配网自动化讲座-中国电力科学研究院.pdf

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1、配网自动化系统介绍配网自动化系统介绍 中国电力科学研究院 北京科锐配电自动化股份有限公司 2007/8/15 配电自动化及管理系统是利用现代电子技术配电自动化及管理系统是利用现代电子技术、通讯技术通讯技术、计算机及网络技术计算机及网络技术，将配电网实时将配电网实时信息和离线信息信息和离线信息、用户信息用户信息、电网结构参数电网结构参数、地地理信息进行集成理信息进行集成，构成完整的自动化管理系统构成完整的自动化管理系统，实现配电系统正常运行及事故情况下的监测实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保保护护、控制和配电管理控制和配电管理。它是实时的配电自动化与它是实时的配电自动化与配电管理系统集成

2、为一体的系统配电管理系统集成为一体的系统。配电自动化及管理系统 主要内容 一、一般配电网络结构 二、配网自动化的几点认识 三、配网自动化的层次结构 四、满足自动化要求的一次设备 五、配网自动化站端设备 六、配网自动化的通信系统 七、以故障处理为目的馈线自动化方案 八、配网自动化的主站系统 一、一般配电网络结构 常见配电网络结构 单电源辐射接线 双电源拉手环网接线 三电源拉手环网接线 四电源拉手环网接线 46网络接线 多回路平行式接线（开闭所接线）双电源拉手网络 分段 分段 分段 分段 联络 设备利用率设备利用率50%，可靠性可靠性N-1 三电源拉手网络 分段 分段 分段 分段 联络 分段 分段

3、 联络 联络 设备利用率设备利用率67%，可靠性可靠性N-1 四电源字供电网络 分段 分段 分段 分段 联络 分段 分段 分段 分段 联络 联络 联络 设备利用率设备利用率67%，可靠性可靠性N-1 46网络接线 分段 分段 联络 联络 分段 分段 分段 分段 联络 联络 分段 分段 设备利用率设备利用率75%，可靠性可靠性N-2 电缆系统双电源拉手环 变电站 变电站 配电室 配电室 配电室 配电室 设备利用率设备利用率50%，可靠性可靠性N-1 多路平行供电 变电站 进线开关 变电站 进线开关 联络开关 用 户 中压架空线网络接线 接线方式可采用双电源手拉手环网接线、三电源拉手环网接线、四电

4、源拉手环网接线 可采用柱上负荷开关(或断路器)将线路进行适当分段（3分段）和联络（闭式环网）架空线路分段原则 CB1 S1 S2 S3 CB2 CB1 S1 S2 S3 S4 S5 CB2 CB1 S1 S2 S3 S4 S5 CB2 S7 S6 不同分段数（不包括联络开关），故障时可保持供电线路的比例：不同分段数（不包括联络开关），故障时可保持供电线路的比例：二分段：二分段：50；三分段：；三分段：66.67%；四分段：；四分段：75 建议：二到三分段建议：二到三分段 二、配网自动化的几点认识 原则：简单、可靠、实用、经济简单、可靠、实用、经济与先进性先进性相结合 真正的需求，不搞大而全。通

5、信是瓶颈问题 适当的故障处理的控制原则 配网自动化的实用性问题 配网SCADA和GIS 统一设计、分步实施 在满足必要的功能要求的情况下，不推荐大而全的复杂系统 大而全的系统往往投资很高、经济性差。结构复杂也会导致可靠性低、同时维护困难，也与大多数供电局配网运行人员的水平不相适应。有些功能设计理论上就有问题。必须重视解决通讯瓶颈问题 过去已有的配电自动化系统中，通信是瓶颈，往往由于通信通道故障，导致使已有的系统运行结果不理想，甚至瘫痪。因此故障处理不能依赖于通信，应能够就地自动完成。中国大多数配网是简单的手拉手环网，很容易实现故障的就地处理。只在主环网和关键位置的自动化装置处装设通信监控的设备

6、，不需要也没有必要全部实现通信、全部远程可控。解决问题的重点在于管理。适当的故障处理的控制原则 停电范围最小、停电时间最短 可用网络式保护实现 分布式控制-可靠性高、实施简单 就地完成 局部处理（一个电气环内的开关自己互相协调）集中控制和分布式控制相结合 单一的主站集中式控制方式处理故障运行结果不理想 90以上的系统投运一年后集中式自动控制功能失效 通信系统也许不正常或局部不正常 配电网络经常发生变化，但主站的网络拓扑结构来不及及时更新 技术和管理上的原因影响网络拓扑更新 主站系统的软件和硬件系统运行不正常 对策：采用以分布式智能为基础的控制方案 配网自动化的实用性问题 配网SCADA 馈线自

