第六章供配電系統(tǒng)的二次接線及自動化

1、第六章 供配電系統(tǒng)的二次接線與自動化第一節(jié) 二次接線及其操作電源第二節(jié) 電氣測量回路與絕緣監(jiān)視第三節(jié) 高壓斷路器的控制回路和信號裝置第四節(jié) 配電自動化概論第五節(jié) 變電所綜合自動化系統(tǒng)第六節(jié) 微機自動控制裝置第七節(jié) 電能信息采集與管理系統(tǒng)本章小結一、二次接線概念第一節(jié) 二次接線及其操作電源 供配電系統(tǒng)的二次接線用來對一次接線的運行進行控制、監(jiān)測、指示和保護的輔助電路，亦稱二次回路。 二次回路按其功能分有：操作電源回路、電氣測量回路與絕緣監(jiān)視裝置、高壓斷路器的控制和信號回路、中央信號裝置、繼電保護回路以及自動化裝置等。二次回路按電源性質(zhì)分直流回路交流回路交流電流回路：由電流互感器供電交流電壓回路：

2、由電壓互感器供電 二次接線圖是指用國家標準規(guī)定的電氣設備圖形符號與文字符號繪制的表示二次回路元件相互連接關系及其工作原理的電氣簡圖，包括原理電路圖和安裝接線圖。二、操作電源 操作電源是供高壓斷路器控制回路、繼電保護回路、信號回路、監(jiān)測裝置及自動化裝置等二次回路所需的工作電源。作用： 正常運行時操作電源應能保證斷路器的合閘和跳閘； 事故狀態(tài)下，在母線電壓降低甚至消失時，操作電源應能保證繼電保護系統(tǒng)可靠地工作。 性質(zhì)：直流操作電源、交流操作電源要求：操作電源應充分可靠，容量足夠并具有獨立性。 目前在較重要的中、大型變配電所選用的直流操作電源大多為帶閥控式密封鉛酸蓄電池的高頻開關電源成套裝置。 （一

3、）直流操作電源高頻開關直流電源原理框圖1.直流操作電源的構成 一種智能高頻開關直流操作電源系統(tǒng)概略圖2.電源電壓與容量的選擇 變配電所的直流操作電源電壓一般為220V或110V，可根據(jù)變配電所的規(guī)模大小及斷路器配備的操動機構需要來選擇。 用戶變配電所多采用彈簧儲能操動機構，其合閘功及合閘電流都比較小，選用直流110V作為操作電源，與選用直流220V相比，蓄電池組容量幾乎相近，而蓄電池數(shù)量卻減少一半，既減小直流屏的體積，又節(jié)省了投資。 蓄電池組容量的選擇，應考慮交流系統(tǒng)或浮充電系統(tǒng)因故障停電時也能保證操動機構的分、合閘及各開關柜信號、繼電保護等可靠工作，從而不影響變配電所的正常運行。 20kV及

4、以下變配電所直流操作電源蓄電池組容量一般為2040Ah，35110kV變電所直流電源容量選用65150Ah為宜。2.交流操作電源的可靠性 用電壓互感器作交流操作電源，因其電壓受到一次系統(tǒng)的影響，只能作為斷路器正常跳合閘以及預告信號的工作電源。 采用不間斷電源UPS作為交流操作電源的方案，可提高交流電壓源的可靠性，可用于一次接線簡單、斷路器臺數(shù)不多的變電所。 UPS電源裝置應為在線式，電壓AC220V，容量一般以不超過3kVA為宜。（二）交流操作電源1.交流操作電源的取得 斷路器臺數(shù)極少的小型10kV變電所繼電保護也較簡單，可以選用交流操作電源。交流操作電源可以從所用變壓器或電壓互感器取得220

5、V電壓源，從電流互感器取得電流源。 一、電氣測量回路第二節(jié) 電氣測量回路與絕緣監(jiān)視 （一）電氣測量的任務與要求任務： 監(jiān)視供電系統(tǒng)的運行狀態(tài)和計量一次系統(tǒng)消耗的電能， 保證供電系統(tǒng)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟合理地運行。 要求： 對電氣測量儀表，要保證其測量范圍和準確度滿足變配 電設備運行監(jiān)視和計量的要求，并力求外形美觀，便于 觀測，經(jīng)濟耐用等。（二）電氣測量儀表的配置 供配電系統(tǒng)變配電裝置中的各部分儀表按規(guī)定要求配置。（三）電氣測量回路示例 380V進線電測量儀表原理電路圖 多功能綜合數(shù)字式智能表測量原理電路圖 10kV線路電測量儀表原理電路圖二、交流系統(tǒng)的絕緣監(jiān)視 利用一次系統(tǒng)接地后出現(xiàn)的零序電

