供电系统变电所的自动化二

内容提要：本章介绍了供电系统的基本功能以及变电所综合自动化系统的结构，还介绍了备用电源投入装置、自动重合闸装置、中性点不接地系统单相接地自动选线装置，最后介绍了电力负荷管理和控制。第7章供电系统变电所的自动化第7章供电系统变电所的自动化第一节概述第二节变电所自动化系统的基本功能第三节变电所综合自动化系统的结构第四节备用电源自动投入装置第五节自动重合闸装置第六节变电所的电压、无功综合控制第七节中性点不接地系统单相接地自动选线装置第八节电力负荷管理与控制第一节概述

变电所的自动化系统就是将变电所的二次设备（包括：继电保护装置、控制装置、测量装置、信号装置）通过计算机网络和现代通信技术综合集成为一体，实现变电所运行管理自动化的系统。一、变电所的自动化系统的定义二、变电所的自动化系统的主要功能具有微机保护，数据、信号采集与测量，自动控制，运行监视，打印记录，故障录波与测距，信息储存与分析，自诊断，与调度所通信以及接受、处理和传送来自线路需经变电所传送的信号等功能。三、变电所的自动化系统的分类1）在中、低压变电所中采用自动化系统，取消常规的保护、监视、测量、控制屏，以全面提高变电所的技术水平和运行管理水平，并逐步实行无人值班，达到减员增效的目的。

2）对于高压大型枢纽变电所的建设和设计来说，采用自动化系统，解决了各专业在技术上保持相对独立而造成的互相脱节、重复投资，甚至影响运行可靠性的弊端。达到提高自动化水平和运行管理水平的目的。

第二节变电所自动化系统的基本功能

一、

监视控制功能

变电所综合自动化系统的监控功能，应包括变电所模拟量、状态量、脉冲量的数据采集，时间顺序记录，故障录波，谐波监测与分析，变电站操作控制，人机联系，变电所内通信以及与上级调度通信的全部功能。1.数据采集:对供电系统运行参数的在线实时采集是变电所自动化系统的基本功能之一，运行参数可分为模拟量、状态量和脉冲量等。2.数据处理与记录:数据处理的内容为电力部门和用户内部生产调度所要求的数据。(1)变电所运行参数的统计、分析与计算(2)变电所内运行参数和设备的越限报警及记录(3)变电所内的事件记录3.运行监视:运行监视即对采集到的反映变电所运行状况和设备状态的数据进行自动监视。4.故障录波:10kV及以上的重要配电线路距离长、发生故障影响大，当配电线路故障时必须尽快查出故障点，以便缩短维修时间，尽快恢复供电，减少损失。

5.事故顺序记录与事故追忆

事故顺序记录就是对变电所内的继电保护、自动装置、断路器等在事故时动作的先后顺序自动记录。事故追忆是指对变电所内的一些主要模拟量，如线路、主变压器的电流、有功功率、母线电压等，在事故前后一段时间内作连续测量记录。6.控制及安全操作闭锁：操作人员可通过显示器屏幕对断路器、隔离开关进行分、合闸操作；对变压器分接头进行调节控制；对电容器组进行投、切控制。并且所有的操作控制均能就地和远方控制、就地和远方切换相互闭锁，自动和手动相互闭锁。操作闭锁包括以下内容：操作系统出口具有断路器分、合闸闭锁功能。二、微机继电保护功能

微机继电保护是变电所自动化系统中的关键环节，主要包括线路保护、电力变压器保护、母线保护、电容器保护、小电流接地系统自动选线、自动重合闸。由于继电保护的特殊重要性，自动化系统绝不能降低继电保护的可靠性、独立性。

