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1、-145-第六章 配电网络自动化系统第一节 配电网自动化系统概述1）量管理系统（EMS ）是以计算机为基础的现代电力系统的综合自动化系统，主要针对发电和输电系统，用于大区级电网和省级电网的调度中心。2）根据能量管理系统技术发展的配电管理系统（DMS）主要针对配电和用电系统，用于 10kV 以下的电网；实际上我国还有城市网、地区网和县级网，电压等级在35kV220kV（也有 500kV） ，这一级网称为次输电网，针对电源和负荷管理情况亦可以采用能量管理系统或配电管理系统。发 电 厂 GES效 率 管 理 系 统 输 电 配 电 用 户发 电 用 户 DMS用 户 侧 管 理M 能 量 管 理 系
2、 统 配 电 管 理 系 统图 6-1 能量管理系统与配电管理系统-146-3）电力系统自动化沿着元件自动化局部自动化单一系统（岛）自动化综合自动化（管理系统）的道路发展。“管理系统”指的是对不同自动化系统的综合管理，其特征是以数字计算技术代替模拟计算技术，大部分功能有软件来实现，这是现代电力系统自动化技术上的一次飞跃！4）配电管理系统和能量管理系统之间存在一定的差异：（1）配电网络多为辐射形或少环网，输电系统为多环网；（2）配电设备（如分段器、重合开关和电容器等）沿线分散配置，输电设备多集中在变电站；（3）配电系统远程终端数量大，每个远程终端采集量少，但总的采集量大，输电系统相反；（4）配电
3、系统中的许多野外设备需要人工进行操作，而输电设备多为远程操作；（5）配电系统的非预想接线变化要多于输电系统，配电系统设备扩展频繁，检修工作量大。5）一般来说，DMS 系统应该包括 SCADA、线路故障报警和恢复、负荷控制、地理信息系统以及三相网络拓扑、三相状态估计、三相潮流分析、无功电压控制等内容。-147-6）DMS 的最终目的是为了提高供电可靠性和供电质量，缩短事故处理时间，减少停电范围，提高配电系统运行的经济性，降低运行维护费用，最大限度提高企业的经济效益，提高整个配电系统的管理水平和工作效率，改善服务水平。第二节 馈线自动化（FA ）1）配电网自动化的一个主要任务是在事故时能尽快找到故
4、障线路，并且能尽快隔离故障线路，恢复供电。2）故障定位方式有两种方式，微机自动报警系统和电话热线（Trouble Call） 。上面两种方式是需要人工介入的，所需要的时间仍然较长，不能满足某些用户的要求。3）而自动识别和恢复供电系统集故障的定位、隔离、和供电恢复于一体，由沿馈线安装的柱上开关、分段器、自动重合器组成，能快速的进行故障定位和供电恢复。一、配电网故障线路报警装置1）报警系统由开关站内的报警装置和调度室内的微机监控中心两个部分组成。2）安置在开关站内的报警装置由智能单元组成，负责故障信息的采集、整理，并向调度中心发送。-148-3）监控中心负责管理全网各报警单元的工作，对各级发来的故
5、障信息进行接受、记录、分析、报警，并向各下级发送工作命令、参数更改命令等。（一）调度中心的主控计算机1）主控计算机是报警系统的管理中心，担负通信管理任务、报警信息处理任务。2）该图是某个变电站电缆线路接线图，在监控系统中也有相类似的接线图。如果监控中心连续接到、号开关站的报警，即在屏幕上弹出开关站所在的接线图，并且代表、号开关站的标记闪烁或改变颜色，则判定在号开关站之后的线段发生故障。若仅有、号开关站报警，也可判定在号站后发生故障，且可判定号站开关的报警单元有问题，或通信线路有问题。3）在调度中心，接线图应该和实际的物理接线的连接方式一致。接线图可以显示故障开关站的具体位置，而且与之相连的前后
