配電自動(dòng)化2終端設(shè)備與開關(guān)設(shè)備

1、2011年2月,配電自動(dòng)化系統(tǒng) 輸配電系統(tǒng)研究所 劉春明 博士,第2講：終端設(shè)備與開關(guān)設(shè)備 2.1 終端設(shè)備 （1）配電變電站的微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)終端裝置（RTU） （2）饋線遠(yuǎn)方終端（FTU） （3）配電變壓器遠(yuǎn)方終端（TTU） 2.2 開關(guān)設(shè)備 （1）重合器 （2）熔斷器 （3）分段器,2,配電自動(dòng)化的遠(yuǎn)動(dòng)終端裝置 配電變電站和10kV開閉所是配電網(wǎng)的重要組成部分，因此配電變電站和開閉所的自動(dòng)化程度的高低，直接反映了配電自動(dòng)化的水平。 配電變電站和10kV開閉所內(nèi)的自動(dòng)化和輸電網(wǎng)中變電站自動(dòng)化采用的設(shè)備類似，即：要在站內(nèi)安裝微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置(RTU) 。,3,遠(yuǎn)動(dòng)裝置（RTU）的發(fā)展 觸點(diǎn)式遠(yuǎn)動(dòng)裝置是第

2、一代遠(yuǎn)動(dòng)裝置，它的精度低，速度慢，可靠性差。 數(shù)字式遠(yuǎn)動(dòng)裝置的精度和速度較觸點(diǎn)式遠(yuǎn)動(dòng)裝置有了很大的提高，但它的可靠性及靈活性差，而且功能有限，難以滿足現(xiàn)代化高度集中的實(shí)時(shí)監(jiān)控的需要。 微處理機(jī)具有速度快、功能強(qiáng)、應(yīng)用靈活等特點(diǎn)，自七十年代起基于微處理機(jī)的遠(yuǎn)動(dòng)裝置有了迅速發(fā)展，Z80，i8086，80286，8098，MCS-51等高性能微處理機(jī)廣泛地應(yīng)用于RTU中。 僅有一個(gè)含CPU的智能模塊微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置； 多CPU結(jié)構(gòu)的分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置。,4,微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的基本功能 1.四遙功能： 遙信：要求采用無源接點(diǎn)方式，即某一路遙信量的輸入應(yīng)是一對(duì)繼電器的觸點(diǎn)，或者是閉合，或者是斷開。 遙測(cè)：遙測(cè)往

3、往又分為重要遙測(cè)、次要遙測(cè)、一般遙測(cè)和總加遙測(cè)等。 遙控：采用無源接點(diǎn)方式，要求其正確動(dòng)作率不少于99.99%。 遙調(diào)：采用無源接點(diǎn)方式，要求其正確率大于99.99% 。,5,微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的基本功能 2.事件順序記錄（SOE） 事件順序記錄的一項(xiàng)重要指標(biāo)是時(shí)間分辯率。分辯率可分為RTU內(nèi)(即站內(nèi))與RTU之間（即站間）兩種。 1) SOE的站內(nèi)分辯率，是指在同一RTU內(nèi)，順序發(fā)生一串事件后，兩事件間能夠辯認(rèn)的最小時(shí)間，在調(diào)度自動(dòng)化中，SOE的站內(nèi)分辯率一般要求小于5ms。 2) SOE的站間分辯率，是指各RTU之間順序發(fā)生一串事件后，兩事件間能夠辯認(rèn)的最小時(shí)間,SOE的站間分辯率一般要求小于1

4、0ms。,6,3.系統(tǒng)對(duì)時(shí)：RTU站間SOE分辯率是一項(xiàng)系統(tǒng)指標(biāo)，它要求各RTU的時(shí)鐘與調(diào)度中心的時(shí)鐘嚴(yán)格同步。目前，采用措施有： 1) 利用全球定位系統(tǒng)GPS提供的時(shí)間頻率同步對(duì)時(shí)，有效地確保SOE站間分辨率指標(biāo)。 2) 采用軟件對(duì)時(shí)，SC1801、CDT、DNP和Modbus等規(guī)約均提供了軟件對(duì)時(shí)手段。 4.電能采集：采集變電站各條進(jìn)線和出線以及主變兩側(cè)的電度值。,7,5.自恢復(fù)和自檢測(cè)功能： 由于RTU處于一個(gè)具有強(qiáng)大電磁干擾的工作環(huán)境中，使用中難免發(fā)生程序受干擾“跑飛”、或通信瞬時(shí)中斷等異常情況，甚至有時(shí)電源也會(huì)瞬時(shí)掉電。 在上述情形下，若不加特殊處理，均有可能造成RTU死機(jī)，SCAD