微机继电保护应满足的要求：

1.系统的微机继电保护按被保护的电力设备单元(间隔)分别独立设置，直接由相关的电流互感器和电压互感器输入电气量，保护装置的输出，直接作用于相应断路器的跳闸线圈。

2.保护装置设有通信接口，供接入站内通信网，在保护动作后向变电所层的微机设备提供报告，但继电保护功能完全不依赖通信网。

3.为避免不必要的硬件重复，以提高整个系统的可靠性和降低造价，对35kV及以下的变（配）电所，在不降低保护装置可靠性的前提下，可以配给保护装置其他一些功能。4.除保护装置外，其他一些重要控制设备，例如备用电源自动投入装置、控制电容器投切和变压器分接头有载切换的无功电压控制装置等，也不依赖通信网，设备专用的装置放在相应间隔屏上。三、自动控制装置的功能变电所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。因此，典型的变电所自动化系统都配置了相应的自动控制装置，如备用电源自动投入控制装置、自动重合闸装置、电压、无功综合控制装置、小电流接地选线装置等。1.备用电源自投控制：当工作电源因故不能供电时，备用电源自动投入装置应能迅速及时将备用电源自动投入使用或将用电负荷切换到备用电源上去。2.自动重合闸装置：在供电系统的架空线路发生“瞬时性故障”被继电保护迅速断开后，由于故障的瞬时性，故障点的绝缘强度会自动恢复。利用这一特点，采用自动重合闸装置能够自动将断路器重新合闸，恢复供电，提高供电的可靠性。4.小电电流流接接地地选选线线装装置置：：在中中性性点点不不接接地地系系统统中中发发生生单单相相接接地地时时，，接接地地保保护护应应能能正正确确地地选选出出接接地地线线路路及及接接地地相相，，并并予予以以报报警警。。3.电压压、、无无功功综综合合控控制制：：变电电所所电电压压、、无无功功综综合合控控制制是是利利用用有有载载调调压压变变压压器器和和母母线线无无功功补补偿偿电电容容器器及及电电抗抗器器进进行行局局部部的的电电压压及及无无功功功功率率补补偿偿的的自自动动调调节节控控制制，，使使负负荷荷侧侧母母线线电电压压偏偏差差在在规规定定范范围围以以内内以以及及用用户户供供电电系系统统的的功功率率因因数数达达到到电电力力部部门门的的要要求求。。四、、远远动动及及数数据据通通信信功功能能变电电所所自自动动化化的的通通信信功功能能包包括括系系统统内内部部的的现现场场级级的的通通信信和和自自动动化化系系统统与与上上级级调调度度的的通通信信两两部部分分。。1)自动化系系统的现现场级通通信，主主要解决决变电所所内部自自动化各各子系统统间和各各子系统统与上位位机(监控主机机)间的数据据和信息息交换问问题。它它们的通通信范围围是变电电站内部部。对于于集中组组屏结构构的自动动化系统统来说，，实际上上是在变变电所主主控室内内部；对对于分散散分层结结构的自自动化系系统来说说，其通通信范围围扩大至至主控室室与现场场单元的的安装地地。2)自动化系统必必须兼有远动动终端（RemoteTerminalUnit,RTU）的全部功能能，应该能够够将所采集的的模拟量和开开关量信息，，以及事件顺顺序记录等远远传至上级调调度中心；同同时应该能够够接收调度中中心下达的各各种操作、控控制、修改定定值等命令。。第三节变变电所综综合自动化系系统的结构一、变电所综合自自动化系统设设计的原则根据变电所在在供电系统中中的地位和作作用，对变电电所自动化系系统的结构设设计应考虑可可靠、实用、、先进的原则则。可靠性是变电所自动动化系统结构构设计的基础础，系统本身身应有较强的的抗干扰能力力和自检恢复复功能，在系系统运行中，，继电保护的的动作行为仅仅与保护装置置有关，不依依赖于监控系系统和其他环环节，保证自自动化系统中中某一环节故故障只影响局局部功能的实实现，不影响响保护子系统统的正常工作作。