变电站综合自动化系统技术

变电站综合自动化系统技术探讨

摘要：随着经济建设的发展，变电站综合自动化对于提高变电站安全、可靠稳定运行水平显得尤为重要。本文介绍了变电站综合自动化系统的基本概述，对dtu功能及参数、馈线监测仪功能进行详细介绍。

关键词：变电站；配电网；自动化系统；dtu；馈线监测仪 变电站自动化是指利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和数字信号处理等技术，实现对变电站主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、控制、保护以及与调度通信等综合性自动化功能。实现变电站自动化，是一项提高变电站安全、可靠稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能服务的一项措施。下面就认识与探讨低压变电站综合自动化系统。

1 系统基本概述

配电室低压自动化系统是配网自动化系统数据采集层的重要组成部分。主要监测配电室配电变压器的运行参数、低压出线三相或者b相电流、低压出线开关位置和开关故障信号；控制低压电容器投切以及低压母联开关的自动合环。系统采用分布式结构,每台配变安装一台配电自动化测控终端(简称dtu),负责测量配变运行参数、电能量数据、电能质量数据；dtu通过现场总线的方式,采集安装在低压馈线的馈线监测仪的开关位置、开关故障信号、出线电流,并形成开关变位和馈线过流等事件记录；同时还采集plc母联自投

装置的301、302、345的位置信号和动作情况。配电室dtu可以通过光纤或者gprs/cdma无线方式向配网自动化系统子站或者主站传输系统所需要的数据,结构见图1。 图1 系统结构框图 2 dtu功能描述 2.1 测量计算功能

dtu主要对配电变压器低压侧三相电压和三相电流进行测量,并计算三相有功功率、无功功率、功率因数等电气参数: (1)三相电压、三相电流。

(2)三相有功功率、三相无功功率、三相功率因数、总有功功率、总无功功率、总功率因数、零序电流。

(3)总有功电量、正反向无功电量、有功需量。

(4)尖、峰、平、谷有功电量,尖、峰、平、谷正反向无功电量。 (5)三相电压、电流谐波(2～19次),三相电压、电流谐波含有率,三相电压、电流谐波畸变率,三相电压、电流不平衡度、电压合格率、功率因数合格率。

(6)变压器有功功率损耗、变压器有功损耗电量、变压器瞬时负荷率、变压器日平均负荷率。

dtu可根据变压器低压侧的有功功率、无功功率和变压器的有功功率、无功功率损耗,推算出变压器高压侧总有功功率、无功功率、视在功率和日负荷率。 2.2 数据统计存储功能

dtu对配电变压器的日常运行数据可进行统计分析,并将运行数据和统计结果记录存储,便于日后对配网运行和负荷分析之用。 (1)定点数据记录:按设定的时间间隔(15min/30min/1h)定时记录配电变压器低压侧三相电压、三相电流、零序电流、三相有功功率、三相无功功率、有功电量、正反相无功电量、三相电压、电流总畸变率、三相电压、电流不平衡度、变压器有功功率损耗、变压器瞬时负荷率。记录天数默认为60天(可根据用户要求增加记录天数)。三相电压、电流(1～19次)谐波含有率记录时间为2天。 (2)日统计记录:记录每日的总、尖、峰、平、谷有功电量、总、尖、峰、平、谷正反相无功电量、三相电压越下限时间、三相电压越上限时间、总运行时间、变压器日有功损耗电量、日功率因数合格率、日电压合格率、变压器日平均负荷率。记录天数默认为20天(可根据用户要求增加记录天数)。

(3)日极值记录:记录每日的三相电压最大值、最小值、三相电流最大值、零序电流最大值、功率因数最小值、三相电压、电流畸变率最大值、三相电压、电流不平衡度最大值、日最大有功需量及其发生时间(时标为年、月、日、时、分)记录天数默认为60天(可根据用户要求增加记录天数)。

(4)事件记录:记录配电变压器低压母线三相电压越上、下限及复归时间、三相电流越上限及复归时间、三相电压、电流总畸变率越上限及复归时间、三相电压、电流不平衡度越上限及复归时间、无功功率反送发生及复归时间、装置内部故障发生时间、装置停电