6、开关站和所属的变电站及电缆线段，都要直观的显示给运行值班人员，以便迅速做出故障定位，尽快恢复供电。（二）站内自动报警系统站内的自动报警装置装设在开关站内，主要任务是实时采集线路的电压、电流，采集的信号主要来源于站内的 CT、PT。通过信号处理和比较，由中央控制单元判断是否发出告警，当检测到的采集值大小超过了系统设定的给定值，需要进行告警时，就通过通信线路向调度中心发出报警。18910576342站电变某图 6-2 某变电站电缆接线图-149-二、故障识别和自动恢复系统（一）重合器重合器是用于配电网络自动化的一种智能化开关设备，它本身具有控制和保护功能。它能检测故障电流并能在给定的时间内切断故障
7、电流，以及整定给定次数重合的控制装置。1） 当线路发生电路故障时，它能检测到事先所整定的操作顺序及时间间隔进行开断及重合操作。2） 当遇到永久性故障，在完成预定的操作顺序后，若重合失败，则闭锁分闸状态，把事故区段隔离开；3） 当故障排除后，需手动复位才能解除闭锁。如果瞬时性故障，则在循环分、合的操作中，无论哪次重合成功，则终止后续的分、合闸动作，并经过一定的延时后恢复初始的整定状态，为下次故障的来临做准备。4） 重合器可预先整定的动作顺序进行多次分、合的循环操作，一般有四种不同的“快、慢”组合。重合器动作程序的选定，一般可以整定为“一快三慢” 、 “二快二慢”和“一快二慢”等组合。其中，“快”
8、是指快速分闸，一般动作时间0.06s ，快速分闸一般设定在第一、二次，主要目的是消除瞬时性地故障，保护线路设备。而后面的几次动作一般可以设置为慢动作，即为延时分闸，这种延时使得与线路上各分段点设置的分段器、熔断器进行配合，分段故障点。-150-5） 重合器是开断线路短路电流的开关设备，但从性能、结构、控制方式和使用场合等方面都和断路器有很大的差别。比断路器具有更高的智能程度，自动化程度更高。可按预先整定的程序自动进行操作，可以接受遥控信号，具有对故障实现定位、自动隔离、自动恢复供电的功能。（二）分段器 线路自动分段器是配电网络中用来隔离线路区段的自动开关设备，它与重合器或断路器或熔断器相配合，
9、串联在重合器的负荷侧，当线路发生永久故障时，它进行分合闸后闭锁于分闸的状态，当重合器恢复对非故障段供电时，分段器不分闸，而隔离故障段；当发生瞬时故障时，分段器的开、合闸操作不产生合闸闭锁动作，或记忆次数未达到预期所设定次数时，则分段器在电源侧的重合器（或者断路器）合闸后，保持合闸状态。在分段器的指标中，有三个时限：延时合闸时限 X，延时分闸时限 Y，闭锁合闸时限 Z。设重合器或断路器的保护动作时间是 t，为使分段器可靠工作，对于X、Y、Z 时限的整定必须满足如下关系：t+YZX。可以这样理解：分段器在合闸后，闭锁合闸回路启动并延时一段时间（Z时限） ，如果在这段时间内，线路仍然没有故障电流信号
10、，则引起电源侧重合器（或断路器）分闸，这时由于分段器失去电源，闭锁合闸回路处在闭锁状态，-151-当重合器再次合闸，由于该分段器合闸回路闭锁，该段线路合不上闸，隔离永久性故障段。分段器通常串联在自动重合器或断路器的线路上，或用并联的方法把线路分成多段，目的使隔离开故障段，减小停电的范围。（三）分段器和重合器在配电网中的具体应用近年来，因为配电网自动化的需要，配电网中电缆的结构向环网式的接线方式发展，因为环网的供电可靠性高，运行方式灵活，能适应不同负荷等级的要求，易于实现配电网的自动化。而架空线路以放射形树枝状为主，这种线路在故障时，极耗人力、时间进行故障的定位和故障恢复，并且停电的范围广。在这
11、种情况下，架空线双电源单环的配电方式有其供电可靠性的优点，下面以这两种接线方式说明重合器和分段器在故障识别和自动恢复系统中的应用。1、电缆线路中重合器在单环网中的应用接线图如图 6-3 所示，在图中 S1、S2 为两个电源进线，它们来自两个不同地变电站或是同一变电站的不同母线，正常情况下，QR 1、QR 2、QR 4、QR 5 处于合闸状态，但是 QR3 是处于分闸位置，QR 3 把整个环网分成负荷基本相等的两个部分，QR 1、QR 4 的动作电流整定相等，QR 2、QR 5 的动作电流整定相等。电 源S1电 源S2FQ21 RQ3R4125段 段 段6段 段段图 6-3 重合器在电缆环网中的