5、A系統(tǒng)將因此無法收到變電站信息。 要求RTU在遇到上述情形時(shí)，要能在較短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)，重新從頭開始執(zhí)行程序。,8,6.和SCADA系統(tǒng)通信 RTU的六項(xiàng)基本性能： 應(yīng)至少支持的一種通信規(guī)約； 具有通訊速率的選擇功能；支持光端機(jī)；支持微波；支持載波；支持無線電臺(tái)。 除此之外，還希望RTU具有下列功能： 1) 當(dāng)?shù)仫@示與參數(shù)整定輸入，即在RTU上安裝一個(gè)當(dāng)?shù)劓I盤和LED或液晶顯示器，使得RTU的采集量在當(dāng)?shù)鼐涂梢燥@示到顯示器上。 2) CRT顯示，打印制表。,9,變電站內(nèi)的RTU分類,10,集中式RTU的主要特征為：?jiǎn)蜶TU、并行總線和集中組屏。 分布式RTU的主要特征為：多CPU、串行總線、

6、智能模板，既可以柜中組屏，又可以分散布置。根據(jù)結(jié)構(gòu)上的不同，分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置又可分為功能分布式和結(jié)構(gòu)分布式兩大類。,11,功能分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置 功能分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置是按功能劃分各模塊, RTU可由智能遙信模塊(IYX)、智能遙測(cè)模塊（IYC）、智能電度模塊（IPA）、智能遙控模塊（ISOC）、智能遙調(diào)模塊（ISOR）和CPU模塊構(gòu)成，如下圖所示。,12,2) 結(jié)構(gòu)分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置 此體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)： a) RTU單元模塊分散地布置在開關(guān)柜等當(dāng)中，而不必單獨(dú)組屏，從而不僅節(jié)省了空間，也使二次連線大大減少。 b) 很容易將微機(jī)保護(hù)和監(jiān)控功能合二為一，成為集成化的產(chǎn)品，甚至連防誤閉鎖功能也可

7、以包含進(jìn)去。這樣非常有利于實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化。,13,結(jié)構(gòu)分布式微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置在一個(gè)35kV配電變電站中的典型應(yīng)用如下圖所示。,14,3) 采用智能電能表簡(jiǎn)化微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)智能化多功能電能表 是一類功能性很強(qiáng)的智能電子設(shè)備(IED)，它不但能采集分時(shí)段有功電能和無功電能，還可以獲得電壓、電流、有功功率、無功功率以及功率因數(shù)等參數(shù)，并通過RS-485接口和其它設(shè)備相連。采用此結(jié)構(gòu)如下圖所示。,15,微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的選擇,16,17,直流采樣和交流采用 直流采樣：將采用變送器進(jìn)行的采樣稱為直流采樣。變送器的作用是將強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為適合計(jì)算機(jī)和儀表適用的弱信號(hào)；將交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)；從瞬時(shí)信號(hào)獲得

8、有效值；確保輸出直流量和輸入測(cè)量量之間滿足線性關(guān)系；實(shí)現(xiàn)輸入與輸出隔離。,缺點(diǎn)： 數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性受變送器穩(wěn)定性的影響數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性受變送器響應(yīng)速度的影響變送器的維護(hù)工作量較大需要大量的變送器，加大投資和占地面積。,18,交流采樣：不經(jīng)過變送器，按一定規(guī)律直接采集交流量并加以處理，計(jì)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。 實(shí)際上就是用微機(jī)取代了傳統(tǒng)的變送器，克服了變送器帶來的不良影響，精度高，靈活可靠，使用方便。,配電網(wǎng)自動(dòng)化遠(yuǎn)方終端 一般分為兩類： 饋線遠(yuǎn)方終端 (Feeder Terminal Unit - FTU)； 配電線路上的自動(dòng)測(cè)量與控制裝置 配電變壓器遠(yuǎn)方終端 (T

