內容提要：本章介紹了供電系統的基本功能以及變電所綜合自動化系統的結構，還介紹了備用電源投入裝置、自動重合閘裝置、中性點不接地系統單相接地自動選線裝置，最后介紹了電力負荷管理和控制。第7章供電系統變電所的自動化第7章供電系統變電所的自動化第一節概述第二節變電所自動化系統的基本功能第三節變電所綜合自動化系統的結構第四節備用電源自動投入裝置第五節自動重合閘裝置第六節變電所的電壓、無功綜合控制第七節中性點不接地系統單相接地自動選線裝置第八節電力負荷管理與控制第一節概述

變電所的自動化系統就是將變電所的二次設備（包括：繼電保護裝置、控制裝置、測量裝置、信號裝置）通過計算機網絡和現代通信技術綜合集成為一體，實現變電所運行管理自動化的系統。一、變電所的自動化系統的定義二、變電所的自動化系統的主要功能具有微機保護，數據、信號采集與測量，自動控制，運行監視，打印記錄，故障錄波與測距，信息儲存與分析，自診斷，與調度所通信以及接受、處理和傳送來自線路需經變電所傳送的信號等功能。三、變電所的自動化系統的分類1）在中、低壓變電所中采用自動化系統，取消常規的保護、監視、測量、控制屏，以全面提高變電所的技術水平和運行管理水平，并逐步實行無人值班，達到減員增效的目的。

2）對于高壓大型樞紐變電所的建設和設計來說，采用自動化系統，解決了各專業在技術上保持相對獨立而造成的互相脫節、重復投資，甚至影響運行可靠性的弊端。達到提高自動化水平和運行管理水平的目的。

第二節變電所自動化系統的基本功能

一、

監視控制功能

變電所綜合自動化系統的監控功能，應包括變電所模擬量、狀態量、脈沖量的數據采集，時間順序記錄，故障錄波，諧波監測與分析，變電站操作控制，人機聯系，變電所內通信以及與上級調度通信的全部功能。1.數據采集:對供電系統運行參數的在線實時采集是變電所自動化系統的基本功能之一，運行參數可分為模擬量、狀態量和脈沖量等。2.數據處理與記錄:數據處理的內容為電力部門和用戶內部生產調度所要求的數據。(1)變電所運行參數的統計、分析與計算(2)變電所內運行參數和設備的越限報警及記錄(3)變電所內的事件記錄3.運行監視:運行監視即對采集到的反映變電所運行狀況和設備狀態的數據進行自動監視。4.故障錄波:10kV及以上的重要配電線路距離長、發生故障影響大，當配電線路故障時必須盡快查出故障點，以便縮短維修時間，盡快恢復供電，減少損失。

5.事故順序記錄與事故追憶

事故順序記錄就是對變電所內的繼電保護、自動裝置、斷路器等在事故時動作的先后順序自動記錄。事故追憶是指對變電所內的一些主要模擬量，如線路、主變壓器的電流、有功功率、母線電壓等，在事故前后一段時間內作連續測量記錄。6.控制及安全操作閉鎖：操作人員可通過顯示器屏幕對斷路器、隔離開關進行分、合閘操作；對變壓器分接頭進行調節控制；對電容器組進行投、切控制。并且所有的操作控制均能就地和遠方控制、就地和遠方切換相互閉鎖，自動和手動相互閉鎖。操作閉鎖包括以下內容：操作系統出口具有斷路器分、合閘閉鎖功能。二、微機繼電保護功能

微機繼電保護是變電所自動化系統中的關鍵環節，主要包括線路保護、電力變壓器保護、母線保護、電容器保護、小電流接地系統自動選線、自動重合閘。由于繼電保護的特殊重要性，自動化系統絕不能降低繼電保護的可靠性、獨立性。

