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配網自動化終端功能及應用 2011.7.22 綱要 概述 配電自動化系統(tǒng)架構 配電終端功能及性能指標 幾種主要的通信方式介紹 實際應用方案 新的技術 什么是配網自動化 利用現(xiàn)代電子、計算機、通信及網絡技術將配電網在線數(shù)據(jù)及離線數(shù)據(jù)、配電網數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、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(tǒng)，實現(xiàn)配電網及其設備正常運行及事故狀態(tài)下的的監(jiān)測、保護、控制、用電負荷配電管理的現(xiàn)代化。 配網自動化的實踐意義 提高供電可靠性 改善電能質量 節(jié)能降損，優(yōu)化運行，提高系統(tǒng)經濟運行水平 提高配網現(xiàn)代化管理水平 提高服務水平，改善用戶形象合理規(guī)劃，科學決策 配電自動化系統(tǒng)的體系結構 三層結構模式 主站層 ——子站層—— 終端層 這種模式適用于配電網絡較大，信息相對集中的情況，其總體成本較高 兩層結構模式 主站 —— 終端 這種模式適用于配電網絡較小，信息分散的情況，其總體成本較低 配網自動化結構 主站系統(tǒng) 一個平臺 實時信息系統(tǒng)平臺 四個應用系統(tǒng) EMS DMS 廣域測量系統(tǒng) 公共信息平臺 主站系統(tǒng)（組件） 平臺為應用提供的服務 系統(tǒng)管理 歷史(商用)數(shù)據(jù)服務 告警服務 權限及責任區(qū)服務 實時數(shù)據(jù)庫服務 圖形工具包 數(shù)據(jù)庫界面 報表工具包 公式計算服務 …… 配電主站的業(yè)務范圍 深圳EMS系統(tǒng)配置圖 子站設備 通信子站 配電子站： 區(qū)域DA； 區(qū)域性SCADA； 通信； 站內當?shù)毓δ埽? 遠程診斷維護； 參數(shù)設置； 遠方讀表； 數(shù)據(jù)管理； 終端設備 一次設備 二次設備 一次設備 電氣一次設備是指直接用于生產、輸送、疏導、分配和消耗電能的電氣設備。它包括發(fā)電機、變壓器、斷路器、隔離開關、自動開關、接觸器、刀開關、母線、輸電線路、電力電纜、電抗器、電動機、接地、避雷器、濾波器等。 二次設備 二次設備是指對一次設備的工作進行控制、保護、監(jiān)察和測量的設備。如測量儀表、繼電器、操作開關、按鈕、自動控制設備、計算機、信號設備、控制電纜以及提供這些設備能源的一些供電裝置(如蓄電池、硅整流器等)。  什么是配電終端 DTU FTU RTU TTU 饋線終端設備（FTU） FTU 是裝設在饋線開關旁的開關監(jiān)控裝置。這些饋線開關指的是戶外的柱上開關，例如10kV線路上的斷路器、負荷開關、分段開關等。一般來說，1臺FTU要求能監(jiān)控1臺柱上開關，主要原因是柱上開關大多分散安裝，若遇同桿架設情況，這時可以1臺FTU監(jiān)控兩臺柱上開關。 開閉所終端設備（DTU） DTU一般安裝在常規(guī)的開閉所（站）、戶外小型開閉所、環(huán)網柜、小型變電站、箱式變電站等處，完成對開關設備的位置信號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、電能量等數(shù)據(jù)的采集與計算，對開關進行分合閘操作，實現(xiàn)對饋線開關的故障識別、隔離和對非故障區(qū)間的恢復供電。部分DTU還具備保護和備用電源自動投入的功能。 配變終端設備（TTU） TTU監(jiān)測并記錄配電變壓器運行工況，根據(jù)低壓側三相電壓、電流采樣值，每隔1～2分鐘計算一次電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能等運行參數(shù)，記錄并保存一段時間（一周或一個月）和典型日上述數(shù)組的整點值，電壓、電流的最大值、最小值及其出現(xiàn)時間，供電中斷時間及恢復時間，記錄數(shù)據(jù)保存在裝置的不揮發(fā)內存中，在裝置斷電時記錄內容不丟失。配網主站通過通信系統(tǒng)定時讀取TTU測量值及歷史記錄，及時發(fā)現(xiàn)變壓器過負荷及停電等運行問題，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析電壓合格率、供電可靠性以及負荷特性，并為負荷預測、配電網規(guī)劃及事故分析提供基礎數(shù)據(jù)。如不具備通信條件，使用掌上電腦每隔一周或一個月到現(xiàn)場讀取記錄，事后轉存到配網主站或其它分析系統(tǒng)。 