福建電力職業技術學院 畢業設計 論文 配電系統監控自動化技術探討 班 級 10 3 電力 1 班 學 號 201001103434 姓 名 朱振國 專 業 發電廠及電力系統 指導老師 黃紅荔 摘 要 自從中國開始進行改革開放時 自動化技術就開始走進大家的生活 自動 化技術簡單的說就是通過弱電系統來控制強電系統 因強電系統如果操作錯誤 時對人會造成一定的傷害 而弱電系統恰恰彌補了這個缺陷 同時弱電系統可 以在遠方進行控制強電系統 可以減少人力資源 同時簡單 方便 可靠性強 大大的提高了企業各方面的效率 隨著我國國民經濟的飛速發展城市現代化進程加快城市 電力負荷增加對 電力的依賴越來越強城市和農網改造已基本完成一次網架的強壯必然要求提高 配電網自動化運行水平并實現配電管理現代化 我國配電自動化系統正是在這 一背景下逐步發展起來的 電力用戶對電能質量和供電可靠性的要求越來越高 電壓波動和短時的停電都會造成巨大的損失 因此 需要結合電網改造在配電 網中實現配電自動化 以提高配電網的管理水平 為廣大電力用戶不間斷的提 供優質電能 論文分析了配網自動化系統的特點 并通過對配電網自動化系統的整體結 構的設計研究 給出了鼓樓配電網自動化系統的具體設計與應用 本文研究的 是系統的總體結構設計以及配網測控終端設備單元 配電測控終端的基本功能 配電子站 配電主站 通訊方式 給出了系統的總體規劃 線路規劃 通信規 劃 主站系統規劃 配變監測規劃 給出了配調 SCADA 饋線自動化 FA 配網高級應用 DPAS 功能設計化 結合鼓樓供電公司的實際情況對通信網絡 以及配電網自動化和調度自動 MIS 等系統的應用接口進行了設計等 按照設計的方案 鼓樓供電公司配網自動化系統已建成并投入了生產運行 取得了較明顯的成效 該系統為也為配網自動化在其他供電企業的應用起到了 示范作用 關鍵詞 關鍵詞 供電 配網自動化 設計 監控 發展趨勢 目目 錄錄 摘 要 2 第 1 章 緒論 3 1 1 選題意義3 1 2 本文的主要內容 4 1 3 論文研究框架5 第 2 章 理論綜述 5 2 1 配網自動化系統總體結構 5 2 2 配網測控終端單元6 2 3 配電子站8 2 4 配電主站8 第 3 章 配電自動化系統總體設計 8 3 1 建設對象及現狀分析 8 3 2 總體建設方案9 3 3 實施規劃9 3 4 技術依據9 3 5 系統設計計劃達到的主要技術指標 10 第 4 章 配電自動化系統工程應用與實施 12 4 1 設計原則12 4 2 規劃方案13 4 3 系統功能規劃20 4 4 工程實施25 結論 27 致謝 28 參考文獻 29 第 1 章 緒論 1 1 選題意義選題意義 今天的社會是 21 世紀 自動化技術與我們每個人悉悉相關 同時我們每天 都在使用它 接觸它 自從國民經濟的高速發展和改革開放的深入 電力用戶 對電能質量和供電可靠性的要求越來越高 電壓波動和短時的停電都會造成巨 大的損失 因此 需要結合電網改造在配電網中實現配電自動化 以提高配電 網的管理水平 為廣大電力用戶不間斷的提供優質電能 配電網系統在電力系統中是一個非常重要的 電力系統的電壓等級有 3 6 10 35 60 110 220 330 500 750 1000kv 而配電系統是 10kv 以內的電壓等級 配網自動化是西方發達國家 70 年代提出的概念 目前在日本 歐美已得到了充分發展 國內也有了很多的嘗試 但主要集中在城市 對于配 電自動化 配電系統自動化設計導則 中針對其特點給出了很確切的定義 利用現代電子 計算機 通信及網絡技術 將配電網在線數據和離線數據 配電網數據和用戶數據 電網結構和地理圖形進行信息集成 構成完整的自動 化系統 實現配電網及其設備正常運行及事故狀態下的監測 保護 控制 用 電荷配電管理的現代化 配電自動化系統 DAS 在縱向結構分屬于配電管理 系統 DMS 橫向與 110KV 變電站綜合自動化 調度自動化 電力 MIS 等緊 密關聯 從目前實施的需求和現狀看 配電網自動化實行的模式應是 SCADA 與 GIS 合一 營配合一 且與地調 電力 MIS 等緊密集成的系統 每個系統都有一定的功能 配電系統也不例外 配電網自動化系統的功能 應包括配電網絡的數據采集與控制 SCADA 饋線自動化 FA 即故障定位 