9、ransformer Terminal Unit -TTU)。,19,配電網(wǎng)自動(dòng)化遠(yuǎn)方終端 用于現(xiàn)場(chǎng)的FTU有三種類型： 1)只具有運(yùn)行參數(shù)采集功能（監(jiān)測(cè)） 采集饋線的電流、電壓、有功、無功、電量、停電時(shí)間等，通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送到相關(guān)變電站。 2)在采集單元的功能上加上控制 （監(jiān)控） 3)將饋線的微機(jī)保護(hù)集成到監(jiān)控單元中 （綜合的保護(hù)、監(jiān)控）,20,FTU的功能 1)遙信：有多路開關(guān)量輸入，測(cè)控開關(guān)的位置。 2)遙測(cè)：按一條線路需要測(cè)量的電流、電壓進(jìn)行交流采樣，經(jīng)數(shù)字濾波及運(yùn)算后，得到要求的各運(yùn)行參數(shù)，數(shù)據(jù)保存在有備用電源的存儲(chǔ)器內(nèi)，掉電不會(huì)丟失，也可能有數(shù)條線路遙測(cè)。 3)遙控：裝置收到遙控命

10、令后進(jìn)入命令校驗(yàn)，當(dāng)命令檢驗(yàn)為正確時(shí)，通過出口繼電器執(zhí)行命令(跳閘或合閘)。 4)保護(hù)： 采用交流采樣并能判斷故障電流。 還具有故障錄波功能，將故障前后若干周波波形數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)時(shí)刻存儲(chǔ)到專用存儲(chǔ)區(qū)。 可根據(jù)運(yùn)行方式設(shè)置多套保護(hù)定值。,21,5)統(tǒng)計(jì)功能：對(duì)測(cè)控的開關(guān)的動(dòng)作次數(shù)、動(dòng)作時(shí)間及切斷電流進(jìn)行監(jiān)視。 6)事件順序記錄：記錄狀態(tài)量發(fā)生變化的時(shí)刻及順序。 7)事故記錄：記錄事故發(fā)生時(shí)的最大故障電流和事故前一段時(shí)間(一般為1 min)的負(fù)荷，以便分析事故，并作為確定故障區(qū)段及恢復(fù)供電時(shí)重新分配負(fù)荷的依據(jù)。 8)定值遠(yuǎn)方修改功能。 9)自檢及自恢復(fù)功能。,22,10)遠(yuǎn)方控制閉鎖與手動(dòng)操作功能。

11、11)對(duì)時(shí)功能。 12)裝置經(jīng)串口可與多種通信設(shè)備接口。 13)裝置均有工作與備用電源。,23,FTU的供電電源問題 FTU采用工作電源及蓄電池作備用是一種常用方式。 當(dāng)線路掉電時(shí)，保證10小時(shí)內(nèi)裝置仍正常工作。,24,FTU的典型系統(tǒng)框圖,25,柱上開關(guān)控制器FTU采用如下圖所示的二機(jī)殼的結(jié)構(gòu)形式。,26,FTU的結(jié)構(gòu)形式,27,FTU的實(shí)物圖片,28,FTU與開關(guān)配合的組成框圖,配電變壓器遠(yuǎn)方終端(TTU) TTU是連接于配電線路上的柱上配電變壓器或箱式變壓器的遠(yuǎn)方終端裝置。 由于配電變壓器面向用戶，應(yīng)具有諧波檢測(cè)功能。 當(dāng)配電變壓器有可調(diào)分接頭，有可投切電容器組時(shí)，其遙控功能應(yīng)能滿足電壓

12、無功調(diào)控的要求。,29,30,TTU的典型系統(tǒng)框圖,31,TTU的實(shí)物圖片,配電網(wǎng)中的自動(dòng)化開關(guān)器件 配電網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，作為執(zhí)行部件的各種自動(dòng)開關(guān)是關(guān)鍵的設(shè)備之一。 重合器（Recloser） 熔斷器（Fuse） 分段器（Sectionlizer）,32,重合器的功能與分類 1）定義與功能。 重合器是一種自身具有控制與保護(hù)功能的斷路器。 它具有故障電流檢測(cè)和操作順序控制以及執(zhí)行功能，即它能按預(yù)定的開斷和重合順序自動(dòng)進(jìn)行開斷與重合操作。 永久性故障：在達(dá)到預(yù)先整定的重合次數(shù)后，則進(jìn)行閉鎖，不再重合。 瞬時(shí)性故障：如果故障在重合器未達(dá)到規(guī)定重合次數(shù)前已消除，即重合器在規(guī)定重合次數(shù)內(nèi)跳閘并重合后

