1、農(nóng)村電力網(wǎng)自動化專題農(nóng)村電力網(wǎng)自動化專題第第3章章 開閉所和配電變電所內(nèi)自動化開閉所和配電變電所內(nèi)自動化 配電變電站和l0kV開閉所是配電網(wǎng)的重要組成部分，因此配電變電站和開閉所的自動化程度的高低，直接反映了配電自動化的水平。配電變電站和l0kV開閉所內(nèi)的自動化和輸電網(wǎng)中變電站自動化采用的設(shè)備類似。 配電變電站和10kV開閉所通常是無人值班的，并且沒有取暖設(shè)施，故要求在站內(nèi)安裝微機遠動裝置(RTU)，并且對環(huán)境和設(shè)備可靠性的要求很高。第一節(jié)第一節(jié) 遠動裝置遠動裝置(RTU)的發(fā)展的發(fā)展v 我國電力系統(tǒng)遠動技術(shù)是在50年代發(fā)展起來的。最初是從前蘇聯(lián)引進的SF一58型有接點遠動裝置，通信速率為50

2、bits，功能也較弱。60年代以來，我國自行研制出了無觸點數(shù)字綜合遠動裝置。自70年代起基于微處理機的遠動裝置有了迅速發(fā)展，Z80，intel8086，intel80286，intel8098，MCS一51等高性能微處理機廣泛地應(yīng)用于RTU中。RTU裝置具有遙測YC)、遙信(YX)、遙控(YK)、遙調(diào)(YT)四種功能，遠動裝置是由硬件邏輯原件組合配成的。 遠動信息遠動信息(YX(YX、YC)YC)按時間先后編成一串編碼，按先按時間先后編成一串編碼，按先后順序發(fā)出。遙信量是開關(guān)量，對于開關(guān)量，經(jīng)采樣后順序發(fā)出。遙信量是開關(guān)量，對于開關(guān)量，經(jīng)采樣后可直接送入處理器，按規(guī)定好的時分多路制格式排后可直

3、接送入處理器，按規(guī)定好的時分多路制格式排列，然后串行發(fā)送出去。遙測量是模擬量，模擬量的列，然后串行發(fā)送出去。遙測量是模擬量，模擬量的輸入部分一般為電壓互感器輸入部分一般為電壓互感器(TV)(TV)，或電流互感器，或電流互感器(TA)(TA)的輸出。采集到的模擬量首先經(jīng)變送器變成的輸出。采集到的模擬量首先經(jīng)變送器變成O O5V5V的電的電壓，后經(jīng)壓，后經(jīng)A AD D轉(zhuǎn)換器把采樣幅值轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)碼后轉(zhuǎn)換器把采樣幅值轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)碼后送入處理器，再經(jīng)過送入處理器，再經(jīng)過BCDBCD轉(zhuǎn)換，并將各路被測量按照規(guī)轉(zhuǎn)換，并將各路被測量按照規(guī)定好的時分多路制格式排列好，串行發(fā)送出去。定好的時分多路制格式排列

4、好，串行發(fā)送出去。v 這些遙測、遙信等信息，將送到調(diào)度所的模擬盤上去顯示，這就實現(xiàn)了遠距離收集信息的自動化。另外，從電流互感器、電壓互感器輸出的電流、電壓等模擬量，以及開關(guān)接點信息，通過電纜直接傳送到變電站的主控制室中，為變電站的生產(chǎn)運行值班人員提供必要的信息。 8080年代后隨著電力調(diào)度自動化的發(fā)展，尤其是變年代后隨著電力調(diào)度自動化的發(fā)展，尤其是變電站綜合自動化的發(fā)展，要求電站綜合自動化的發(fā)展，要求RTURTU有更大的容量和有更大的容量和更豐富的功能。單更豐富的功能。單CPUCPU集中式的集中式的RTURTU難以滿足這些要難以滿足這些要求，于是多求，于是多CPUCPU結(jié)構(gòu)的分布式微機遠動裝置

