智能电器6课件

智能电器（六）2005年5月六配电自动化——智能电器应用之一

6.1配电自动化的基本概念6.2重合器与分段器6.3配电网馈线自动化的基本模式6.4FTU与主站6.5配电自动化的通讯6.6典型案例

6.1配电自动化的基本概念我国配电网现状根据国外资料统计，近年日本、法国、英国和美国的平均每户年停电时间分别为9.0、94、77、58min。从1997年我国255个主要城市供电（电业）局的供电可靠率统计结果看，平均每户停电时间为24.79h，与发达国家相比还存在很大的差距。在电源充足的情况下，配电网的落后成为制约我国供电可靠率进一步提高的障碍，如东北地区在基本不缺电的情况下，供电可靠率RS3总是徘徊在99.8%～99.85%左右，而无法进一步提高，造成这种情况的主要原因是：配电网结构比较脆弱，线路互供能力差，过负荷情况严重；设备陈旧，可靠性差，检修频繁，且常因为故障而造成停电；配电网自动化水平低，使事故点的查找和隔离以及恢复供电时间长，并且事故引起的停电区域广等。

配电网----输电系统经降压后经电缆或架空线分配到各用电中心的网络，一般为10kV和35kV系统。

配电自动化（特别是馈线自动化）----是指在配电网发生故障时，能迅速判断故障区段，并进行隔离，然后恢复对非故障区段的供电，可以大大减少故障时的停电时间和停电范围。

配电自动化系统----利用现代电子计算机及网络通讯技术，将配电网的在线和离线数据、本电网和用户数据以及电网结构和对应的地理信息进行集成，构成完整的自动化系统。其功能包括：配电网及其设备的检测、保护、控制和管理。

DA(DistributionAutomation）或DMS（DistributionManagementSystem)基本概念配电自动化的模式：

1）重合器、分段器、自动配电开关； 2）断路器、自动配电开关+RTU+中央主站； 3）重合器、分段器+智能控制器+中央主站，就地智能化与上级管理并存。配电自动化的发展及现状国外配电自动化的发展经历了从各种单项自动化林立，号称为“多岛自动化”的配电系统，向开放式、一体化和集成化的综合自动化方向发展的过程。

日本从60年代开始在配电线路上采用自动隔离故障区段、并向健康区段（无故障区）恢复送电的按时限顺序送电装置；70年代研究开发了各种就地控制方式和配电开关的远方监控装置；80年代开始利用计算机构成自动控制系统；其后由于电子技术、计算机技术及信息传送技术的发展，配电自动化计算机系统及配电线远方监控系统在实际应用中得到很大的发展。6.2重合器与分段器(Recloser&Sectionalizer)1重合器的结构与原理高参数断路器+智能控制器+自具电源，按程序设定动作（两快+两慢）或闭锁。任务：分断故障电流，快速重合与再分断，闭锁隔离。一般选真空开关控制器有简单型和计算机控制型。电压-时间型重合/分段器 电压—时间型分段器是根据加压或失压时间的长短来控制其动作，失压后分闸，加压后延时合闸或闭锁。 X时限---分段器加压后的延时合闸时间； Y时限---若分段器合闸后在未超过Y时限的时间内又失压，则该分段器分闸并被闭锁在分闸状态，待下一次再得电时也不再自动合闸。

6.3配电网馈线自动化的基本模式

1）重合器＋分段器实现馈线自动分段控制模式

电压-时间型重合/分段器

电压—时间型分段器是根据加压或失压时间的长短来控制其动作，失压后分闸，加压后延时合闸或闭锁。 X时限---分段器加压后的延时合闸时间； Y时限---若分段器合闸后在未超过Y时限的时间内又失压，则该分段器分闸并被闭锁在分闸状态，待下一次再得电时也不再自动合闸。