且都应设设有手动跳、、合闸功能及及防跳功能。。变电所自动化化系统的实用性是要求对自动动化系统的结结构和功能设设计从实际应应用的对象出出发。从而提提高变电所自自动化系统性性能价格比，，减少投资。。同时系统本本身在结构配配置上应有可可扩充余地、、通用性要强强、操作使用用要方便、便便于修改和增增删。变电所自动化化系统的先进性通常是以系统统的整体结构构、功能水平平及其可靠性性、实用性等等综合指标为为衡量依据的的。变电所自自动化系统的的整体结构和和功能水平设设计，要求安安全可靠、运运行稳定、经经济效益等综综合指标好，，并为变电所所的进一步自自动化和人工工智能应用提提供平台，满满足和促进变变电所无人值值班的实施。。同时应符合合国家或部颁颁标准，使系系统开放性能能好，便于升升级。二、变电所综合自自动化系统的的结构变电所自动化化系统的结构构可分为集中式、分布分散式和分散集中中组屏式三种类型。图7-1集中式变电所自动化系统结构示意图1、集中式变电电所自动化系系统1）结构简单单，投资少。。2）功能简简单，综合性性能差，通常常要采用双机机并联运行的的结构才能提提高可靠性。。3）程序设设计复杂，调调试和维护不不方便。4）组态不不灵活，对不不同主接线或或规模不同的的变电站，软软、硬件都必必须另行设计计，不利于推推广。集中式变电所所自动化系统统，一般适合合于小型变电所的的新建或改造造。集中式变电所所自动化系统统的基本特点是：2、分布集中组组屏式变电所所自动化系统统图7-2分布集中组屏的变电所自动化系统结构示意图这种按功能设设计的分散模模块化结构具具有软件相对对简单、调试试维护方便、、组态灵活、、系统整体可可靠性高，便便于扩充和维维护，而且其其中一个环节节故障，不会会影响其他部部分的正常运运行。适用于于主变电所的的回路数相对对较少，一次次设备比较集集中，从一次次设备到数据据采集柜和控控制柜等所用用的信号电缆缆不长，易于于设计、安装装和维护管理理的10~35kV供电系统变电电所。分布集中组屏屏式变电所自自动化系统的的基本特点:3、分布分散式式变电所自动动化系统图7－3分布分散式变电所自动化系统结构示意图减少了所内的的二次设备及及信号电缆，，避免了电缆缆传送信息时时的电磁干扰扰，节省了投投资，简化了了维护，同时时最大限度地地压缩了二次次设备的占地地面积。由于于装置相互独独立，系统中中任一部分故故障时，只影影响局部，因因此提高了整整个系统的可可靠性，也增增强了系统的的可扩展性和和运行的灵活活性。分布分散式变变电所自动化化系统特点:第四节备备用电源源自动投入装装置一、备用电源源自动投入装装置的作用与与类型作用：用于两路及及以上电源进进线的变配电电所中，提高高供电可靠性性。工作电源与备备用电源的接接线方式可分分为两大类：：明备用:在正常时时，备用电源源不投入工作作，只有在工工作电源发生生故障时才投投入入工作。暗备用:在正常时时，两电源都都投入，互为为备用。在正常情况下下，QF1闭合，QF2断开，负荷由由工作电源供供电。当工作电源故故障时，APD动作，将QF1断开，切除故故障电源，然然后将QF2闭合，使备用用电源投入工工作，恢复供供电。图7－4备用电源接线线方式示意图图a)明备用正常情况下，，QF1,QF2闭合，QF3断开，两个电电源分别向两两段母线供电电。若电源A(B)发生故障，APD动作，将QF1(QF2)断开，随即将将QF3闭合，此时全全部负荷均由由B(A)电源供电。