配电自动化2-终端设备与开关设备

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TTU的典型系统框图
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TTU的实物图片
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• 配电网中的自动化开关器件
• 配电网要实现自动控制，作为执行部件的各 种自动开关是关键的设备之一。 • 重合器（Recloser） • 熔断器（Fuse） • 分段器（Sectionlizer） •
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重合器的功能与分类
1）定义与功能。 • 重合器是一种自身具有控制与保护功能的断路器。 • 它具有故障电流检测和操作顺序控制以及执行功能，即它 能按预定的开断和重合顺序自动进行开断与重合操作。 • 永久性故障：在达到预先整定的重合次数后，则进行闭锁 ，不再重合。 • 瞬时性故障：如果故障在重合器未达到规定重合次数前已 消除，即重合器在规定重合次数内跳闸并重合后在规定时 间内不再跳闸，经过一段时间，重合器自动复位。 2）分类 a.单相和三相重合器 b.油重合器、六氟化流和真空重合器 c.液压控制式、电子控制式
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• 3.系统对时：RTU站间SOE分辩率是一项系统指 标，它要求各RTU的时钟与调度中心的时钟严格 同步。目前，采用措施有： • 1) 利用全球定位系统GPS提供的时间频率同步对 时，有效地确保SOE站间分辨率指标。 • 2) 采用软件对时，SC1801、CDT、DNP和 Modbus等规约均提供了软件对时手段。 • 4.电能采集：采集变电站各条进线和出线以及主 变两侧的电度值。
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• 微机远动装置的基本功能
• 2.事件顺序记录（SOE）
• 事件顺序记录的一项重要指标是时间分辩率。分辩率可分 为RTU内(即站内)与RTU之间（即站间）两种。 • 1) SOE的站内分辩率，是指在同一RTU内，顺序发生一串 事件后，两事件间能够辩认的最小时间，在调度自动化中 ，SOE的站内分辩率一般要求小于5ms。 • 2) SOE的站间分辩率，是指各RTU之间顺序发生一串事件 后，两事件间能够辩认的最小时间,SOE的站间分辩率一 般要求小于10ms。
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• FTU的功能
• 1)遥信：有多路开关量输入，测控开关的位置。 • 2)遥测：按一条线路需要测量的电流、电压进行 交流采样，经数字滤波及运算后，得到要求的各 运行参数，数据保存在有备用电源的存储器内， 掉电不会丢失，也可能有数条线路遥测。 • 3)遥控：装置收到遥控命令后进入命令校验，当 命令检验为正确时，通过出口继电器执行命令(跳 闸或合闸)。 • 4)保护：
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• • • •
10)远方控制闭锁与手动操作功能。 11)对时功能。 12)装置经串口可与多种通信设备接口。 13)装置均有工作与备用电源。
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• FTU的供电电源问题
• FTU采用工作电源及蓄电池作备用是一种常用方 式。 • 当线路掉电时，保证10小时内装置仍正常工作。
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• FTU的典型系统框图
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• 5.自恢复和自检测功能：
• 由于RTU处于一个具有强大电磁干扰的工作环境中，使用 中难免发生程序受干扰“跑飞”、或通信瞬时中断等异常 情况，甚至有时电源也会瞬时掉电。 • 在上述情形下，若不加特殊处理，均有可能造成RTU死机 ，SCADA系统将因此无法收到变电站信息。 • 要求RTU在遇到上述情形时，要能在较短的时间内自动恢 复，重新从头开始执行程序。
配电自动化系统
输配电系统研究所
刘春明 博士
2011年2月
• 第2讲：终端设备与开关设备
• 2.1 终端设备
• （1）配电变电站的微机远动终端装置（RTU） • （2）馈线远方终端（FTU） • （3）配电变压器远方终端（TTU）
• 2.2 开关设备
• （1）重合器 • （2）熔断器 • （3）分段器
kA
热稳定电流
Isw
kA
无电流间隔时 间 (开关的触头)行 程 超程
Td
s 或 ms
自动重合闸操作中，从开关各相电弧皆熄灭时，到任意相电 流重新通过时止的一段时间 操作过程，触头接触后动触头继续前进的距离，它等于行程 与开距之差 开关分闸过程，触头接触后动触头继续前进的距离，它等于 行程与开距之差 开关分闸过程中，动触头在刚分离时的速度，一般推荐用刚 分后 0.01s 内的平均速度表示 开关分闸过程中，分闸速度的最大值 开关合闸过程中，触头刚接触时动触头所具有的速度
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• 配电自动化的远动终端装置
• 配电变电站和10kV开闭所是配电网的重要组成部 分，因此配电变电站和开闭所的自动化程度的高 低，直接反映了配电自动化的水平。 • 配电变电站和10kV开闭所内的自动化和输电网中 变电站自动化采用的设备类似，即：要在站内安 装微机远动装置(RTU) 。
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• 远动装置（RTU）的发展
关合电流
Imk