隔離 非故障區段的供電恢復 負荷管理 地理信息系統 AM FM GIS 配 電應用分析 PAS 等 配網自動化系統的特點是 信息量大 在線分析和離 線管理緊密結合 應用分析和終端設備緊密結合 一次設備和二次設備緊密結 配網自動化系統的優點和建設的必要性 1 配電自動化系統可以極大地提高供電可靠性 縮短故障時間 改善電 壓質量 以最優電壓提供給用戶 并可減輕運行人員的勞動強度 2 可以使運行人員經常地掌握配電系統的狀態 如系統的構成 開關的 開合狀態 負荷電流 事故發生的情況等 3 可以使配電系統在停電時 包括事故停電和施工停電 能夠顯示停電 的狀況 計算停電后恢復送電的方法 并自動進行開關的操作 從而使配電系 統的運行和維護合理化 并可迅速處理用戶和系統的一切反應 4 可以提高整個配電系統的管理水平 提高工作效率 改善用戶服務水 平 1 2 本文的主要內容本文的主要內容 由于配電網自動化系統的結構龐大 所涉及的領域復雜 本文僅以鼓樓供電公司配網 自動化系統工程建設為背景 主要針對鼓樓區公司配電網自動化系統目前主要關注的幾個 部分進行研究 并完成鼓樓配電網自動化系統的應用設計 1 3 論文研究框架 緒論 理論綜述 配電自動化系統總體設計 建設對象及現狀分析技術依據 技術指 標 配電自動化系統工程應用與實施 圖 1 1 研究框架 總體建設方案 實施規劃 第 2 章 理論綜述 2 1 配網自動化系統總體結構配網自動化系統總體結構 現行的配電網自動化系統多采用分層分布式體系結構 主要由三部分組成 主站層 配網子站層 配網測控端設備層 主站層是配網自動化系統監控及信息管理層 配網子站層是區域工作站層 配電網測控終端設備層是整個配電網自動化系統的的基礎 其主要完成戶外柱 上開關 環網開關柜 箱式變電站 配電變壓器 配網開閉所 配網小室等各 種信息的采集處理及監控功能 配電主站 調度自動化系統 其他系統 配電子站 開閉所遠 方終端 測控 終端 配變監 測終端 饋線監 測終端 通信系統 配網自動化系統 圖 2 1 配網自動化系統結構示意圖 2 2 配網測控終端單元配網測控終端單元 目前的遠方測控終端主要包括饋線遠方終端 配電變壓器遠方終端 配電 自動化遠方終端 一 配網測控終端設備 一 饋線遠方終端 饋線遠方終端包括 FTU Feeder Terminal Unit 和 DTU Distribution Terminal Unit FTU 安裝在配電網饋線回路的柱上 開關規等處 DTU 安裝 在開閉所 配電所等處 具有遙信 遙測 遙控和故障電流檢測功能 二 配變遠方終端 TTU Transformer Terminal Unit 是應用于配電變壓器的各種運行參數采 集 測量的遠方終端 二 測控終端的基本功能 一 三遙 遙測 YC 遙測往往又分為重要遙測 次要遙測 一般遙測和總加遙測 等 遙測功能常用于 變壓器的有功和無功采集 線路的有功功率采集 母線電壓和線路信號電流采集 溫度 壓力 流量等采集 頻率采集 主變壓器油溫采集和其他模擬信號量采集 遙信 YX 一般采用無源觸點方式 即某一路遙信量的輸入就是一對繼 電器的觸點 或者是閉合 或者是斷開 通過 YX 端子板將繼電器觸點的閉合 或斷開轉換成低電平或高電平信號送入子站處理 遙控 YK 一般采用無源觸點方式 要求其正確動作率大于 99 99 所 謂 YX 的正確動作率是指其不誤動作的概率 一般拒動不認為是不正確 遙控 功能常用于斷路器 柱上開關等的分 合和電容器 電抗器的投切以及其他可 以采用繼電器控制的功能 二 事件順序記錄 SOE 事件順序記錄的一項重要指標是時間分辨率 分辨率可分為站內和站間兩 種 SOE 的站內分辨率 是指在同一子站 RTU 內 順序發生一串事件后 兩事件間能夠辨認的最小時間 SOE 的站內分辯率一般要求小于 5ms 其分辨 率的大小取決于子站的時鐘精度和獲取事件的方法 這是對子站的性能要求 SOE 的站間分辨率 是指各子站 RTU 之間順序發生一串事件后 兩事 件間能夠分辨的最小時間 這取決于系統時鐘的誤差及通道延遲的計量誤差等 SOE 的站間分辨率一般要求小于 10ms 這是對整個自動化系統的性能要求 三 系統時鐘校對 配電子站 FTU 間 SOE 分辨率是一項系統指標 它要求各子站 FTU 的 