第八章 供電系統(tǒng)自動化

第八章供電系統(tǒng)的自動化第一節(jié)常用自動裝置第二節(jié)配電自動化概述第三節(jié)變配電所綜合自動化

（重點(diǎn)）第四節(jié)負(fù)荷控制與用電管理自動化

（難點(diǎn)）第一節(jié)常用自動裝置

一、備用電源自動投入裝置

（一）備用電源自動投入裝置的作用與類型

作用：用于兩路及以上電源進(jìn)線的變配電所中，提高供電可靠性。

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。續(xù)上頁在正常情況下，QF1閉合，QF2斷開，負(fù)荷由工作電源供電。當(dāng)工作電源故障時，APD動作，將QF1斷開，切除故障電源，然后將QF2閉合，使備用電源投入工作，恢復(fù)供電。續(xù)上頁正常情況下，QF1,QF2閉合，QF3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，APD動作，將QF1(QF2)斷開，隨即將QF3閉合，此時全部負(fù)荷均由B(A)電源供電。續(xù)上頁1）不論什么原因失去工作電源，APD都能迅速起動并投入備用電源；2）必須在工作電源確已斷開、而備用電源電壓也正常時，才允許投入備用電源；3）APD應(yīng)只動作一次，以免將備用電源重復(fù)投入永久性故障回路中；4）當(dāng)電壓互感器二次回路斷線時，APD不應(yīng)誤動作。（二）對備用電源自動投入裝置的基本要求續(xù)上頁（三）備用電源自動投入裝置的原理二、自動重合閘裝置簡介運(yùn)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（ARD），迅速恢復(fù)供電，從而大大提高供電可靠性。

第二節(jié)

配電自動化概述一、配電自動化的主要內(nèi)容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(jìn)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(bǔ)償負(fù)荷監(jiān)控與管理LCM遠(yuǎn)方抄表與電能計費(fèi)自動化AMR續(xù)上頁配網(wǎng)管理工作站配網(wǎng)調(diào)度工作站配網(wǎng)GIS/維護(hù)工作站網(wǎng)關(guān)調(diào)度MIS主服務(wù)器備服務(wù)器WEB服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)100M以太網(wǎng)通信前置機(jī)通信前置機(jī)變電所B變電所A配電子站配電線通信線控制LAN網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)柱上真空開關(guān)智能環(huán)網(wǎng)柜FTUTTUDTU配電自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D主站計算機(jī)系統(tǒng)饋線終端設(shè)備（FTU）

FTU是裝設(shè)在饋線開關(guān)旁的開關(guān)監(jiān)控裝置。這些饋線開關(guān)指的是戶外的柱上開關(guān)，例如10kV線路上的斷路器、負(fù)荷開關(guān)、分段開關(guān)等。一般來說，1臺FTU要求能監(jiān)控1臺柱上開關(guān)，主要原因是柱上開關(guān)大多分散安裝，若遇同桿架設(shè)情況，這時可以1臺FTU監(jiān)控兩臺柱上開關(guān)。配變終端設(shè)備（TTU）

TTU監(jiān)測并記錄配電變壓器運(yùn)行工況，根據(jù)低壓側(cè)三相電壓、電流采樣值，每隔1～2分鐘計算一次電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能等運(yùn)行參數(shù)，記錄并保存一段時間（一周或一個月）和典型日上述數(shù)組的整點(diǎn)值，電壓、電流的最大值、最小值及其出現(xiàn)時間，供電中斷時間及恢復(fù)時間，記錄數(shù)據(jù)保存在裝置的不揮發(fā)內(nèi)存中，在裝置斷電時記錄內(nèi)容不丟失。配網(wǎng)主站通過通信系統(tǒng)定時讀取TTU測量值及歷史記錄，及時發(fā)現(xiàn)變壓器過負(fù)荷及停電等運(yùn)行問題，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析電壓合格率、供電可靠性以及負(fù)荷特性，并為負(fù)荷預(yù)測、配電網(wǎng)規(guī)劃及事故分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。如不具備通信條件，使用掌上電腦每隔一周或一個月到現(xiàn)場讀取記錄，事后轉(zhuǎn)存到配網(wǎng)主站或其它分析系統(tǒng)。TTU構(gòu)成與FTU類似，由于只有數(shù)據(jù)采集、記錄與通信功能，而無控制功能，結(jié)構(gòu)要簡單得多。為簡化設(shè)計及減少成本，TTU由配變低壓側(cè)直接變壓整流供電，不配備蓄電池。在就地有無功補(bǔ)償電容器組時，為避免重復(fù)投資，TTU要增加電容器投切控制功能。開閉所終端設(shè)備（DTU）

