配電保護自動化第一章

1、農(nóng)村電力網(wǎng)自動化專題農(nóng)村電力網(wǎng)自動化專題第一章 配電自動化問題綜述 配電自動化的定義：配電自動化(DA)是一項集計算機技術、數(shù)據(jù)傳輸、控制技術、現(xiàn)代化設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，改進電能質量，向用戶提供優(yōu)質服務，降低運行費用，減輕運行人員的勞動強度。 概 述配電自動化問題的提出 1.國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民物質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、可靠和高質量的電能。電力企業(yè)的經(jīng)濟效益。 3.科技發(fā)展和進步的體現(xiàn)。 傳統(tǒng)的技術和管理手段已無法適應新形勢下的

2、供電需要，“配電自動化系統(tǒng)”就是為了解決這一問題而提出來的。電力自動化按功能類別分: 1.調(diào)度自動化: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)電和輸電進行調(diào)度指揮,實現(xiàn)自動化的管理. 2.變電站綜合自動化: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)度自動化系統(tǒng). 3.配網(wǎng)自動化:城區(qū)10KV系統(tǒng)的配網(wǎng)的監(jiān)視控制的自動化管理,優(yōu)化城區(qū)配網(wǎng)結構,合理高效用電管理,事故的及時預和故障的及時處理. 4.配電自動化：對于工廠、建筑等終端用戶的配電設備的自動化管理,提高配電系統(tǒng)運行的可靠性,對于事故實現(xiàn)提前預告,提高工作效率,并達到經(jīng)濟運行的目標。配電自動化的

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

4、。它在第二階段的配電自動化系統(tǒng)的基礎上增加了自動控制功能。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、故障呼叫服務系統(tǒng)和工作管理等一體化的綜合自動化系統(tǒng)，形成了集變電所自動化、饋線分段開關測控、電容器組調(diào)節(jié)控制、用戶負荷控制和遠方抄表等系統(tǒng)于一體的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)(DMS)。 在工業(yè)發(fā)達國家中，配電系統(tǒng)自動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)自動化，已經(jīng)形成了集變電站自動化、饋線分段開關測控、電容器組調(diào)節(jié)控制、用戶負荷控制和遠方抄表等系統(tǒng)于一體的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)(DMS)，其功能已多達140余項。 2014年7月召開的國務院常務會議上，

5、國家將加強城市配電網(wǎng)建設，推進電網(wǎng)智能化確定為城市基礎建設六項重點任務之一；國家電網(wǎng)也為此成立了專項工作組，將配電自動化建設應用提升工作作為當務之急來抓，吹響了全面提升配電自動化的建設號角，也標志著處于電網(wǎng)建設最薄弱環(huán)節(jié)的配電網(wǎng)及配電自動化建設即將進入高速發(fā)展通道。國內(nèi)外配電自動化的現(xiàn)狀我國配電網(wǎng)存在缺陷相比發(fā)達國家，我國的配電自動化建設起步較晚，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)結構

6、薄弱，自動化水平低。10千伏網(wǎng)架結構依然薄弱。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。配電自動化水平較低。配電自動化處于起步階段，故障診斷、隔離和恢復時間較長，無法實現(xiàn)網(wǎng)絡重構和自愈。體現(xiàn)為互供能力差，直觀感受為恢復供電時間長。（三）配電網(wǎng)基礎數(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、運檢、營銷、調(diào)度等不同部門，基礎數(shù)據(jù)分散在不同系統(tǒng)中。系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)標準、模型不一致，此外，缺乏數(shù)據(jù)共維共享機制。配電網(wǎng)投資少，建設水平低。 總之，我國目前的配電網(wǎng)還很薄弱，農(nóng)網(wǎng)絕大多數(shù)為樹狀結構，且多為架空線

