配電保護(hù)自動(dòng)化第一章

1、農(nóng)村電力網(wǎng)自動(dòng)化專題農(nóng)村電力網(wǎng)自動(dòng)化專題第一章 配電自動(dòng)化問題綜述 配電自動(dòng)化的定義：配電自動(dòng)化(DA)是一項(xiàng)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸、控制技術(shù)、現(xiàn)代化設(shè)備及管理于一體的綜合信息管理系統(tǒng)，其目的是提高供電可靠性，改進(jìn)電能質(zhì)量，向用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，降低運(yùn)行費(fèi)用，減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 概 述配電自動(dòng)化問題的提出 1.國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，對電力需求愈來愈大，用戶對供電質(zhì)量和供電可靠性要求越來越高。 2. “電力法”和承諾制的貫徹執(zhí)行，要求電力部門提供安全、經(jīng)濟(jì)、可靠和高質(zhì)量的電能。電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。 3.科技發(fā)展和進(jìn)步的體現(xiàn)。 傳統(tǒng)的技術(shù)和管理手段已無法適應(yīng)新形勢下的

2、供電需要，“配電自動(dòng)化系統(tǒng)”就是為了解決這一問題而提出來的。電力自動(dòng)化按功能類別分: 1.調(diào)度自動(dòng)化:分國調(diào)省調(diào)地調(diào)和縣調(diào).用于對變電站和發(fā)電站的發(fā)電和輸電進(jìn)行調(diào)度指揮,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的管理. 2.變電站綜合自動(dòng)化:分500KV220KV110KV35KV等級變電站的就地監(jiān)視和控制,并把數(shù)據(jù)傳送調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng). 3.配網(wǎng)自動(dòng)化:城區(qū)10KV系統(tǒng)的配網(wǎng)的監(jiān)視控制的自動(dòng)化管理,優(yōu)化城區(qū)配網(wǎng)結(jié)構(gòu),合理高效用電管理,事故的及時(shí)預(yù)和故障的及時(shí)處理. 4.配電自動(dòng)化：對于工廠、建筑等終端用戶的配電設(shè)備的自動(dòng)化管理,提高配電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,對于事故實(shí)現(xiàn)提前預(yù)告,提高工作效率,并達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目標(biāo)。配電自動(dòng)化的

3、發(fā)展大致分為三個(gè)階段: 第一階段是基于自動(dòng)化開關(guān)設(shè)備相互配合的配電自動(dòng)化階段，主要設(shè)備為重合器和分段器等，不需要建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其主要功能是在故障時(shí)通過自動(dòng)化開關(guān)設(shè)備相互配合實(shí)現(xiàn)故障隔離和健全區(qū)域恢復(fù)供電。這一階段的配電自動(dòng)化系統(tǒng)局限在自動(dòng)重合器和備用電源自動(dòng)投入裝置。自動(dòng)化程度較低，這些系統(tǒng)目前仍大量應(yīng)用。 第二階段的配電自動(dòng)化系統(tǒng)是基于通信網(wǎng)絡(luò)、饋線終端單元和后臺計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)，在配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)也能起到監(jiān)視配電網(wǎng)運(yùn)行狀況和遙控改變運(yùn)行方式的作用，故障時(shí)能及時(shí)察覺。并由調(diào)度員通過遙控隔離故障區(qū)域和恢復(fù)健全區(qū)域供電。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了第三階段的配電自動(dòng)化系統(tǒng)

4、。它在第二階段的配電自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)控制功能。形成了集配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)、配電地理信息系統(tǒng)、需方管理(DSM)、調(diào)度員仿真調(diào)度、故障呼叫服務(wù)系統(tǒng)和工作管理等一體化的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，形成了集變電所自動(dòng)化、饋線分段開關(guān)測控、電容器組調(diào)節(jié)控制、用戶負(fù)荷控制和遠(yuǎn)方抄表等系統(tǒng)于一體的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)(DMS)。 在工業(yè)發(fā)達(dá)國家中，配電系統(tǒng)自動(dòng)化受到了廣泛的重視，美國、日本、德國、法國等國家的配電系統(tǒng)自動(dòng)化，已經(jīng)形成了集變電站自動(dòng)化、饋線分段開關(guān)測控、電容器組調(diào)節(jié)控制、用戶負(fù)荷控制和遠(yuǎn)方抄表等系統(tǒng)于一體的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)(DMS)，其功能已多達(dá)140余項(xiàng)。 2014年7月召開的國務(wù)院常務(wù)會(huì)議上，