時鐘與高度中心的時鐘嚴格同步 目前 采取的措施有 用全球定位系統 GPS 提供的時間頻率同步對時 有效的保證 SOE 分辨率 指標 這種方法需要在各站的站間點安放 GPS 接收機 天線及放大器 并通過 通信口和子站等相連 采用軟件對時 SC1801 CDT DNP IEC104 IEC101 等通信規約提供 了軟件對時手段 軟件對時由于受到通信速率的影響 需要采取修正措施 采 用軟件對時的方法不需要增加硬件設備 四 自恢復和自檢測 配電子站 FTU DTU 等作為配電自動化的數據采集單元 必須確保保 持持續穩定地完成和 SCADA 的通信 上報當前采集情況并接收主站系統下達 的各項命令 但子站 FTU DTU 處于一個具有強大電磁干擾 跑飛 或通 信瞬時中斷等異常情況 若不加特殊處理 均有可能造成子站 FTU 死機 因 此要求子站 FTU DTU 在遇到上述情況時 要在較短的時間內自動恢復 重新開始執行程序 五 通信功能 通信要求子站 FTU DTU 能將采集到的信息上報并接受上一級設備的 命令 通信應具有支持多種規約及多種通信信道的功能 六 故障檢測功能應具有故障信號捕捉能力 并具備故障區域的定位 隔離和非故障區域恢復供電能力 2 3 配電子站配電子站 配電子站的主要功能是負責管理其附近的環網柜 開閉所等配電站端監控 設備 完成數據采集 當地監控等功能 將實時數據處理后轉發至配電主站 并具備饋線監控的擴展功能 2 4 配電主站配電主站 配電主站主要實現配網控制中心的各種監視 控制 管理功能 包括配電 SCADA 功能 各種數據量的采集 數據傳輸 數據加工 控制操作 事件報 告等基本功能 地理信息系統 GIS 各中高級應用軟件 PAS 和需方管理 功能 第 3 章 配電自動化系統總體設計 3 1 建設對象及現狀分析建設對象及現狀分析 鼓樓供電公司系福州供電公司所轄的區級供電公司 鼓樓公司實施配網自 動化項目的范圍為鼓樓區供電公司城區供電區域 鼓樓城區主要由銅盤變 福 飛變 2 座變電所供電 鼓山變與銅盤變電所天峰線實現聯絡 本次建設的對象 涉及 10KV 線路共 5 條 其中銅盤變電所提供 3 條 分別為左海線 省軍區線 天峰線 福飛變電所提供 1 條 為屏山公園線路 鼓山變電所提供一條 為鼓 嶺站線 形成 1 個手拉手及一個三電源網 10KV 配電線路均為架空線路 線路間存在一定的聯絡關系原聯絡開關都 為油開關 因此 本方案根據負荷的重要程度和數量對原分段進行調整并增加 新的分段 原油開關更換為真空配電自動化開關 3 2 總體建設方案總體建設方案 根據鼓樓區線路的實際情況和公司對配電管理的實際需求 考慮建設較完 整的配網自動化系統 由饋線自動化 管理主站 通信系統 光纖通信 和配 電變壓器監測 初步為 10 臺 等構成 并考慮將來的發展 采用保護型 FTU 斷路器方案 沿線路敷設通信光纜組成雙環自愈網接入配網主站 在局大樓設 立配調主站 配調主站按照配調一體化的模式進行設計 同時預留向其它信息 系統發布配網信息的功能 3 3 實施規劃實施規劃 結合鼓樓公司的實際情況 鼓樓區配電自動化系統工程可采取總體統一規 劃 分期分片實施的方式進行 一期工程首先實施 5 條 10KV 線路的饋線自動化 實現該供電區域饋電線 路的故障自動定位 隔離等 建設完整的 SCADA 系統 配電網高級應用功能 同時實現部分的配電變壓器監測 30 臺 二期可考慮向其他供電區域擴展 實施全區 配電調度及饋線自動化 實 現全區配電網絡的監控調度自動化 同時完成饋電線路的故障定位 隔離和非 故障區段的自動恢復供電 因主要負荷均在支線 故二期可考慮對部分支線進 行系統建設 另 GIS 其他配電變壓器的監測以及大用戶表的遠程集抄等均放 在二期進行建設 3 4 技術依據技術依據 本技術方案主要依據 但不限于 IEC60870 5 101 IEC60870 5 104 IEC61968 DNP3 0 DL T451 1991 遠動設備傳輸規約 地區級電網調度自動化系統功能規范 配電系統自動化規劃設計導則 配網自動化技術規范 配電自動化及管理系統功能規范 國家電網公司城市電網自動化及通信系統技術導則 3 5 系統設計計劃達到的主要技術指標系統設計計劃達到的主要技術指標 一 系統容量指標 系統的設計容量為 可接入子站數 