7、动化 配电GIS 配网SCADA和GIS 两个系统相互独立带来的问题 一体化平台非常适合县级配网自动化系统 配电GIS实施要注意的问题 三、配网自动化系统的层次结构 配电主站 子站 远方终端 远方终端 远方终端 远方终端。管理信息系统 负荷管理系统 用电管理系统 其它系统 变电站自动化系统。四、满足自动化要求的一次设备 开关可电动合分闸操作，即遥控接口；开关位置有辅助触点输出，即遥信接口；开关带3相CT和13相PT信号输出，即遥测接口；在电源测（辐射线路）和开关两侧（环网线路）安装一次PT，以提供装置电源和驱动电源，也可提供PT信号。断路器（重合器）还是负荷开关？五、配网自动化站端设备 FTU

8、 各类柱上开关及环网柜控制器各类柱上开关及环网柜控制器 DTU 配电站、开闭所控制器配电站、开闭所控制器 TTU 配变监测装置及无功补偿控制器配变监测装置及无功补偿控制器 RTU及变电站自动化系统及变电站自动化系统 FTU DTU TTU 特点 功能完善功能完善 配网自动化各类配网自动化各类FTUFTU、DTUDTU、RTURTU、TTUTTU 站端馈线自动化功能站端馈线自动化功能 可靠性高可靠性高 多多CPUCPU并行、多级看门狗并行、多级看门狗 电磁兼容达到国家最高标准，多年恶劣环境的运行经验电磁兼容达到国家最高标准，多年恶劣环境的运行经验 适用性强适用性强 可与各种开关设备配合使用，支持

9、多种通信方式和通信协议可与各种开关设备配合使用，支持多种通信方式和通信协议 使用方便使用方便 模块式结构，点阵液晶显示汉字模块式结构，点阵液晶显示汉字 六、配网自动化的通信系统 主站（子站）采用标准的以太网通信设备；主站（子站）与站端（FTU、DTU）的通信使用较多的是光纤自愈环网和光纤以太网方式；主站（子站）与TTU（或多功能电度表）的通信可采用GPRS或采用FSK总线方式组网进行通信。常用的光纤自愈环网和FSK总线组网示意图 有线通信网络 光端机 光端机 光端机 光端机 光端机 光端机 光端机 光端机 两芯自愈环光纤通道(运行串行通信协议)RS-232 RS-232 RS-232 RS-2

10、32 RS-232 RS-232 RS-232 RS-232 FTU FTU FTU FTU FTU TTU 主站（子站）光端机 FTU TTU TTU 用户表 用户表 用户表 集抄器 电力线路载波 七、以故障处理为主要目的 的馈线自动化方案 集中控制 装置、通信、主站计算机系统同步建立 适应复杂网络 对主站和通信依赖性强 分布式智能控制不依赖上级命令的自动控制 网络式保护和控制 分布式智能控制 网络式保护原理解决故障时谁先跳闸问题 传统电流保护的问题：短线路、多开关串联，短路电流差别小，保护的电流定值配合困难。用时间配合，会造成出口保护的动作时间太长 网络式保护原理：故障时上下级联的多级开关

11、互相通讯 根据级联关系，在感受到故障电流的开关中进行仲裁，让离故障点最近的开关速断跳闸，其余开关转为后备 仲裁是基于各保护的“启动状态”，因此只需要简单的数字通讯，对纵向级联的各保护的“启动状态”进行逻辑比较 介绍分布式智能和网络式保护相结合的控制为主、集中式控制为辅的方案 当没有通信通道时，各配电终端独立工作。依靠分布式智能，自动确定故障位置，隔离故障区段，恢复非故障段的供电。该方式经济、灵活、有效，综合检测电压和电流，开关动作次数少、处理时间短；当有通信通道时，配电终端之间可以进行信息交换，从而更有效地对故障进行隔离和实现非故障段的转移供电（不需要试合闸，没有多余的开关动作）：配电终端与断