及来电时间。

2.3 低压馈线数据采集及存储功能

dtu可以通过通讯口采集安装在低压馈线的馈线监测仪表的数据,并对采集到的馈线开关位置信号和故障信号形成soe记录,此外还判断馈线是否过流,并形成相应的事件记录。 2.4 无功自动补偿控制功能

dtu按照配变实测的无功需量,可对当地1～16组电容器进行循环投切,并有过压、欠压闭锁、相序错、谐波越限闭锁等功能；可为有触点、无触点、复合投切式等多种方式选择；在控制策略上采取预测方法,避免调节震荡和调节过程电压越限,保证以最少的动作次数取得最佳的补偿效果。 2.5 开关量采集功能

dtu最多可以采集16路开关量(以接点的方式),直接采集电缆故障指示器信号、环网柜开关信号,变压器温度报警信号等。 3 dtu技术参数 3.1 工作电源 220×3vac/0.2a。 3.2 输入信号

电压输入:400v及以下线路直接输入三相四线电压:标准配置线对中性点n为0～220vac。电流输入:三相电流经ta二次输入:标准配置0～5aac,允许20%过载。 3.3 输出回路

无触点电平输出:5v(r0=22ω),10ma(max)。 3.4 电容器投切

控制原则:在保证电压不越限的前提下,使变压器从系统中吸收的无功最小。

控制方式:循环投切,即先投入的先切断,后切断的后投入,自动投切。

越限时间:即无功越限使电容器动作的延时时间0～65535min可设定,电压为门限的切除动作。

延迟时间:即电容器同组切后再投动作间隔时间0～65535min可设定。

3.5 测量精度

电压0.5%,电流0.5%,有功功率0.5%,无功功率0.5%,频率±0.05hz,功率因数1%,有功电量0.5%,无功电量1%。 3.6 日历时钟

可设定误差每天不超过1s。 3.7 功率消耗

电源:<7w；电压输入回路:<0.5va；电流输入回路:<0.25va。 3.8 通讯接口

4个通讯口:通讯口1具有rs-232c通讯方式,用于装置维护和设备升级；通讯口2和讯口3为rs-485通讯方式,用于与其它电气测量仪表通讯。通讯口4具有rs-232c或rs-485通讯方式,用于与配电自动化系统通讯。每个rs-485通讯口可以接64块电气测量仪表。

此外,dtu可选配内置式gprs模块实现无线通讯。 通讯规约:与配电自动化系统通讯采用iec-

870-5-101通讯规约。采集电气测量仪表采用mod-bus规约,dl/t645-1997多功能电能表通讯规约,其他自定义规约等。 波特率:600～38400bps可选。 3.9 电气接线 三相四线制。 3.10 运行环境

工作环境温度:-25℃～+75℃；运行湿度:20%～90%；相对湿度<85%时采取特殊措施可运

行在-35℃环境内；耐受污秽等级iv级；谐波含量＜20%；海拔2000m及以下；不允许有较强的震动与冲击；不允许有腐蚀金属和破坏绝缘的气体及导电介质,不得含有爆炸危险的介质,不允许有严重的霉菌存在。 3.11 备用电池

装置停电后,备用电池可以维持装置工作5min。电池采用可充电式锂电池。

4 馈线监测仪功能描述

(1)测量低压馈线b相电流,或者低压馈线三相电流(基本型)。 (2)采集低压馈线开关位置信号,开关故障信号(基本型)。 (3)测量低压母线电压,计算馈线有功功率、无功功率、功率因数(高端型)。

(4)计算低压馈线电流2～31次谐波含有率、电流谐波总畸变率、三相电流不平衡度(高端型)。

(5)计算电压馈线尖、峰、平、谷有功电量、尖、峰、平、谷正反向无功电量、有功需量(高端型)。

(6)具备2个通讯接口,一个用于仪表维护,一个用于与dtu通讯,规约采用mod bus协议(基本型)。 5 结束语

综上所述，变电站自动化系统是一复杂的、综合性很高的系统性工程，包含众多的设备和子系统。变电站自动化系统对于提高电网的安全和经济运行水平起到了很大的促进作用，它将能大大加强电网一次、二次系统的效能和可靠性，对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。随着技术的进步和硬件软件环境的改善，它的优越性必将进一步体现出来。 参考文献

[1] 刘国荣，一种变电站自动化系统的构想[j]广东输电与变电技术，2009.09

[2] 沈鸿彦 刘尧智 姬希军，变电站自动化系统技术升级及应用[j]自动化应用，2010.01

注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。