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配網(wǎng)自動化終端功能及應(yīng)用 2011.7.22 綱要 概述 配電自動化系統(tǒng)架構(gòu) 配電終端功能及性能指標(biāo) 幾種主要的通信方式介紹 實(shí)際應(yīng)用方案 新的技術(shù) 什么是配網(wǎng)自動化 利用現(xiàn)代電子、計算機(jī)、通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將配電網(wǎng)在線數(shù)據(jù)及離線數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地理圖形進(jìn)行信息集成，構(gòu)成完整的自動化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)及其設(shè)備正常運(yùn)行及事故狀態(tài)下的的監(jiān)測、保護(hù)、控制、用電負(fù)荷配電管理的現(xiàn)代化。 配網(wǎng)自動化的實(shí)踐意義 提高供電可靠性 改善電能質(zhì)量 節(jié)能降損，優(yōu)化運(yùn)行，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平 提高配網(wǎng)現(xiàn)代化管理水平 提高服務(wù)水平，改善用戶形象合理規(guī)劃，科學(xué)決策 配電自動化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 三層結(jié)構(gòu)模式 主站層 ——子站層—— 終端層 這種模式適用于配電網(wǎng)絡(luò)較大，信息相對集中的情況，其總體成本較高 兩層結(jié)構(gòu)模式 主站 —— 終端 這種模式適用于配電網(wǎng)絡(luò)較小，信息分散的情況，其總體成本較低 配網(wǎng)自動化結(jié)構(gòu) 主站系統(tǒng) 一個平臺 實(shí)時信息系統(tǒng)平臺 四個應(yīng)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(yīng)用提供的服務(wù) 系統(tǒng)管理 歷史(商用)數(shù)據(jù)服務(wù) 告警服務(wù) 權(quán)限及責(zé)任區(qū)服務(wù) 實(shí)時數(shù)據(jù)庫服務(wù) 圖形工具包 數(shù)據(jù)庫界面 報表工具包 公式計算服務(wù) …… 配電主站的業(yè)務(wù)范圍 深圳EMS系統(tǒng)配置圖 子站設(shè)備 通信子站 配電子站： 區(qū)域DA； 區(qū)域性SCADA； 通信； 站內(nèi)當(dāng)?shù)毓δ埽? 遠(yuǎn)程診斷維護(hù)； 參數(shù)設(shè)置； 遠(yuǎn)方讀表； 數(shù)據(jù)管理； 終端設(shè)備 一次設(shè)備 二次設(shè)備 一次設(shè)備 電氣一次設(shè)備是指直接用于生產(chǎn)、輸送、疏導(dǎo)、分配和消耗電能的電氣設(shè)備。它包括發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、自動開關(guān)、接觸器、刀開關(guān)、母線、輸電線路、電力電纜、電抗器、電動機(jī)、接地、避雷器、濾波器等。 二次設(shè)備 二次設(shè)備是指對一次設(shè)備的工作進(jìn)行控制、保護(hù)、監(jiān)察和測量的設(shè)備。如測量儀表、繼電器、操作開關(guān)、按鈕、自動控制設(shè)備、計算機(jī)、信號設(shè)備、控制電纜以及提供這些設(shè)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(shè)備（FTU） FTU 是裝設(shè)在饋線開關(guān)旁的開關(guān)監(jiān)控裝置。這些饋線開關(guān)指的是戶外的柱上開關(guān)，例如10kV線路上的斷路器、負(fù)荷開關(guān)、分段開關(guān)等。一般來說，1臺FTU要求能監(jiān)控1臺柱上開關(guān)，主要原因是柱上開關(guān)大多分散安裝，若遇同桿架設(shè)情況，這時可以1臺FTU監(jiān)控兩臺柱上開關(guān)。 開閉所終端設(shè)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(wǎng)柜、小型變電站、箱式變電站等處，完成對開關(guān)設(shè)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(guān)進(jìn)行分合閘操作，實(shí)現(xiàn)對饋線開關(guān)的故障識別、隔離和對非故障區(qū)間的恢復(fù)供電。部分DTU還具備保護(hù)和備用電源自動投入的功能。 配變終端設(shè)備（TTU） TTU監(jiān)測并記錄配電變壓器運(yùn)行工況，根據(jù)低壓側(cè)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(yùn)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(diǎn)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(fù)時間，記錄數(shù)據(jù)保存在裝置的不揮發(fā)內(nèi)存中，在裝置斷電時記錄內(nèi)容不丟失。