图7－4备用电源接线线方式示意图图b)暗备用1）不论什么么原因失去工工作电源，APD都能迅速起动动并投入备用用电源；2）必须在工工作电源确已已断开、而备备用电源电压压也正常时，，才允许投入入备用电源；；3）APD应只动作一次次，以免将备备用电源重复复投入永久性性故障回路中中；4）当电压互互感器二次回回路断线时，，APD不应误动作。。二、对备用电电源自动投入入装置的基本本要求三、备用电源源自动投入装装置的原理第五节自自动重合合闸装置一、自动重合合闸的作用和和类型运行经验表明明，电力系统统的故障特别别是架空线路路上的故障大大多是暂时性性的，多数能能很快地自行行消除。因此此，采用自动动重合闸装置置（ARD），迅速恢复供电电，从而大大大提高供电可可靠性。自动重合闸装装置分三相一一次重合闸、、二次重合闸闸和三次重合合闸三种形式式二、对自动重重合闸装置的的基本要求1)线路正常运行行时，自动重重合闸装置（（ARD）应投入，当当值班人员利利用控制开关关或遥控装置置将断路器断断开时，ARD不应动作。当当值班人员手手动合闸，由由于线路上有有永久性故障障而随即由保保护装置将断断路器断开时时，ARD亦不应动作。。2)除上述情况外外，当断路器器因继电保护护装置或其他他原因跳闸时时，ARD均应动作。3)ARD可采用控制开开关位置与断断路器位置不不对应原则启启动重合闸装装置，即当控控制开关处在在合闸位置而而断路器实际际上处于断开开位置的情况况下，使ARD启动动作。4)ARD的动作次数应应符合预先的的规定（如一一次重合闸只只应动作一次次）。无特殊殊要求时对架架空线路只重重合一次，而而对电缆线路路一般不采用用ARD，因因其其瞬瞬时时性性故故障障极极少少发发生生。。5）ARD的动动作作时时限限应应大大于于故故障障点点灭灭弧弧并并使使周周围围介介质质恢恢复复绝绝缘缘强强度度所所需需时时间间和和断断路路器器及及操操作作机机构构恢恢复复原原状状，，准准备备好好再再次次动动作作的的时时间间，，一一般般采采用用0.5～1s。6)ARD动作作后后，，应应能能自自动动复复归归，，为为下下一一次次动动作作做做好好准准备备。。7)应能能和和保保护护装装置置配配合合，，使使保保护护装装置置在在ARD前加加速速动动作作或或ARD后保保护护加加速速动动作作。。三、、单单电电源源线线路路三三相相一一次次重重合合闸闸的的工工作作原原理理（1）重重合合闸闸启启动动（2）重重合合闸闸时时间间（3）一一次次合合闸闸脉脉冲冲（4）手手动动跳跳闸闸后后闭闭锁锁（5）重重合合闸闸后后加加速速保保护护跳跳闸闸回回路路图7-5三相相一一次次重重合合闸闸的的工工作作原原理理框框图图在供供电电系系统统中中，，利利用用自自动动重重合合闸闸所所提提供供的的条条件件以以加加速速切切除除故故障障1、自自动动重重合合闸闸前前加加速速保保护护：重重合合闸闸前前加加速速保保护护一一般般又又简简称称““前前加加速速””。。图7-6重合合闸闸前前加加速速保保护护方方式式的的构构成成原原理理示示意意图图（a）网网络络接接线线图图（（b）时时间间配配合合关关系系2、自自动动重重合合闸闸后后加加速速保保护护：每每段段线线路路相相应应均均装装设设重重合合闸闸装装置置，，当当线线路路第第一一次次出出现现故故障障时时，，利利用用线线路路上上设设置置的的保保护护装装置置按按照照整整定定的的动动作作时时限限动动作作。。然然后后相相应应的的ARD动作，使使断路器器重合一一次。图7－7自动重合合闸装置置后加速速保护动动作原理理图第六节变变电所所的电压压、无功功综合控控制变电所电电压、无无功综合合控制装装置的控控制对象象是有载载调压变变压器的的分接头头和在低低压母线线上设置置的并联联补偿电电容器组组。控制制的目的的是保证证主变压压器低压压侧母线线电压在在允许范范围内，，且尽可可能提高高进线的的功率因因数。