TTU構成與FTU類似，由于只有數(shù)據(jù)采集、記錄與通信功能，而無控制功能，結構要簡單得多。為簡化設計及減少成本，TTU由配變低壓側直接變壓整流供電，不配備蓄電池。在就地有無功補償電容器組時，為避免重復投資，TTU要增加電容器投切控制功能。 遠程終端設備（RTU） 遠程終端設備（RTU）是安裝在遠程現(xiàn)場的電子設備，用來監(jiān)視和測量安裝在遠程現(xiàn)場的傳感器和設備。RTU將測得的狀態(tài)或信號轉換成可在通信媒體上發(fā)送的數(shù)據(jù)格式。它還將從中央計算機發(fā)送來得數(shù)據(jù)轉換成命令，實現(xiàn)對設備的功能控制。 FTU&DTU功能及性能 高性能的軟、硬件平臺 全面高效通信管理功能 極強的的抗干擾性能 智能電源功能 先進的饋線自動化功能（FA） 配電自動化功能（DA) 基礎功能—測控 硬件原理圖 VxWorks操作系統(tǒng) VxWorks操作系統(tǒng)是美國WindRiver公司于1983年設計開發(fā)的一種嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS），是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關鍵組成部分。良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實時操作系統(tǒng)領域占據(jù)一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術及實時性要求極高的領域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習、彈道制導、飛機導航等。在美國的 F-16、FA-18 戰(zhàn)斗機、B-2 隱形轟炸機和愛國者導彈上，甚至連1997年4月在火星表面登陸的火星探測器上也使用到了VxWorks。 通信接口及通信規(guī)約 通信接口： 10/100M以太網接口； GPRS無線接口（選配） 433M無線維護接口（選配） RS232維護接口 通信規(guī)約--通信雙方約定的數(shù)據(jù)、控制命令等的表示及傳輸規(guī)則，相當于語言 常用前置規(guī)約簡介（CDT、DISA、XT9702、IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、DNP、 SC1801 、S5、μ4F) 抗干擾的能力 絕緣性能 絕緣電阻:裝置所有電路與外殼之間絕緣電阻在標準實驗條件下，不小于100MΩ。 介質強度:裝置所有電路與外殼的介質強度能耐受交流50Hz，電壓2kV（有效值），歷時1min試驗，而無絕緣擊穿或閃絡現(xiàn)象。當復查介質強度時，試驗電壓值為規(guī)定值的75%。 沖擊電壓 裝置的導電部分對外露的非導電金屬部分及外殼之間，在規(guī)定的試驗大氣條件下，能耐受幅值為5kV的標準雷電波短時沖擊檢驗。 抗干擾能力 裝置能承受GB/T14598.13－1998規(guī)定的嚴酷等級為Ⅲ級的振蕩波干擾試驗； 裝置能承受GB/T14598.14－1998規(guī)定的嚴酷等級為IV級的靜電放電干擾試驗； 裝置能承受GB/T14598.9－2002規(guī)定的嚴酷等級為Ⅲ級的射頻電磁場輻射干擾試驗； 裝置能承受GB/ T14598.10－1996規(guī)定的嚴酷等級為IV級的電快速瞬變脈沖群干擾試驗； 裝置能承受GB/T17626.5－1999規(guī)定的嚴酷等級為IV級的浪涌干擾試驗； 裝置能承受GB/T17626.6－1998規(guī)定的嚴酷等級為Ⅲ級的射頻傳導干擾試驗； 裝置能承受IEC 60255-22-7:2003規(guī)定的嚴酷等級為A級的工頻干擾試驗； 裝置能承受GB/T17626.8－1998規(guī)定的嚴酷等級為Ⅴ級的工頻磁場干擾試驗； 裝置能承受GB/T17626.9－1998規(guī)定的嚴酷等級為Ⅳ級的脈沖磁場干擾試驗； 裝置能承受GB/T17626.10－1998規(guī)定的嚴酷等級為Ⅳ級的阻尼振蕩磁場干擾試驗； 裝置能滿足GB/T14598.16－2002規(guī)定的傳導發(fā)射限值要求； 裝置能滿足GB/T14598.16－2002規(guī)定的輻射發(fā)射限值要求。 機械性能 工作條件：裝置能承受嚴酷等級為1級的振動響應、沖擊響應檢驗； 運輸條件：裝置能承受嚴酷等級為1級的振動耐久、沖擊耐久及碰撞檢驗。 智能電源模塊 FA饋線自動化功能 先進的饋線自動化（FA）算法與處理流程，支持故障在線仿真。終端饋線自動化功能包括故障檢測和故障在線仿真。