配網(wǎng)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(fù)荷及停電等運(yùn)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(fù)荷特性，并為負(fù)荷預(yù)測、配電網(wǎng)規(guī)劃及事故分析提供基礎(chǔ)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(zhuǎn)存到配網(wǎng)主站或其它分析系統(tǒng)。 TTU構(gòu)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(jié)構(gòu)要簡單得多。為簡化設(shè)計及減少成本，TTU由配變低壓側(cè)直接變壓整流供電，不配備蓄電池。在就地有無功補(bǔ)償電容器組時，為避免重復(fù)投資，TTU要增加電容器投切控制功能。 遠(yuǎn)程終端設(shè)備（RTU） 遠(yuǎn)程終端設(shè)備（RTU）是安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場的電子設(shè)備，用來監(jiān)視和測量安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場的傳感器和設(shè)備。RTU將測得的狀態(tài)或信號轉(zhuǎn)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(jī)發(fā)送來得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成命令，實(shí)現(xiàn)對設(shè)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(qiáng)的的抗干擾性能 智能電源功能 先進(jìn)的饋線自動化功能（FA） 配電自動化功能（DA) 基礎(chǔ)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(shè)計開發(fā)的一種嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)（RTOS），是嵌入式開發(fā)環(huán)境的關(guān)鍵組成部分。良好的持續(xù)發(fā)展能力、高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，在嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)領(lǐng)域占據(jù)一席之地。它以其良好的可靠性和卓越的實(shí)時性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航等。在美國的 F-16、FA-18 戰(zhàn)斗機(jī)、B-2 隱形轟炸機(jī)和愛國者導(dǎo)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(wǎng)接口； GPRS無線接口（選配） 433M無線維護(hù)接口（選配） RS232維護(hù)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件下，不小于100MΩ。 介質(zhì)強(qiáng)度:裝置所有電路與外殼的介質(zhì)強(qiáng)度能耐受交流50Hz，電壓2kV（有效值），歷時1min試驗(yàn)，而無絕緣擊穿或閃絡(luò)現(xiàn)象。當(dāng)復(fù)查介質(zhì)強(qiáng)度時，試驗(yàn)電壓值為規(guī)定值的75%。 沖擊電壓 裝置的導(dǎo)電部分對外露的非導(dǎo)電金屬部分及外殼之間，在規(guī)定的試驗(yàn)大氣條件下，能耐受幅值為5kV的標(biāo)準(zhǔn)雷電波短時沖擊檢驗(yàn)。 抗干擾能力 裝置能承受GB/T14598.13－1998規(guī)定的嚴(yán)酷等級為Ⅲ級的振蕩波干擾試驗(yàn)； 裝置能承受GB/T14598.14－1998規(guī)定的嚴(yán)酷等級為IV級的靜電放電干擾試驗(yàn)； 裝置能承受GB/T14598.9－2002規(guī)定的嚴(yán)酷等級為Ⅲ級的射頻電磁場輻射干擾試驗(yàn)； 裝置能承受GB/ T14598.10－1996規(guī)定的嚴(yán)酷等級為IV級的電快速瞬變脈沖群干擾試驗(yàn)； 裝置能承受GB/T17626.5－1999規(guī)定的嚴(yán)酷等級為IV級的浪涌干擾試驗(yàn)； 裝置能承受GB/T17626.6－1998規(guī)定的嚴(yán)酷等級為Ⅲ級的射頻傳導(dǎo)干擾試驗(yàn)； 裝置能承受IEC 60255-22-7:2003規(guī)定的嚴(yán)酷等級為A級的工頻干擾試驗(yàn)； 裝置能承受GB/T17626.8－1998規(guī)定的嚴(yán)酷等級為Ⅴ級的工頻磁場干擾試驗(yàn)； 裝置能承受GB/T17626.9－1998規(guī)定的嚴(yán)酷等級為Ⅳ級的脈沖磁場干擾試驗(yàn)； 裝置能承受GB/T17626.10－1998規(guī)定的嚴(yán)酷等級為Ⅳ級的阻尼振蕩磁場干擾試驗(yàn)； 裝置能滿足GB/T14598.16－2002規(guī)定的傳導(dǎo)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(jī)械性能 工作條件：裝置能承受嚴(yán)酷等級為1級的振動響應(yīng)、沖擊響應(yīng)檢驗(yàn)； 運(yùn)輸條件：裝置能承受嚴(yán)酷等級為1級的振動耐久、沖擊耐久及碰撞檢驗(yàn)。 