第06章 供配電系統(tǒng)二次接線與自動化

1、第六章 供配電系統(tǒng)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) 負荷控制與用電管理自動化本章小結(jié)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(gòu)成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(gòu)需要來選擇。 用戶變配電所多采用彈簧儲能操動機構(gòu)，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(gòu)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。 10kV及以下變配電所直流操作電源蓄電池組容量一般

4、為2040Ah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220V電壓源，從電流互感器取得電流源。 由電壓互感器取得交流操作電源的電路圖 中間變壓器和電壓轉(zhuǎn)換開關中間變壓器和電壓轉(zhuǎn)換開關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。 相反，電流互感器對于短路故障、過負荷都非常有效，可用它為操作電源來實現(xiàn)過電流保護，作用于斷路器操動機構(gòu)上的電流脫扣器“去分流跳閘”。 采用不間斷電源UPS作為

5、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。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10kV線路電氣測量儀表原理電

6、路圖電能表接線電能表接線380V進線電氣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 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、采用燈光監(jiān)視就地操作的斷路器

7、控制與信號回路 LW12型萬能轉(zhuǎn)換開關型萬能轉(zhuǎn)換開關 控制開關是開關柜就地控制斷路器跳、合閘的操作元件。 這種控制開關有六個位置： 兩個預備操作位置（“預備合閘”和“預備跳閘”）； 兩個操作位置（“合閘”和“跳閘”）； 兩個固定位置（“合閘后”和“跳閘后”）。LW1216D/49.4636.6開關接點圖表開關接點圖表 觸點號觸點號1234567891011121314151617181920 手手柄柄位位置置 跳跳 閘閘 后后預備預備合閘合閘合合 閘閘合合 閘閘 后后預備預備跳閘跳閘跳跳 閘閘T A 1 T A 3T A 2Q A斷路器控制與信號回路分析：1.手動儲能合閘 采用彈簧操動機構(gòu)的斷

8、路器在首次合閘前需先儲足能量。 行程開關行程開關按鈕旋鈕指示燈按鈕旋鈕指示燈3412T A 1 T A 3T A 2Q A彈簧儲彈簧儲足能量足能量后，就后，就可進行可進行合閘操合閘操作。作。 3412T A 1 T A 3T A 2Q A 2.手動跳閘手動跳閘3412T A 1 T A 3T A 2Q A3412 斷路器自動跳閘后，而控制開關SA仍處于“合閘后”位置，這種情況稱為“不對應”關系。 事故跳閘信號回路接通，使中央信號裝置發(fā)出事故音響信號。 事故信號的解除： 將SA轉(zhuǎn)至“預備跳閘” “跳閘” “跳閘后”位，使其與斷路器恢復對應關系。 4.電氣防跳 利用SF的閉鎖觸點。3412三、采用

9、微機遠方監(jiān)控的斷路器控制和信號回路遠方遠方就地就地防誤操作防誤操作聯(lián)鎖觸點聯(lián)鎖觸點合位繼電器合位繼電器合保繼電器合保繼電器跳保繼電器跳保繼電器跳位繼電器跳位繼電器四、中央信號裝置 對中央事故信號裝置的要求是： 在任一斷路器事故跳閘時，能瞬時發(fā)出音響信號(電笛)，并在控制屏或配電裝置上有表示事故跳閘的具體斷路器位置的燈光指示信號。 中央信號: 事故信號和預告信號 有能重復動作和不能重復動作兩種,并能手動或自動復歸。 對中央預告信號裝置的要求是： 當供電系統(tǒng)發(fā)生故障和不正常工作狀態(tài)但不需立即跳閘的情況時，應及時發(fā)出音響信號（電鈴），并有顯示故障性質(zhì)和地點的指示信號（光字牌指示）。 目前，在無人值班

10、的自動化變配電所中，傳統(tǒng)的能重復動作中央事故信號與預告信號裝置已被微機監(jiān)控系統(tǒng)所取代。一、配電自動化的主要內(nèi)容第四節(jié) 配電自動化概論 通常將變電所綜合自動化、饋線自動化、用戶管理自動化等三方面的內(nèi)容稱為配電自動化系統(tǒng)（DAS）。配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng) 地理信息系統(tǒng)GIS需方管理DSM配電自動化 DAS進線監(jiān)視10kV變電所自動化SA饋線自動化FA變壓器巡檢與無功補償負荷監(jiān)控與管理LCM遠方抄表與電能計費自動化AMR配網(wǎng)管理工作站配網(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

