配网自动化终端及通信技术夏燕东.ppt

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1、配网自动化终端及通信技术,宣讲人：夏燕东,2010年3月,目录,配电自动化系统子站介绍 配电自动化终端技术介绍配电自动化系统通信方式馈线自动化技术,一、配电自动化系统子站,演示提纲,配电自动化系统的组织结构,配电自动化系统一般采用分层处理模式：,由于配电网网络结构复杂，点多面广，因而对设备和信息的组织可根据具体情况采用不同的组织结构，一般情况下可根据建设规模分为:,三层结构模式 主站层 子站层 终端层 这种模式适用于配电网络较大，信息相对集中的情况,两层结构模式 主站 终端 这种模式适用于配电网络较小，信息分散的情况,配电自动化系统的体系结构(三层结构),主站层,子站层,终端层,配电自动化系统

2、的组织结构,配电自动化终端数据集中、控制及数据转发；接收主站控制命令，并向终端设备（FTU、TTU、DTU）转发；管理范围内的馈线自动化功能；自诊断、自恢复功能；远方维护。,1、配电子站主要功能,配电自动化系统子站,2、配电子站的构架模式,a通信汇集型子站 1)汇集配电终端信息并向配电主站转发，同时将从配电主站接收的控制命令下发至配电终端；2)上下行对时，当地及远方维护（包括参数配置、工况显示、系统诊断等）；3)软硬件自诊断及通信通道监视，异常时向配电主站或当地发出告警。,b监控功能型子站 1）具备通信汇集型子站的基本功能；2)在区域配电网拓扑分析的基础上，实现馈线的故障定位、隔离、恢复非故障

3、区域供电，并可将处理结果上报配电主站；3)人机交互、信息存储和系统安全管理等。,配电自动化系统子站,配电自动化系统应优先考虑配电终端直接接入配电主站；的确需配置配电子站，应根据配电自动化系统实际需求、配电网结构、通信等条件选择通信汇集型或监控功能型子站。配电子站应设置在通信和运行条件满足要求的变电站或大型开关站内。下列条件下，可配置通信汇集型子站：配电终端数量庞大；配电终端与配电主站之间直接通信较为困难；需要数据分层分类管理。,3、配电子站的配置方式,尚未建设配电主站，但确需先期实现区域性的馈线自动化与人机交互功能的，可配置监控功能型子站；可根据实际需要灵活配置、扩充通信端口，支持多种通信方式

4、。通信汇集型子站硬件平台应采用嵌入式计算机，采用无风扇、固态硬盘、模块化设计；监控功能型子站硬件平台应采用标准、通用的工业计算机，主要设备冗余配置,3、配电子站的配置方式,二、配电自动化终端设备,演示提纲,配电自动化,电能采集与统计,配电线路实时信息采集；线路故障采集与隔离故障区域的恢复供电开关的远程控制通讯信息的上传,电能信息采集电压质量统计负载特性统计需量统计历史数据存贮与曲线,应用功能,应用功能 基本要求（）,具有故障自动检测与识别功能 配电终端不仅在系统正常情况下监测配电馈线运行工况，更主要的是在馈线故障情况下能快速、可靠地捕捉故障电流，判断发生故障的类型，是单相接地故障还是相间故障，

5、为配电自动化系统、FA故障处理提供准确可靠的判据。准确、实时捕捉馈线故障信号，这是配电终端不同于其它终端（如RTU）的显著特点。,应用功能 基本要求（）,提供可靠不间断电源系统 配电终端应用场合特殊，尤其在架空线柱上安装或户外环网柜，不间断电源十分重要。配电自动化系统，FA故障自动处理过程中，当馈线环路出现永久性故障时，环路出线开关保护动作跳闸，导致馈线出现全线停电，这时配电终端、通信设备、一次设备开关的操作都需要不间断电源保证供电。,应用功能 基本要求（）,满足户外工作环境的要求 柱上FTU或环网柜DTU基本是户外安装，工作环境条件较恶劣，考虑河南省范围内户外环境温度可以要求为-25+70，

6、因此要求终端功耗小、外壳强度大、体积小，具有防水、防潮、防震、防腐蚀的性能。因此配电终端，无论是元器件选择、软硬件设计、制作工艺，都要适应户外环境的工作条件。,应用功能 基本要求（）,与一次设备开关接口多元化 配电终端数据采集与控制是通过一次设备开关来完成的，配电终端与一次设备之间接口是配电自动化工程中现场问题最多的一个环节。配电终端必须满足不同类型开关设备不同接口要求，即配电终端与一次设备接口多元化。如ZCT/ZPT、常规、电容分压式、永磁开关接口等。,具有远程维护、诊断和自诊断功能配电终端安装的环境特点，而且数量大，不可能靠人工维护，要求终端本身有完备的自诊断、自恢复功能，同时具有远方维护