DTU一般安裝在常規(guī)的開閉所（站）、戶外小型開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、小型變電站、箱式變電站等處，完成對開關(guān)設(shè)備的位置信號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能量等數(shù)據(jù)的采集與計算，對開關(guān)進(jìn)行分合閘操作，實(shí)現(xiàn)對饋線開關(guān)的故障識別、隔離和對非故障區(qū)間的恢復(fù)供電。部分DTU還具備保護(hù)和備用電源自動投入的功能。二、配電自動化的主要功能1.配電網(wǎng)的實(shí)時監(jiān)視與控制

2.安全性控制

3.經(jīng)濟(jì)性控制

4.質(zhì)量控制

5.負(fù)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(guān)的運(yùn)行狀態(tài)；重要用戶負(fù)荷情況及其電力和電量表的信息等。

自動識別故障→自動消除故障(或隔離故障)→自動恢復(fù)供電由實(shí)時潮流計算選擇確定配電網(wǎng)的最佳運(yùn)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(fù)荷進(jìn)行遠(yuǎn)方控制的方式，以抑制高峰負(fù)荷和提高負(fù)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(yīng)答關(guān)系）

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(diǎn)多址微波、傳統(tǒng)無線電通信、無線擴(kuò)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(diǎn)：（1）通信的可靠性，（2）通信技術(shù)的先進(jìn)性，（3）可行性和使用維護(hù)的方便性，（4）配電通信的實(shí)時性，（5）通信系統(tǒng)的可擴(kuò)充性。

第三節(jié)

變配電所綜合自動化一、概述變配電所綜合自動化是將變配電所的二次設(shè)備經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計，利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對全變配電所的主要設(shè)備和線路的自動監(jiān)視、測量、自動控制和微機(jī)保護(hù)，以及與調(diào)度中心通信等綜合性的自動化功能。優(yōu)點(diǎn)：①功能綜合化所有二次回路功能綜合為一體。②結(jié)構(gòu)微機(jī)化主要插件是全微機(jī)化的分布式結(jié)構(gòu)，采用網(wǎng)絡(luò)總線連接成整體。③操作監(jiān)視屏幕化面對彩色大屏幕顯示器進(jìn)行全方位監(jiān)視與操作。④運(yùn)行管理智能化具有在線自診斷功能和專家系統(tǒng)。二、微機(jī)遠(yuǎn)動裝置的基本功能與類型（一）微機(jī)遠(yuǎn)動裝置的基本功能

微機(jī)遠(yuǎn)動裝置（RTU）主要用來集中收集變電站內(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(guān)控制信號，增減控制設(shè)備信號或調(diào)節(jié)設(shè)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：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(fù)和自檢測功能

6．與SCADA系統(tǒng)通信

（二）微機(jī)遠(yuǎn)動裝置的類型

從體系結(jié)構(gòu)上，RTU可以分為集中式RTU和分布式RTU兩類；在采樣方式上，RTU可分為直流采樣RTU和交流采樣RTU兩類；從組屏方式上，RTU可分為集中組屏和分散布置兩類。目前技術(shù)比較先進(jìn)而且最受用戶歡迎的是結(jié)構(gòu)分布式。

續(xù)上頁上級操作監(jiān)控中心

當(dāng)?shù)乇O(jiān)控主機(jī)（雙機(jī)）

通信管理機(jī)

打印機(jī)

進(jìn)線保護(hù)測控單元

饋線保護(hù)測控單元

變壓器保護(hù)測控單元

聯(lián)絡(luò)保護(hù)測控單元

進(jìn)線測控單元

聯(lián)絡(luò)測控單元

出線測控單元

出線測控單元

變壓器溫度保護(hù)測控單元

變壓器溫度保護(hù)測控單元

直流屏監(jiān)控單元

變電站層

通信層

間隔單元層

RS485/422

結(jié)構(gòu)分布式RTU續(xù)上頁變電站層

通信層

間隔單元層

功能分布式RTU續(xù)上頁結(jié)構(gòu)分布式RTU應(yīng)用示例續(xù)上頁采用微機(jī)遠(yuǎn)動裝置的斷路器控制回路及信號回路示例圖

