工厂供电第7章

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

一、常规变电站状况常规变电站的二次系统（机电式）：由继电保护、就地控制、远动装置、录波装置组成。实用中，按功能组织有保护屏、控制屏、录波屏、中央信号屏等每个一次设备都与这些屏有关，连线复杂。缺陷：1）安全性、可靠性不高。2）电能质量可控性不高。3）占地面积大。4）实时计算和控制性不高。5）维护工作量大。二、变电所综合自动化的基本概念变电所综合自动化系统就是将变电所的继电保护装置、控制装置、测量装置、信号装置综合为一体，以全微机化的新型二次设备替代机电式二次设备，用不同的模块化软件实现机电式二次设备的各种功能，用计算机局部网络通信替代大量信号电缆的连接，通过人机接口设备，实现变电所的综合自动化管理、监视、测量、控制及打印记录等所有功能。变电所综合自动化系统的特点：1）功能综合化。2）结构微机化。3）操作监视屏幕化。4）运行管理智能化。三、变电所自动化系统的目标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

变电所综合自动化从其构成和所完成的功能看，是将变电所的监视控制、继电保护、自动控制装置和远动等所要求的功能组合在一起，通过计算机硬件、模块化软件和数据通信网络构成一个完整的系统。变电所综合自动化的功能继电保护功能监视控制功能自动控制装置的功能远动及数据通信功能1.继电保护功能微机保护主要包括线路保护、电力变压器保护、母线保护、电容器保护、备用电源自动投入装置、自动重合闸装置。2）继电保护的通信功能及信息量。1）有独立的、完整的继电保护功能。3）具有与系统统一时钟对时功能。与监控系统通信，主动上传保护动作时间、动作性质、动作值、动作名称、按控制命令上传当前的保护定值4）存储各种保护定值功能。5）当地显示与远处观察和授权修改保护定值。6）设置保护管理机或通信控制机。7）故障自诊断、自闭锁和自恢复功能。8）自动重合闸功能。2.监视控制功能1）实时数据采集与处理采集变电所运行实时数据和设备运行状态，包括各种状态量、模拟量、脉冲量、数字量和保护信号，处理后存数据库。模拟量：进线电压、电流和功率值；各段母线电压、电流；线路的电压、电流和功率值；主变压器电流、功率值；电容器的电流、无功功率及频率、相位、功率因数；主变压器的油温、变压所室温、直流电源电压。状态量：断路器状态、隔离开关状态、有载调压变压器分接头的位置信号、继电保护动作信号、无功补偿电容器的投切开关位置状态。脉冲量：脉冲电能表输出的电能量。2）运行监视功能主要指对变电所的运行工况和设备运行状态进行自动监视，即对变电所的各种状态量变化情况的监视和各种模拟量的数值监视。3）事故顺序记录与事故追忆功能事故顺序记录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。时间应精确到毫秒级。并在CRT上显示和打印。事故追忆是对变电所内的一些主要模拟量在事故前后一段时间内作连续测量记录。4）控制及安全操作闭锁功能指操作人员可通过CRT屏幕对断路器、隔离开关进行分闸、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，同时要能接受遥控指令，进行远方操作；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。操作管理权限按分层（级）原理管理。5）数据处理与记录功能如主变压器和线路的有功功率、无功功率每天的最大值、最小值及相应时间；母线电压每天定时记录的最高值、最低值及相应时间；断路器动作次数；控制操作和修改定值记录等6）人机联系功能7）自诊断功能对监控系统的硬件、软件自诊断。3.自动控制装置的功能如电压、无功综合控制；低频减负荷控制；备用电源自动投入装置；小电流接地选线控制。4.远动与数据通信功能变电所综合自动化的通信功能包括系统内部的现场级间的通信和自动化系统与上级调度的通信两部分。第三节变电所综合自动化系统的结构一、变电所综合自动化系统设计的原则

