chapter8变电站、馈线自动化

一、开闭所和配电变电所内自动化

（变电站综合自动化）配电变电站、10kV开闭所是配电网的重要组成部分，其自动化程度高低直接反映了配电自动化的水平。变电站综合自动化系统：电力系统微机保护与控制综合自动化系统。将电力系统保护、控制、监视、测量、故障分析等功能集合在一起。目标：实现电力系统优化控制、经济运行、智能决策。“开闭所”实际上就是相当于开关站，两进多出（常用4~6出），只是根据不同的要求，进出可以设置断路器、负荷开关或不设。没有断路器或负荷开关的叫电缆分接箱，电缆直接进出，用于小容量和用电可靠性不高的场所。“开闭所”一般应采用断路器进（两进线设置BZT）、负荷开关出。远动装置(RTU)的发展远方终端装置(RemoteTerminalUnit,RTU)：

SCADA系统在变电站中的终端设备，它由微处理机和接口电路组成。早期的RTU为有触点装置，功能弱，精度低，可靠性差。70年代起搞单CPU结构的RTU装置，为集中式结构。随着调度自动化的发展，尤其是变电站自动化的发展，多CPU结构的分布式微机远动装置成为发展趋势。多CPU结构：每个CPU分别完成一定的任务，提高了速度、可靠性，同时广泛采用交流采样技术。

那么什么是RTU呢？RTU是RemoteTerminalUnit(远程测控终端)的缩写，是SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)系统的基本组成单元。一个RTU可以有几个，几十个或几百个I/O点，可以放置在测量点附近的现场。RTU应该至少具备以下2种功能：数据采集及处理、数据传输(网络通信)，当然，许多RTU还具备PID控制功能或逻辑控制功能、流量累计功能等等。

微机远动装置的基本功能RTU的基本功能：遥测（YC）、遥信（YX）、遥调（YT）、遥控（YK）。RTU的辅助功能：屏幕显示、参数整定输入、打印制表、信息转发功能、装置内部功能、数据保存功能、事件顺序记录功能。1.“四遥”功能1）遥信(YX)：测量开关位置、保护动作信号、设备运行状态信号，调压变压器分接头位置。一般用无源接点，有变位时立即上传。2）遥测(YC)：对变压器的P、Q，线路P、I，母线U，温度、压力、流量、f、主变油温等所有其他模拟信号的采集，并将采集信号上传。3）遥控(YK)：远方控制断路器分、合，电容器、电抗器的投切等。一般也用无源接点，要求动作准确率大于99.99%。4）遥调(YT)：用于有载变压器分抽头的升降调节等，也采用无源接点，要求准确率大于99.99%。2.事件顺序记录(SOE,Sequenceofevents)SOE：自动记录事件状态变化的时间。

－－对事故时各种开关、继电保护、自动装置的状态变化信号按时间顺序排队。作用：事故后分析事故。输入信号：取继电器动作出口信号（不取信号继电器接点）、断路器辅助接点（受分散性、不同步影响)。SOE分辨率事件分辨率要求达到毫秒级。SOE站内分辨率：RTU内(站内)顺序发生一串事件后，两事件间能辨认的最小时间，要求<5ms。SOE站间分辨率：各RTU间(站间)顺序发生一串事件后，两事件间能辨认的最小时间，要求<10ms。SOE分辨率影响因素：站内：RTU时钟精度；站间：系统时钟、通道延时、CPU处理速度。分辨率高带来高造价，配电自动化中可放宽要求。

3.系统对时保证SOE分辨率，要求各RTU时钟与调度中心同步，采取措施：1）利用GPS，需设置GPS接收机、天线及放大器，通过RS-232与RTU相连。2）软件对时，根据采用的通信规约对各测控点对时，优点是省投资（不需要增加硬件），但精度受影响。4.电能采集采集变电站进线、出线、主变的电度值。过去一般用脉冲电度表脉冲，目前一般通过智能电度表的通信实现。5.自恢复和自检设置WATCHDOG电路，防止程序跑飞，断电后能自动恢复。设置自检功能，及时报告出错信息，防止RTU装置元件故障。通常装置每隔1～2S自动检测一次，主站侧通过远方诊断，定位到具体故障插件。6.与SCADA系统通信和当地功能根据相应的通信规约（如应答Polling、循环CDT、对等式DNP等），将RTU采集的信息上报配电SCADA系统。利用RTU微机功能，接入显示CRT或打印机，可就地显示与参数输入整定，或一发多收。RTU通信速率应可选择整定。RTU应支持多种通信信道转接功能（如光端机、微波、载波、无线电台等）。