256 可接入工作站數 不限 終端數 65536 模擬量 655360 數字量 655360 控制量 655360 虛擬量 不限 轉發量 不限 事故追憶 不限 歷史數據保存周期 2 年 二 系統可靠性指標 系統平均無故障時間 MTBF 50000 小時 系統可用率 99 99 遙控正確率 100 遙信正確率 99 99 網絡負荷率 25 計算機 CPU 負荷率 電網正常時任意 30 分鐘內平均小于 30 電網事故 時 10 秒內小于 60 三 系統實時性指標 遙測變化傳輸時間 5 秒 遙信變化傳輸時間 3 秒 事故變位報警響應時間 5 秒 畫面調用時間 2 秒 系統數據刷新 5 秒 命令響應時間 3 秒 事故推畫面時間 2 秒 主 備機切換時間 30 秒 SOE 分辨率 5 毫秒 系統對時誤差 10 毫秒 四 FTU 性能指標 一 環境參數 工作溫度 40 85 度 D 級 工作濕度 5 95 使用高度 1000m 符合 DL478 二 電氣參數 交流電流 5A 1A 功率消耗 1 VA 相 交流電壓 100V 功率消耗 0 5VA 相 適用頻率 50HZ 直流電源 24V 功率消耗 l0W 三 技術指標 動作速度 25ms 接點容量 長期通過電流 8A 切斷電流 0 3A 無保持條件下 線路長度 65km 過載能力 電流回路 2 倍長期 10 倍長期 40 倍長期 電壓回路 1 2 倍長期 保護裝置 電流 3 電壓 1 角度 30 度 接點開入 2ms 測量裝置 電流 0 2 級 電壓 0 5 級 五 TTU 性能指標 一 環境參數 工作溫度 40 80 度 工作濕度 5 95 二 電氣參數 電源 220V AC 頻率 50HZ 功耗 15W CT 輸入 5A PT 輸入 220V 三 技術指標 電流測量精度 0 2 級 電壓測量精度 0 5 級 電量測量精度 1 級 第 4 章 配電自動化系統工程應用與實施 4 1 設計原則設計原則 一 配網自動化系統設計應在配電網規劃的基礎上 根據當地的電網結構 負荷密度 用戶性質等 因地制宜地選擇方案及設備 二 實施配網自動化應優先考慮重要用戶多 負荷密度高 線路供電半徑 合理 具備互連條件和用戶對供電可靠性要求較高的區域 三 對于未具備互連條件的配電網 可按就地控制方式實施 四 配網自動化系統必須首先實現配電網監控功能 條件具備時可以擴展 管理功能 五 配網自動化系統主站宜與調度自動化系統二體化設計 規模較大的電 網可統一規劃 分別建設 調度自動化系統尚未建設 不應先行建設配網自動 化系統 新建或改造調度自動化系統應綜合考慮配網自動化需求 六 配網自動化通信建設應與調度自動化通信 電能量采集通信等相結合 并留有裕量 4 2 規劃方案規劃方案 一 總體規劃 一 完整的配網自動化系統 結合鼓樓區城區配電網絡實際和近期改造計劃 城區配網自動化系統總體 方案如圖所示 本期工程選擇三座變電所的四條饋線實施配網自動化 采用保 護型 FTU 的斷路器方案 沿線路敷設通信光纜組成雙環自愈網接入配網主站 在局大樓設立配調主站 配調主站按照配調一體化的模式進行設計 同時預留 向其它信息系統發布配網信息的功能 配電自動化主站系統 其它信息系統 終端 FTU 終端 FTU 終端 FTU 開關 圖 4 1 系統總體方案圖 配網光纖通信 系統采用三層模式 配置配電主站 配電子站和配電終端三層 是完整的 配電自動化系統模式 配電主站是配電自動化系統的控制和管理中心 主要完成對整個配網系統 的實時數據 設備信息 電量信息 用戶信息等進行匯總 人機交互 分析管 理 與其它系統的信息共享以及 FA 等功能 配電主站也可以作為區域控制中 心 作為上級主站的一個節點與上級主站聯網 與上級主站進行信息交換和共 享 配電子站是配電自動化系統的中間環節 在配電主站與配電終端 FTU TTU 等 之間 實現遙測 遙信 遙控等數據的收集及轉發 完成所 轄區域的故障識別 故障隔離和恢復供電即 FA 功能 配電子站一般放在變電 所 可以與變電所的 RTU 通信 通過 RTU 采集出線開關的狀態信息 保護 信息和電量等信息 為饋線自動化提供判斷依據 配電終端是配電自動化系統數據采集和控制執行設備 具有遙測 遙信 遙控 數據遠傳等功能 配電終端包括 FTU DTU TTU 等 