微機繼電保護應滿足的要求：

1.系統的微機繼電保護按被保護的電力設備單元(間隔)分別獨立設置，直接由相關的電流互感器和電壓互感器輸入電氣量，保護裝置的輸出，直接作用于相應斷路器的跳閘線圈。

2.保護裝置設有通信接口，供接入站內通信網，在保護動作后向變電所層的微機設備提供報告，但繼電保護功能完全不依賴通信網。

3.為避免不必要的硬件重復，以提高整個系統的可靠性和降低造價，對35kV及以下的變（配）電所，在不降低保護裝置可靠性的前提下，可以配給保護裝置其他一些功能。4.除保護裝置外，其他一些重要控制設備，例如備用電源自動投入裝置、控制電容器投切和變壓器分接頭有載切換的無功電壓控制裝置等，也不依賴通信網，設備專用的裝置放在相應間隔屏上。三、自動控制裝置的功能變電所自動化系統必須具有保證安全、可靠供電和提高電能質量的自動控制功能。因此，典型的變電所自動化系統都配置了相應的自動控制裝置，如備用電源自動投入控制裝置、自動重合閘裝置、電壓、無功綜合控制裝置、小電流接地選線裝置等。1.備用電源自投控制：當工作電源因故不能供電時，備用電源自動投入裝置應能迅速及時將備用電源自動投入使用或將用電負荷切換到備用電源上去。2.自動重合閘裝置：在供電系統的架空線路發生“瞬時性故障”被繼電保護迅速斷開后，由于故障的瞬時性，故障點的絕緣強度會自動恢復。利用這一特點，采用自動重合閘裝置能夠自動將斷路器重新合閘，恢復供電，提高供電的可靠性。4.小電電流流接接地地選選線線裝裝置置：：在中中性性點點不不接接地地系系統統中中發發生生單單相相接接地地時時，，接接地地保保護護應應能能正正確確地地選選出出接接地地線線路路及及接接地地相相，，并并予予以以報報警警。。3.電壓壓、、無無功功綜綜合合控控制制：：變電電所所電電壓壓、、無無功功綜綜合合控控制制是是利利用用有有載載調調壓壓變變壓壓器器和和母母線線無無功功補補償償電電容容器器及及電電抗抗器器進進行行局局部部的的電電壓壓及及無無功功功功率率補補償償的的自自動動調調節節控控制制，，使使負負荷荷側側母母線線電電壓壓偏偏差差在在規規定定范范圍圍以以內內以以及及用用戶戶供供電電系系統統的的功功率率因因數數達達到到電電力力部部門門的的要要求求。。四、、遠遠動動及及數數據據通通信信功功能能變電電所所自自動動化化的的通通信信功功能能包包括括系系統統內內部部的的現現場場級級的的通通信信和和自自動動化化系系統統與與上上級級調調度度的的通通信信兩兩部部分分。。1)自動化系系統的現現場級通通信，主主要解決決變電所所內部自自動化各各子系統統間和各各子系統統與上位位機(監控主機機)間的數據據和信息息交換問問題。它它們的通通信范圍圍是變電電站內部部。對于于集中組組屏結構構的自動動化系統統來說，，實際上上是在變變電所主主控室內內部；對對于分散散分層結結構的自自動化系系統來說說，其通通信范圍圍擴大至至主控室室與現場場單元的的安裝地地。2)自動化系統必必須兼有遠動動終端（RemoteTerminalUnit,RTU）的全部功能能，應該能夠夠將所采集的的模擬量和開開關量信息，，以及事件順順序記錄等遠遠傳至上級調調度中心；同同時應該能夠夠接收調度中中心下達的各各種操作、控控制、修改定定值等命令。。第三節變變電所綜綜合自動化系系統的結構一、變電所綜合自自動化系統設設計的原則根據變電所在在供電系統中中的地位和作作用，對變電電所自動化系系統的結構設設計應考慮可可靠、實用、、先進的原則則。可靠性是變電所自動動化系統結構構設計的基礎礎，系統本身身應有較強的的抗干擾能力力和自檢恢復復功能，在系系統運行中，，繼電保護的的動作行為僅僅與保護裝置置有關，不依依賴于監控系系統和其他環環節，保證自自動化系統中中某一環節故故障只影響局局部功能的實實現，不影響響保護子系統統的正常工作作。