12、路器配合使用时，在多级开关串联的环网中，故障时自动实现配电线路的上下级保护配合，可以让离故障点最近的电源侧开关速断跳闸，不需上级和变电站出口跳闸，保证了保护的快速性和选择性，使得故障点前的负荷不受故障影响；配电终端与负荷开关配合使用时，在多级开关串联的环网中，在变电站出口开关因故障跳闸后，可让离故障点最近的电源侧负荷开关快速跳闸，隔离故障，保证变电站出口开关0.3秒内重合成功，故障点前的负荷基本不受故障影响。当有主站存在时，根据需要可使用集中控制与分布式智能相结合的故障后网络重构方案，分布式智能与集中控制互为备用，网络重构方案的可靠性大大提高。1、断路器（重合器）开关构成的“手拉手”环网供电网

13、络（无通信或通信系统故障）、断路器（重合器）开关构成的“手拉手”环网供电网络（无通信或通信系统故障）F1故障点。QF1延时0.3秒保护跳闸并闭锁，S1和S2失电延时100ms分闸，S3单侧失压延时10s合闸成功，S2得电延时2秒合闸成功，S1不整定负荷侧得电合闸功能，保持分闸状态，将故障隔离，转移供电结束。F2故障点。S1速断保护动作跳闸，QF1保护延时未到，自动返回。S2失电延时100ms分闸。S1延时1秒重合到故障上再次跳闸并闭锁；同时S2检测到残压脉冲并闭锁（处于分位），将故障隔离，S3单侧失压延时10s合闸成功，转移供电结束。F3故障点。S1速断保护动作跳闸，QF1保护返回。S2失电延

14、时100ms分闸。S1延时1秒重合成功，启动短时10秒闭锁继电保护功能。S2得电延时2秒合闸到故障立即跳闸并闭锁，将故障隔离，此时S1短时闭锁了保护，不会动作，QF1保护返回,同时S3检测到残压脉冲并闭锁（处于分位），恢复供电结束。断路器（重合器）开关构成的“手拉手”环网供电网络（光纤通信并设置专用通道）断路器（重合器）开关构成的“手拉手”环网供电网络（光纤通信并设置专用通道）F1故障点。QF1延时0.3秒保护跳闸并闭锁，S1失电延时100ms分闸，将故障隔离，S3单侧失压延时10s合闸成功，转移供电结束。F2故障点。S1跳闸，QF1保护返回，（S1根据需要可以设置一次重合闸，重合闸不成功后分

15、闸闭锁）；S2通过通信知道故障在自己的上方，自动分闸闭锁，隔离故障，S3单侧失压延时10s合闸成功，转移供电结束。F3故障点。通过信息交互，已知故障点在S2下方，S2跳闸，将故障隔离，QF1、S1保护返回，S3通过通信知道故障在自己的上方，中止“失压延时合闸”功能，不再合闸转移供电，恢复供电结束。2、负荷开关构成的“手拉手”环网供电网络（无通信或通信系统故障）、负荷开关构成的“手拉手”环网供电网络（无通信或通信系统故障）F1故障点。QF1保护跳闸，S1、S2失电延时分闸，QF1重合，如瞬时性故障则QF1重合成功，S1得电延时5s合闸成功，S2得电延时5s合闸成功，S3“单侧失压延时合闸”功能因

16、延时未到复归，处理过程结束。如果是永久性故障则QF1重合闸失败并闭锁，S1检测到残压脉冲并闭锁（处于分位）将故障隔离，S3单侧失压延时10s合闸成功，S2得电延时5s合闸成功，转移供电结束。F2故障点。QF1保护跳闸，S1、S2失电延时分闸，QF1重合成功，S1得电延时5s合闸，如瞬时性故障则合闸成功，同时“短时闭锁失电分闸”功能启动，S2得电延时5s合闸成功，S3“单侧失压延时合闸”功能因延时未到复归，处理过程结束。如果是永久性故障，QF1再次跳闸，S1因Ty时间未到即电压再次消失，合闸不成功，再次分闸并闭锁，同时S2检测到残压脉冲并闭锁（处于分位）将故障隔离，QF1可再次试送电成功（人工送