智能電源模塊 FA饋線自動化功能 先進(jìn)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(shí)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(fù)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(jìn)行配網(wǎng)故障診斷、隔離和恢復(fù)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(wǎng)技術(shù)，功耗低，可靠性高，具有完善周密的電路設(shè)計和強(qiáng)大的技術(shù)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(guān) 性能指標(biāo) 電壓測量范圍：0～300 V，測量準(zhǔn)確度不超過±0.5%； 電流測量范圍：0～50 A，測量準(zhǔn)確度不超過±0.5%； 有功功率、無功功率、功率因數(shù)測量準(zhǔn)確度不超過±1.0%； 頻率測量準(zhǔn)確度不超過±0.2%； 采集容量可擴(kuò)展，最大支持48路模擬量； 狀態(tài)量輸入：單板20個無源接點(diǎn)，可擴(kuò)展 SOE分辨率：不大于2ms 控制輸出：接點(diǎn)容量：AC250V，5A；DC30V，5A；單板容量12路，可根據(jù)需要擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)的高度為4U、寬度為19英寸的機(jī)箱，裝置結(jié)構(gòu)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(shè)計，外殼封閉，適合安裝于開關(guān)柜等環(huán)境條件較為惡劣的現(xiàn)場運(yùn)行。 環(huán)境條件 環(huán)境溫度:工作：-40℃～85℃； 大氣壓力：86～106kPa（相當(dāng)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(yīng)含有帶酸、堿、腐蝕或爆炸性的物質(zhì)。 外殼防護(hù)等級—IP54，IP67，IPXX（防塵、防水） 配電領(lǐng)域的通信方式 光纖通信 無線公網(wǎng)GPRS通信 配電線載波通信 工業(yè)總線（RS485、CAN） SDH數(shù)據(jù)網(wǎng) 光纖自愈環(huán)、光纖以太網(wǎng)、無源光網(wǎng)絡(luò) EPON 以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)，是一種采用點(diǎn)到多點(diǎn)（P2MP）結(jié)構(gòu)的單纖雙向光接入網(wǎng)絡(luò)，是一種光纖通信技術(shù)。 EPON組網(wǎng)常見拓?fù)湫问?EPON配網(wǎng)接線圖節(jié)選 EPON環(huán)形網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 EPON“手拉手”形網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 EPON鏈形網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 中壓載波 混合線路的中壓載波通信主備組網(wǎng)方案 GPRS 其他 無線專網(wǎng) 微波通信 衛(wèi)星通信 終端設(shè)備近來的一些新技術(shù) 虛擬子站 超級電容 IEC61850的應(yīng)用 … 新的技術(shù)-就地DA，虛擬子站 新的技術(shù)-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(shù)，該技術(shù)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(jìn)行特殊的管理維護(hù)，整個后備電源達(dá)不到工業(yè)級產(chǎn)品的性能指標(biāo)，無法實(shí)現(xiàn)免維護(hù)及長使用壽命的要求。 超級電容器具有以下顯著特點(diǎn)： 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(dá)1~10萬次； e.性能穩(wěn)定、安全性高，可終身免維護(hù)； f.生產(chǎn)、使用、儲存和拆解均不產(chǎn)生污染，是理想的綠色環(huán)保電源。 新的技術(shù)-IEC61850在配電自動化領(lǐng)域的應(yīng)用 IEC61850是針對變電站定義的，目前的配電自動化領(lǐng)域已有利用GOOSE報文來實(shí)現(xiàn)裝置間快速通訊，實(shí)現(xiàn)就地故障隔離的功能，這在技術(shù)上是可行的。 若采用61850的語義來給配電終端建模，并以61850標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)設(shè)備延伸到開閉所； 2）配電主站需要支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的定義； 新的技術(shù)-電能質(zhì)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(biāo)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(biāo)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(nèi)下降。 電壓驟升是指在工頻下，電壓的有效值短時間內(nèi)上升。 供電中斷是指在一段時間內(nèi)，系統(tǒng)的一相或多相電壓低于0.1倍標(biāo)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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