6、壓給出信號或跳閘。絕緣監(jiān)視裝置電路圖 一、概述第三節(jié) 高壓斷路器的控制回路和信號裝置 高壓斷路器的控制回路是指用控制開關或遙控命令操作斷路器跳、合閘的回路。 信號回路是用來指示一次系統(tǒng)設備運行狀態(tài)的二次回路。用來顯示斷路器正常工作的位置狀態(tài)。用來顯示斷路器在事故情況下的工作狀態(tài)。在系統(tǒng)出現(xiàn)不正常狀態(tài)時或在故障初期發(fā)出的報警信號。信號按用途分位置信號：事故信號：預告信號：斷路器的控制和信號回路要滿足一定的基本要求。二、高壓斷路器基本的控制回路與信號回路 高壓斷路器基本的控制回路與儲能回路高壓斷路器通常采用彈簧操動機構。 高壓開關柜的就地開關狀態(tài)信號回路斷路器控制與信號回路原理分析：1.彈簧機構儲

7、能 采用彈簧操動機構的斷路器在首次合閘前需先儲足能量。 SFR閉合MA通電運行彈簧儲能BG1常閉觸點斷開BG1常開觸點閉合電機停車儲能指示燈亮合閘回路閉鎖解除2.合閘閉鎖 當斷路器手車既沒有在試驗位置也沒有在工作位置時（即不在正確位置），位置開關BG8/BG9觸點均斷開，合閘閉鎖電磁鐵M1失電，BG2觸點斷開，確保斷路器合閘線圈MB1不會接到合閘命令。否則，可能出現(xiàn)斷路器誤動作或合閘線圈被燒毀的事故。3.斷路器合閘 設斷路器手車已在工作位置，限位行程開關BG9觸點閉合，手車工作位指示燈亮?？梢院祥l。 合閘觸點閉合 KO觸點閉合BG1常開觸點閉合QA常閉觸點閉合BG2常開觸點閉合 MB1動作 斷

8、路器合閘4.斷路器跳閘 跳閘觸點閉合 QA常閉觸點閉合 MB2動作 斷路器跳閘5.電氣防跳 當一個合閘命令和分閘命令（遠方或就地）同時存在時，斷路器將會持續(xù)不斷地反復分合閘（跳躍）。 QA常開觸點閉合KO動作 KO觸點斷開切斷跳閘回路 斷路器跳閘三、采用微機保護測控裝置監(jiān)視的斷路器控制和信號回路 控制開關是開關設備與控制設備手動控制斷路器跳、合閘的主令元件。當需要遠方操作時，對斷路器還宜設置就地遠方/就地切換開關。 萬能轉(zhuǎn)換開關萬能轉(zhuǎn)換開關（1）斷路器的遠方控制 將SAC切換開關旋至“遠方”位置，此時，控制開關SF不起作用，斷路器的跳、合閘操作由微機保護測控裝置發(fā)出的遙控跳、合閘命令實現(xiàn)。 微

9、機保護測控裝置采用跳、合閘自保持的目的是為了保持跳、合閘命令脈沖寬度時間大于高壓斷路器跳、合閘所需要的動作時間，以確保其動作可靠。（2）斷路器的就地控制 將SAC切換開關旋至“就地”位置，此時，微機保護測控裝置發(fā)出的遙控跳、合閘命令不起作用，斷路器的跳、合閘操作通過就地操作控制開關SF實現(xiàn)。 當SF手柄被旋轉(zhuǎn)至“合閘”位，觸點SF3-4接通，斷路器合閘，手柄松開后返回正常位。 當SF手柄被旋轉(zhuǎn)至“分閘”位，觸點SF1-2接通，斷路器跳閘，手柄松開后返回正常位。（3）保護出口跳閘 當一次系統(tǒng)保護區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時，微機保護裝置動作，保護出口繼電器觸點閉合，接通跳閘回路，使跳閘線圈MB1通電（全電壓）

