智能電器7教材

智能電器（七）鄒積巖教授大連理工大學電氣工程與應用電子技術系七配電自動化---智能電器應用之一7.1配電自動化的基本概念與模式7.2重合器與分段器7.3FTU與主站7.4配電自動化的通訊7.5典型案例7.1配電自動化的基本概念與模式

基本概念：配電網----輸電系統(tǒng)經降壓后經電纜或架空線分配到各用電中心的網絡，一般為10kV和35kV系統(tǒng)。配電自動化系統(tǒng)----利用現(xiàn)代電子計算機及網絡通訊技術，將配電網的在線和離線數(shù)據(jù)、本電網和用戶數(shù)據(jù)以及電網結構和對應的地理信息進行集成，構成完整的自動化系統(tǒng)。其功能包括：配電網及其設備的檢測、保護、控制和管理。

DA(DistributionAutomation）或DMS（DistributionManagementSystem)

配電自動化的模式： 1）重合器、分段器、自動配電開關； 2）斷路器、自動配電開關+RTU+中央主站； 3）重合器、分段器+智能控制器+中央主站，就地智能化與上級管理并存。三種模式：

1）重合器、分段器、自動配電開關；

電壓-時間型重合/分段器

電壓—時間型分段器是根據(jù)加壓或失壓時間的長短來控制其動作，失壓后分閘，加壓后延時合閘或閉鎖。 X時限---分段器加壓后的延時合閘時間； Y時限---若分段器合閘后在未超過Y時限的時間內又失壓，則該分段器分閘并被閉鎖在分閘狀態(tài)，待下一次再得電時也不再自動合閘。CB1CB2S1S2S3S4S5L1L2L3L4L5L6變電站A變電站B斷路器或重合器，常閉分段器，常開分段器饋線A饋線B

永久性故障情況下動作順序1）設在L2區(qū)段發(fā)生永久性短路故障，CB1跳閘，S1、S2由于失壓自動分閘；CB1第一次重合，分段器S1檢測到電壓信號后延時X時間合閘，由于短路故障沒有消除，CB1再次跳閘，同時S1因在小于Y時間內檢測到失壓，則在分閘后自動閉鎖；CB1第二次重合，恢復對L1區(qū)段的供電。2）聯(lián)絡開關S3在系統(tǒng)正常運行情況下，兩側均有電壓，當一側供電電源失去后，S3開始計時，在XL時延后自動合閘，向L3區(qū)段供電；S2檢測到電壓信號后延時合閘，由于短路故障沒有消失，CB2跳閘；S5、S4、S3、S2因失壓而自動分閘，其中，S2因在小于Y時間內失壓，還執(zhí)行自動閉鎖功能。3）CB2重合，S5、S4、S3分別延時X時間依次合閘，由變電站B對L3區(qū)段恢復供電。

x時限、y時限，閉鎖（第四區(qū)段永久故障）2）RTU(RemoteTerminalUnit)模式配電自動化開關（分段器）帶RTU，把網絡狀態(tài)實時報告主站，由主站發(fā)指令，在斷路器分閘后由分段器執(zhí)行隔離故障任務。 ----特點：有“四遙”功能（遙信、遙測、遙控、遙調），全計算機控制，可一次完成隔離故障、恢復健康區(qū)段供電。 ----不足：對通訊依賴太強，可靠性代價高。 3）重合器、分段器+智能控制器+中央主站。 就地智能化，可獨立完成隔離故障的任務，也可按上級指令行事；結合二者優(yōu)點，可靠性高?？煞植綄嵤现袊厣?！7.2重合器與分段器(Recloser&Sectionalizer)1重合器的結構與原理高參數(shù)斷路器+智能控制器+自具電源，按程序設定動作（兩快+兩慢）或閉鎖。任務：分斷故障電流，快速重合與再分斷，閉鎖隔離。一般選真空開關控制器有簡單型和計算機控制型。2分段器的結構與原理高參數(shù)負荷開關+智能控制器+自具電源，按程序設定動作。任務：在重合器分閘時動作隔離故障，可以重合短路電流。一般也選真空開關作為一次元件；控制器與重合器類似，有高壓操動機構（自具）和儲能機構。重合器與分段器的智能控制器 智能控制器是重合器與分段器的控制中心,以高性能工業(yè)控制計算機作為中央控制單元。工控機抗干擾能力強,連續(xù)工作制。 智能控制器的具體性能特點如下:a)自具式不間斷電源;b)高靈敏度接地電流檢測;c)根據(jù)預定的時間程序或安秒曲線處理瞬時故障；d)

“預伏”故障自動判斷，禁止重合閘；e)良好的人機對話功能和軟件功能，并具有手動/自動轉換功能;f)簡單快捷地編程和易擴充功能;g)有通訊接口;h)精確地電磁兼容和可靠性設計。7.3FTU與主站 配電自動化實際上有兩部分組成：變電站自動化和饋線自動化。鑒于前者已基本完成，目前主要做饋線自動化工作，并就稱之配電自動化。

FTU(FeederTerminalUnit)饋線自動化終端的主要功能：

a)四遙，b)故障信息采集與處理，c)電能質量監(jiān)測，d)斷路器在線監(jiān)測，e)PLC，f)數(shù)據(jù)轉發(fā)等。

線路對FTU的特殊要求： a)環(huán)境惡劣，b)體積小、易安裝，c)功耗要小，自帶電源。主站服務器：長期工作制，冗余和雙機互為備份等。SCADA集中控制模式