FTU DTU 除了 正常遠動功能外 還具有故障檢測功能 并將故障信息送往子站和主站 與配 電子站和配電主站一起 實現饋線自動化功能 配變的信息由 TTU 采集 TTU 利用 GPRS 模塊通過移動公司數據網 將數據送往配電子站或配電主站 主備 數據 服務 器 DA 工 作站 GPS GIS 工 作站 調度 工作 站 維護網 絡管理 工作站 路由 器 報表 工作 站 到電 能計 量系 統 GIS 檢 修調 度 桿塔 規劃 定位 工 作站 WEB SCADA WEB GIS 終端 通信 服務 器 調度路由 器 配電 子站 FTUFTU TTU 光纖以 太網 FTUFTU TTU 圖 4 2 系統結構示意圖 二 與區公司調度自動化配合方案 考慮到鼓樓供電公司原有調度自動化系統為福州大學開發的調度自動化系 統 主站系統也可采用福州大學系統 從而節約建設投資 此種方案在變電所可不設主站 線路上所有光 modem 都通過通信線路連入 變電所多串口卡 然后通過調度自動化的通信信道連入其前置機 通過規約轉 換 在調度自動化系統平臺上完成饋線的監控 如圖 4 3 報表打印機 配調工作站 調度網 路由器 交換機 調度前置機 網卡局 MIS 網 光通 信單 元 光通 信單 元 光通 信單 元 光通 信單 元 光通 信單 元 光通 信單 元 多串 口卡 多串 口卡 圖 4 3 與公司調度自動化系統配合方案示意圖 這種方式需解決以下主要問題 1 保護定值的下發問題 在現有調度自動化系統中 無對應 FTU 定值的下發 需與開發廠家協商增 加此種功能 2 協議的轉換問題 因協議的不完全兼容 主站與終端配合工作時 須在主站方修改規約的解 釋 以能正確接收終端上送及下發數據 3 光 modem 網管軟件 在現有調度自動化前置機處應安裝對應光 modem 網管軟件 4 高級應用軟件包 現有調度自動化系統沒有高級應用軟件 需開發廠商進行這方面的開發工 作 此種方案對應完整的配網自動化系統 在對系統要求不高 可節約較多的 資金投入 從節約資金的角度可考慮采用 另一種方案是使用從配網自動化系統的終端到主站軟件為一體化開發的系 統 這樣系統地兼容性更好 系統維護較也為簡單 較之第一種方案而如果終端與主站分別采用不同產品 在系統維護上將造 成極大的不便 另外現有調度系統的功能相對于一個完整的配網自動化系統有 所欠缺 譬如高級應用軟件包等都需要重新開發 其結果將造成成本基本相等 但是系統實施工作量以及日后的維護工作都有一定的不便 這種方案當認真考 慮 并做好與現有調度的開發廠商的協調與溝通工作 二 線路規劃 根據 電力網規劃設計導則 和 配電網改造技術導則 及其相關說明中 所建議的規劃原則 并結合鼓樓區城區目前的配電網絡實際情況 采用以下原 則對線路進行分段規劃 城關三電源網 銅盤左海線 省軍區線 福飛變屏山公園線 銅盤變左海線 11 和 18 號桿處增設分段真空配電自動化開關 原 1 2 聯絡油開關更換為聯絡真空配電自動化開關 福飛變屏山公園線 44 94 桿 處增設分段真空配電自動化開關 由于氣象局方向分支線路負荷較重 故在該 分支線路 20 桿處增設分段配電自動化開關 銅盤變省軍區線 18 桿處增設分段 配電自動化開關 原 2 油開關取消 原 1 油開關更換為配電自動化開關 作為 五一路 II 段分支的分段開關 由于左海線 18 開關至 1 聯絡開關之間負荷較重 故把招待所支路改接與 18 桿開關前段 以平衡各段負荷 雙電源網 銅盤變天峰線 五四路變鼓嶺站線 由五四路變鼓嶺站線與銅盤變天峰線互連 構成一條雙電源網 由于五四 路變出線到新店段全為城市網線路 在本期工程中 在該線路之間暫時不增設 分段 而銅盤變天峰線與新店地區則分別增設兩臺分段自動化配電開關和一臺 聯絡配電自動化開關 配電自動化開關的具體位置根據環境在施工時最終確定 為了滿足網絡重構后線路所帶負荷的需要 建議配電線路的線徑更改為 240 左 右的導線 配電自動化開關安裝方式采用雙桿安裝 如果安裝開關的桿之間有用戶低 壓線穿過 建議改為絕緣線 從安裝開關的橫擔下通過 采用該方案 增加了線路的聯絡關系 可以提供多種供電路徑選擇 具有 較高的供電可靠性 便于保證重要負荷的正常供電 由于線路間的聯絡比較復 雜 饋線自動化功能的實現采用主站控制方式的斷路器方案 