10、動作，斷路器自動跳閘。 微機保護測控裝置發(fā)出保護出口動作信號，可以通過硬接點輸入到裝置的遙信回路，上傳至計算機后臺系統(tǒng)，通知運行人員及時處理。 采用微機保護測控裝置遠方監(jiān)視的信號回路一、配電自動化的有關概念第四節(jié) 配電自動化概論 配電自動化以一次網(wǎng)架和設備為基礎，以配電自動化系統(tǒng)為核心，綜合利用多種通信方式，實現(xiàn)對配電系統(tǒng)的監(jiān)測與控制，并通過與相關應用系統(tǒng)的信息集成，實現(xiàn)配電系統(tǒng)的科學管理。 配電自動化系統(tǒng)是實現(xiàn)配電網(wǎng)的運行監(jiān)視和控制的自動化系統(tǒng)，具備配電SCADA、饋線自動化、電網(wǎng)分析應用及與相關應用系統(tǒng)互連等功能，主要由配電主站、配電終端、配電子站（可選）和通信通道等部分組成。配網(wǎng)管理工作

11、站配網(wǎng)管理工作站配網(wǎng)調(diào)度工作站配網(wǎng)調(diào)度工作站 配網(wǎng)配網(wǎng)GIS/維護工作站維護工作站網(wǎng)網(wǎng)關關調(diào)度調(diào)度 MIS主主服服務務器器備備服服務務器器WEBWEB服服務務器器網(wǎng)網(wǎng)絡絡打打印印機機100M以太網(wǎng)以太網(wǎng)通通信信前前置置機機通通信信前前置置機機變電所變電所E E變電所變電所A A配配電電子子站站配電線配電線通信線通信線控制控制LAN網(wǎng)網(wǎng)通通信信網(wǎng)網(wǎng)絡絡柱上真空開關柱上真空開關智能環(huán)網(wǎng)柜智能環(huán)網(wǎng)柜FTUFTUTTUTTUDTUDTU配電自動化系統(tǒng)配電自動化系統(tǒng)結構拓撲圖結構拓撲圖主站計算機系統(tǒng)二、配電自動化的主要功能 （一）配電主站 （1）配電SCADA：數(shù)據(jù)采集（支持分層分類召測）、狀態(tài)監(jiān)視、遠

12、方控制、人機交互、防誤閉鎖、圖形顯示、事件告警、事件順序記錄、事故追憶、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報表打印、配電終端在線管理和配電通信網(wǎng)絡工況監(jiān)視等； 2. 擴展功能 （1）饋線故障處理：（2）電網(wǎng)分析應用：（3）智能化功能： 1. 基本功能 （2）與上一級電網(wǎng)調(diào)度(一般指地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度)自動化系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)（或電網(wǎng)GIS平臺）互連，建立完整的配電網(wǎng)拓撲模型。 （二）配電終端 包括饋線終端（FTU）、站所終端（DTU）、配變終端（TTU）等。 （三）配電子站 1. 通信匯集型子站 配電終端應具備運行信息采集、事件記錄、對時、遠程維護和自診斷、數(shù)據(jù)存貯、通信等功能；除配變終端外，其它終端應能判斷線路相間和單相

13、等故障。 通信匯集型子站負責所轄區(qū)域內(nèi)配電終端的數(shù)據(jù)匯集、處理與轉(zhuǎn)發(fā)。基本功能：終端數(shù)據(jù)的匯集、處理與轉(zhuǎn)發(fā)；遠程通信；終端的通信異常監(jiān)視與上報；遠程維護和自診斷。 2. 監(jiān)控功能型子站 監(jiān)控功能型子站負責所轄區(qū)域內(nèi)配電終端的數(shù)據(jù)采集處理、控制及應用。基本功能：應具備通信匯集型子站的基本功能；在所轄區(qū)域內(nèi)的配電線路發(fā)生故障時，子站應具備故障區(qū)域自動判斷、隔離及非故障區(qū)域恢復供電的能力，并將處理情況上傳至配電主站；信息存貯；人機交互。三、配電自動化的通信（一）通信方式 RTUDTEDCERS- 232DCESCADADTERS- 232數(shù)據(jù)傳輸設備數(shù)據(jù)傳輸設備數(shù)據(jù)終端設備數(shù)據(jù)傳輸信道數(shù)據(jù)終端設備表

14、6-1 配電自動化常用的通信方式通信方式網(wǎng)絡形式傳輸速率傳輸距離適用范圍配電線載波中低壓配電線1.2M bit/s10kmFTU、TTU與配電子站間通信低壓用戶抄表現(xiàn)場總線，RS-485串行總線屏蔽雙絞線9600bit/s2kmFTU、TTU與配電子站間通信、分散電能采集、設備內(nèi)部通信等光纖專網(wǎng)單模光纜2Mbit/s50km骨干層通信網(wǎng)絡無線專網(wǎng)，無線公網(wǎng)TD-LTE、McWillGPRS/CDMA/3G180kbit/sGPRS等覆蓋區(qū)域不宜用于城市中心等干擾大的市區(qū)（二）通信組網(wǎng)典型案例圖6-12 多種配電通信方式綜合應用示意圖一、概述第五節(jié) 變電所綜合自動化系統(tǒng) 變電所綜合自動化是將變電