5、國家將加強(qiáng)城市配電網(wǎng)建設(shè)，推進(jìn)電網(wǎng)智能化確定為城市基礎(chǔ)建設(shè)六項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)之一；國家電網(wǎng)也為此成立了專項(xiàng)工作組，將配電自動(dòng)化建設(shè)應(yīng)用提升工作作為當(dāng)務(wù)之急來抓，吹響了全面提升配電自動(dòng)化的建設(shè)號角，也標(biāo)志著處于電網(wǎng)建設(shè)最薄弱環(huán)節(jié)的配電網(wǎng)及配電自動(dòng)化建設(shè)即將進(jìn)入高速發(fā)展通道。國內(nèi)外配電自動(dòng)化的現(xiàn)狀我國配電網(wǎng)存在缺陷相比發(fā)達(dá)國家，我國的配電自動(dòng)化建設(shè)起步較晚，目前仍處于初級階段，市場不成熟，仍存在著一些亟待解決的問題。（一）配電網(wǎng)發(fā)展仍然滯后，發(fā)展不平衡。近年來配電網(wǎng)投資力度不斷加大，但由于歷史欠賬較多，配電網(wǎng)尤其是中壓配電網(wǎng)發(fā)展仍然滯后，城市與農(nóng)村、東部與中西部電網(wǎng)發(fā)展不平衡問題依然突出。（二）電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

6、薄弱，自動(dòng)化水平低。10千伏網(wǎng)架結(jié)構(gòu)依然薄弱。城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)差距顯著。10千伏線路仍有近一半未實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，農(nóng)網(wǎng)互聯(lián)比例僅為城網(wǎng)1/3。配電自動(dòng)化水平較低。配電自動(dòng)化處于起步階段，故障診斷、隔離和恢復(fù)時(shí)間較長，無法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)和自愈。體現(xiàn)為互供能力差，直觀感受為恢復(fù)供電時(shí)間長。（三）配電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)差，信息化手段落后。配網(wǎng)通信及信息系統(tǒng)發(fā)展相對滯后，缺少信息獲取渠道。 配電網(wǎng)管理涉及到發(fā)展、農(nóng)電、運(yùn)檢、營銷、調(diào)度等不同部門，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分散在不同系統(tǒng)中。系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、模型不一致，此外，缺乏數(shù)據(jù)共維共享機(jī)制。配電網(wǎng)投資少，建設(shè)水平低。 總之，我國目前的配電網(wǎng)還很薄弱，農(nóng)網(wǎng)絕大多數(shù)為樹狀結(jié)構(gòu)，且多為架空線

7、，可靠性差，送電距離太長，損耗嚴(yán)重，電壓質(zhì)量差。配電設(shè)備大多是不可遙控的。配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備少，信息傳輸通道缺乏，因而信息搜集量少，事故處理自動(dòng)化程度低，處理時(shí)間長，事故后恢復(fù)供電慢。 第一節(jié) 配電網(wǎng)及其特點(diǎn)一、配電網(wǎng)一、配電網(wǎng) 定義：定義：通常把電力系統(tǒng)中二次降壓變電所低壓側(cè) 直接或降壓后向用戶供電的網(wǎng)絡(luò)， 稱為配電網(wǎng)（Distribution Network）。 組成：組成：由架空線或電纜線路、配電所或柱上降壓變壓器及用戶構(gòu)成。 分類：分類：習(xí)慣上將額定電壓IkV及以上的配電網(wǎng)稱為高壓配電網(wǎng)，額定電壓一般為35kV、610kV和3kV等；將配電電壓IkV以下的配電網(wǎng)稱為低壓配電網(wǎng)，其額