11、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B B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(jié)構(gòu)拓撲圖結(jié)構(gòu)拓撲圖主站計算機系統(tǒng)二、配電自動化的主要功能 1. 配電網(wǎng)的實時監(jiān)視與控制 2. 安全性控制 3. 經(jīng)濟性控制 4. 質(zhì)量控制 5. 負荷控制 隨時了解配電網(wǎng)內(nèi)各重要母線電壓，各配電線的有功功率的狀況；反映系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化后各種配電變壓器、斷路器及柱上開關的運行狀態(tài)；重要用戶負荷情況及其電力和電量表的

12、信息等。 自動識別故障自動消除故障(或隔離故障)自動恢復供電 由實時潮流計算選擇確定配電網(wǎng)的最佳運行方式，使有功功率網(wǎng)損最小。 保證供電的電壓和頻率 采用對用戶負荷進行遠方控制的方式，以抑制高峰負荷和提高負荷率。 三、配電自動化的通信（一）配電自動化的通信方式 （二）配電自動化的通信規(guī)約（人工語言的語法規(guī)則及應答關系） 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 有線方式包括：架空明線或電纜、配電線載波、郵電本地網(wǎng)、租用電話線、光纖、有線電視網(wǎng)（CATV）、現(xiàn)場總線和RS-485等； 無線方式包括：一點多址微

13、波、傳統(tǒng)無線電通信、無線擴頻、衛(wèi)星通信、無線尋呼、數(shù)控電臺等。 選用時綜合考慮如下幾點：（1）通信的可靠性，（2）通信技術的先進性，（3）可行性和使用維護的方便性，（4）配電通信的實時性，（5）通信系統(tǒng)的可擴充性。 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(jié)構(gòu)微機化 主要插件是全微機化的分布式結(jié)構(gòu)，采用網(wǎng)絡總線連接成

14、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）微機遠動功能1“四遙”功能： 遙信、遙測 、遙控 、遙調(diào) 2事件順序記錄（SOE） 3系統(tǒng)對時 4電能采集（PA） 5自恢復和自檢測功能 6與SCADA系統(tǒng)通信等 變電所綜合自動化系統(tǒng)必須具有微機遠動裝置（RTU）的全部功能，應能集中收集變電站內(nèi)的所有信息，同時可以接收上級控制調(diào)度中心的命令，輸出開關控制信號，增減控制設備信號或調(diào)節(jié)設備的整定值，并返回已完成操作的信息，歸納起來有如下功能：（二）微機繼電保護功能 微機繼電保護是變電所綜合自動

15、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(jié)構(gòu) 變電所綜合自動化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，可以分為集中式和分布式兩大類；從組屏方式上，可分為集中組屏和分散布置兩類。 根據(jù)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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

16、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 單單元元層層 RS485/422 結(jié)構(gòu)分布式示例10kV變電站綜合自動化系統(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 功能分布式示例：110kV變電站綜合自動化系統(tǒng)配置方案一、電源自動切換裝置

17、第六節(jié) 微機自動控制裝置 （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，

18、QA3斷開，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QF1(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

19、備用電源自動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

20、時，應將重合閘裝置閉鎖。（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、負荷控制系統(tǒng)第七節(jié) 負荷控制與用電管理自動化電力負荷控制中心電力負荷控制終端 單向終端負荷控制終端 雙向終端遙控開關遙控定量器雙向控制終端雙向三遙終端調(diào)制接口一次儀表8098微處理器I/O接口送話器調(diào)制發(fā)射收/發(fā)開關接受一個典型的雙向控制終端的組成框圖 二、用電管理中的自動抄表與遠程電能計費系統(tǒng) （一）多功能電子式電能表 1電子式電能表的性能及組成原理 （1）用電計測功能 2多功能電子式電能表的功能 （2）監(jiān)視功能 （3）控制功能 （4）管理功能 （5）存貯功能 （6）自恢復與自檢測 Ub、IbUc、IcUa、IaA/ DVFC時分割乘法器時分割乘法器時分割乘法器加法器分頻器微處理器驅(qū)動顯示（二）自動抄表技術本地自動抄表方式 移 動 式 自動抄表方式 預 付 費 電 能計費方式 遠程自動抄表方式 （三）遠程電能計費系統(tǒng) 本章小結(jié) 本章重點：電氣測量回路與絕緣監(jiān)視、高壓斷路器的控制和信號回路、變電所綜合自動化。 本章難點：高壓斷路器的控制和信號回路、變電所綜合自動化。 教學基本要求：了解變配電所常用操作電源、中央信號裝置、配電自動化系統(tǒng)、變電所綜合自動化系統(tǒng)和負荷控制與管理自動化；熟悉供配電系統(tǒng)的典型二次接線；掌握變配電所二次接線的設