kA
重合器开关的特性参数（2）
分合闸不同期 性 动稳定电流
△tO △te
Ipw
ms 或 mm
开关相间或同相各断口间分离（接触）时间或距离的最大差 异 开关设备在规定条件下，所能承受的峰值电流，主要反映开 关设备随短路电流电动力作用的能力 开关设备在规定条件下，所能承受的电流，以 ts 的电流（有 效值）表示，主要反映开关设备随短路电流热效应的能力
重合器开关的特性参数（1）
参数名称 额定电压 最高工作电压 额定电流 额定开断电流 燃弧时间 固有分闸时间 开断时间 合闸时间 代号 Un Umr In Inb ta tO tb tc 单位 kA kA A kA s 或 ms s 或 ms s 或 ms s 或 ms 设备正常工作的线电压（有效值） 设备可以长期使用的最高工作线电压（有效值） 设备在规定条件下，可以长期通过的工作电流（有效值） 开关在规定条件下能正常开断的电流 从首相主回路触头开始脱离电接触起，到各相中的电弧最终熄灭时止的一 段时间 从开关接到分闸指令时起，到各相主回路触头刚脱离电接触时止的一段时 间 从开关接到分闸令起，到各相中的电弧最终熄灭时止的一段时间 从开关接到合闸指令起，到各相各回路触头均触时止的一段时间 开关在规定条件能关合而不造成触头熔焊（或其他妨碍继续正常工作的后 果）的电流，以关合时电流最大峰值表示 含义
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• 结构分布式微机远动装置在一个35kV配电变电站 中的典型应用如下图所示。
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• 3) 采用智能电能表简化微机远动装置的结构智能 化多功能电能表
• 是一类功能性很强的智能电子设备(IED)，它不但能采集分 时段有功电能和无功电能，还可以获得电压、电流、有功 功率、无功功率以及功率因数等参数，并通过RS-485接 口和其它设备相连。采用此结构如下图所示。
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• 6.和SCADA系统通信
• RTU的六项基本性能： • ①应至少支持的一种通信规约； ②具有通讯速率的选择功 能；③支持光端机；④支持微波；⑤支持载波；⑥支持无 线电台。 • 除此之外，还希望RTU具有下列功能： • 1) 当地显示与参数整定输入，即在RTU上安装一个当地键 盘和LED或液晶显示器，使得RTU的采集量在当地就可以 显示到显示器上。 • 2) CRT显示，打印制表。
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交流采样：不经过变送器，按一定规律直接采集交流量并 加以处理，计算出电压、电流有效值以及有功、无功功 率的方法就是交流采样。
实际上就是用微机取代了传统的变送器，克服了变送器
带来的不良影响，精度高，灵活可靠，使用方便。
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• 配电网自动化远方终端
• 一般分为两类： • 馈线远方终端
(Feeder Terminal Unit - FTU)； 配电线路上的自动测量与控制装置
• 功能分布式微机远动装置是按功能划分各模块, RTU可由 智能遥信模块(IYX)、智能遥测模块（IYC）、智能电度模 块（IPA）、智能遥控模块（ISOC）、智能遥调模块（ ISOR）和CPU模块构成，如下图所示。
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• 2) 结构分布式微机远动装置
• 此体系结构的优点： • a) RTU单元模块分散地布置在开关柜等当中，而不必单独 组屏，从而不仅节省了空间，也使二次连线大大减少。 • b) 很容易将微机保护和监控功能合二为一，成为集成化的 产品，甚至连防误闭锁功能也可以包含进去。这样非常有 利于实现变电站综合自动化。
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mm
Li
mm
• ⑴触点式远动装置是第一代远动装置，它的精度低，速度 慢，可靠性差。 • ⑵数字式远动装置的精度和速度较触点式远动装置有了很 大的提高，但它的可靠性及灵活性差，而且功能有限，难 以满足现代化高度集中的实时监控的需要。 • ⑶微处理机具有速度快、功能强、应用灵活等特点，自七 十年代起基于微处理机的远动装置有了迅速发展，Z80， i8086，80286，8098，MCS-51等高性能微处理机广泛地 应用于RTU中。 ①仅有一个含CPU的智能模块微机远动装置； ②多CPU结构的分布式微机远动装置。
4Байду номын сангаас
• 微机远动装置的基本功能
• 1.四遥功能：
• 遥信：要求采用无源接点方式，即某一路遥信量的输入应 是一对继电器的触点，或者是闭合，或者是断开。 • 遥测：遥测往往又分为重要遥测、次要遥测、一般遥测和 总加遥测等。 • 遥控：采用无源接点方式，要求其正确动作率不少于 99.99%。 • 遥调：采用无源接点方式，要求其正确率大于99.99% 。
• 配电变压器远方终端
(Transformer Terminal Unit -TTU)。
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• 配电网自动化远方终端
• 用于现场的FTU有三种类型： • 1)只具有运行参数采集功能（监测）
采集馈线的电流、电压、有功、无功、电量、停电时间等 ，通过通信网络传送到相关变电站。
• 2)在采集单元的功能上加上控制 （监控） • 3)将馈线的微机保护集成到监控单元中 （综合的保护、监控）
用多功能电 RTU仅需要遥控、遥调和 表简化RTU 遥信部分，可以从多功能 的结构 电能表获得其它信息
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直流采样和交流采用