且都應設設有手動跳、、合閘功能及及防跳功能。。變電所自動化化系統的實用性是要求對自動動化系統的結結構和功能設設計從實際應應用的對象出出發。從而提提高變電所自自動化系統性性能價格比，，減少投資。。同時系統本本身在結構配配置上應有可可擴充余地、、通用性要強強、操作使用用要方便、便便于修改和增增刪。變電所自動化化系統的先進性通常是以系統統的整體結構構、功能水平平及其可靠性性、實用性等等綜合指標為為衡量依據的的。變電所自自動化系統的的整體結構和和功能水平設設計，要求安安全可靠、運運行穩定、經經濟效益等綜綜合指標好，，并為變電所所的進一步自自動化和人工工智能應用提提供平臺，滿滿足和促進變變電所無人值值班的實施。。同時應符合合國家或部頒頒標準，使系系統開放性能能好，便于升升級。二、變電所綜合自自動化系統的的結構變電所自動化化系統的結構構可分為集中式、分布分散式和分散集中中組屏式三種類型。圖7-1集中式變電所自動化系統結構示意圖1、集中式變電電所自動化系系統1）結構簡單單，投資少。。2）功能簡簡單，綜合性性能差，通常常要采用雙機機并聯運行的的結構才能提提高可靠性。。3）程序設設計復雜，調調試和維護不不方便。4）組態不不靈活，對不不同主接線或或規模不同的的變電站，軟軟、硬件都必必須另行設計計，不利于推推廣。集中式變電所所自動化系統統，一般適合合于小型變電所的的新建或改造造。集中式變電所所自動化系統統的基本特點是：2、分布集中組組屏式變電所所自動化系統統圖7-2分布集中組屏的變電所自動化系統結構示意圖這種按功能設設計的分散模模塊化結構具具有軟件相對對簡單、調試試維護方便、、組態靈活、、系統整體可可靠性高，便便于擴充和維維護，而且其其中一個環節節故障，不會會影響其他部部分的正常運運行。適用于于主變電所的的回路數相對對較少，一次次設備比較集集中，從一次次設備到數據據采集柜和控控制柜等所用用的信號電纜纜不長，易于于設計、安裝裝和維護管理理的10~35kV供電系統變電電所。分布集中組屏屏式變電所自自動化系統的的基本特點:3、分布分散式式變電所自動動化系統圖7－3分布分散式變電所自動化系統結構示意圖減少了所內的的二次設備及及信號電纜，，避免了電纜纜傳送信息時時的電磁干擾擾，節省了投投資，簡化了了維護，同時時最大限度地地壓縮了二次次設備的占地地面積。由于于裝置相互獨獨立，系統中中任一部分故故障時，只影影響局部，因因此提高了整整個系統的可可靠性，也增增強了系統的的可擴展性和和運行的靈活活性。分布分散式變變電所自動化化系統特點:第四節備備用電源源自動投入裝裝置一、備用電源源自動投入裝裝置的作用與與類型作用：用于兩路及及以上電源進進線的變配電電所中，提高高供電可靠性性。工作電源與備備用電源的接接線方式可分分為兩大類：：明備用:在正常時時，備用電源源不投入工作作，只有在工工作電源發生生故障時才投投入入工作。暗備用:在正常時時，兩電源都都投入，互為為備用。在正常情況下下，QF1閉合，QF2斷開，負荷由由工作電源供供電。當工作電源故故障時，APD動作，將QF1斷開，切除故故障電源，然然后將QF2閉合，使備用用電源投入工工作，恢復供供電。圖7－4備用電源接線線方式示意圖圖a)明備用正常情況下，，QF1,QF2閉合，QF3斷開，兩個電電源分別向兩兩段母線供電電。若電源A(B)發生故障，APD動作，將QF1(QF2)斷開，隨即將將QF3閉合，此時全全部負荷均由由B(A)電源供電。圖7－4備用電源接線線方式示意圖圖b)暗備用1）不論什么么原因失去工工作電源，APD都能迅速起動動并投入備用用電源；2）必須在工工作電源確已已斷開、而備備用電源電壓壓也正常時，，才允許投入入備用電源；；3）APD應只動作一次次，以免將備備用電源重復復投入永久性性故障回路中中；4）當電壓互互感器二次回回路斷線時，，APD不應誤動作。。