永久性故障情况下动作顺序1）设在L2区段发生永久性短路故障，CB1跳闸，S1、S2由于失压自动分闸；CB1第一次重合，分段器S1检测到电压信号后延时X时间合闸，由于短路故障没有消除，CB1再次跳闸，同时S1因在小于Y时间内检测到失压，则在分闸后自动闭锁；CB1第二次重合，恢复对L1区段的供电。2）联络开关S3在系统正常运行情况下，两侧均有电压，当一侧供电电源失去后，S3开始计时，在XL时延后自动合闸，向L3区段供电；S2检测到电压信号后延时合闸，由于短路故障没有消失，CB2跳闸；S5、S4、S3、S2因失压而自动分闸，其中，S2因在小于Y时间内失压，还执行自动闭锁功能。3）CB2重合，S5、S4、S3分别延时X时间依次合闸，由变电站B对L3区段恢复供电。重合器（或具有重合闸功能的断路器）和电压—时间型分段器构成的馈线自动化的特点是：通过检测电压加压时限，经重合器或断路器多次重合，即可实现故障自动隔离目的，不需要通信手段，投资比较少。

但是同时存在着如下缺点：1）发生瞬时性故障时，线路恢复供电时间较长；2）故障后经多次重合才能隔离故障，对配电系统和一次设备有一定冲击；3）在进行供电恢复时，要波及到非故障区段，造成由变电站B供电的正常线路区段也要短时停电；4）当馈线较长、分段较多时，逐级合闸延时的时限越长，对系统的影响也越大。2）“重合器﹢重合器”就地控制模式

特点是：线路发生瞬时性故障时，恢复供电时间短；就近开断短路电流，影响范围小；利用重合器本身切断故障电流的能力，实现故障就地隔离，避免因某段故障导致正常线路停电的情况，同时减少了出线开关动作次数；无需通信手段。

存在的不足是：环路上重合器之间保护的配合靠延时来实现，分段越多，保护级差越难配合；为了与重合器保护级差相配合，变电站出线断路器是最后一级速断保护，重合器越多，出线开关速断保护延时就越长，对配电系统的影响也就越大；因重合器具有切断短路电流的能力，因此投资比较大。3）FTU/RTU(RemoteTerminalUnit)