12、应用-152-QR1、QR 2、QR 4、QR 5 预先整定动作延时参数，一般整定原则为：QR 2、QR 5 一般要比 QR1QR 4 稍长，且可同时改变其最小动作电流，及合闸闭锁的动作次数，以便和 QR 配合。而 QR 的作用是时刻监视两边的电压，无论哪边失压，它的合闸动作都要迟些，故 QR 的延时应比 QR1、QR 2、QR 4、QR 5 的延时要长些。动作次数的整定为 QR1、QR 4 为重合三次，即“一快二慢” ，QR2、QR 5、QR 3 为重合两次，即 “一快一慢” 。正常情况下，S1 供电给 13 段，S2 供电给段。当永久性故障发生在段时，断路器 QF1 跳闸，QR 1QR 3
13、 三个重合器感到失电，依照整定的动作时限，QR 1、QR 2 依次动作分闸，且 QR2 将自动改变其最小的动作电流，并改变其合闸闭锁的次数，变为一次合闸不成功则闭锁于分闸状态，稍后，QR3 重合器合闸，QR2 合闸，而 QR1 保持在分闸状态，2 段到 6 段都由 S2 供电，线路恢复正常。当永久性故障发生在 2 段时，重合器QR1 按整定的程序，分闸并闭锁，图 6-4 分段器在架空线环网中的应用段3段1段2段4段5段6电 源S2FQ2电 源100Q000图 6-5 分段器的时间配合（2 段故障）分合分合分合分合分合分合分合F1Q.20304Q5x2ytzz-153-QR2、QR 3 检测到失
14、压，QR 2 分闸，并改变自己的最小动作电流，动作次数也改变到一次合闸不成功则闭锁。稍后，QR 3 从分闸变为合闸，改由 S2 供电，QR 1保持分闸位置，而 QR2 合闸，但由于 2 段短路电流仍存在，重合器QR4、QR 5、QR 3、QR 2 跳闸已经改为一次合闸不成功则闭锁，故 QR2 合闸闭锁，将 2 段线路隔离，36 段由 S2 供电。其他线路段上的故障隔离和供电恢复过程与此相类似，不再分析。2、架空线路中分段器在双电源单环网中的应用如图 6-4，QF1、QF2 代表断路器，S1 、S2 代表两供电电源，Q01Q05 代表 5 台电压时限式分段器。Q01、Q02、Q04、Q05 是处
15、于分闸的位置。这里合闸时限 X 的整定按照合闸顺延时差送电的原则。例如， Q01 为 7s、则 Q02 再延时 7s（Q04，Q05 的整定与 Q01、Q02 相同） 。当故障发生在第 2 段时，QF1 跳闸、Q01，Q02 在一定的 Y 时限后也跳闸；然后 QF1 第一次重合闸，并经过 7s 延时，Q01 合闸，由于 2 段故障依然存在，QF1 第二次跳闸，Q01 在 Z 闭锁合闸时限内失去电压，则 Q01 闭锁在分闸状态；QF1 第二次合闸，恢复无故障段 1 段供电。而开环分段器 Q03 检测到两侧由有电状态转变为一侧有电状态，在 3 段失电时开始计时，经过一定的延时后合闸，分段器 Q02
16、Q05 也全部跳闸；当 QF2 第一次重合闸时，这时Q04、Q05、Q03、Q02 依次跳闸，由于故障 2 段依然存在，QF2 第一次重合失败，QF2 第二次跳闸，Q02 第二次跳闸，Q02 在 Z 时限内跳闸且闭锁分闸状态；QF2 再次重合，这时恢复对 4、5、6、3 段供电，由分段器 Q01、Q02 隔开故障-154-段 2 段。各个分段器时间配合顺序如图 6-5 所示。第三节 配电自动化系统组成配电自动化系统一般有配电主站、变电站子站和终端测控设备、通讯网络等组成，其结构图见图 6-6。一、配电终端配电终端设备是用于实现对变电站、开闭所、环网柜、柱上分段开关、联络开关及配电变压器的监控与控制，其主要功能一般为表 6-1 所示的情况。其电路结构见图6-7。二、配电通讯系统1. 概述一般地，在电力系统中较常用的通信方式可划分为有线、无线两大类。具体如下：有线方式：专线；邮电本地网；光纤；电力载波
