要确保上述SOE的分

9、辩率很困难。为了追求过高SOE分辨率往往不得不大幅度提高系统造价，而这是很不值得的。因此对于配电系统自动化，SOE分辩率指标应适当放松。三、系统对时三、系统对时 RTU站间SOE分辩率是一项系统指标，它要求各RTU的时钟与调度中心的时钟严格同步。目前，采用措施有：v 1)利用全球定位系统GPS提供的时间频率同步对时，有效地确保SOE站间分辨率指标。这种方法需要在各站点安放GPS接收机、天线及放大器，并通过标准RS一232或RS一485接口和RTU相连。v 2)采用软件对时，CDT、DNP和Modbos等规约均提供了软件对时手段。但软件对时由于受到通信速率等的影响，需要采取修正措施。由于要管理为

10、数众多的测控点，往往需要采取分层集结的方式，使得软件对时的精度更受影响。但是采取软件对时的方法却不需要增加硬件设备。v四、四、RTU与与SCADA系统通信系统通信v要求RTU能将采集的现场信息上报SCADA系统，并能接收SCADA系统下达的命令。v通信波特率一般为600bits或1200bits，RTU应具有通信速率的选择功能，另外，RTU应有支持光端机、微波、载波、无线电台等信道通信转接功能。五、自恢复和自检测功能五、自恢复和自检测功能vRTU作为调度自动化系统的数据采集单元，必须确保永不停止地完成和SCADA系统的通信，上报当前采集情况并接收SCADA系统下达的各项命令。但RTU处于一个具

11、有强大电磁干扰的工作环境中，使用中难免发生程序受干扰“跑飞”、或通信瞬时中断等异常情况，甚至有时电源也会瞬时掉电。在上述情形下，若不加特殊处理，均有可能造成RTU死机，SCADA系统将因此无法收到变电站信息。v因此要求RTU在遇到上述情形时，要能在较短的时间内自动恢复，重新从头开始执行程序。v另外，为了维护方便，通常要求RTU含有自检程序。六、电能采集六、电能采集(PA)v 采集变电站各条进线和出线以及主变两侧的电度值，传统做法是通过记录脉冲电度表。的脉冲来实现，较先进的做法是通过和智能电度表通信获取电度值。 以上六项功能为RTU的基本性能要求，除此之外，一般还希望RTU具有下列功能：v1)当

12、地显示与参数整定输入，即在RTU上安装一个当地键盘和LED或液晶显示器，使得RTU的采集量在当地就可以显示到显示器上，也可通过小键盘输入遥测量的转换系数、修改电度底盘值和定义SOE点等。v2)一发多收。有时一台RTU往往要向不同的上级计算机系统发布信息，有时通信规约还不相同，此时就要实现多规约转发。v3)CRT显示，打印制表。有的RTU还具有当地显示功能，并能将异常和事故报告打印出来。第三节第三节 微机远动装置的分类微机远动装置的分类vRTU分为：集中式RTU和分布RTU两大类。v分布式RTU又分为：功能分布式和结构分布式两大类。v从采样方式：又可分为直流采样和交流采样两类。v从组屏方式：可分

13、为集中组屏和分散布置两类。v从结构方式：可分作机柜式、机箱式、壁挂式和单元模块化一、集中式微机远动装置一、集中式微机远动装置v图中，CPU为系统中唯一的智能模块，它负责管理其它非智能子模块，并通过两个RS一232串行口，经调制解调器Modem(M)分别和两个调度主机通信，另一个RS一232C串行口用于外接CRT实现自检测。vSI为遥信模块，它可以由若干个子模块(即SI、SIz)构成。vAI为遥测模块，它可由若干个子模块(即AI、AI 2)构成。vPA为电能脉冲量采集模块。vSOC为遥控模块。vSOR为遥调模块。vKB为键盘与显示器模块。vSG为开关组态模块。vWDT为监视定时器模块。v集中式微

14、机远动装置，各模块之间均以并行总线相联系。而并行总线往往不允许传输太长的距离，因此，集中式RTU均是集中布置于一个机箱或机柜中的。v综上所述，集中式RTU主要特征为单RTU、并行总线和集中组屏。二、分布式微机远动装置二、分布式微机远动装置v 电力系统自动化的不断发展，要求RTU能够采集更多的开关量、模拟量和电度信息，能够进行更多路的遥控和遥调，能够与更多的调度主机建立联系，此外对事件顺序记录(SOE)的站内分辨率的要求也有提高的趋势。集中式的微机远动装置因采用单处理器，CPU负荷过重往往不能满足上述要求，同时，采用并行总线的集中式远动装置也不便于采集不在同一现场的参数。而多CPU结构、各模块间