二、對備用電電源自動投入入裝置的基本本要求三、備用電源源自動投入裝裝置的原理第五節自自動重合合閘裝置一、自動重合合閘的作用和和類型運行經驗表明明，電力系統統的故障特別別是架空線路路上的故障大大多是暫時性性的，多數能能很快地自行行消除。因此此，采用自動動重合閘裝置置（ARD），迅速恢復供電電，從而大大大提高供電可可靠性。自動重合閘裝裝置分三相一一次重合閘、、二次重合閘閘和三次重合合閘三種形式式二、對自動重重合閘裝置的的基本要求1)線路正常運行行時，自動重重合閘裝置（（ARD）應投入，當當值班人員利利用控制開關關或遙控裝置置將斷路器斷斷開時，ARD不應動作。當當值班人員手手動合閘，由由于線路上有有永久性故障障而隨即由保保護裝置將斷斷路器斷開時時，ARD亦不應動作。。2)除上述情況外外，當斷路器器因繼電保護護裝置或其他他原因跳閘時時，ARD均應動作。3)ARD可采用控制開開關位置與斷斷路器位置不不對應原則啟啟動重合閘裝裝置，即當控控制開關處在在合閘位置而而斷路器實際際上處于斷開開位置的情況況下，使ARD啟動動作。4)ARD的動作次數應應符合預先的的規定（如一一次重合閘只只應動作一次次）。無特殊殊要求時對架架空線路只重重合一次，而而對電纜線路路一般不采用用ARD，因因其其瞬瞬時時性性故故障障極極少少發發生生。。5）ARD的動動作作時時限限應應大大于于故故障障點點滅滅弧弧并并使使周周圍圍介介質質恢恢復復絕絕緣緣強強度度所所需需時時間間和和斷斷路路器器及及操操作作機機構構恢恢復復原原狀狀，，準準備備好好再再次次動動作作的的時時間間，，一一般般采采用用0.5～1s。6)ARD動作作后后，，應應能能自自動動復復歸歸，，為為下下一一次次動動作作做做好好準準備備。。7)應能能和和保保護護裝裝置置配配合合，，使使保保護護裝裝置置在在ARD前加加速速動動作作或或ARD后保保護護加加速速動動作作。。三、、單單電電源源線線路路三三相相一一次次重重合合閘閘的的工工作作原原理理（1）重重合合閘閘啟啟動動（2）重重合合閘閘時時間間（3）一一次次合合閘閘脈脈沖沖（4）手手動動跳跳閘閘后后閉閉鎖鎖（5）重重合合閘閘后后加加速速保保護護跳跳閘閘回回路路圖7-5三相相一一次次重重合合閘閘的的工工作作原原理理框框圖圖在供供電電系系統統中中，，利利用用自自動動重重合合閘閘所所提提供供的的條條件件以以加加速速切切除除故故障障1、自自動動重重合合閘閘前前加加速速保保護護：重重合合閘閘前前加加速速保保護護一一般般又又簡簡稱稱““前前加加速速””。。圖7-6重合合閘閘前前加加速速保保護護方方式式的的構構成成原原理理示示意意圖圖（a）網網絡絡接接線線圖圖（（b）時時間間配配合合關關系系2、自自動動重重合合閘閘后后加加速速保保護護：每每段段線線路路相相應應均均裝裝設設重重合合閘閘裝裝置置，，當當線線路路第第一一次次出出現現故故障障時時，，利利用用線線路路上上設設置置的的保保護護裝裝置置按按照照整整定定的的動動作作時時限限動動作作。。然然后后相相應應的的ARD動作，使使斷路器器重合一一次。圖7－7自動重合合閘裝置置后加速速保護動動作原理理圖第六節變變電所所的電壓壓、無功功綜合控控制變電所電電壓、無無功綜合合控制裝裝置的控控制對象象是有載載調壓變變壓器的的分接頭頭和在低低壓母線線上設置置的并聯聯補償電電容器組組。控制制的目的的是保證證主變壓壓器低壓壓側母線線電壓在在允許范范圍內，，且盡可可能提高高進線的的功率因因數。