13、在規(guī)定時(shí)間內(nèi)不再跳閘，經(jīng)過一段時(shí)間，重合器自動(dòng)復(fù)位。 2）分類 a.單相和三相重合器 b.油重合器、六氟化流和真空重合器 c.液壓控制式、電子控制式,重合器開關(guān)的特性參數(shù)（1）,重合器開關(guān)的特性參數(shù)（2）,3 熔斷器的結(jié)構(gòu)合原理1)概念當(dāng)流過熔斷件的電流超過一定數(shù)值時(shí)，它自身產(chǎn)生的熱量就能自動(dòng)將熔斷件熔斷從而達(dá)到開斷電路的目的。2)原理熔斷器開斷電路的過程可大致分為三個(gè)階段來描述1）弧前階段：過電流開始到熔斷件溶化2）燃弧初期階段：熔斷件溶化到產(chǎn)生電弧3）燃弧階段：持續(xù)燃弧到電弧熄滅,3)技術(shù)術(shù)語a.時(shí)間電流（t-I)特性b.額定電流、最小熔化電流和熔斷系數(shù)c.額定開斷電流和開斷電流下限值d.

14、熔斷器的“K”系數(shù),熔斷器的時(shí)間-電流特性曲線,高壓熔斷器的選擇,（1）按額定電壓選擇：對(duì)于一般的高壓熔斷器，其額定電壓必須大于或等于電網(wǎng)的額定電壓。而對(duì)于充填石英砂有限流作用的熔斷器，則只能用在等于其額定電壓的電網(wǎng)中，用在低于其額定電壓的電網(wǎng)中，熔體熔斷時(shí)將產(chǎn)生危險(xiǎn)的過電壓，以致?lián)p害電氣設(shè)備。 （2）按額定電流選擇： 熔管額定電流。熔管額定電流INR應(yīng)大于或等于熔體的額定電流INRt。 熔體額定電流。保護(hù)變壓器時(shí)按下式選擇 INRt=KIgmax 式中 K可靠系數(shù)（不計(jì)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)K=1.11.3；考慮電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)K=1.52.0）； Igmax電力變壓器回路的最大工作電流。 保護(hù)電力電

15、容器時(shí)按下式選擇 INRt=KINC 式中 K可靠系數(shù)（對(duì)限流式高壓熔斷器，當(dāng)一臺(tái)電力電容器時(shí)K=1.52.0；當(dāng)一組電容器時(shí)K=1.31.8） （3）熔斷器開斷電流校驗(yàn)：熔斷器的開斷電流應(yīng)大于保護(hù)回路短路沖擊電流的有效值。 （4）熔斷器選擇性的校驗(yàn)：,分段器 定義、功能及分類 全程為自動(dòng)線路分段器。用于配電線路上，用來隔離線路區(qū)段的自動(dòng)開關(guān)裝置。不能用于開斷故障電流，只能開斷負(fù)荷電流。在使用時(shí)，以整定記錄故障電流開斷次數(shù)來實(shí)現(xiàn)與電源側(cè)的前級(jí)開關(guān)配合。 分段器具有計(jì)數(shù)功能，記錄當(dāng)分段器負(fù)荷側(cè)發(fā)生故障后，電源側(cè)保護(hù)裝置斷開故障電流動(dòng)作次數(shù)，記錄次數(shù)可以為一次或多次。若記錄次數(shù)未達(dá)到整定次數(shù)，電源側(cè)開關(guān)設(shè)備重合成功，分段器經(jīng)過一段時(shí)間后，將計(jì)數(shù)清零，并恢復(fù)到預(yù)先整定的初始位置。若在記錄次數(shù)到底后，電源側(cè)開關(guān)設(shè)備重合仍未成功而再次跳閘切除故障電流（永久故障），分段器隨之瞬間跳閘并閉鎖，使故障線路與系統(tǒng)電氣分離。,40,分段器 定義、功能及分類 按動(dòng)作相數(shù)分為：?jiǎn)蜗嗍?、三相式?按控制方式分為：液壓式、電子式。,41,分段器 使用基本原則 分段器總