7、功能，包括远方参数整定、远方下载、远方诊断。,应用功能 基本要求（）,终端的特点 必须具有故障自动检测与识别功能 提供可靠不间断电源系统 满足户外工作环境的要求 支持多种通信方式和多种通信规约，具有多种通信接口的能力 硬件设计要求终端具备多种类型的通信接口支持多种通信方式支持多种通信协议具有远程维护、诊断方式和自诊断功能 宽范围高精度数据采样,配电自动化终端设备,终端的特点多种电源的供电模式,配电自动化终端设备,主电源供电方式,站内设备 母线PT供电（需备用电源）直流电源（不需备用电源）,户外设备 开关双侧PT供电 需备用电源 套管CT取电技术,1）蓄电池运行监测2）充放电控制3）欠压保护4）

8、免维护电池,几个关键问题,1、蓄电池,1）开关控制次数2）备用时间,几个关键问题,2、电容贮能,终端的分类根据监控对象不同，可分为以下三大类：安装在610kV（含20kV）开闭所或环网柜的终端设备DTU安装在610kV 馈线柱上开关的终端设备FTU安装在610kV配电变压器的终端设备TTU 按功能来分:电流型配电终端电压型配电终端电压/电流型相互兼容的配电终端,配电自动化终端设备,终端主要功能,1、信息采集处理:遥信（YX）功能 采集遥信变位，事故遥信并可向主站或子站发送状态量;可根据要求采集单点遥信和双点遥信.遥测（YC）功能 采集并转换、处理模拟量，同时向主站传送，实现电流、电压量的测量以

9、及相应信息量的计算包括：IA、IB、IC、3I0、UA、UB、UC、3U0、Ipa、Ipb、Ipc、f、总有功功率、总无功功率、分相有无功功率、总功率因数、分相功率因数、三相电压/电流不平衡率、谐波分析等、电压电流实时相位角计算；直流量采集；累积四象限电量。,2、控制功能:遥控（YK）功能 装置接受并执行来自主站或子站的遥控指令，完成开关的分、合闸及分合闸闭锁操作；具有当地控制功能，可就地实现开关的分、合闸及分合闸闭锁操作。蓄电池活化功能 远方启动活化及停止活化（远程充放电）。,终端主要功能,3、事件顺序记录 记录系统状态量发生变化的时刻和先后次序，并向主站传送；记录馈线发生短路故障的时间并上

10、送；记录电源发生故障的时间并上送；记录系统真实遥信信息及故障发生、系统运行状态信息。遥信变位记录，记录遥信变位的时间及状态，并上报4.定值远方或当地召唤及修改5.故障检测功能,终端主要功能,6、统计 事件记录SOE 跳/合闸次数和时标 故障记录 负荷曲线记录。7、数据存储8、人机界面:,终端主要功能,终端产品功能的集成化及免维护化 逐步将电能信息采集、电能质量监测、配电监测、负荷控制、故障自动处理等集成到一起，以减少现场终端的种类，降低配电线路及自动化系统的维护配电终端与一次设备一体化设计智能化开关基于配网自动化技术的接地故障检测 终端不间断电源技术 信息共享和分布式计算技术 分布式能源的快速

11、投入与切除会对配电网的运行带来不利的影响及其对配电终端保护的影响；配电网保护及测控设备的运行参数应随配网的工况进行自适应调整的方法。,配电自动化系统发展趋势,智能配电网终端技术发展趋势,三、配电自动化系统通信实现方式,演示提纲,1、配电网通讯的层次结构,第一层：配电自动化主站至子站之间（或变电站），采用光纤通信方式，通信上为点对点或环形连接，采用基于TCP/IP的局域网连接方式；,第二层：配电自动化子站（或变电站）与设备层配电终端之间，通信物理路由采用星形或环形；,第三层：设备层配电终端之间的连接及配电终端与配变监测TTU或其它智能仪表等设备之间的通信连接。,配电自动化通信系统,无线方式：配电

12、终端直接与主站或子站通信。,配网自动化的主要通信方式总体示意图,1、光纤有源自愈通信方式,环形自愈结构,A，B，C三点是通过自愈光MODEM实现的双环网，若在D点发生故障，光路在A站和C站愈合（环回），使通信不受影响,配电自动化通信系统,2、无源光网络通信,无源光网络(PASSIVE OPTICAL NETWORKS)简称PON,是90 年代作为一种通信接入网的技术方案而提出,无源光网络(PON)区别与有源光网络(AON)，是指在OLT(光线路终端)和ONU(光网络单元)之间的光分配网络(ODN)没有任何有源电子设备，光信号在传输过程中不需要经过“光电光”的有源变换,配电自动化通信系统,PON

13、 网络中，ONU 设备是通过光分路器并接在光纤网络上的，每个ONU 收到的信号都OLT 直接发送下来的。,配电自动化通信系统,配电自动化通信系统,配电自动化通信系统,3、无线通信方式,电力线载波通信系统由电力载波设备和高频通道组成，由于输电线路一般有三相电路和一个接地通路，所以用来传输高频信号的通道有两种方式，即相地结合和相相结合高频通道。目前一般采用相地结合的高频通道来实现电力线载波通信。,基于卡接式耦合方式纯电缆屏蔽层载波通信,配电自动化通信系统,4、载波通信方式,接入式的电感耦合方式示意图,电容耦合方式,配电自动化通信系统,基于架空/电缆混合线路的中压载波通信链状组网方案：,配电自动化通