遠(yuǎn)方就地防誤操作聯(lián)鎖觸點(diǎn)合位繼電器合保繼電器跳保繼電器跳位繼電器續(xù)上頁三、變配電所綜合自動化系統(tǒng)的信息采集

有直流采樣和交流采樣兩類。采用變送器進(jìn)行的采集稱為直流采樣。

直流采樣系統(tǒng)存在的問題有：①遙測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性受變送器穩(wěn)定性的影響；②遙測數(shù)據(jù)的實(shí)時性受變送器響應(yīng)速度的影響；③變送器的維護(hù)工作量比較大；④通常一個變電站需要大量的變送器，增加了工程造價和占地面積。交流采樣方法實(shí)際上就是用微機(jī)取代傳統(tǒng)的變送器，充分發(fā)揮微機(jī)功能強(qiáng)、靈活可靠、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，以克服因使用傳統(tǒng)變送器而導(dǎo)致的一系列不良影響。此外，結(jié)構(gòu)分布式RTU采用交流采樣還可以兼有微機(jī)保護(hù)功能。不經(jīng)過變送器，按一定規(guī)律直接采集交流信號并加以處理，計算出電壓、電流有效值以及有功、無功功率的方法就是交流采樣。第四節(jié)

負(fù)荷控制與用電管理自動化一、負(fù)荷控制系統(tǒng)電力負(fù)荷控制中心電力負(fù)荷控制終端續(xù)上頁單向終端負(fù)荷控制終端雙向終端遙控開關(guān)遙控定量器雙向控制終端雙向三遙終端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(yuǎn)程電能計費(fèi)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(fù)與自檢測

續(xù)上頁

（二）自動抄表技術(shù)本地自動抄表方式

移動式自動抄表方式預(yù)付費(fèi)電能計費(fèi)方式遠(yuǎn)程自動抄表方式續(xù)上頁

（二）自動抄表技術(shù)

1）本地自動抄表方式

2）移動式自動抄表方式

3）預(yù)付費(fèi)電能計費(fèi)方式

4）遠(yuǎn)程自動抄表方式

續(xù)上頁續(xù)上頁（三）遠(yuǎn)程電能計費(fèi)系統(tǒng)

一個典型的遠(yuǎn)程電能計費(fèi)系統(tǒng)主要由具有自動抄表功能的電能表、抄表集中器、抄表交換機(jī)和中央信息處理機(jī)等組成。

本章小結(jié)本章首先簡介供電系統(tǒng)中的常用自動裝置，概述了配電自動化的主要內(nèi)容、功能、通信及配電網(wǎng)的饋線自動化；然后論述了變配電所綜合自動化的基本功能、類型及信息采集方式

；最后介紹了負(fù)荷控制與用電管理自動化。本章重點(diǎn)：配電自動化的主要內(nèi)容及主要功能、變配電所綜合自動化。本章難點(diǎn)：變電所綜合自動化系統(tǒng)的信息采集。

教學(xué)基本要求：了解變配電所常用自動裝置、供電系統(tǒng)自動化的主要內(nèi)容、功能與結(jié)構(gòu)。思考題與習(xí)題解答提示

8-1提示：備用電源自動投入裝置的作用和類型參見教材P181，自動重合閘裝置的作用和類型參見教材P182。

8-2提示：參見教材P181~183。8-3提示：參見教材P183~185。8-4提示：參見教材P186~187。8-5提示：參見教材P187。8-6提示：參見教材P187。8-7提示：參見教材P188~189。

8-8提示：為結(jié)構(gòu)分布式，其特點(diǎn)參見教材P189~190。8-9提示：參見教材P191。

8-10提示：參見教材P191~192。8-11提示：參見教材P193~194。

8-12提示：參見教材P194。自測題一、填空題1．SCADA的中文意思是

。2．配電自動化主要包含

、

、和

等方面。

3.與常規(guī)二次系統(tǒng)相比，變配電所綜合自動化系統(tǒng)具有功能