实现SCADA集中控制模式配电自动化开关（分段器）带FTU/RTU，把网络状态实时报告主站，由主站发指令，在断路器分闸后由分段器执行隔离故障任务。 ----特点：有“四遥”功能（遥信、遥测、遥控、遥调），全计算机控制，可一次完成隔离故障、恢复健康区段供电。 ----不足：对通讯依赖太强，可靠性代价高。 SCADA—SupervisoryControlandDataAcquisition数据采集与自动监控变电站A、B的出线断路器具有过流速断保护和一次重合闸功能。在图中，假设L2区段发生永久性故障，CB1保护动作跳闸，重合一次不成功，再次分闸；配调中心站查询线路上各个FTU的状态和记录的故障信息：S1开关处有故障电流，S2开关处无电流，S4、S5开关处有正常电流；中心站的故障检测软件根据这些信息，判断故障点发生在L2区段；中心站自动发出一系列遥控命令，把S1和S2开关打开，CB1和联络开关S3投入，完成故障识别与隔离，并自动恢复正常区段的供电。4）无信道就地智能控制＋SCADA模式由安装在馈电线路上的智能化开关（重合器/分段器）、变电站内的区域性控制站和配调中心构成。在正常情况下，区域性控制站和配调中心站可以通过查询方式监视系统运行情况，并可遥控开关，实现远方倒闸和负荷切换等操作；在线路发生的故障情况下，由智能化开关就地实现故障隔离和供电恢复。整个故障处理过程不依赖于通信，大大降低了系统对通信可靠性和实时性的要求。永久性故障处理过程假定L2线路区段发生永久性故障，变电站出线重合器VW1分闸，线路失压，一次重合闸不成功又跳闸，线路再次失压；分段开关S1的控制器记录了两次失压、两次故障电流信号，分段开关S2的控制器记录了两次失压，没有故障电流信号，S1和S2的控制器将故障记录通过对等通信方式分别向相邻的分段开关广播传送。S1、S2分段开关的控制器分别检测出相邻的故障记录有差异：S1检测到两次故障电流，S2只检测到两次失压，则判断故障发生在L2区段，由控制器控制S1、S2开关分闸并闭锁，完成故障的检测和隔离。联络开关检测到单侧失压后，根据两侧分段开关控制器的故障记录来确定是否合闸：当两侧分段开关的控制器都没有故障电流记录时，联络开关合闸；当任意一侧分段开关的控制器感受到故障电流时，则不合闸，保证联络开关不会重合于故障线路。联络开关S3的接收到相邻分段开关S2、S4的记录时，分析S2的故障记录，因为仅有两次失压，则判断故障不在L3区段，控制器发出指令使S3开关合闸，完成负荷侧非故障区段的供电。变电站出线重合器在第一次重合闸结束后，经过一定的延时，再次重合，恢复对L1区段的供电，完成了电源侧非故障区段的供电恢复。出线重合器第二次重合时，通知区域性控制站恢复与重合器/分段器之间的通信。配调中心和区域性控制站通过查询方式遥信馈线上各开关的分/合闸状态，读取故障电流记录，动态显示经过重构后的配电网络接线，实现相关SCADA功能。特点与优点在“有信道就地智能控制＋SCADA”控制方式中，馈线上各分段开关和相邻开关之间进行对等通信，相互交换故障记录，根据自身及相邻开关的故障信息判断故障区段，并实现就地隔离和供电恢复。整个故障处理过程不依赖主站或二级主站的干预，而是完全下放到线路上独立完成。主站或二级主站与线路上分段开关之间的通信主要用以实现馈线SCADA功能。其主要优点是：减少了的故障处理所涉及的通信环节，提高了系统可靠性；故障处理速度快，对用户和配电网的冲击小；避免了与变电站自动化的冲突和可能的设备管理混乱；简化了配电自动化系统配置。就地智能化，可独立完成隔离故障的任务，也可按上级指令行事；结合二者优点，可靠性高。可分步实施，符合中国特色！6.3FTU与主站 配电自动化实际上有两部分组成：变电站自动化和馈线自动化。鉴于前者已基本完成，目前主要做馈线自动化工作，并就称之配电自动化。