一、变电电所电压压、无功功综合控控制的目目的二、正常常工作状状态变电电所电压压、无功功综合控控制原理理图7-8运行区域域图1区间——进线功率率因数满满足要求求，但母母线电压压超越上上限，控控制器发发出指令令调节变变压器分分接头降降压。如如分接头头已调到到极限而而电压仍仍高于上上限，则则强切补补偿电容容器组以以调节电电压。2区间——母线电压压和进线线功率因因数均超超越上限限，此时时往往电电力负荷荷较小，，控制器器发出指指令应先先切补偿偿电容器器组，一一方面改改善进线线功率因因数使其其在正常常值范围围内，另另一方面面降低母母线电压压。如电电压仍超超越上限限，则再再调节变变压器分分接头降降压。3区间——母线电压压正常，，但进线线功率因因数超越越上限，，控制器器发出指指令逐步步切除补补偿电容容器组，，以调节节进线功功率因数数。4区间——电压低于于下限，，但进线线功率因因数超越越上限。。此时若若先切补补偿电容容器调节节进线功功率因数数，则母母线电压压会更低低，所以以指控制制器指令令先调节节变压器器分接头头升压，，待电压压满足运运行要求求后，再再切补偿偿电容器器组来调调节进线线的功率率因数。。5区间——该区间的的母线电电压低于于下限，，而进线线功率因因数在要要求范围围内，则则控制器器指令调调节变压压器分接接头升压压。如果果变压器器分接头头已调至至极限位位限时，，则强制制投入补补偿电容容器组来来改善母母线电压压。6区间——进线功率率因数和和母线电电压均低低于下限限值，此此时，控控制器优优先发出出投入补补偿电容容器组的的指令。。这样一一方面提提高进线线功率因因数；另另一方面面可改善善母线电电压，若若母线电电压仍低低于下限限，则再再调节变变压器分分接头升升压，使使母线电电压水平平满足要要求。7区间——电压正常常，但进进线功率率因数低低于下限限要求，，则指令令投入补补偿电容容器组，，以提高高进线功功率因数数。8区间——运行参数数是电压压越上限限，而进进线功率率因数低低于下限限值，如如果此时时，仅投投入补偿偿电容器器组来提提高进线线功率因因数，会会使母线线电压进进一步升升高。因因此，控控制器指指令先调调节变压压器的分分接头降降压，然然后再投投入补偿偿电容器器组来提提高进线线的功率率因数。。三、异常常运行状状态综合合控制原原理1)当电容器器组因故故障保护护动作切切除后，，应能自自动闭锁锁控制在在未排除除故障前前不能再再发出投投入电容容器组的的指令。。2)当电压太太低时(如低于额额定电压压的80%)，应自动动闭锁调调压功能能。3)在变压器器过负荷荷时，应应自动闭闭锁调压压功能。。4)为了避免免控制器器过于频频繁动作作，除在在电压限限值的上上、下限限范围内内设置一一定的调调节死区区处，还还应在控控制动作作一次后后，有一一定的延延时，在在此时间间内只监监视运行行情况，，而不发发出新的的控制命命令。第七节中中性点点不接地地系统单单相接地地自动选选线装置置一、中性性点不接接地系统统单相接接地自动动选线装装置的特特点中性点不不接地系系统单相相接地自自动选线线装置，，用于在在不停电电的情况况下寻找找故障线线路。二、中性性点不接接地系统统基于基基波零序序电流方方向单相相接地自自动选线线装置的的工作原原理1）由于单单相接地地故障，，全系统统将出现现零序电电流。2）非故障障回路（（包括电电源变压压器回路路）中的的零序电电流有效效值等于于正常情情况下该该回路每每相对地地的电容容电流的的3倍，其方方向由母母线指向向线路。。3）故障回回路上的的零序电电流为全全系统非非故障回回路对地地电容电电流之总总和，其其方向由由线路指指向母线线。4）变电所所低压母母线上出出线回路路越多，，则故障障回路上上反映的的零序电电流就越越大，也也越有利利于单相相接地自自动选线线装置的的故障选选线判断断。