一、變電電所電壓壓、無功功綜合控控制的目目的二、正常常工作狀狀態變電電所電壓壓、無功功綜合控控制原理理圖7-8運行區域域圖1區間——進線功率率因數滿滿足要求求，但母母線電壓壓超越上上限，控控制器發發出指令令調節變變壓器分分接頭降降壓。如如分接頭頭已調到到極限而而電壓仍仍高于上上限，則則強切補補償電容容器組以以調節電電壓。2區間——母線電壓壓和進線線功率因因數均超超越上限限，此時時往往電電力負荷荷較小，，控制器器發出指指令應先先切補償償電容器器組，一一方面改改善進線線功率因因數使其其在正常常值范圍圍內，另另一方面面降低母母線電壓壓。如電電壓仍超超越上限限，則再再調節變變壓器分分接頭降降壓。3區間——母線電壓壓正常，，但進線線功率因因數超越越上限，，控制器器發出指指令逐步步切除補補償電容容器組，，以調節節進線功功率因數數。4區間——電壓低于于下限，，但進線線功率因因數超越越上限。。此時若若先切補補償電容容器調節節進線功功率因數數，則母母線電壓壓會更低低，所以以指控制制器指令令先調節節變壓器器分接頭頭升壓，，待電壓壓滿足運運行要求求后，再再切補償償電容器器組來調調節進線線的功率率因數。。5區間——該區間的的母線電電壓低于于下限，，而進線線功率因因數在要要求范圍圍內，則則控制器器指令調調節變壓壓器分接接頭升壓壓。如果果變壓器器分接頭頭已調至至極限位位限時，，則強制制投入補補償電容容器組來來改善母母線電壓壓。6區間——進線功率率因數和和母線電電壓均低低于下限限值，此此時，控控制器優優先發出出投入補補償電容容器組的的指令。。這樣一一方面提提高進線線功率因因數；另另一方面面可改善善母線電電壓，若若母線電電壓仍低低于下限限，則再再調節變變壓器分分接頭升升壓，使使母線電電壓水平平滿足要要求。7區間——電壓正常常，但進進線功率率因數低低于下限限要求，，則指令令投入補補償電容容器組，，以提高高進線功功率因數數。8區間——運行參數數是電壓壓越上限限，而進進線功率率因數低低于下限限值，如如果此時時，僅投投入補償償電容器器組來提提高進線線功率因因數，會會使母線線電壓進進一步升升高。因因此，控控制器指指令先調調節變壓壓器的分分接頭降降壓，然然后再投投入補償償電容器器組來提提高進線線的功率率因數。。三、異常常運行狀狀態綜合合控制原原理1)當電容器器組因故故障保護護動作切切除后，，應能自自動閉鎖鎖控制在在未排除除故障前前不能再再發出投投入電容容器組的的指令。。2)當電壓太太低時(如低于額額定電壓壓的80%)，應自動動閉鎖調調壓功能能。3)在變壓器器過負荷荷時，應應自動閉閉鎖調壓壓功能。。4)為了避免免控制器器過于頻頻繁動作作，除在在電壓限限值的上上、下限限范圍內內設置一一定的調調節死區區處，還還應在控控制動作作一次后后，有一一定的延延時，在在此時間間內只監監視運行行情況，，而不發發出新的的控制命命令。第七節中中性點點不接地地系統單單相接地地自動選選線裝置置一、中性性點不接接地系統統單相接接地自動動選線裝裝置的特特點中性點不不接地系系統單相相接地自自動選線線裝置，，用于在在不停電電的情況況下尋找找故障線線路。二、中性性點不接接地系統統基于基基波零序序電流方方向單相相接地自自動選線線裝置的的工作原原理1）由于單單相接地地故障，，全系統統將出現現零序電電流。2）非故障障回路（（包括電電源變壓壓器回路路）中的的零序電電流有效效值等于于正常情情況下該該回路每每相對地地的電容容電流的的3倍，其方方向由母母線指向向線路。。3）故障回回路上的的零序電電流為全全系統非非故障回回路對地地電容電電流之總總和，其其方向由由線路指指向母線線。4）變電所所低壓母母線上出出線回路路越多，，則故障障回路上上反映的的零序電電流就越越大，也也越有利利于單相相接地自自動選線線裝置的的故障選選線判斷斷。