15、以串行总线相互联系的分布式微机远动装置则能很好地实现以上功能。v 分布式微机远动装置较集中式微机远动装置具有如下优点：布置灵活便于采集地理上分布的信号；连线简单，可靠性高；便于扩容，容量可以增大；便于采用交流采样方式；便于实现多规约转发和一发多收。但是分布式微机远动装置的最小配置成本较集中式微机远动装置高，因而在小配置情况下，不如集中式微机远动装置经济。v 分布式微机远动装置的特征为：多CPU、串行总线、智能模板，既可以柜中组屏，又可以分散布置。 1功能分布式微机远动装置v 功能分布式微机远动装置是按功能划分各模块，RTU可由智能遥信模块(IYX)、智能遥测模块(IYC)、智能电度模块(IPA

16、)、智能遥控模块(IYK)、智能遥调模块(IYT)。 KB为键盘与显示器，M为调制解调器,CPU模块构成如图所示。v因为各模块间采取串行通信方式，使得模块间连线非常简单(往往只有两条线)，而且串行通信较并行通信可以传输更远的距离，因而各模块之间可相距很远，甚至可以不在一个机柜内，适应采集不同地点的信号。v分布式微机的远动装置的各个模块均为智能模块，都具有独立CPU管理该模块，使得该CPU功能专一，负荷较轻，因而可靠性高。v分布式微机的远动装置的各模块可以任意组合，扩容十分方便。v 按功能分布的微机远动装置，仍延用集中式微机远动装置的配置思想，是把一定数量的相同功能采集或控制的单元布置在一块模板

17、上，各功能模板通常都采用单片机构成。2结构分布式微机远动装置v 功能分布式RTU，虽然相对于集中式RTU具有灵活和功能性强的优点，但由于需要众多的模板类型，且只能按功能分布布置，而变电站实际情况是希望将同一台设备或同一面柜子所需的四遥量布置在一个单元模块中，这就是结构分布式RTU，也是面向设备对象而设计的RTU。v 采用这种体系结构就可以将RTU单元模块分散地布置在开关柜中，而不必单独组屏， 从而不仅节省了空间，也使二次连线大大减少。因为RTU单元模块和现场的连接在屏内就完成了，各RTU单元模块之间只需通过几条RS一485或现场总线连线就可以连通。v结构分布式RTU的另一个优点，在于很容易将微

18、机保护和监控功能合 二为一，成为集成化的产品，甚至连防误闭锁功能也可以包含进去。这样非常有利于实现变电站综合自动化结构分布式微机远动装置在35kV变电站中的典型应用 3采用智能电能表简化微机远动装置的结构 近些年来，智能化多功能电能表趋于成熟，智能化多功能电能表是一种功能性很强的智能电子设备，它不但能采集分时段有功电能和无功电能，还可以获得电压、电流、有功功率、无功功率以及功率因数等参数，并通过RS一485接口和其它设备相连。因此采用智能化多功能电能表后，可以实现简单的自动化。如果加RTU可以省去其遥测部分，从而简化了RTU的结构，如图所示。三、RTU的选择v1. RTU形式 规模小的变电所选

19、集中式，规模大的变电所 选分散式。v2.信号采集 A.直流采样v将采用变送器进行的采样称为直流采样，变送器的作用为：v1)将强信号(一般为交流100V、5A)转化为适合于计算机和仪表使用的弱信号(一般为直流5V、lmA等)；v2)将交流信号转化为直流信号； v3)从瞬时信号获得有效值；v4)确保输出直流量与输入测量量之间满足线性关系；v5)实现输入与输出隔离。采用变送器的直流采样系统存在如下问题：1)遥测数据的准确性受变送器稳定性的影响，变送器出现输出不正常的情况时有发生，这样就影响了遥测准确性。2)遥测数据的实时性受变送器响应速度的影响。由于滤波电路时间常数的影响，造成变送器的响应时间较长，不能及时反映故障瞬间的情况。3)变送器的维护工作量比较大。变送器