8、定電壓一般為單相 220V和三相 380V。 66kV電網(wǎng)稱為高壓送電網(wǎng)。 220kV電網(wǎng)稱為超高壓輸電網(wǎng) 500kV電網(wǎng)稱為特高壓輸電網(wǎng)二、配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)a.樹枝狀 b.放射狀 c.單電源手拉手 d.雙電源手拉手 e.雙電源手拉手加分段開關(guān) f.環(huán)網(wǎng)柜接線 g.網(wǎng)格式接線三、配電網(wǎng)的特點(diǎn) (1)農(nóng)村配電網(wǎng)短路客量小一般在100200MVA。而城市配電網(wǎng)短路客量大，在200300MVA左右。 （2）配電網(wǎng)直接與用戶發(fā)生關(guān)系，需求量大。尤其是近幾年工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的興起，配電線路不斷延伸，配電變壓器在增加，供電范圍在擴(kuò)大，配變?nèi)萘吭谠黾印?（3）農(nóng)村配電網(wǎng)負(fù)荷分散，供電半徑大，線路長，有的

9、10kV配電線路長達(dá)幾十公里，線路維護(hù)工作量大。城市負(fù)荷相對集中，布點(diǎn)多，但事故影響大。 （4）配電網(wǎng)事故受外界影響因素較多，尤其是架空配電線路，因雷擊、鳥害、大風(fēng)及樹林的影響，造成瞬時(shí)故障和永久性故障的機(jī)率高，供電可靠性差。有的地區(qū)事故跳閘率高于8次/百公里。 （5）線路長，負(fù)荷變化大，末端的短路電流與最大負(fù)荷電流相接近，保護(hù)配合困難。熔斷器的保護(hù)性能受運(yùn)行環(huán)境的影響，上、下級配合困難，尤其是主變壓器保護(hù)，問題較多，不能滿足保護(hù)配合要求。 （6）配電網(wǎng)設(shè)備和自動(dòng)控制裝置技術(shù)性能落后，除所內(nèi)繼電保護(hù)外，很少有其它裝置，自動(dòng)重合閘也很少投入運(yùn)行。 （7）中性點(diǎn)運(yùn)行方式。 我國配電網(wǎng)還有一個(gè)顯著特

10、征，就是中性點(diǎn)不接地，在發(fā)生單相接地時(shí)，仍允許供電一段時(shí)間（一到兩小時(shí)），這一特點(diǎn)使得我國的配電自動(dòng)化系統(tǒng)不能直接引進(jìn)國外設(shè)備，而必須結(jié)合我國配電網(wǎng)的實(shí)際情況，自行研制，或?qū)獾脑O(shè)備逐步加以改進(jìn)。第二節(jié) 配電管理系統(tǒng) （Distribution Management System,DMS） 一、定義 1.配電管理系統(tǒng) 利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將配電網(wǎng)的在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進(jìn)行信息集成，構(gòu)成完整的自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)正常運(yùn)行及事故情況下的檢測、保護(hù)和控制。 2.配電自動(dòng)化系統(tǒng) 利用現(xiàn)代通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)對電網(wǎng)在線運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)視和控制的網(wǎng)絡(luò)系

11、統(tǒng)。 二、配電管理系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的位置二、配電管理系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的位置 三、配電管理系統(tǒng)的涵蓋關(guān)系三、配電管理系統(tǒng)的涵蓋關(guān)系 （一）配電自動(dòng)化（一）配電自動(dòng)化1.配電配電SCADA系統(tǒng)系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控) 我們把配電自動(dòng)化系統(tǒng)中,從為配電網(wǎng)供電的60kv(35kv)變電站的10kV部分監(jiān)視，到10kV饋線自動(dòng)化以及10kV開閉所、配電變電所和配電變壓器的自動(dòng)化，稱為配電SCADA(配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控)系統(tǒng)。其中：進(jìn)線監(jiān)視進(jìn)線監(jiān)視-變電所的開關(guān)位置、母線電壓、線路電流、有功和無功功率以及電能數(shù)量的監(jiān)視。饋線自動(dòng)化饋線自動(dòng)化（Feeder Automation, FA）-在正