FTU(FeederTerminalUnit)馈线自动化终端的主要功能：

a)四遥，b)故障信息采集与处理，c)电能质量监测，d)断路器在线监测，e)PLC，f)数据转发等。

线路对FTU的特殊要求： a)环境恶劣，b)体积小、易安装，c)功耗要小，自带电源。主站服务器：长期工作制，冗余和双机互为备份等。《配电系统自动化规划设计导则》中FTU具体要求：1)采集并发送状态量，遥信变位主动上报；2)交流采样并发送遥测量；3)过电流识别(相间短路、单相接地、过流和浪涌)；4)故障区段的自动隔离和恢复；5)与主站通讯,接受、执行遥控指令、参数可远程下载；6)被测量跨越死区传送；7)越限告警和本体故障告警；8)自带UPS或蓄电池；9)交流电源失电开关仍能进行合分操作；程序可自恢复。FTU组成FTU作为一个独立的智能设备，由核心模块远方终端控制器，充电器、蓄电池、机箱外壳以及各种附件组成。核心模块远方终端控制器，一般需完成FTU的主要功能，如模拟和数字信号的测量、逻辑计算、控制输出和通信处理。远方终端控制器一般由高性能的嵌入式CPU或DSP来完成，考虑到工作环境，设计时应选用工业级芯片。控制器FTU中主要的功率消耗源，为延长停电工作时间和降低FTU自身的发热量以适应高温环境，器件设计和选用时还应考虑低功耗的元器件。从更换维护方便考虑和工作可靠考虑，控制器部分宜采用具有独立机壳的设备。充电器完成交流降压、整流及隔离，完成蓄电池充放电管理，多电源自动切换，蓄电池容量监视等。当操作电源不同于FTU内部的直流电源时，还须提供操作电源的充电管理。充电器可以采用专用集成电路来完成，亦可以采用合适的单片机来完成。蓄电池是作为FTU所有供电电源的后备电源，蓄电池在FTU中是不可缺少的。蓄电池的电压可选DC24V或DC48V，从安全维护和人身安全方面考虑，DC24V更合适。蓄电池的容量选择要依据FTU自身的功耗和系统要求的停电工作时间而定。一般来说，控制器的功耗往往为4～5W，而停电后开关至少需分、合闸操作一次，同时FTU也至少应能保证停电继续工作时间不少于24h，因此蓄电池的容量至少应在24V/7Ah以上。机箱外壳。由于大多FTU安装在户外，受酸雨等的腐蚀较严重，因而机箱宜采用耐腐蚀的材料做成，最好采用不锈钢材料。设计时还应考虑一定的隔热措施，冬季温度低的场合，也可以在箱体底部安装加热设施，由FTU根据环境温度投退加热器。另外，要设泄水孔，有一定的防尘除虫措施。各种附件包括就地远方控制把手、分合闸按钮、跳合位置指示灯、接线端子排、空气开关、除湿和加热器等。配电自动化的主站系统 配电自动化主站应满足以下要求：

1)标准化、开放性、可扩充性；2)实时性，可记录性；3)可维护性。

主站的基本功能： 1)采集并保存现场送来的实时数据以及反映电网、设备几用户情况的数据； 2)运行DA/DMS软件，处理实时数据、下发控制指令，故障录波以及媒体输出等； 3)提供基于GIS的图形用户界面以及与其他系统如企业管理信息系统MIS等接口。配电自动化的主站的软硬件配置 硬件：前置机（实时数据库，双冗余），局域网（共享或交换式以太网），数据库服务器，图形服务器，管理工作站。 软件：操作系统（UNIX或WindowsNT），网络协议，数据库，人机 界面， 系统接口 高级应 用软件。6.4配电自动化的通讯1特点与要求终端接点数量大、分散，通讯距离相对短，数据量较小。首先，要求适应苛刻的运行条件又有极高的可靠性；在电网故障时仍要保证通讯正常；还要考虑经济性和维护方便。2通讯方案的选择光纤通信：高代价，高质量；无线电通信：经济、方便，但资源有限，有被干扰的可能；载波：受电网结构限制。专用线（含租用电话线）：距离短，抗干扰不强。3通信协议：国家规定使用IEC870.5通信规约；以前曾用过DNP3.0规约，与IEC870.5基本兼容。电力系统通信协议体系UCA（美国，1991）6.5典型案例

--浙江省海宁市红闸线、广福线配电自动化实施方案

1总体模式 选择“重合器+分段器”的模式,加装一般通讯手段完成“三遥”，实现电力调度和管理，但又不依赖于通讯，适合于占我国电网大多数的农村电网和供电要求不是很高的城市和市郊电网。2开关与控制器的选型 断路器和负荷开关为我们开发的干式柱上真空开关，无油、无气，耐污秽等级为四级，其电气性能通过了42kV/1min的工频耐压试验、耐污秽试验及淋雨试验；采用永磁操动机构，可靠性高；总体性能指标和参数高于目前广泛使用的其他柱上开关。

浙江省海宁市红闸线、广福线配电自动化实施方案

智能控制器采用国外高性能工业控制计算机作为本控制器的中央控制单元。该工控机适用于工业过程控制，抗干扰能力强,可连续工作，寿命长达十五年。智能控制器的具体性能特点如下: a)自具式不间断电源