圖7-9中性點不不接地系系統單相相接地時時零序電電流分布布示意圖圖在線路上k點發生A相接地故故障后圖7－10中性點經經消弧線線圈接地地系統單單相接地地時零序序電流分分布示意意圖第八節電電力負負荷管理理與控制制一、電力力負荷管管理電力負荷荷管理從從整體上上講，應應包括負負荷特性性調查與與管理決決策、負負荷分析析與預測測、負荷荷調整及及直接控控制等內內容。負荷特性性調查與與管理決決策不同類型型的電力力消費，，有其不不同的負負荷特性性。負荷荷特性調調查的目目的在于于了解其其特有的的用電規規律，以以便為科科學地管管理負荷荷提供決決策依據據。負荷分析析與預測測研究各類類用電負負荷的構構成以及及隨時間間的變化化規律，，了解用用電負荷荷的均衡衡程度，，從中分分析用電電負荷調調整的潛潛力。而而正確預預測負荷荷的增長長，是確確定電網網建設發發展規劃劃，擬定定系統運運行方式式，確定定市場營營銷策略略的基本本依據。。負荷調整整及直接接控制負荷調整整是用電電負荷管管理的一一項主要要內容。。在電力力系統合合理調度度、及時時調整發發電廠發發電出力力的同時時，合理理調整用用戶供電電系統的的電力負負荷，減減小系統統運行的的負荷峰峰谷差，，促使用用電負荷荷曲線趨趨向平坦坦。負荷荷直接控控制是指指當電網網發生事事故或出出現電力力供應不不足時，，為保證證電網的的安全運運行和重重要負荷荷的用電電，利用用技術手手段限制制某些具具有可控控性、可可替代性性的負荷荷的運行行；或在在負荷高高峰時段段，對某某些用電電進行削削峰或避避峰施行行的中斷斷供電措措施。二、電力力負荷管管理系統統的結構構和功能能綜合利用用計算機機技術、、控制技技術和通通信技術術，對用用電負荷荷實施廣廣泛的監監測、控控制和管管理的技技術手段段即為電電力負荷荷管理系系統。（一）分分散型負負荷管理理裝置分散型負負荷管理理裝置一一般安裝裝在電力力用戶的的供電線線路或需需監控的的大型設設備上，，按預先先整定的的時間或或分時段段定值對對用電狀狀況進行行監控。。1.電力定量量器2.電力時控控開關（二）集集中型負負荷管理理系統集中型負負荷管理理系統由由電力負負荷管理理中心、、數據傳傳輸信道道及安裝裝在被監監控側的的控制終終端構成成。其主主要功能能有：監監測變電電所饋電電線路負負荷、變變電所饋饋電線路路斷路器器、饋電電線路末末端電壓壓和用戶戶各種表表計；在在正常和和緊急情情況下，，進行過過負荷減減載，削削峰、填填谷，調調整負荷荷曲線，，改善負負荷率，，包括降降壓減負負荷、用用戶負荷荷周期控控制和用用戶負荷荷切除；；通過控控制終端端，將用用戶各種種負荷信信息傳送送給負荷荷管理中中心，使使供電部部門掌握握用戶的的負荷情情況，進進行跟蹤蹤處理。。包括設設備管理理、負荷荷預計、、負荷管管理方案案研究和和評價等等。根據據所采用用的信息息傳輸方方式有：：音頻電電負荷管管理、無無線電負負荷管理理和電力力線載波波負荷管管理。1.無線電力力負荷管管理無線電負負荷管理理系統采采用特高高頻（我我國為230MHz頻段）無無線電信信號傳送送信息和和數據，，系統的的特點是是遠方終終端數量量多，但但每個終終端的實實時信息息量不大大，而且且對實時時性的要要求也比比變電站站自動化化系統或或電力調調度系統統要低些些。且具具有雙向向通信、、不與強強電系統統耦合、、安裝調調試和運運行方便便等優點點，因而而在工程程中獲得得廣泛應應用。圖7-11電力負荷管理理系統管理中中心組成示意意圖無線電力負荷荷管理的主要功能有：1）利用遙測、、遙控以及當當地功率定量量或電量定量量控制等功能能對廣大用戶戶負荷實時監監控，迅速調整整電網負荷，，保證電網安安全。2）對采集的各各類負荷數據據分析處理，，進行負荷預預測和電力市市場預測。3