12、常情況下遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)視饋線分段開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)的狀態(tài)和饋線電流、電壓情況，并實(shí)現(xiàn)線路開關(guān)的遠(yuǎn)方合閘和分閘操作； 在故障時(shí)獲取故障記錄，并自動(dòng)判別和隔離饋線故障區(qū)段以及恢復(fù)對非故障區(qū)域供電。 開閉所和配電變電站自動(dòng)化開閉所和配電變電站自動(dòng)化（Substation Automation, SA）- 完成對10kv 開閉所、小區(qū)變電站的開關(guān)位置，保護(hù)動(dòng)作信號，小電流接地選線情況，母線電壓，線路電流，有功和無功功率以及電度量的遠(yuǎn)方監(jiān)視、開關(guān)遠(yuǎn)方控制、變壓器遠(yuǎn)方有載調(diào)壓等。 變壓器巡檢和無功變壓器巡檢和無功-是指對配電網(wǎng)中箱式變、變臺的參數(shù)遠(yuǎn)方監(jiān)視和補(bǔ)償電容器的自動(dòng)投切和遠(yuǎn)方投切等。 2.地理信息系統(tǒng)地理信

13、息系統(tǒng)（Geographic Information System、GIS 地理信息系統(tǒng)的引入是配電自動(dòng)化的主要特點(diǎn)之一，因?yàn)榕潆娋W(wǎng)節(jié)點(diǎn)多、設(shè)備分散，其運(yùn)行管理工作常與地理位置有關(guān)，將GIS與一些屬性數(shù)據(jù)庫結(jié)合，可以更加直觀地進(jìn)行運(yùn)行管理，配電自動(dòng)化中的GIS的內(nèi)容主要包括： 設(shè)備管理（Facilities Management, 簡稱 FM）是指將變電站、饋線、變壓器、開關(guān)、電桿等設(shè)備的技術(shù)數(shù)據(jù)反映在地理背景圖上。 用戶信息系統(tǒng)（Coustomer Information System，簡稱CIS）是指借助 GIS，對大量用戶信息、如用戶名稱、地址、帳號、電話、用電量和負(fù)荷、供電優(yōu)先級、停電

14、記錄等進(jìn)行處理，便于迅速判斷故障的影響范圍，而用電量和負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)信息還可作為網(wǎng)絡(luò)潮流分析的依據(jù)。與配電SCADA連接，把SCADA系統(tǒng)上報(bào)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息與GIS相結(jié)合，以便于操作和管理人員更方便地動(dòng)態(tài)分析配電網(wǎng)的運(yùn)行情況。 停電管理停電管理-停電管理系統(tǒng)（Outage Management System,簡稱OMS）是指接到停電投訴后GIS，通過調(diào)用CIS(用戶信息系統(tǒng))和SCADA功能，迅速查明故障地點(diǎn)和影響范圍，選擇合理的操作順序和路徑，顯示處理過程中的進(jìn)展，并自動(dòng)將有關(guān)信息轉(zhuǎn)給用戶投訴電話應(yīng)答系統(tǒng)。 對停電記錄進(jìn)行處理，便于迅速判斷故障的影響范圍，而用電量和負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)信息還可作為網(wǎng)絡(luò)潮流

15、分析的依據(jù)。 電網(wǎng)規(guī)劃電網(wǎng)規(guī)劃-所址選擇，線路路徑確定等。 3.需方管理 （Demond Side Management,簡稱DSM） DSM實(shí)際上是電力的供需雙方共同對用電市場進(jìn)行管理，以達(dá)到提高供電可靠性減少能源消耗及供需雙方的費(fèi)用支出的目的,其內(nèi)容包括負(fù)荷監(jiān)控、管理和遠(yuǎn)方抄表、計(jì)費(fèi)自動(dòng)化兩方面。 負(fù)荷監(jiān)控和管理（Load ControlManagement，簡稱LCM）是根據(jù)用戶的用電量、分時(shí)電價(jià)、天氣預(yù)報(bào)以及建筑物內(nèi)的供暖特性等進(jìn)行綜合分析，確定最優(yōu)運(yùn)行和負(fù)荷控制計(jì)劃。對集中負(fù)荷及部分工廠用電負(fù)荷進(jìn)行監(jiān)視、管理和控制，并通過合理的電價(jià)結(jié)構(gòu)引導(dǎo)用戶轉(zhuǎn)移負(fù)荷,平坦負(fù)荷曲線。 遠(yuǎn)方抄表與計(jì)費(fèi)