5、成為更結(jié)構(gòu)的分布式微機遠動裝置成為更新一代的產(chǎn)品。多新一代的產(chǎn)品。多CPUCPU的分布式微機遠動裝置采用的分布式微機遠動裝置采用串行總線將各個智能子模塊聯(lián)為一體，由于每個串行總線將各個智能子模塊聯(lián)為一體，由于每個CPUCPU各完成某一功能模塊的任務(wù)，因此處理速度大各完成某一功能模塊的任務(wù)，因此處理速度大為增加，同時整個裝置的可靠性也大大加強。為增加，同時整個裝置的可靠性也大大加強。第二節(jié)第二節(jié) 微機遠動裝置的基本功能微機遠動裝置的基本功能一、五遙功能一、五遙功能 遙信(YX)、遙測(YC)、遙控(YK)、遙調(diào)(YT)、遙視（YS） 1)遙信遙信：遙信量的輸入應(yīng)是一對繼電器的觸點，或者是閉合，或

6、者是斷開。通過遙信端子板將繼電器觸點的閉合或斷開轉(zhuǎn)換成為低電平或高電平信號送人RTU的YX模塊。遙信功能通常用于測量下列信號：開關(guān)的位置信號、變壓器內(nèi)部故障綜合信號、保護裝置的動作信號、通信設(shè)備運行狀況信號、調(diào)壓變壓器抽頭位置信號、自動調(diào)節(jié)裝置的運行狀態(tài)信號和其它可提供繼電器方式輸出的信號以及事故總信號及裝置主電源停電信號等。v2)遙測遙測：遙測往往又分為重要遙測、次要遙測。遙測包括變壓器的有功和無功采集；線路的有功功率采集；母線電壓和線路電流采集；溫度、壓力等采集；周波頻率采集；主變油溫采集和其它模擬信號采集。v3)遙控遙控：遙控功能常用于斷路器的合、分和電容器、電抗器的投切以及其它可以采用

7、繼電器控制的功能。要求其正確動作率不少于9999。v4)遙調(diào)遙調(diào)：遙調(diào)常用于有載調(diào)壓變壓器抽頭的升、降調(diào)節(jié)和其它可采用一組繼電器控制的，具有分級升降功能的場合。要求其正確率大于9999。v5)遙視：在配電所相應(yīng)位置安裝攝像裝置，在主控制室監(jiān)視所內(nèi)設(shè)備及其他所有情況。 二、事件順序記錄二、事件順序記錄(SOE) 電網(wǎng)調(diào)度人員需要及時掌握電網(wǎng)事故發(fā)生時各斷路器和繼電保護動作狀況及動作時間，以區(qū)分事件順序，作出運行對策和進行事故分析。 事件順序記錄的一項重要指標是時間分辯率。分辯率可分為RTU內(nèi)(即站內(nèi))與RTU之間(即站間)兩種。 SOE的站內(nèi)分辯率，是指在同一RTU內(nèi)，順序發(fā)生一串事件后，兩事件

8、間能夠辯認的最小時間，在調(diào)度自動化中，SOE的站內(nèi)分辯率一般要求小于5ms。其分辯率大小取決于RTU的時鐘精度及獲取事件的方法，這是對RTU的性能要求。vSOE的站間分辯率是指各RTU之間順序發(fā)生一串事件后，兩事件間能夠辯認的最小時間，它取決于系統(tǒng)時鐘的誤差及通道延時的計量誤差、中央處理機的處理延時等，在調(diào)度自動化中，SOE的站間分辯率一般要求小于10ms，這是對整個自動化系統(tǒng)的性能要求。為了保證事件記錄的精度，對于斷路器，應(yīng)盡量采用斷路器輔助接點的輸出。對于繼電保護，則盡量采用分項保護出口動作信號，而不采用信號繼電器的輸出。v對于配電系統(tǒng)自動化，由于層次多且測控對象分散，要確保上述SOE的分

9、辯率很困難。為了追求過高SOE分辨率往往不得不大幅度提高系統(tǒng)造價，而這是很不值得的。因此對于配電系統(tǒng)自動化，SOE分辯率指標應(yīng)適當放松。三、系統(tǒng)對時三、系統(tǒng)對時 RTU站間SOE分辯率是一項系統(tǒng)指標，它要求各RTU的時鐘與調(diào)度中心的時鐘嚴格同步。目前，采用措施有：v 1)利用全球定位系統(tǒng)GPS提供的時間頻率同步對時，有效地確保SOE站間分辨率指標。這種方法需要在各站點安放GPS接收機、天線及放大器，并通過標準RS一232或RS一485接口和RTU相連。v 2)采用軟件對時，CDT、DNP和Modbos等規(guī)約均提供了軟件對時手段。但軟件對時由于受到通信速率等的影響，需要采取修正措施。由于要管理為

