第八章 供电系统自动化

第八章供电系统的自动化第一节常用自动装置第二节配电自动化概述第三节变配电所综合自动化

（重点）第四节负荷控制与用电管理自动化

（难点）第一节常用自动装置

一、备用电源自动投入装置

（一）备用电源自动投入装置的作用与类型

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。

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。续上页在正常情况下，QF1闭合，QF2断开，负荷由工作电源供电。当工作电源故障时，APD动作，将QF1断开，切除故障电源，然后将QF2闭合，使备用电源投入工作，恢复供电。续上页正常情况下，QF1,QF2闭合，QF3断开，两个电源分别向两段母线供电。若电源A(B)发生故障，APD动作，将QF1(QF2)断开，随即将QF3闭合，此时全部负荷均由B(A)电源供电。续上页1）不论什么原因失去工作电源，APD都能迅速起动并投入备用电源；2）必须在工作电源确已断开、而备用电源电压也正常时，才允许投入备用电源；3）APD应只动作一次，以免将备用电源重复投入永久性故障回路中；4）当电压互感器二次回路断线时，APD不应误动作。（二）对备用电源自动投入装置的基本要求续上页（三）备用电源自动投入装置的原理二、自动重合闸装置简介运行经验表明，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（ARD），迅速恢复供电，从而大大提高供电可靠性。

第二节

配电自动化概述一、配电自动化的主要内容通常将变电所综合自动化、馈线自动化、用户管理自动化等三方面的内容称为配电自动化系统（DAS）。配电网SCADA系统

地理信息系统GIS需方管理DSM配电自动化

DAS进线监视10kV变电所自动化SA馈线自动化FA变压器巡检与无功补偿负荷监控与管理LCM远方抄表与电能计费自动化AMR续上页配网管理工作站配网调度工作站配网GIS/维护工作站网关调度MIS主服务器备服务器WEB服务器网络打印机100M以太网通信前置机通信前置机变电所B变电所A配电子站配电线通信线控制LAN网通信网络柱上真空开关智能环网柜FTUTTUDTU配电自动化系统结构拓扑图主站计算机系统馈线终端设备（FTU）

FTU是装设在馈线开关旁的开关监控装置。这些馈线开关指的是户外的柱上开关，例如10kV线路上的断路器、负荷开关、分段开关等。一般来说，1台FTU要求能监控1台柱上开关，主要原因是柱上开关大多分散安装，若遇同杆架设情况，这时可以1台FTU监控两台柱上开关。配变终端设备（TTU）

TTU监测并记录配电变压器运行工况，根据低压侧三相电压、电流采样值，每隔1～2分钟计算一次电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能等运行参数，记录并保存一段时间（一周或一个月）和典型日上述数组的整点值，电压、电流的最大值、最小值及其出现时间，供电中断时间及恢复时间，记录数据保存在装置的不挥发内存中，在装置断电时记录内容不丢失。配网主站通过通信系统定时读取TTU测量值及历史记录，及时发现变压器过负荷及停电等运行问题，根据记录数据，统计分析电压合格率、供电可靠性以及负荷特性，并为负荷预测、配电网规划及事故分析提供基础数据。如不具备通信条件，使用掌上电脑每隔一周或一个月到现场读取记录，事后转存到配网主站或其它分析系统。TTU构成与FTU类似，由于只有数据采集、记录与通信功能，而无控制功能，结构要简单得多。为简化设计及减少成本，TTU由配变低压侧直接变压整流供电，不配备蓄电池。在就地有无功补偿电容器组时，为避免重复投资，TTU要增加电容器投切控制功能。开闭所终端设备（DTU）

DTU一般安装在常规的开闭所（站）、户外小型开闭所、环网柜、小型变电站、箱式变电站等处，完成对开关设备的位置信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能量等数据的采集与计算，对开关进行分合闸操作，实现对馈线开关的故障识别、隔离和对非故障区间的恢复供电。部分DTU还具备保护和备用电源自动投入的功能。二、配电自动化的主要功能1.配电网的实时监视与控制

2.安全性控制

3.经济性控制

4.质量控制

5.负荷控制

随时了解配电网内各重要母线电压，各配电线的有功功率的状况；反映系统结构变化后各种配电变压器、断路器及柱上开关的运行状态；重要用户负荷情况及其电力和电量表的信息等。

自动识别故障→自动消除故障(或隔离故障)→自动恢复供电由实时潮流计算选择确定配电网的最佳运行方式，使有功功率网损最小。保证供电的电压和频率

采用对用户负荷进行远方控制的方式，以抑制高峰负荷和提高负荷率。三、配电自动化的通信（一）配电自动化的通信方式

（二）配电自动化的通信规约（人工语言的语法规则及应答关系）

有线方式包括：架空明线或电缆、配电线载波、邮电本地网、租用电话线、光纤、有线电视网（CATV）、现场总线和RS-485等；

无线方式包括：一点多址微波、传统无线电通信、无线扩频、卫星通信、无线寻呼、数控电台等。

选用时综合考虑如下几点：（1）通信的可靠性，（2）通信技术的先进性，（3）可行性和使用维护的方便性，（4）配电通信的实时性，（5）通信系统的可扩充性。

第三节

变配电所综合自动化一、概述变配电所综合自动化是将变配电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：①功能综合化所有二次回路功能综合为一体。②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。③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。④运行管理智能化具有在线自诊断功能和专家系统。二、微机远动装置的基本功能与类型（一）微机远动装置的基本功能

