配电自动化2-终端设备与开关设备

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Li
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重合器开wenku.baidu.com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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• • • •
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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• 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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• 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% 。
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
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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• 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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• 微机远动装置的选择
各种RTU体系结构的特点和适用范围
体系结构 集中式RTU 功能分布 式RTU 结构分布 式RTU 特点 单CPU、并行总线、集 中组屏、无微机保护功能 多CPU、串行总线、智 能模块、一般仍集中组 屏且无微机保护功能 多CPU、串行总线、面 向对象的智能模块、分 散布置、微机保护功能 适用范围 小区变、小型配电 变电站 中小型配电变电站和开 闭所，大型配电站和开 闭所的改造 新建配电变电站和开闭 所，变电站综合自动化 出线负荷需要分时计费 的配电变电站和开闭所
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
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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
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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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• 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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FTU的结构形式
• 柱上开关控制器FTU采用如下图所示的二机壳的 结构形式。
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FTU的实物图片
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FTU与开关配合的组成框图
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• 配电变压器远方终端(TTU)
• TTU是连接于配电线路上的柱上配电变压器或箱 式变压器的远方终端装置。
• 由于配电变压器面向用户，应具有谐波检测功能。 • 当配电变压器有可调分接头，有可投切电容器组时，其遥 控功能应能满足电压无功调控的要求。
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• 变电站内的RTU分类
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• 集中式RTU的主要特征为：单RTU、并行总线和 集中组屏。 • 分布式RTU的主要特征为：多CPU、串行总线、 智能模板，既可以柜中组屏，又可以分散布置。 根据结构上的不同，分布式微机远动装置又可分 为功能分布式和结构分布式两大类。
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• 功能分布式微机远动装置
• 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）
• 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。
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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。
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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
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
直流采样：将采用变送器进行的采样称为直流采样。变
送器的作用是将强信号转化为适合计算机和仪表适用
的弱信号；将交流信号转换为直流信号；从瞬时信号 获得有效值；确保输出直流量和输入测量量之间满足 线性关系；实现输入与输出隔离。 缺点： 数据的准确性受变送器稳定性的影响数据的实时性 受变送器响应速度的影响变送器的维护工作量较 大需要大量的变送器，加大投资和占地面积。
• 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。
• 采用交流采样并能判断故障电流。 • 还具有故障录波功能，将故障前后若干周波波形数据与对 应时刻存储到专用存储区。 • 可根据运行方式设置多套保护定值。
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• 5)统计功能：对测控的开关的动作次数、动作时 间及切断电流进行监视。 • 6)事件顺序记录：记录状态量发生变化的时刻及 顺序。 • 7)事故记录：记录事故发生时的最大故障电流和 事故前一段时间(一般为1 min)的负荷，以便分析 事故，并作为确定故障区段及恢复供电时重新分 配负荷的依据。 • 8)定值远方修改功能。 • 9)自检及自恢复功能。
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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
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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。