10、數(shù)眾多的測控點，往往需要采取分層集結(jié)的方式，使得軟件對時的精度更受影響。但是采取軟件對時的方法卻不需要增加硬件設(shè)備。v四、四、RTU與與SCADA系統(tǒng)通信系統(tǒng)通信v要求RTU能將采集的現(xiàn)場信息上報SCADA系統(tǒng)，并能接收SCADA系統(tǒng)下達的命令。v通信波特率一般為600bits或1200bits，RTU應(yīng)具有通信速率的選擇功能，另外，RTU應(yīng)有支持光端機、微波、載波、無線電臺等信道通信轉(zhuǎn)接功能。五、自恢復(fù)和自檢測功能五、自恢復(fù)和自檢測功能vRTU作為調(diào)度自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集單元，必須確保永不停止地完成和SCADA系統(tǒng)的通信，上報當前采集情況并接收SCADA系統(tǒng)下達的各項命令。但RTU處于一個具

11、有強大電磁干擾的工作環(huán)境中，使用中難免發(fā)生程序受干擾“跑飛”、或通信瞬時中斷等異常情況，甚至有時電源也會瞬時掉電。在上述情形下，若不加特殊處理，均有可能造成RTU死機，SCADA系統(tǒng)將因此無法收到變電站信息。v因此要求RTU在遇到上述情形時，要能在較短的時間內(nèi)自動恢復(fù)，重新從頭開始執(zhí)行程序。v另外，為了維護方便，通常要求RTU含有自檢程序。六、電能采集六、電能采集(PA)v 采集變電站各條進線和出線以及主變兩側(cè)的電度值，傳統(tǒng)做法是通過記錄脈沖電度表。的脈沖來實現(xiàn)，較先進的做法是通過和智能電度表通信獲取電度值。 以上六項功能為RTU的基本性能要求，除此之外，一般還希望RTU具有下列功能：v1)當

12、地顯示與參數(shù)整定輸入，即在RTU上安裝一個當?shù)劓I盤和LED或液晶顯示器，使得RTU的采集量在當?shù)鼐涂梢燥@示到顯示器上，也可通過小鍵盤輸入遙測量的轉(zhuǎn)換系數(shù)、修改電度底盤值和定義SOE點等。v2)一發(fā)多收。有時一臺RTU往往要向不同的上級計算機系統(tǒng)發(fā)布信息，有時通信規(guī)約還不相同，此時就要實現(xiàn)多規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)。v3)CRT顯示，打印制表。有的RTU還具有當?shù)仫@示功能，并能將異常和事故報告打印出來。第三節(jié)第三節(jié) 微機遠動裝置的分類微機遠動裝置的分類vRTU分為：集中式RTU和分布RTU兩大類。v分布式RTU又分為：功能分布式和結(jié)構(gòu)分布式兩大類。v從采樣方式：又可分為直流采樣和交流采樣兩類。v從組屏方式：可分

13、為集中組屏和分散布置兩類。v從結(jié)構(gòu)方式：可分作機柜式、機箱式、壁掛式和單元模塊化一、集中式微機遠動裝置一、集中式微機遠動裝置v圖中，CPU為系統(tǒng)中唯一的智能模塊，它負責管理其它非智能子模塊，并通過兩個RS一232串行口，經(jīng)調(diào)制解調(diào)器Modem(M)分別和兩個調(diào)度主機通信，另一個RS一232C串行口用于外接CRT實現(xiàn)自檢測。vSI為遙信模塊，它可以由若干個子模塊(即SI、SIz)構(gòu)成。vAI為遙測模塊，它可由若干個子模塊(即AI、AI 2)構(gòu)成。vPA為電能脈沖量采集模塊。vSOC為遙控模塊。vSOR為遙調(diào)模塊。vKB為鍵盤與顯示器模塊。vSG為開關(guān)組態(tài)模塊。vWDT為監(jiān)視定時器模塊。v集中式微

14、機遠動裝置，各模塊之間均以并行總線相聯(lián)系。而并行總線往往不允許傳輸太長的距離，因此，集中式RTU均是集中布置于一個機箱或機柜中的。v綜上所述，集中式RTU主要特征為單RTU、并行總線和集中組屏。二、分布式微機遠動裝置二、分布式微機遠動裝置v 電力系統(tǒng)自動化的不斷發(fā)展，要求RTU能夠采集更多的開關(guān)量、模擬量和電度信息，能夠進行更多路的遙控和遙調(diào)，能夠與更多的調(diào)度主機建立聯(lián)系，此外對事件順序記錄(SOE)的站內(nèi)分辨率的要求也有提高的趨勢。集中式的微機遠動裝置因采用單處理器，CPU負荷過重往往不能滿足上述要求，同時，采用并行總線的集中式遠動裝置也不便于采集不在同一現(xiàn)場的參數(shù)。而多CPU結(jié)構(gòu)、各模塊間