便于系統的擴展 在此網架基礎上還可以對 l0KV 配電網絡運行方式進行優化已達到降低線損提 高電壓質量的目的 銅盤 站 04 06 福飛 站 23 18 1 聯絡94 18 24 天峰線 44 省軍區線 11 左海線 圖 4 4 三電源網示意圖 三 通信規劃 一 規劃原則 1 依據配電自動化系統功能的需要 整個配電自動化通信系統采用分層結 構 從系統結構劃分 整個通信系統可采用三層結構 配調主站一變電所子站之間 借用 SDH 光纖通信通道 通過 E1 接口接入 或直接使用光纖以太網 鼓樓公司與變電所之間光纖通信已經實現 所以這部 分通信可利用原有線路 另外根據鼓樓公司的實際情況 可考慮線路光纖直接 連接前置機 可節省子站的建設費用 子站與終端層之間 變電所子站與現場終端之間采用光纖自愈環方式 在 配變監測和用戶抄表系統中 采用 GPRS 方式 TTU 單相多費率電子電度表 配電變壓器處的 3 個單相多費率電子電 度表可采用普通線 音頻雙絞線或電纜線組成 RS 485 總線方式 組網后通過 RS485 接口直接接到附近 TTU 的抄表通信口上 由 TTU 向上轉發電能表數據 TTU 與電能表通信采用 IEC60870 5 102 標準協議 通信速率為 1200bps 2 考慮鼓樓區對配電自動化整體規劃及后期功能擴展的要求 擬采用光纖 通信方案 3 配電變壓器監測采用 GPRS 無線通信方式 二 具體方案 1 在線路上裝設光纖自愈式環網 每個分段開關 FTU 單元加裝光 modem 2 在公司監控中心設一臺具有固定公網 IP 地址的計算機 3 在每個監測的配電變壓器 TTU 單元處加裝 GPRS 模塊 通信結構示意如下 報表打印機 配調工作站 調度網 路由器 交換機 歷史數據庫服務器 網卡 1局 MIS 網 光通 信單 元 光通 信單 元 光通 信單 元 光通 信單 元 光通 信單 元 光通 信單 元 多串 口卡 多串 口卡 圖 4 6 通訊結構示意圖 網卡 2 四 主站系統規劃 依據 配電系統自動化規劃設計導則 主站系統建設為三層結構 包括前 置機 數據庫服務器 監控業務臺等 數據從終端通過光纖通信上送到前置機 然后存入實時數據庫 監控業務臺和 WEB 頁發布的信息都從數據庫中提取 為了提高數據的安全性 主站系統同樣采用雙機雙網熱備份 采用雙前置 機 雙服務器 同時裝設雙網結構 系統采用雙以太網結構 前置機冗余配置 與終端服務器構成數采子網 數據庫服務器雙機容錯互為熱備用 使用磁盤冗 余陣列 RAID 支持雙控制器 熱插拔硬盤 確保系統具有更強的可靠性和 擴展能力 另外根據鼓樓公司實際情況為了節約資金 同樣也可以采用單前置 機 單服務器設置 五 配變監測 整個系統包括四部分 一是裝設在配電變壓器上的配變綜合分析儀 二是 GPRS 移動數據通訊網 三是在供電公司內的管理主站系統 四是低壓載波用 戶抄表系統 4 3 系統功能規劃系統功能規劃 一 配調 SCADA 一 功能概述 SCADA 是配電自動化主站系統的基礎 其主要功能是數據采集和遠方遙 控及管理 二 數據采集與處理 1 數據采集 該模塊負責采集從配電子站送來的各配電終端和 RTU 采集的遙測 遙信 脈沖量 數字量等信息 通道監測裝置送來的通道監測信息以及 GPS 時鐘送來 的時鐘信息 模擬量 有功功率 無功功率 功率因數 電流 電壓 變壓器油溫 頻 率 壓力等 數字量 頻率 脈沖電度量 水位等 狀態量 負荷開關 斷路器 刀閘位置信號 變壓器分接頭位置信號 保 護及自動裝置動作信號 通道故障信息 事件順序記錄 SOE 脈沖量 現場脈沖電度表的脈沖值 時間量 GPS 時鐘的時間脈沖或對時指令 2 數據處理 1 模擬量處理 工程值計算 使用偏移量 系數對原始值進行計算 將生數據轉化成熟 數據 允許標記設置 允許用戶設定以下功能開關 掃描允許 是否允許對該模擬量進行掃描 報警允許 是否允許該模擬量產生報警 遙調允許 是否能對該模擬量進行遙調操作 事故追憶 是否對該模擬量進行事故追憶 絕對值 是否對該模擬量工程值取絕對值 語音報警 是否對該模擬量使用語音報警 歷史存儲 可以對各種模擬量進行以下幾種有效計算和存儲 日負荷率 月負荷率等有功統計值 日正常時間 日越上限時間 日越下限時間 月正常時間 月越上限時間 月越下限時間 