15、所的二次設備經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設計，利用先進的計算機技術、現(xiàn)代電子技術、通信技術和信號處理技術，實現(xiàn)對全變配電所的主要設備和線路的自動監(jiān)視、測量、自動控制和微機保護，以及與調(diào)度中心通信等綜合性的自動化功能。 優(yōu)點： 功能綜合化 所有二次回路功能綜合為一體。 結構微機化 主要插件是全微機化的分布式結構，采用網(wǎng)絡總線連接成整體。 操作監(jiān)視屏幕化 面對彩色大屏幕顯示器進行全方位監(jiān)視與操作。 運行管理智能化 具有在線自診斷功能和專家系統(tǒng)。二、變電所綜合自動化系統(tǒng)的基本功能 （一）微機監(jiān)視與控制功能1.數(shù)據(jù)采集與處理2.數(shù)據(jù)庫的建立與維護3.控制操作4.防誤閉鎖 5.同期 變電所綜合自動化系統(tǒng)必須具有

16、微機監(jiān)視與控制功能，35110kV無人值班變電所微機監(jiān)控系統(tǒng)應具備信息采集和處理、控制操作、防誤閉鎖、報警處理、遠動、人機聯(lián)系、系統(tǒng)自診斷與自恢復等功能。 6.報警處理 7.事件順序記錄及事故追憶 8.畫面生成及顯示 9.在線計算計制表10.遠動功能 11.時鐘同步12.人機聯(lián)系13.系統(tǒng)自診斷和自恢復14.與其他設備的通信接口15.運行管理（二）微機繼電保護功能 微機繼電保護是變電所綜合自動化系統(tǒng)中的關鍵環(huán)節(jié)。 （三）自動控制裝置功能 變電所綜合自動化系統(tǒng)必須具有保證安全、可靠供電和提高電能質(zhì)量的自動控制功能。 三、變電所綜合自動化系統(tǒng)的結構 變電所綜合自動化系統(tǒng)的體系結構，可以分為集中式和

17、分布式兩大類；從組屏方式上，可分為集中組屏和分散布置兩類。 根據(jù)結構上的不同，分布式系統(tǒng)又分為：功能分布式（集中組屏）：35110kV配電裝置 結構分布式（分散布置）：10kV及以下配電裝置 上級操作上級操作監(jiān)控中心監(jiān)控中心 當?shù)乇O(jiān)控主機（雙機）當?shù)乇O(jiān)控主機（雙機） 通信管理機通信管理機 打印機打印機 進線保護進線保護測控單元測控單元 饋線保護饋線保護測控單元測控單元 變壓器保護變壓器保護測控單元測控單元 聯(lián)絡保護聯(lián)絡保護測控單元測控單元 進線進線測控單元測控單元 聯(lián)絡聯(lián)絡測控單元測控單元 出線出線測控單元測控單元 出線出線測控單元測控單元 變壓器溫度變壓器溫度保護測控單元保護測控單元 變壓器

18、溫度變壓器溫度保護測控單元保護測控單元 直流屏監(jiān)控單元直流屏監(jiān)控單元 站站控控層層 通通信信層層 間間隔隔層層 RS485/422 結構分布式示例20kV及以下變電所綜合自動化系統(tǒng)配置方案功能分布式示例：35kV變電站綜合自動化系統(tǒng)配置方案注：IED(Intelligent Electronic Device)，智能電子設備 站控層站控層間隔層間隔層功能分布式示例：110kV變電站綜合自動化系統(tǒng)配置方案站控層站控層間隔層間隔層四、變電所綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 變電所（站）綜合自動化系統(tǒng)取得了良好的應用效果，但也有不足之處，主要體現(xiàn)在：采集資源重復、設計復雜；系統(tǒng)、設備之間互操作性差；信息不標

19、準不規(guī)范，難以充分應用等。隨著自動化技術、計算機信息與通信技術的發(fā)展，電網(wǎng)110kV及以上變電站綜合自動化系統(tǒng)在經(jīng)歷了常規(guī)變電站-數(shù)字化變電站發(fā)展階段后，正向智能變電站方向發(fā)展。 智能變電站是指采用可靠、經(jīng)濟、集成、節(jié)能、環(huán)保的設備與設計，以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡化、信息共享標準化、系統(tǒng)功能集成化、結構設計緊湊化、高壓設備智能化和運行狀態(tài)可視化等為基本要求，能夠支持電網(wǎng)實時在線分析和控制決策，進而提高整個電網(wǎng)運行可靠性及經(jīng)濟性的變電站。 智能變電站自動化系統(tǒng)采用開放式分層發(fā)布式系統(tǒng)，由站控層、間隔層和過程層構成。110kV智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)總體結構 一、電源自動切換裝置第六節(jié) 微機