16、自動(dòng)化（Automatic Meter Reading，AMR）是指通過各種通信手段讀取遠(yuǎn)方用戶電表數(shù)據(jù)，并將其傳至控制中心，自動(dòng)生成電費(fèi)報(bào)表和曲線等。 (二) 網(wǎng)絡(luò)分析和優(yōu)化（Network Analyse,簡稱NA） 包括潮流分析和網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)優(yōu)化，目的在于通過以上手段達(dá)到減少線損，改善電壓質(zhì)量等。還包括降低運(yùn)行成本、提高供電質(zhì)量所必須的分析等。 (三）工作管理系統(tǒng)（Work Management System，WMS 是指對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以確定設(shè)備實(shí)際磨損狀態(tài)，并根據(jù)檢修規(guī)劃的順序進(jìn)行計(jì)劃檢修。 （四）調(diào)度員培訓(xùn)模擬系統(tǒng)（Dispatcher Training Syst

17、em, 簡稱 DTS） 是指通過用軟件對配電網(wǎng)模擬仿真的手段，對調(diào)度員進(jìn)行培訓(xùn).當(dāng)DTS的數(shù)據(jù)來自實(shí)時(shí)采集時(shí)，也可幫助調(diào)度員在操作前了解操作的結(jié)果,從而提高調(diào)度的安全性。四、實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化的意義 1.在正常運(yùn)行情況下，通過監(jiān)視配網(wǎng)運(yùn)行工況，優(yōu)化配網(wǎng)運(yùn)行方式； 2.當(dāng)配網(wǎng)發(fā)生故障或異常運(yùn)行時(shí)，迅速查出故障區(qū)段及異常情況，快速隔離故障區(qū)段，及時(shí)恢復(fù)非故障區(qū)域用戶的供電，縮短對用戶的停電時(shí)間，減少停電面積； 3.根據(jù)配網(wǎng)電壓，合理控制無功負(fù)荷和電壓水平，改善供電質(zhì)量，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目的； 4.合理控制用電負(fù)荷從而提高設(shè)備利用率； 5.自動(dòng)抄表計(jì)費(fèi)，保證按表計(jì)費(fèi)的及時(shí)和準(zhǔn)確，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和工作效率

18、，并可為用戶提供自動(dòng)化的用電信息服務(wù)等。 6.減少人力費(fèi)用，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。 五、實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化的目的 提高供電的可靠性 提高供電的電能質(zhì)量 降低網(wǎng)絡(luò)損耗 提高供電的經(jīng)濟(jì)性 提高為用戶的服務(wù)質(zhì)量 提高供電企業(yè)的管理水平 降低人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高勞動(dòng)效率系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視和控制電能質(zhì)量監(jiān)視和分析功率因數(shù)監(jiān)視和控制高精度電能計(jì)量電能消耗統(tǒng)計(jì)和分析預(yù)防性電氣火災(zāi)監(jiān)視報(bào)警和事件管理報(bào)表管理用戶管理等等。 配電自動(dòng)化的功能模塊配電自動(dòng)化的功能概括起來為： 監(jiān)視功能 控制功能 保護(hù)功能 負(fù)荷管理功能 輔助設(shè)計(jì)功能第三節(jié) 配電自動(dòng)化實(shí)施的步驟和難點(diǎn)一、實(shí)施配電自動(dòng)化的步驟 利用重合器和分段器自身功能實(shí)現(xiàn)的初步自動(dòng)化 基于RTU、FTU、TTU實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化 基于微機(jī)聯(lián)網(wǎng)的完全自動(dòng)化二、實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化的難點(diǎn) 1.控制點(diǎn)多； 設(shè)備數(shù)量眾多，信息量龐大。相比變電站而言，節(jié)點(diǎn)數(shù)目相差數(shù)十倍甚至上百倍。通常小型縣調(diào)具有7-15個(gè)站，中型縣調(diào)具有15-25個(gè)站，大型縣調(diào)具有25個(gè)站以上，小型地調(diào)30-40個(gè)站，中型地調(diào)40-60個(gè)站，大型地調(diào)60個(gè)站以上。而配調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)的測控對象，