17、电或设置二次重合闸），S3单侧失压延时10s合闸成功，恢复和转移供电结束。F3故障点。QF1保护跳闸，S1、S2失电延时分闸，QF1重合成功，S1得电延时5s合闸，同时“短时闭锁失电分闸”功能启动，S1合闸后电压正常时间超过Ty时间，S1“短时闭锁失电分闸”功能执行，S2得电延时5s合闸，如瞬时性故障则合闸成功，S3“单侧失压延时合闸”功能因延时未到复归，恢复供电结束。如果是永久性故障，QF1再次跳闸，S2因Ty时间未到即电压再次消失，合闸不成功，再次分闸并闭锁，将故障隔离；由于S1执行“短时闭锁失电分闸”功能，不再分闸，S3检测到残压脉冲并闭锁（处于分位），QF1可再次试送电成功，恢复和转移

18、供电结束。负荷开关构成的“手拉手”环网供电网络（光纤通信并设置专用通道）负荷开关构成的“手拉手”环网供电网络（光纤通信并设置专用通道）F1故障点。QF1保护跳闸，S1失电延时分闸，QF1重合，如瞬时性故障则QF1重合成功，S1得电延时5s合闸，S3“单侧失压延时合闸”功能因延时未到复归，恢复供电结束。如果是永久性故障则QF1重合闸失败并闭锁，S1检测到残压脉冲并闭锁（处于分位）将故障隔离，S3单侧失压延时10s合闸成功，转移供电结束。F2故障点。QF1保护跳闸，通过信息交互，已知故障点在S1下方，在无电状态下，S1跳闸闭锁，S2分闸闭锁，将故障隔离，QF1重合成功，S3单侧失压延时10s合闸成

19、功，恢复和转移供电结束。F3故障点。QF1保护跳闸，通过信息交互，已知故障点在S2下方，在无电状态下，S2跳闸闭锁将故障隔离，S3分位闭锁，QF1重合成功，恢复供电结束。八、配网自动化主站系统 主站配置主站配置 支撑平台支撑平台 调度调度SCADA 馈线自动化（馈线自动化（FA）配电管理系统（配电管理系统（AM/FM/GIS）计算机系统互连计算机系统互连 配电高级分析软件配电高级分析软件 主站硬件系统配置示意图（配置较全）主站硬件系统配置示意图（配置较简单）主站平台结构 硬件平台/软件平台 历史数据库 实时数据库 GIS数据库 信息一体化平台(CR6000)SCADA 配网模型 馈线自动化馈线

20、自动化 配电管理配电管理 配电运行管理（配电运行管理（DOM）前置数据采集前置数据采集 数据处理数据处理 控制和调节控制和调节 事件顺序记录（事件顺序记录（SOESOE）报警处理报警处理 人机交互式操作人机交互式操作 实时数据库实时数据库 系统时钟系统时钟 历史数据库和报表历史数据库和报表 配调SCADA 故障定位故障定位 故障隔离故障隔离 恢复上游失电区域供电恢复上游失电区域供电 形成需要转供的负荷单元形成需要转供的负荷单元 形成最佳转供方案形成最佳转供方案 执行转供执行转供 主站FA的故障处理功能 支持多种协议支持多种协议 与调度与调度SCADASCADA的通信的通信 与与MISMIS系统

21、等的通信系统等的通信 WEB WEB 浏览浏览 计算机系统互连 配电自动化主站与变电站配电自动化主站与变电站RTU通信，直通信，直接对变电站进行监控接对变电站进行监控；配电自动化主站通过调度配电自动化主站通过调度SCADA系统对系统对变电站变电站RTU进行监控；进行监控；变电站监控的对象根据实际情况确定。变电站监控的对象根据实际情况确定。配电自动化系统对变电站的监控 配电设备管理配电设备管理 运行监视和控制运行监视和控制 配网统计查询配网统计查询 配网运行管理配网运行管理 配电管理系统（DMS）主站系统的功能建设建议 1、可根据实际情况分步实施。2、除非管理必要，目前不要追求将不同的自动化系统系统互联的信息量。互联的目的是共享有关数据，应先规划好需要共享的数据和用途再去决定那些系统应该互联。3、不要片面追求系统硬件特别是主站计算机系统的高档。4、高级应用除个别模块外，一般可以暂不上。谢谢！谢谢！包忠明包忠明 中国电力科学研究院中国电力科学研究院 北京科锐配电自动化股份有限公司北京科锐配电自动化股份有限公司