7、，可靠性差，送電距離太長，損耗嚴重，電壓質量差。配電設備大多是不可遙控的。配電網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)測設備少，信息傳輸通道缺乏，因而信息搜集量少，事故處理自動化程度低，處理時間長，事故后恢復供電慢。 第一節(jié) 配電網(wǎng)及其特點一、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 直接或降壓后向用戶供電的網(wǎng)絡， 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成。 分類：分類：習慣上將額定電壓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)的結構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 f.環(huán)網(wǎng)柜接線 g.網(wǎng)格式接線三、配電網(wǎng)的特點 (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，供電范圍在擴大，配變?nèi)萘吭谠黾印?（3）農(nóng)村配電網(wǎng)負荷分散，供電半徑大，線路長，有的

9、10kV配電線路長達幾十公里，線路維護工作量大。城市負荷相對集中，布點多，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、大風及樹林的影響，造成瞬時故障和永久性故障的機率高，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，負荷變化大，末端的短路電流與最大負荷電流相接近，保護配合困難。熔斷器的保護性能受運行環(huán)境的影響，上、下級配合困難，尤其是主變壓器保護，問題較多，不能滿足保護配合要求。 （6）配電網(wǎng)設備和自動控制裝置技術性能落后，除所內(nèi)繼電保護外，很少有其它裝置，自動重合閘也很少投入運行。 （7）中性點運行方式。 我國配電網(wǎng)還有一個顯著特

10、征，就是中性點不接地，在發(fā)生單相接地時，仍允許供電一段時間（一到兩小時），這一特點使得我國的配電自動化系統(tǒng)不能直接引進國外設備，而必須結合我國配電網(wǎng)的實際情況，自行研制，或對國外的設備逐步加以改進。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、通信技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術將配電網(wǎng)的在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)，電網(wǎng)結構和地理圖形進行信息集成，構成完整的自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)配電網(wǎng)正常運行及事故情況下的檢測、保護和控制。 2.配電自動化系統(tǒng) 利用現(xiàn)代通信技術和計算機技術對電網(wǎng)在線運行的設備進行遠方監(jiān)視和控制的網(wǎng)絡系

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)的涵蓋關系三、配電管理系統(tǒng)的涵蓋關系 （一）配電自動化（一）配電自動化1.配電配電SCADA系統(tǒng)系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控) 我們把配電自動化系統(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饋線自動化以及10kV開閉所、配電變電所和配電變壓器的自動化，稱為配電SCADA(配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控)系統(tǒng)。其中：進線監(jiān)視進線監(jiān)視-變電所的開關位置、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。饋線自動化饋線自動化（Feeder Automation, FA）-在正

12、常情況下遠方實時監(jiān)視饋線分段開關與聯(lián)絡開關的狀態(tài)和饋線電流、電壓情況，并實現(xiàn)線路開關的遠方合閘和分閘操作； 在故障時獲取故障記錄，并自動判別和隔離饋線故障區(qū)段以及恢復對非故障區(qū)域供電。 開閉所和配電變電站自動化開閉所和配電變電站自動化（Substation Automation, SA）- 完成對10kv 開閉所、小區(qū)變電站的開關位置，保護動作信號，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方監(jiān)視、開關遠方控制、變壓器遠方有載調(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)遠方監(jiān)視和補償電容器的自動投切和遠方投切等。 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)的引入是配電自動化的主要特點之一，因為配電網(wǎng)節(jié)點多、設備分散，其運行管理工作常與地理位置有關，將GIS與一些屬性數(shù)據(jù)庫結合，可以更加直觀地進行運行管理，配電自動化中的GIS的內(nèi)容主要包括： 設備管理（Facilities Management, 簡稱 FM）是指將變電站、饋線、變壓器、開關、電桿等設備的技術數(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、用電量和負荷、供電優(yōu)先級、停電

14、記錄等進行處理，便于迅速判斷故障的影響范圍，而用電量和負荷的統(tǒng)計信息還可作為網(wǎng)絡潮流分析的依據(jù)。與配電SCADA連接，把SCADA系統(tǒng)上報的實時數(shù)據(jù)信息與GIS相結合，以便于操作和管理人員更方便地動態(tài)分析配電網(wǎng)的運行情況。 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展，并自動將有關信息轉給用戶投訴電話應答系統(tǒng)。 對停電記錄進行處理，便于迅速判斷故障的影響范圍，而用電量和負荷的統(tǒng)計信息還可作為網(wǎng)絡潮流