微机远动装置的分类RTU结构：集中式、分布式（功能分布式与结构分布式）。采样方式：直流、交流采样。组屏方式：集中、分散组屏。二、馈线自动化目的：对馈出线路进行数据采集和监控（SCADA功能），故障时，及时准确地确定故障区段，迅速隔离故障区段并恢复健全区段供电。主要功能：配网馈线运行状态监测、控制、故障诊断、故障隔离、网络重构。实现：在户外分段开关处安装FTU（馈线终端单元），依靠通信系统，与配电控制中心的SCADA计算机系统相连。1基于重合器的馈线自动化原理：无需通信，根据短路时出现的短路电流，靠多次重合闸找出故障区段并进行隔离，主要用在辐射线路。馈线自动化模式：重合器与重合器配合模式、重合器与电压-时间型分段器配合模式、重合器与过流脉冲计数型分段器配合模式。重合器(Recloser)分类和功能定义：具有控制和保护功能的开关，能按预定开断、重合顺序自动操作，并可自动复位、闭锁。功能：故障后重合器跳闸，按预定动作顺序循环分、合若干次，重合成功则自动终止后续动作；重合失败则闭锁在分闸状，手动复位。动作特性：瞬动（快速动作时间—电流特性）、延时动作（慢速动作时间—电流特性）两种。动作特性整定：“一快二慢”、“二快二慢”、“一快三慢”。

分段器(Sectionalizer)分类和功能定义：与电源侧前级开关配合，失压或无电流时自动分闸的开关设备。功能：永久故障时，分合预定次数后闭锁在分闸状，隔离故障区段；若未完成预定分合次数，故障已被其他设备切除，则保持在合闸状（经一段延时后恢复到预定状态，为下次故障作准备）。要求：一般不能开断短路故障电流。分类：电压—时间型，过流脉冲记数型。1)电压－时间型分段器原理：根据加压、失压时间长短控制动作，失压后分闸，加压时合闸或闭锁。用于辐射、树状、环状网。X、Y时限参数：X时限：分段器电源侧加压至该分段器合闸的时延。Y时限：又称故障检测时间。分段器合闸后未超过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，下一次再得电时不再自动重合。

2)过流脉冲计数型分段器与线路前级开关（重合器或断路器）配合使用。原理：记忆前级开关开断故障电流动作次数，达到预定记忆次数时，在前级开关跳闸的无电流间隙内，分段器分闸，隔离故障区段。前级开关开断故障电流动作次数未达到预定记忆次数时，经一定延时后分段器复位清零。重合器与分段器配合实现故障区段隔离1)辐射状网2）环网1）辐射状网故障区段隔离过程A重合器：一快一慢，第一次重合=15S，第二次重合=5S；B、D分段器：X=7S，Y=5S；C、E分段器：X=14S，Y=5S2）环状网开环运行时的故障区段隔离A重合器：一快一慢，第一次重合=15S，第二次重合=5S；B、C、D分段器：X=7S，Y=5S；E分段器：X=45S，Y=5S2基于FTU的馈线自动化系统系统特点配网实时信息通过就地FTU采集，传送到区域集控或变电站集中，上报配电调度中心。配电调度中心控制命令通过区域集控或变电站转发给FTU执行。FTU采集柱上开关运行情况，将信息上传到配网控制中心，或接受控制中心命令进行远方操作。故障时，FTU将记录的故障电流、时间等上报，供分析使用。区域工作站：通道集中器和转发装置，并将各单元通信规约转换为标准远动规约。FTU的性能要求(1)遥信功能：开关位置、贮能完成情况、通信完好性；遥测功能：U、I、P、Q等；遥控功能：远方对柱上开关分合、贮能等；统计功能：开关动作次数、动作时间、累计切断电流水平；SOE和对时功能：保证SOE的准确性，与系统时钟一致；事故记录：记录事故发生时的最大故障电流和事故前（1min）负荷，便于确定故障区段；定值远方修改和召唤定值：适应配网运行方式变化；自检和自恢复功能：设备故障时报警、干扰时自复位；FTU的性能要求(2)远方控制闭锁和手动操作功能：检修线路或操作开关时确保操作安全性；远程通信功能：RS-232，RS-485，通信规约问题；抗恶劣环境：雷电、环境温度、防雨、防湿、风沙、振动、电磁干扰；维修方便：保证不停电检修；电源可靠：保证故障或停电时FTU有工作电源；可选功能：电度采集（核算电费、估计线损，防窃电）；微机保护（实现自适应保护）；故障录波（故障分析用）。FTU的组成和结构一种典型的FTU系统框图两种馈线自动化系统的比较基于重合器、FTU的馈线自动化系统国外大量使用。基于重合器开关设备配合的馈线自动化系统基于FTU和通信网络的馈线自动化系统主要优点1)结构简单。2)建设费用低。3)不需建通信网络。4)无电源提取问题。1)故障时隔离故障区域，正常时监控配网运行，可优化运行方式，实现安全经济运行。2)适应灵活的运行方式。3)恢复健全区域供电时，可采取安全和最佳措施。4)可与MIS、GIS等联网，实现全局信息化。两种馈线自动化系统的比较主要缺点1)仅故障时起作用，正常运行时无监控作用，不能优化运行方式。2)调整运行