15、以串行總線相互聯(lián)系的分布式微機遠動裝置則能很好地實現(xiàn)以上功能。v 分布式微機遠動裝置較集中式微機遠動裝置具有如下優(yōu)點：布置靈活便于采集地理上分布的信號；連線簡單，可靠性高；便于擴容，容量可以增大；便于采用交流采樣方式；便于實現(xiàn)多規(guī)約轉(zhuǎn)發(fā)和一發(fā)多收。但是分布式微機遠動裝置的最小配置成本較集中式微機遠動裝置高，因而在小配置情況下，不如集中式微機遠動裝置經(jīng)濟。v 分布式微機遠動裝置的特征為：多CPU、串行總線、智能模板，既可以柜中組屏，又可以分散布置。 1功能分布式微機遠動裝置v 功能分布式微機遠動裝置是按功能劃分各模塊，RTU可由智能遙信模塊(IYX)、智能遙測模塊(IYC)、智能電度模塊(IPA

16、)、智能遙控模塊(IYK)、智能遙調(diào)模塊(IYT)。 KB為鍵盤與顯示器，M為調(diào)制解調(diào)器,CPU模塊構(gòu)成如圖所示。v因為各模塊間采取串行通信方式，使得模塊間連線非常簡單(往往只有兩條線)，而且串行通信較并行通信可以傳輸更遠的距離，因而各模塊之間可相距很遠，甚至可以不在一個機柜內(nèi)，適應(yīng)采集不同地點的信號。v分布式微機的遠動裝置的各個模塊均為智能模塊，都具有獨立CPU管理該模塊，使得該CPU功能專一，負荷較輕，因而可靠性高。v分布式微機的遠動裝置的各模塊可以任意組合，擴容十分方便。v 按功能分布的微機遠動裝置，仍延用集中式微機遠動裝置的配置思想，是把一定數(shù)量的相同功能采集或控制的單元布置在一塊模板

17、上，各功能模板通常都采用單片機構(gòu)成。2結(jié)構(gòu)分布式微機遠動裝置v 功能分布式RTU，雖然相對于集中式RTU具有靈活和功能性強的優(yōu)點，但由于需要眾多的模板類型，且只能按功能分布布置，而變電站實際情況是希望將同一臺設(shè)備或同一面柜子所需的四遙量布置在一個單元模塊中，這就是結(jié)構(gòu)分布式RTU，也是面向設(shè)備對象而設(shè)計的RTU。v 采用這種體系結(jié)構(gòu)就可以將RTU單元模塊分散地布置在開關(guān)柜中，而不必單獨組屏， 從而不僅節(jié)省了空間，也使二次連線大大減少。因為RTU單元模塊和現(xiàn)場的連接在屏內(nèi)就完成了，各RTU單元模塊之間只需通過幾條RS一485或現(xiàn)場總線連線就可以連通。v結(jié)構(gòu)分布式RTU的另一個優(yōu)點，在于很容易將微

18、機保護和監(jiān)控功能合 二為一，成為集成化的產(chǎn)品，甚至連防誤閉鎖功能也可以包含進去。這樣非常有利于實現(xiàn)變電站綜合自動化結(jié)構(gòu)分布式微機遠動裝置在35kV變電站中的典型應(yīng)用 3采用智能電能表簡化微機遠動裝置的結(jié)構(gòu) 近些年來，智能化多功能電能表趨于成熟，智能化多功能電能表是一種功能性很強的智能電子設(shè)備，它不但能采集分時段有功電能和無功電能，還可以獲得電壓、電流、有功功率、無功功率以及功率因數(shù)等參數(shù)，并通過RS一485接口和其它設(shè)備相連。因此采用智能化多功能電能表后，可以實現(xiàn)簡單的自動化。如果加RTU可以省去其遙測部分，從而簡化了RTU的結(jié)構(gòu)，如圖所示。三、RTU的選擇v1. RTU形式 規(guī)模小的變電所選集中式，規(guī)模大的變電所 選分散式。v2.信號采集 A.直流采樣v將采用變