14、信系统,混合线路的中压载波通信主备组网方案：,配电自动化通信系统,混合线路中压载波通信辐射型组网方案：,配电自动化通信系统,配电自动化的主要通信方式比较,几种通信方式的比较：,四、馈线自动化实现模式,演示提纲,馈线自动化主要功能 馈线自动化简称FA，是配网自动化系统中的一组重要功能，是提高配电网可靠性的关键技术之一 馈线运行数据的采集与监控 故障定位、隔离及自动恢复供电,馈线自动化技术,馈线自动化基本要求检测故障要准确（1）故障电流门槛值；（2）环网结构、开环运行的环状网，及检测故障电流的方向；（3）故障电流持续时间；（4）故障信息的采样速度要与首端开关保护相匹配，以保证在开关保护动作之前准确

15、捕捉故障，保证故障信号不丢失。故障隔离要快速网络重构要慎重（1）确认故障点已准确隔离；（2）网络重构以备用电源不超载为前提；（3）备用电源供电正常；（4）网络优化以系统线损最小为原则。,馈线自动化技术,馈线自动化的方案策略 就地控制方式多级重合器配合实现环网自动重构控制方式自动检测过电流，按预先确定的重合操作顺序和时间间隔，多次开断短路电流，并自动重合以恢复供电。优点：故障就地切除，可分步实施，成功率较高，故障处理不依赖于通信和主站系统等。缺点：重合器投资较高，增加馈线出线开关动作时限，在变电站近区故障延长了切除时间，对电网安全运行不利，不适合结构复杂的配电网络。一般用于市郊或农网辐射型长馈线

16、，负荷分散，传输容量不大的线路。,馈线自动化技术,馈线自动化的方案策略 就地控制方式电压-时间模式（电压型）采用VSP5电压型开关配套控制器。两个重要参数，时限X，称为合闸时间时限Y，称为故障检测时间优点：故障隔离和自动恢复送电由开关自身完成，不需要主站控制，因此在故障处理时对通信系统没有要求，所以投资省见效快；开关为交流操作电源，不依赖蓄电池，可靠性高投资省；不依赖于通信和主站系统，故障可就地切除。缺点：金属性短接会造成联络开关另一侧的健全区域停电一次；不适合结构复杂的配电网络；对瞬时故障，延长了恢复供电时间，重合器多次动作，对电网形成多次冲击。该方式主要用于农村及城郊电网,馈线自动化技术,

17、馈线自动化的方案策略远方集中控制方式建立主（子）站、终端FTU、通信判据：馈线是否有故障电流 IK，集中到主（子）站，比较相邻开关故障状态。终端需要不间断电源，浮充+蓄电池一次开关操作电源需要与终端不间断电源一致,馈线自动化技术,由于引入了配电自动化主站系统，由计算机系统完成故障定位，因此故障定位迅速，可快速实现非故障区段的自动恢复送电，而且开关动作次数少，对配电系统的冲击也小；,需要高质量的通信通道及计算机主站，投资较大，工程设计面广，复杂，尤其是绝对通信系统要求高，在线路故障时，要求相应的信息能及时传送到上级站，上级站发送的控制信息也能迅速传送到FTU。,能根据线路负荷余量，进行负荷转带，

18、优化重构方案；,可识别多种故障类型。,远方集中控制方式的优点：,远方集中控制方式的缺点：,馈线自动化的方案策略分布控制方式分布控制方式的实现条件FTU之间必须建立可靠、快速、易于维护的数据通讯通道。FTU必须具有故障处理的全部功能。FTU启动故障处理的条件 FTU故障差动定位、隔离原则 适用于双电源电力环路，对于多电源、复杂环路，若采用馈线差动技术，将导致通信系统过于复杂，故障后网络最优重构实现困难。,馈线自动化技术,变电站1,变电站2,QF1,QF2,KG1,KG2,KG3,KG4,KG5,KG7,F1,KG6,在各个开关上装设带有馈线差动功能的FTU，当F1点发生故障时QF1、KG1、KG

19、2上流过相同方向的故障电流，而KG3、KG4没有故障电流，那么KG2、KG4、KG3上的FTU就会产生差动信号，可以定位故障在F1点，从而隔离故障；由主站接受FTU上送信息，判断故障点，完成网络重构。,在网络结构简单的情况下，KG6开关也可装设备自投装置，从而通过备自投实现对下游的恢复供电。,典型动作过程：,光纤快速差动型配电自动化：,故障隔离快速，变电站出线开关可不动作。,差动型配电自动化的优点：,差动型配电自动化的缺点：,在网络结构复杂，运行方式变化多样的场合实用性差,馈线自动化模式的综合应用,远方（集中）控制与就地控制相结合方式：,配电网主干环路集中控制。支线（幅射供电）就地控制。,就地控制可以采用过电流保护方式，将故障隔离在支线开关负荷侧，避免主干线的瞬时停电。架空线路可以配置重合闸功能，实现瞬时性故障的排除。,谢谢,