根据变电所在供电系统中的地位和作用，对变电所自动化系统的结构设计应考虑可靠、实用、先进的原则。

可靠性是变电所自动化系统结构设计的基础，系统本身应有较强的抗干扰能力和自检恢复功能，在系统运行中，继电保护的动作行为仅与保护装置有关，不依赖于监控系统和其他环节，保证自动化系统中某一环节故障只影响局部功能的实现，不影响保护子系统的正常工作。且都应设有手动跳、合闸功能及防跳功能。变电所自动化系统的实用性是要求对自动化系统的结构和功能设计从实际应用的对象出发。从而提高变电所自动化系统性能价格比，减少投资。同时系统本身在结构配置上应有可扩充余地、通用性要强、操作使用要方便、便于修改和增删。变电所自动化系统的先进性通常是以系统的整体结构、功能水平及其可靠性、实用性等综合指标为衡量依据的。变电所自动化系统的整体结构和功能水平设计，要求安全可靠、运行稳定、经济效益等综合指标好，并为变电所的进一步自动化和人工智能应用提供平台，满足和促进变电所无人值班的实施。同时应符合国家或部颁标准，使系统开放性能好，便于升级。二、变电所综合自动化系统的结构按结构模式集中式分布集中组屏分布分散式图7-1集中式变电所自动化系统结构示意图1.集中式特点：集中采集数据信息，集中进行处理。缺点：可靠性低，功能有限，系统的扩充性和维护性都较差。优点：具有自动化系统的基本功能造价低。集中式变电所自动化系统，一般适合于小型变电所的新建或改造。2、分布集中组屏式变电所自动化系统图7-2分布集中组屏的变电所自动化系统结构示意图优点：便于扩充和维护，其中一个环节故障，不会影响其它部分的正常运行。特点：将变电所内各回路的数据采集单元、控制单元和保护单元分别集中安装在变电所控制室内的数据采集柜、控制柜和保护柜中，相互间通过网络与控制主机相连。适用于主变电所的回路数相对较少，一次设备比较集中，从一次设备到数据采集柜和控制柜等所用的信号电缆不长，易于设计、安装和维护管理的10~35kV供电系统变电所。

图7－3分布分散式变电所自动化系统结构示意图3.分布分散式特点：1）将变电所内各回路的数据采集、微机保护及监控单元综合为一个装置，就地安装在数据源现场的开关柜上。2）每个回路对应一套装置，装置的设备相互独立，通过网络电缆连接，与变电所主控室的监控主机通信。优点：减少了所内的二次设备及信号电缆；系统中任一部分故障，只影响局部；提高了可靠性，增强了系统的可扩展性和运行的灵活性。三、变电所综合自动化系统的硬件配置1.模拟量的采集与处理直流采样交流采样(1)模拟量采集(2)算法简介两点采样算法、导数算法、采样值积算法傅氏算法2.开关量的检测与识别A.开关量的隔离与抗干扰B.开关量的采集方式与检测C.开关变位的识别第四节备用电源自动投入装置

在具有两个独立电源的变电所或电气设备上，若其中一个电源不论任何原因，失电而断开时，另一个电源便自动投入，恢复供电。能自动而迅速地将备用电源投入工作的装置称为备用电源自动投入装置，简称APD。备用电源自动投入装置(APD)一.概念二.备用电源自动投入装置的种类明备用暗备用针对明备用的APD针对暗备用的APD工作电源与备用电源的接线方式可分为两大类：明备用: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:在正常时，两电源都投入，互为备用。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。图7－4备用电源接线方式示意图a)明备用正常情况下，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。图7－4备用电源接线方式示意图b)暗备用三.对备用电源自动投入装置的基本要求1）当常用电源失压或电压很低时，APD应将此路电源切除，随即将备用电源投入，以保证不间断地向用户供电。2）常用电源因负荷侧故障被继电保护装置切除或备用电源无电时，APD均不应动作。3）APD只应动作一次。以避免将备用电源合闸到永久性故障上去。4）APD的动作时间应尽量缩短。5）电压互感器的熔丝熔断或其刀开关拉开时，APD不应误动作。6）常用电源正常的停电操作时APD不能动作，以防止备用电源投入。四.对明备用的备用电源自动投入的基本原理正常时，WL1工作，WL2备用QF1合闸，QF2分闸故障时工作电源失电，QF1跳闸，QF13-4触点断开，KT失电，KT触点延时打开，QF11-2触点已闭合，合闸接触器KO带电，使QF2的合闸线圈YO带电，QF2合闸，投入备用电源。WL2投入后，KT的延时断开触点断开，切断KO的回路，同时QF21-2触点断开，防止YO长期通电QF1合闸，QF13-4触点闭合，KT带电，KT触点闭合，QF11-2触点断开，合闸接触器KO不带电，使QF2的合闸线圈YO不带电，QF2不会合闸。五.对暗备用的备用电源自动投入的基本原理第五节自动重合闸装置