工程值日最大 日最小 日平均等日統計值 工程值月最大 月最小 月平均等月統計值 電壓日合格率 日越上限率 日越下限率 電壓月合格率 月越上限率 月越下限率 報警設置 定義報警信息的等級 分為一般 嚴重和緊急三種等級 系統運行時 可 以 根據報警信息的等級對報警信息進行篩選 設置報警限 死區設定 當模擬量的工程值落到報警限之外時 產生遙測 越 限報警 為避免模擬量在報警限附近波動時產生大量報警 還允許用戶設定報 警 死區 有效值設定 當模擬量的工程值落到有效值范圍之外時 認為模擬量處于停止狀態 2 狀態量處理 根據采集的負荷開關 變電所開關 刀閘狀態 變壓器分接頭位置 實 時 顯示配網運行狀態 狀態變化時迅速發出報警 處理后的信息送數據庫 人機界面 打印系 統 模擬屏等 狀態設置 包括 遙控封鎖和允許 SOE 設置 檢修標志設置 可設置接地符 檢修符 安全柵欄 屏蔽過于頻繁的遙信告警動作 3 電能量處理 人工設置電度底數 進行電度量的標度變換 計算周期內的電量 并實時保存上周期的脈沖值 設定高 低 平谷負荷時段 并計算各時段電量超欠用值 計算結果入 實時和歷史庫 無脈沖量的點 可采取積分方式或分電度計算方式計算電量 積分時間可調 3 統計計算 1 用戶可按高級語言語法引用常量 變量 函數定義積分常量 雙位遙 信等特殊運算功能 計算公式定義方便 功能齊全 2 可完成總加 累計 平均值 合格率 線損 負荷率 運行率 功率 因數 積分等計算 3 可完成開關 保護動作次數的統計 通道投切統計 通道誤碼統計 各種數據的最大 最小值以及出現時間的統計各電壓等級限電拉閘次數及相關 量的統計 4 可實現可靠性指標的統計 如電壓 頻率合格率 供電可靠性等 三 操作控制 1 實現對負荷開關 斷路器 刀閘等進行遠程分合閘操作 2 調節有載調壓變壓器分接頭 3 電容器 電抗器的遠方投切 4 控制有可靠的校核 返校和事項審核等防誤操作措施 5 可實現配電終端遠程參數修改 程序下載等功能 6 可實現由多個控制命令組成的順序控制 系統按照事先定義好的系列 控 制命令對多個設備進行控制 包括控制的安全性檢查和延遲等 四 報警管理 1 各種報警可靈活定義 報警信息由數據庫管理 并可進行檢索和處理 2 提供圖形 文字 語音 打印等各種形式報警 電子值班功能可將系 統運行故障和電網事故通過電話撥號或傳呼通知運營人員 運行人員也可對報 警內容進行電話查詢 3 可講行遙測越限報警 狀態量變化報警 事故報警和工況報警的設置 4 事故時 可自動推出事故告警畫面 事故告警畫面可由用戶自行設定 五 人機界面 人機界面 MND 友好 色彩豐富 使用簡單 在配電網地理接線圖 或單 線圖 和相關地區電網的單線圖上 顯示配電網及相關地區電網的運行狀態 包括 1 顯示運行 停役 恢復和檢修等設備狀態 2 配電網及相關地區電網運行參數越限 設備異常情況的報警 六 報表管理 1 報表打印可實行定時啟動 人工啟動和事件驅動三種啟動方式 2 定時打印包括整點記錄 日報表 月報表 年報表等 打印周期可設定 3 事件驅動可輸出遠動狀態 遙測越限 遙控操作 交接班記錄 系統設 備故障 遙信變位 事件記錄 事故追憶等 4 打印內容可人工定義 如配電可靠性數據統計報表打印 了 系統對時 系統接收 GPS 衛星時鐘 時鐘誤差小于 1ms 也可接收上級調度下發的對 時命令 同時 DA 主站還能向下級配電子站 配電終端等下發對時命令 保 證全網時鐘精度的統一 七 用戶管理 1 所有的系統操作員 系統管理員 系統維護員 調度員等 根據其需要 被賦予不同管理范圍和操作權限 依登錄的權限控制操作人員的讀 寫 維護 執行等行為 2 重要遙控實行口令字控制 在執行遙控操作時進行口令字校驗 以確保 無關人員不能執行遙控操作 3 所有登錄 退出 和修改口令 權限 重要操作都能按時記錄備查 4 越權操作 操作不當 網絡故障 打印機故障等異常情況下 系統給出 正確提示 八 通訊管理 1 能監視網絡上各節點的運行工況 故障時產生報警 并將功能重新進行 分配 2 監視配電子站和配電終端的運行情況 設備狀態變化進行報警處理 3 監視通道原碼和統計誤碼率 可顯示和打印通道收發原碼 遙控發碼可 24 小時紀錄存檔 誤碼率統計時間間隔可選擇設置 4 在線診斷系統的各種故障 