故障檢測以回線為單位，實現(xiàn)三段式過流檢測、零流檢測、故障跳閘、一次重回閘（可選）、過負荷告警（可選）、PT斷線/失壓告警（可選）等功能，支持故障錄波，故障信息通過傳統(tǒng)虛擬遙信方式和專用故障信息通道上送。 配電自動化（DA） DTU對所轄區(qū)域進行配網故障診斷、隔離和恢復供電 部分代替子站的功能 FTU&DTU主要功能-測控 基于高速ARM作為核心，支持雙以太網技術，功耗低，可靠性高，具有完善周密的電路設計和強大的技術支持。 16位AD采樣，模擬量采集精度更高。 光電隔離輸入 常開繼電器控制開關 性能指標 電壓測量范圍：0～300 V，測量準確度不超過±0.5%； 電流測量范圍：0～50 A，測量準確度不超過±0.5%； 有功功率、無功功率、功率因數(shù)測量準確度不超過±1.0%； 頻率測量準確度不超過±0.2%； 采集容量可擴展，最大支持48路模擬量； 狀態(tài)量輸入：單板20個無源接點，可擴展 SOE分辨率：不大于2ms 控制輸出：接點容量：AC250V，5A；DC30V，5A；單板容量12路，可根據(jù)需要擴展。 故障電流最大為10IN（IN為額定輸入電流） 裝置采用符合IEC60297-3標準的高度為4U、寬度為19英寸的機箱，裝置結構采用嵌入式安裝方式，前插件形式，箱前接線；采用防水、防塵、抗振動設計，外殼封閉，適合安裝于開關柜等環(huán)境條件較為惡劣的現(xiàn)場運行。 環(huán)境條件 環(huán)境溫度:工作：-40℃～85℃； 大氣壓力：86～106kPa（相當于海拔高度2km及以下）； 相對濕度：不大于95%，無凝露； 其它條件：裝置周圍的空氣中不應含有帶酸、堿、腐蝕或爆炸性的物質。 外殼防護等級—IP54，IP67，IPXX（防塵、防水） 配電領域的通信方式 光纖通信 無線公網GPRS通信 配電線載波通信 工業(yè)總線（RS485、CAN） SDH數(shù)據(jù)網 光纖自愈環(huán)、光纖以太網、無源光網絡 EPON 以太網無源光網絡，是一種采用點到多點（P2MP）結構的單纖雙向光接入網絡，是一種光纖通信技術。 EPON組網常見拓撲形式 EPON配網接線圖節(jié)選 EPON環(huán)形網絡應用 EPON“手拉手”形網絡應用 EPON鏈形網絡應用 中壓載波 混合線路的中壓載波通信主備組網方案 GPRS 其他 無線專網 微波通信 衛(wèi)星通信 終端設備近來的一些新技術 虛擬子站 超級電容 IEC61850的應用 … 新的技術-就地DA，虛擬子站 新的技術-超級電容（釩電池）代替蓄電池 目前傳統(tǒng)的配電終端FTU的后備電源主要采用鉛酸蓄電池和鐵鋰電池技術，該技術在使用溫度環(huán)境范圍及安全性上存在局限性，目前平均壽命一般在1~3年，而且需要對電池進行特殊的管理維護，整個后備電源達不到工業(yè)級產品的性能指標，無法實現(xiàn)免維護及長使用壽命的要求。 超級電容器具有以下顯著特點： a.功率密度高于現(xiàn)有各類蓄電池（鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池及燃料電池）； b.能量密度是電解電容器的30~100倍； c.充電時間僅需數(shù)十秒至數(shù)分鐘； d.在100%深度充放電循環(huán)的條件下，使用壽命可達1~10萬次； e.性能穩(wěn)定、安全性高，可終身免維護； f.生產、使用、儲存和拆解均不產生污染，是理想的綠色環(huán)保電源。 新的技術-IEC61850在配電自動化領域的應用 IEC61850是針對變電站定義的，目前的配電自動化領域已有利用GOOSE報文來實現(xiàn)裝置間快速通訊，實現(xiàn)就地故障隔離的功能，這在技術上是可行的。 若采用61850的語義來給配電終端建模，并以61850標準上送遙測遙信值到配電主站，需要解決下面幾個問題： 1）IEC61850的建模對象要從變電站內設備延伸到開閉所； 2）配電主站需要支持IEC61850標準的定義； 新的技術-電能質量分析 電壓不平衡是指三相電壓的幅值或相位不對稱。 過電壓是指持續(xù)時間大于1分鐘，幅值大于標稱值的電壓�！　� 欠電壓是指持續(xù)時間大于1分鐘，幅值小于標稱值的電壓。 電壓驟降是指在工頻下，電壓的有效值短時間內下降。 電壓驟升是指在工頻下，電壓的有效值短時間內上升。 供電中斷是指在一段時間內，系統(tǒng)的一相或多相電壓低于0.1倍標稱值。 電壓瞬變又稱為瞬時脈沖或突波，是指兩個連續(xù)的穩(wěn)態(tài)之間的電壓值發(fā)生快速的變化，其持續(xù)時間很短。 電壓切痕是一種持續(xù)時間小于10ms的周期性電壓擾動。srt紅軟基地

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