自动重合闸装置（ARD）对瞬时性短路故障，为了使线路重新投入，保证不间断供电，在供电系统中通常采用一种将保护装置所跳闸的断路器自动地再投入的装置，这种装置就是自动重合闸装置，简称ARD1.概念一次重合闸二次重合闸三次重合闸成功率80％成功率15％成功率5％2.对自动重合闸装置的基本要求1)线路正常运行时，ARD应投入；值班人员利用控制开关或遥控装置将断路器断开时，ARD不应动作；值班人员手动投入断路器，由于线路上有永久故障而保护跳闸时，ARD不应动作。2）除上述情况，当断路器因继电保护装置或其它原因跳闸时，ARD均应动作。3）应优先采用控制开关的位置和断路器的位置不对应原则起动ARD。即控制开关处在合闸位置而断路器实际处于断开位置时，ARD应起动。4）对一次ARD，应保证只重合一次。即使ARD装置中任一元件发生故障或接点粘住时，也应保证不能多次重合。5）ARD动作后，应能自动复归，准备好下一次动作。6）应能和保护装置配合，使保护装置在ARD前加速动作或ARD后保护加速动作。3.电气一次自动重合闸的动作原理手动合闸时按下SB1KO带电YO带电QF合闸手动跳闸时按下SB2YR带电QF跳闸线路发生故障时保护KA动作YR带电QF自动跳闸QF3-4触点闭合重合闸继电器KAR起动KAR触点延时闭合KO带电YO带电QF合闸若为瞬时性故障，则重合成功，恢复供电。若为永久性故障，KA动作，再次跳闸，ARD有防跳措施，不会再次重合。（三相一次重合闸）在供电系统中，利用自动重合闸所提供的条件以加速切除故障（1）自动重合闸前加速保护：重合闸前加速保护一般又简称“前加速”。图7-6重合闸前加速保护方式的构成原理示意图（a）网络接线图（b）时间配合关系假设均装设定时限过电流保护1，2，34.自动重合闸与继电保护装置的配合（2）自动重合闸后加速保护：每段线路相应均装设重合闸装置，当线路第一次出现故障时，利用线路上设置的保护装置按照整定的动作时限动作。然后相应的ARD动作，使断路器重合一次。图7－7自动重合闸装置后加速保护动作原理图第六节变电所的电压、无功综合控制

变电所电压、无功综合控制装置的控制对象是有载调压变压器的分接头和在低压母线上设置的并联补偿电容器组。控制的目的是保证主变压器低压侧母线电压在允许范围内，且尽可能提高进线的功率因数。

一、变电所电压、无功综合控制的目的

二、正常工作状态变电所电压、无功综合控制原理

图7-8运行区域图变电所低压母线电压变电所进线的功率因数

1区间——进线功率因数满足要求，但母线电压超越上限，控制器发出指令调节变压器分接头降压。如分接头已调到极限而电压仍高于上限，则强切补偿电容器组以调节电压。

2区间——母线电压和进线功率因数均超越上限，此时往往电力负荷较小，控制器发出指令应先切补偿电容器组，一方面改善进线功率因数使其在正常值范围内，另一方面降低母线电压。如电压仍超越上限，则再调节变压器分接头降压。

3区间——母线电压正常，但进线功率因数超越上限，控制器发出指令逐步切除补偿电容器组，以调节进线功率因数。

4区间——电压低于下限，但进线功率因数超越上限。此时若先切补偿电容器调节进线功率因数，则母线电压会更低，所以指控制器指令先调节变压器分接头升压，待电压满足运行要求后，再切补偿电容器组来调节进线的功率因数。

5区间——该区间的母线电压低于下限，而进线功率因数在要求范围内，则控制器指令调节变压器分接头升压。如果变压器分接头已调至极限位限时，则强制投入补偿电容器组来改善母线电压。

6区间——进线功率因数和母线电压均低于下限值，此时，控制器优先发出投入补偿电容器组的指令。这样一方面提高进线功率因数；另一方面可改善母线电压，若母线电压仍低于下限，则再调节变压器分接头升压，使母线电压水平满足要求。

7区间——电压正常，但进线功率因数低于下限要求，则指令投入补偿电容器组，以提高进线功率因数。

8区间——运行参数是电