可通過專用通道或電話撥號實現遠程監視 遠程維護和遠程診斷等功能 九 WEB 發布功能 通過 Web 服務器的電力數據瀏覽系統 可實現 PD2100 主站系統與 MIS 網 等其他系統的數據交互 自動化系統的接線圖 報表 曲線等各種畫面均可轉 化成 Web 頁面 同時對客戶端用戶進行權限管理 按授權情況查看相關信息 二 饋線自動化 FA 一 主要功能 信息采集和處理功能 SOE 紀錄及上報功能 電能質量統計功能 就地操作功能 開關在線監測功能 遠方參數設置功能 當地調試功能 系統對時功能 完備的保護功能 準確故障檢測 定位和供電恢復功能 雙向閉鎖過流保護功能 階段式后備保護功能 重合閘 后加速保護功能 斷路器失靈保護功能 故障隔離功能 快速網絡重構功能 高可靠性和免維護 設備自診斷 自恢復功能 多種電壓等級的電源供電功能 失電保護及電源監視功能 完備的蓄電池運行控制及維護功能 輸入 輸出回路具有安全防護功能 靈活的組網能力 適應環型 星型 鏈狀結構任意組合的配電網絡結構 配電 FA 系統具有多種運行模式 隨意選擇 具有高速性 選擇性 可靠性 高靈敏度等特點 故障切除達到毫秒級 支持 IEC101 103 104 CDT DNP3 0 等多種規約 4 4 工程實施工程實施 一 饋線自動化實施方案 常用的饋線自動化實施模式有就地控制 遠方集中控制以及綜合智能控制 根據鼓樓供電公司對配網自動化系統項目的實際需求以及后期功能擴展的需要 系統建設為有信道方式 此種方式下 使用保護型 FTU 可依賴信道實現就地 控制 一 對于較復雜網架結構 在線路故障情況下 利用保護型系統通信完 成故障區段的自動隔離 非故障區段自動轉移供電功能 引入了具有遠控功能 和保護功能的配電饋線自動化原理 在保護方面 引入了具有主保護與后備保 護的雙向閉鎖式方向過電流保護 完整實現了保護的快速 靈敏 選擇和可靠 性 在系統恢復方面 引入了實用的故障隔離的主備重構恢復技術 在系統監 控方面 提出了主備原理的熱備用監控技術 該系統采用信號傳遞機制 使相 關的兩個或多個 FTU 間傳遞故障信號并實現故障檢測和隔離 無需主站干預 相對于其他利用主站實現故障檢測和隔離的方案 有以下特點 1 故障隔離范圍小 2 不需二 三次重合 3 主站失敗不影響保護操作 4 實現保護為毫秒級 領先同類產品 二 配電主站故障處理系統 在斷路器饋線故障處理模式下 主站段故障處理系統起如下兩個作用 1 饋線故障處理系統動作監視 當現場保護動作時 主站端故障處理系統監視保護動作信息 記錄故障處 理過程 并進行相關校驗 驗證現場故障處理的正確性 2 饋線故障處理系統后備 這種饋線自動化方案 可以避免電壓時間型 FDR 和電流計數型 重合 器十分段器 方案對電網帶來的沖擊 縮短停電時間 減小停電區域 提高了 配網的供電可靠性 同時將開關設備 終端集成為具有數據采集 傳送和控制 功能的智能化設備 并通過通信與 SCADA DMS 中心結合 構成一個完整的饋 線自動化系統 二 實施步驟 根據鼓樓區 l0KV 線路的實際情況 在實施的時候建議按照如下步驟進行 選定線路分段位置 安裝分段開關及聯絡開關 在分段開關處安裝 FTU 變電所內實施配電子站的安裝 包括軟件和硬件的安裝 在線路上鋪設光纖自愈式環網 同時調試子站與 FTU 以及 FTU 之間的通 信安裝主站系統 包括數據庫服務器 前置機 監控業務臺等的軟硬件安裝 同時進行整個配電自動化系統的調試 安裝配變監控系統軟件的調試安裝與當 地移動通信協商 GPRS 信道的使用問題 這個部分可與前面同步進行在需監測 的配電變壓器處安裝配變監測單元 TTU 及 GPRS 通信模塊 與主站軟件協調 進行調試 結論 配電網自動化系統應用以來 運行穩定 效果明顯 效益顯著 主要體現 在以下幾個方面 開關設備與監測裝置接口 實現遙測 遙信 遙控功能 有利于提高自動 化水平 配電網自動化實施后 通過對配電網一次設備的升級及一次網絡的優 化建設 大大降低配網的故障率 縮小配網故障的影響停電范圍 通過自動化 的實施 帶來配網管理模式的重大變革 從而減少因計劃檢修 計劃施工及改 擴建導致的停電時間 通過配電網自動化的實施 能夠在較短的時間內確定故障位置 引導檢修 人員快速趕往現場 處理事故 提高工作效率 通過確切的安全措施 以及