20、自動控制裝置 （一）電源自動投入裝置的作用與類型 工作電源與備用電源的接線方式可分為兩大類：明備用: 指在正常時，備用電源不投入工作，只有在工作電源發(fā)生故障時才投入工作。暗備用: 指在正常時，兩電源都投入，互為備用。 作用：用于兩路及以上電源進線的變配電所中，提高供電可靠性。 微機備用電源自動投入裝置（自動切換裝置automatic switching equipment；ASE）。 在正常情況下，QA1閉合，QA2斷開，負荷由工作電源供電。 當工作電源故障時，ASE動作，將QA1斷開，切除故障電源，然后將QA2閉合，使備用電源投入工作，恢復供電。 正常情況下，QA1,QA2閉合，QA3斷開，

21、兩個電源分別向兩段母線供電。 若電源A(B)發(fā)生故障，ASE動作，將QA1(QA2)斷開，隨即將QA3閉合，此時全部負荷均由B(A)電源供電。（二）對備用電源自動投入裝置的基本要求 應保證在工作電源斷開后投入備用電源。工作電源故障或斷路器被錯誤斷開時，自動投入裝置應延時動作。手動斷開工作電源、電壓互感器二次回路斷線和備用電源無電壓的情況下，不應起動自動投入裝置。自動投入裝置動作后，如備用電源投到故障上，應使保護加速動作并跳閘。應保證自動投入裝置只動作一次，以免將備用電源重復投入永久性故障回路中。自動投入裝置中，可設置工作電源的電流閉鎖回路。 （三）微機備用電源自動投入裝置的原理微機備用電源自動

22、投入裝置的動作邏輯框圖 二、自動重合閘裝置（一）概述 運行經(jīng)驗表明，電力系統(tǒng)的故障特別是架空線路上的故障大多是暫時性的，多數(shù)能很快地自行消除。因此，采用自動重合閘裝置（ARE），迅速恢復供電，從而大大提高供電可靠性。 對于架空線路來說，一次重合成功率可達6090 。（二）對自動重合閘裝置的基本要求 自動重合閘裝置可由保護裝置或斷路器控制狀態(tài)與位置不對應來啟動。手動或通過遙控裝置將斷路器斷開或?qū)嗦菲骱祥l投入故障線路上隨即由保護跳閘將其斷開時，自動重合閘裝置均不應動作。自動重合閘裝置的動作次數(shù)應符合預先的規(guī)定，如一次重合閘就只應實現(xiàn)重合一次。當斷路器處于不正常狀態(tài)不允許實現(xiàn)自動重合閘時，應將重合

23、閘裝置閉鎖。（三）微機自動重合閘裝置的原理微機三相一次自動重合閘裝置的動作邏輯框圖 微機自動重合閘裝置的加速段保護邏輯框圖 一、系統(tǒng)結構與主要功能第七節(jié) 電能信息采集與管理系統(tǒng) 電能信息采集與管理系統(tǒng)指電能信息采集、處理和實時監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)電能數(shù)據(jù)自動采集、計量異常和電能質(zhì)量監(jiān)測、用電分析和管理等功能。由自動抄表系統(tǒng)與電力負荷管理系統(tǒng)合并升級而成。（一）系統(tǒng)結構（二）系統(tǒng)主要功能1.數(shù)據(jù)采集功能2.數(shù)據(jù)管理功能3.綜合應用功能二、專變采集終端控制型專變采集終端的功能配置如下：（1）數(shù)據(jù)采集 （3）參數(shù)設置和查詢 （5）事件記錄（2）數(shù)據(jù)處理（4）控制（6）數(shù)據(jù)傳輸（7）本地功能（8）終端維護 三、低壓集中抄表終端 低壓集中抄表終端包括低壓集中器、低壓采集器和手持設備等。 低壓集中器指收集一個區(qū)域內(nèi)的各采集器或電能表的數(shù)據(jù)，并進行處理存儲，同時能和主站或手持設備進行數(shù)據(jù)交換的設備。低壓采集器指用于采集多個電能表電能信息, 并可與集中器交換數(shù)據(jù)的設備。手持設備指能夠近距離直接與單臺電能表、