微机远动装置（RTU）主要用来集中收集变电站内的所有信息，同时可以接收上级控制调度中心的命令，输出开关控制信号，增减控制设备信号或调节设备的整定值，并返回已完成操作的信息，归纳起来有如下功能：1．“四遥”功能：

遥信、遥测、遥控、遥调

2．事件顺序记录（SOE）

3．系统对时

4．电能采集（PA）

5．自恢复和自检测功能

6．与SCADA系统通信

（二）微机远动装置的类型

从体系结构上，RTU可以分为集中式RTU和分布式RTU两类；在采样方式上，RTU可分为直流采样RTU和交流采样RTU两类；从组屏方式上，RTU可分为集中组屏和分散布置两类。目前技术比较先进而且最受用户欢迎的是结构分布式。

续上页上级操作监控中心

当地监控主机（双机）

通信管理机

打印机

进线保护测控单元

馈线保护测控单元

变压器保护测控单元

联络保护测控单元

进线测控单元

联络测控单元

出线测控单元

出线测控单元

变压器温度保护测控单元

变压器温度保护测控单元

直流屏监控单元

变电站层

通信层

间隔单元层

RS485/422

结构分布式RTU续上页变电站层

通信层

间隔单元层

功能分布式RTU续上页结构分布式RTU应用示例续上页采用微机远动装置的断路器控制回路及信号回路示例图

远方就地防误操作联锁触点合位继电器合保继电器跳保继电器跳位继电器续上页三、变配电所综合自动化系统的信息采集

有直流采样和交流采样两类。采用变送器进行的采集称为直流采样。

直流采样系统存在的问题有：①遥测数据的准确性受变送器稳定性的影响；②遥测数据的实时性受变送器响应速度的影响；③变送器的维护工作量比较大；④通常一个变电站需要大量的变送器，增加了工程造价和占地面积。交流采样方法实际上就是用微机取代传统的变送器，充分发挥微机功能强、灵活可靠、使用方便等优点，以克服因使用传统变送器而导致的一系列不良影响。此外，结构分布式RTU采用交流采样还可以兼有微机保护功能。不经过变送器，按一定规律直接采集交流信号并加以处理，计算出电压、电流有效值以及有功、无功功率的方法就是交流采样。第四节

负荷控制与用电管理自动化一、负荷控制系统电力负荷控制中心电力负荷控制终端续上页单向终端负荷控制终端双向终端遥控开关遥控定量器双向控制终端双向三遥终端一个典型的双向控制终端的组成框图

二、用电管理中的自动抄表与远程电能计费系统（一）多功能电子式电能表

1．电子式电能表的性能及组成原理

（1）用电计测功能

2．多功能电子式电能表的功能

（2）监视功能

（3）控制功能

（4）管理功能

（5）存贮功能

（6）自恢复与自检测

续上页

（二）自动抄表技术本地自动抄表方式

移动式自动抄表方式预付费电能计费方式远程自动抄表方式续上页

（二）自动抄表技术

1）本地自动抄表方式

2）移动式自动抄表方式

3）预付费电能计费方式

4）远程自动抄表方式

续上页续上页（三）远程电能计费系统

一个典型的远程电能计费系统主要由具有自动抄表功能的电能表、抄表集中器、抄表交换机和中央信息处理机等组成。

本章小结本章首先简介供电系统中的常用自动装置，概述了配电自动化的主要内容、功能、通信及配电网的馈线自动化；然后论述了变配电所综合自动化的基本功能、类型及信息采集方式

；最后介绍了负荷控制与用电管理自动化。本章重点：配电自动化的主要内容及主要功能、变配电所综合自动化。本章难点：变电所综合自动化系统的信息采集。

教学基本要求：了解变配电所常用自动装置、供电系统自动化的主要内容、功能与结构。思考题与习题解答提示

8-1提示：备用电源自动投入装置的作用和类型参见教材P181，自动重合闸装置的作用和类型参见教材P182。

8-2提示：参见教材P181~183。8-3提示：参见教材P183~185。8-4提示：参见教材P186~187。8-5提示：参见教材P187。8-6提示：参见教材P187。8-7提示：参见教材P188~189。

8-8提示：为结构分布式，其特点参见教材P189~190。8-9提示：参见教材P191。

8-10提示：参见教材P191~192。8-11提示：参见教材P193~194。

8-12提示：参见教材P194。自测题一、填空题1．SCADA的中文意思是

。2．配电自动化主要包含

、

、和

等方面。

3.与常规二次系统相比，变配电所综合自动化系统具有功能