從站（二級主站）CB1CB2FTUL1L2L3L4L5L6變電站A變電站B斷路器常閉開關常開開關FTUFTUFTUFTUS1S2S3S4S5

配調中心（主站）區(qū)域性控制站1區(qū)域性控制站mFTUnFTU2FTU1FTUnFTU2FTU1《配電系統(tǒng)自動化規(guī)劃設計導則》中FTU具體要求：1)采集并發(fā)送狀態(tài)量，遙信變位主動上報；2)交流采樣并發(fā)送遙測量；3)過電流識別(相間短路、單相接地、過流和浪涌)；4)故障區(qū)段的自動隔離和恢復；5)與主站通訊,接受、執(zhí)行遙控指令、參數(shù)可遠程下載；6)被測量跨越死區(qū)傳送；7)越限告警和本體故障告警；8)自帶UPS或蓄電池；9)交流電源失電開關仍能進行合分操作；程序可自恢復。配電自動化的主站系統(tǒng) 配電自動化主站應滿足以下要求：

1)標準化、開放性、可擴充性；2)實時性，可記錄性；3)可維護性。

主站的基本功能： 1)采集并保存現(xiàn)場送來的實時數(shù)據(jù)以及反映電網、設備及用戶情況的數(shù)據(jù)； 2)運行DA/DMS軟件，處理實時數(shù)據(jù)、下發(fā)控制指令，故障錄波以及媒體輸出等； 3)提供基于GIS的圖形用戶界面以及與其他系統(tǒng)如企業(yè)管理信息系統(tǒng)MIS等接口。配電自動化的主站的軟硬件配置 硬件：前置機（實時數(shù)據(jù)庫，雙冗余），局域網（共享或交換式以太網），數(shù)據(jù)庫服務器，圖形服務器，管理工作站。 軟件：操作系統(tǒng)（UNIX或WindowsNT），網絡協(xié)議，數(shù)據(jù)庫，人機 界面， 系統(tǒng)接口 高級應 用軟件。7.4配電自動化的通訊1特點與要求終端接點數(shù)量大、分散，通訊距離相對短，數(shù)據(jù)量較小。首先，要求適應苛刻的運行條件又有極高的可靠性；在電網故障時仍要保證通訊正常；還要考慮經濟性和維護方便。2通訊方案的選擇光纖通信：高代價，高質量；無線電通信：經濟、方便，但資源有限，有被干擾的可能；載波：受電網結構限制。專用線（含租用電話線）：距離短，抗干擾不強。3通信協(xié)議：國家規(guī)定使用IEC870.5通信規(guī)約；以前曾用過DNP3.0規(guī)約，與IEC870.5基本兼容。電力系統(tǒng)通信協(xié)議體系UCA（美國，1991）7.5典型案例

--浙江省海寧市紅閘線、廣福線配電自動化實施方案

1總體模式 選擇“重合器+分段器”的模式,加裝一般通訊手段完成“三遙”，實現(xiàn)電力調度和管理，但又不依賴于通訊，適合于占我國電網大多數(shù)的農村電網和供電要求不是很高的城市和市郊電網。2開關與控制器的選型 斷路器和負荷開關為我們開發(fā)的干式柱上真空開關，無油、無氣，耐污穢等級為四級，其電氣性能通過了42kV/1min的工頻耐壓試驗、耐污穢試驗及淋雨試驗；采用永磁操動機構，可靠性高；總體性能指標和參數(shù)高于目前廣泛使用的其他柱上開關。

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智能控制器采用國外高性能工業(yè)控制計算機作為本控制器的中央控制單元。該工控機適用于工業(yè)過程控制，抗干擾能力強,可連續(xù)工作，壽命長達十五年。智能控制器的具體性能特點如下: a)自具式不間斷電源;b)高靈敏度接地電流檢測; c)瞬時故障的處理；d)避免“合環(huán)”事故的發(fā)生； e)“預伏”故障自動判斷，禁止重合閘； f)良好的人機對話功能和手動/自動轉換功能; g)能簡單快捷地編程，帶有易擴充功能的接口和通訊接口; h)精確地可靠性設計。

浙江省海寧市紅閘線、廣福線配電自動化實施方案

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當電站出線側的重合器信號引入電站后，根據(jù)延時重合的時間，可確定故障區(qū)段。故障定位器在重合器第一個切除瞬時故障的分合后開始計時，每計一個X時間故障區(qū)段位置向前加一。例如在出線后第三個分段器后發(fā)生了永久性故障，則故障定位器計數(shù)到第三個X時間時重合器分閘，反映了第三段至第四段有故障。故障定位只需重合器的合、分閘信號，另加計時與顯示單元即可。 出線重合器與變電站之間的通訊可以根據(jù)變電站的具體實際情況而定。小于1km可以直接用雙絞線通過485接口通訊。組合式自動重合器/分段器結構框圖CT開關本體操動機構PT1可編程控制器A/D模塊電流信號檢測電路驅動電路電源模塊控制面板狀態(tài)顯示變電站PC控制器顯示修改參數(shù)模塊電