图7-9中性点不不接地系系统单相相接地时时零序电电流分布布示意图图在线路上k点发生A相接地故故障后图7－10中性点经经消弧线线圈接地地系统单单相接地地时零序序电流分分布示意意图第八节电电力负负荷管理理与控制制一、电力力负荷管管理电力负荷荷管理从从整体上上讲，应应包括负负荷特性性调查与与管理决决策、负负荷分析析与预测测、负荷荷调整及及直接控控制等内内容。负荷特性性调查与与管理决决策不同类型型的电力力消费，，有其不不同的负负荷特性性。负荷荷特性调调查的目目的在于于了解其其特有的的用电规规律，以以便为科科学地管管理负荷荷提供决决策依据据。负荷分析析与预测测研究各类类用电负负荷的构构成以及及随时间间的变化化规律，，了解用用电负荷荷的均衡衡程度，，从中分分析用电电负荷调调整的潜潜力。而而正确预预测负荷荷的增长长，是确确定电网网建设发发展规划划，拟定定系统运运行方式式，确定定市场营营销策略略的基本本依据。。负荷调整整及直接接控制负荷调整整是用电电负荷管管理的一一项主要要内容。。在电力力系统合合理调度度、及时时调整发发电厂发发电出力力的同时时，合理理调整用用户供电电系统的的电力负负荷，减减小系统统运行的的负荷峰峰谷差，，促使用用电负荷荷曲线趋趋向平坦坦。负荷荷直接控控制是指指当电网网发生事事故或出出现电力力供应不不足时，，为保证证电网的的安全运运行和重重要负荷荷的用电电，利用用技术手手段限制制某些具具有可控控性、可可替代性性的负荷荷的运行行；或在在负荷高高峰时段段，对某某些用电电进行削削峰或避避峰施行行的中断断供电措措施。二、电力力负荷管管理系统统的结构构和功能能综合利用用计算机机技术、、控制技技术和通通信技术术，对用用电负荷荷实施广广泛的监监测、控控制和管管理的技技术手段段即为电电力负荷荷管理系系统。（一）分分散型负负荷管理理装置分散型负负荷管理理装置一一般安装装在电力力用户的的供电线线路或需需监控的的大型设设备上，，按预先先整定的的时间或或分时段段定值对对用电状状况进行行监控。。1.电力定量量器2.电力时控控开关（二）集集中型负负荷管理理系统集中型负负荷管理理系统由由电力负负荷管理理中心、、数据传传输信道道及安装装在被监监控侧的的控制终终端构成成。其主主要功能能有：监监测变电电所馈电电线路负负荷、变变电所馈馈电线路路断路器器、馈电电线路末末端电压压和用户户各种表表计；在在正常和和紧急情情况下，，进行过过负荷减减载，削削峰、填填谷，调调整负荷荷曲线，，改善负负荷率，，包括降降压减负负荷、用用户负荷荷周期控控制和用用户负荷荷切除；；通过控控制终端端，将用用户各种种负荷信信息传送送给负荷荷管理中中心，使使供电部部门掌握握用户的的负荷情情况，进进行跟踪踪处理。。包括设设备管理理、负荷荷预计、、负荷管管理方案案研究和和评价等等。根据据所采用用的信息息传输方方式有：：音频电电负荷管管理、无无线电负负荷管理理和电力力线载波波负荷管管理。1.无线电力力负荷管管理无线电负负荷管理理系统采采用特高高频（我我国为230MHz频段）无无线电信信号传送送信息和和数据，，系统的的特点是是远方终终端数量量多，但但每个终终端的实实时信息息量不大大，而且且对实时时性的要要求也比比变电站站自动化化系统或或电力调调度系统统要低些些。且具具有双向向通信、、不与强强电系统统耦合、、安装调调试和运运行方便便等优点点，因而而在工程程中获得得广泛应应用。图7-11电力负荷管理理系统管理中中心组成示意意图无线电力负荷荷管理的主要功能有：1）利用遥测、、遥控以及当当地功率定量量或电量定量量控制等功能能对广大用户户负荷实时监监控，迅速调整整电网负荷，，保证电网安安全。2）对采集的各各类负荷数据据分析处理，，进行负荷预预测和电力市市场预测。3