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實際上是電力的供需雙方共同對用電市場進行管理，以達到提高供電可靠性減少能源消耗及供需雙方的費用支出的目的,其內(nèi)容包括負荷監(jiān)控、管理和遠方抄表、計費自動化兩方面。 負荷監(jiān)控和管理（Load ControlManagement，簡稱LCM）是根據(jù)用戶的用電量、分時電價、天氣預報以及建筑物內(nèi)的供暖特性等進行綜合分析，確定最優(yōu)運行和負荷控制計劃。對集中負荷及部分工廠用電負荷進行監(jiān)視、管理和控制，并通過合理的電價結構引導用戶轉移負荷,平坦負荷曲線。 遠方抄表與計費

16、自動化（Automatic Meter Reading，AMR）是指通過各種通信手段讀取遠方用戶電表數(shù)據(jù)，并將其傳至控制中心，自動生成電費報表和曲線等。 (二) 網(wǎng)絡分析和優(yōu)化（Network Analyse,簡稱NA） 包括潮流分析和網(wǎng)絡拓補優(yōu)化，目的在于通過以上手段達到減少線損，改善電壓質量等。還包括降低運行成本、提高供電質量所必須的分析等。 (三）工作管理系統(tǒng)（Work Management System，WMS 是指對設備進行監(jiān)測，并對采集的數(shù)據(jù)進行分析以確定設備實際磨損狀態(tài)，并根據(jù)檢修規(guī)劃的順序進行計劃檢修。 （四）調(diào)度員培訓模擬系統(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)度員進行培訓.當DTS的數(shù)據(jù)來自實時采集時，也可幫助調(diào)度員在操作前了解操作的結果,從而提高調(diào)度的安全性。四、實現(xiàn)配網(wǎng)自動化的意義 1.在正常運行情況下，通過監(jiān)視配網(wǎng)運行工況，優(yōu)化配網(wǎng)運行方式； 2.當配網(wǎng)發(fā)生故障或異常運行時，迅速查出故障區(qū)段及異常情況，快速隔離故障區(qū)段，及時恢復非故障區(qū)域用戶的供電，縮短對用戶的停電時間，減少停電面積； 3.根據(jù)配網(wǎng)電壓，合理控制無功負荷和電壓水平，改善供電質量，達到經(jīng)濟運行目的； 4.合理控制用電負荷從而提高設備利用率； 5.自動抄表計費，保證按表計費的及時和準確，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益和工作效率

18、，并可為用戶提供自動化的用電信息服務等。 6.減少人力費用，降低勞動強度。 五、實現(xiàn)配網(wǎng)自動化的目的 提高供電的可靠性 提高供電的電能質量 降低網(wǎng)絡損耗 提高供電的經(jīng)濟性 提高為用戶的服務質量 提高供電企業(yè)的管理水平 降低人員的勞動強度、提高勞動效率系統(tǒng)運行監(jiān)視和控制電能質量監(jiān)視和分析功率因數(shù)監(jiān)視和控制高精度電能計量電能消耗統(tǒng)計和分析預防性電氣火災監(jiān)視報警和事件管理報表管理用戶管理等等。 配電自動化的功能模塊配電自動化的功能概括起來為：監(jiān)視功能控制功能保護功能負荷管理功能 輔助設計功能第三節(jié) 配電自動化實施的步驟和難點一、實施配電自動化的步驟 利用重合器和分段器自身功能實現(xiàn)的初步自動化 基于RTU、FTU、TTU實現(xiàn)的自動化 基于微機聯(lián)網(wǎng)的完全自動化二、實現(xiàn)配電自動化的難點 1.控制點多； 設備數(shù)量眾多，信息量龐大。相比變電站而言，節(jié)點數(shù)目相差數(shù)十倍甚至上百倍。通常小型縣調(diào)具有7-15個站，中型縣調(diào)具有15-25個站，大型縣調(diào)具有25個站以上，小型地調(diào)30-40個站，中型地調(diào)40-60個站，大型地調(diào)60個站以上。而配調(diào)自動化系統(tǒng)的測控對象，