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          新型配電自動(dòng)化遠(yuǎn)方終端設(shè)計(jì)方案

          作者: 時(shí)間:2018-09-12 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          1 引言
          系統(tǒng)具有元件多。結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)約80%的用戶停電事故均由系統(tǒng)障礙引起。因此系統(tǒng)供電可靠性對(duì)提高供電質(zhì)量非常重要,而配電系統(tǒng)的持續(xù)改造和升級(jí)是提高配電系統(tǒng)可靠性的重要手段。
          傳統(tǒng)的遠(yuǎn)方終端單元RTU(remote terminal unit)僅是一個(gè)完成“上傳數(shù)據(jù),下達(dá)命令”任務(wù)的現(xiàn)場(chǎng)終端單元。在配電系統(tǒng)中,為提高故障切除的快速性、準(zhǔn)確性,以及配電網(wǎng)供電可靠性,需使用微機(jī)化自動(dòng)裝置完成除RTU所具有的數(shù)據(jù)采集和控制功能外,還能實(shí)現(xiàn)不依賴于主站的本地自動(dòng)控制功能,如低周減載、備用電源自投等。由于這些裝置既要完成配電主站服務(wù)功能,又要獨(dú)立完成本地保護(hù)、控制功能,即現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化單元FAU(field automation unit)。因此,提出一種無(wú)保護(hù)功能的現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化單元,將這種裝置稱為配電自動(dòng)化遠(yuǎn)方終端DA-RTU(distribution automation-remote terminal unit)。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201809/388990.htm

          2 DA-RTU基本功能
          由于被監(jiān)控的設(shè)備不同,應(yīng)用要求也不同,故對(duì)實(shí)際工程DA-RTU來(lái)說(shuō),應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用情況,選擇以下功能:
          (1)常規(guī)的“四遙”功能DA-RTU首先應(yīng)具有常規(guī)的調(diào)度自動(dòng)化RTU的遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)功能。除正常負(fù)荷狀態(tài)下的電壓、電流、有功、無(wú)功、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、無(wú)功電能、頻率外,DA-RTU還要能夠測(cè)量零序、負(fù)序電壓及電流等反映系統(tǒng)不平衡程度的電氣量。
          (2)配電網(wǎng)故障信息采集與處理功能配電自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)綜合的配電網(wǎng)及設(shè)備運(yùn)行管理系統(tǒng),具有故障定位、自動(dòng)隔離故障及恢復(fù)供電以及其他故障管理功能。因此,DA-RTU能夠采集、處理故障數(shù)據(jù)及信息,這是區(qū)別于常規(guī)調(diào)度自動(dòng)化RTU的一個(gè)重要特點(diǎn)。DA-RTU采集的故障信息包括:故障電流、電壓值;故障發(fā)生時(shí)間及故障歷時(shí);故障方向;小電流接地故障檢測(cè)。
          (3)電能質(zhì)量測(cè)量功能DA-RTU應(yīng)能測(cè)量電能質(zhì)量。測(cè)量的內(nèi)容包括:供電電壓中的諧波、電壓波動(dòng)、電壓閃變等參數(shù)。
          (4)斷路器在線監(jiān)視功能通過(guò)測(cè)量、記錄斷路器累計(jì)切斷故障電流的水平、動(dòng)作時(shí)間、斷路器動(dòng)作次數(shù),監(jiān)視斷路器觸頭受電腐蝕的程度以及斷路器的機(jī)械性能,為斷路器狀態(tài)檢修提供依據(jù)。DA-RTU測(cè)量記錄的參數(shù)及數(shù)據(jù)有:累計(jì)切斷電流的水平、斷路器動(dòng)作時(shí)間以及斷路器動(dòng)作次數(shù)。累計(jì)切斷電流的水平,即: ∑I2△t。其中,I為斷路器切斷故障電流有效值,△t為斷路器觸頭拉弧時(shí)間,近似于斷路器合位輔助觸頭變位和線路電流消失之間的時(shí)間差;斷路器動(dòng)作時(shí)間一般是近似于跳閘繼電器動(dòng)作和斷路器合位輔助觸頭變位完畢之間的時(shí)間差;斷路器動(dòng)作次數(shù)是指分/合操作斷路器的次數(shù)。
          (5)PLC功能 PLC應(yīng)用于DA-RTU實(shí)現(xiàn)低周減載、備用電源自投、無(wú)功補(bǔ)償電容器自動(dòng)投切、線路自動(dòng)故障分段等本地自動(dòng)控制功能。通過(guò)編寫響應(yīng)的軟件程序設(shè)置RTU的模擬輸入量、開關(guān)輸入量及開關(guān)輸出量裝置,設(shè)定所完成的邏輯控制功能。

          3 DA-RTU故障檢測(cè)功能
          3.1 短路故障檢測(cè)
          配電網(wǎng)系統(tǒng)故障區(qū)段檢測(cè)是由主站通過(guò)比較DA-RTU的故障檢測(cè)結(jié)果確定的,不要求它像保護(hù)繼電器那樣具有選擇性,以及輸出跳閘信號(hào),只要能檢測(cè)出有故障電流出現(xiàn)即可,要求時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),裝置有充分的時(shí)間對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷以可靠地檢測(cè)出故障。
          DA-RTU使用保護(hù)電流互感器(TA)檢測(cè)短路故障,不采取同時(shí)接入保護(hù)與測(cè)量TA的方法,為同時(shí)滿足故障檢測(cè)和測(cè)量需求,采用飽和型TA。飽和型TA 的特性在負(fù)荷電流區(qū)間接近測(cè)量TA的特性,額定電流2倍以上時(shí)故障快速飽和。DA-RTU故障檢測(cè)整定值按照躲過(guò)最大負(fù)荷電流的整定原則,通過(guò)檢測(cè)電流互感器二次電流輸出是否出現(xiàn)飽和現(xiàn)象判斷線路出現(xiàn)故障,利用每一周期TA飽和前這段時(shí)間的輸出,估算出一次工頻電流的幅值,以及檢測(cè)故障電流的方向。
          3.2 小電流系統(tǒng)單相接地故障檢測(cè)
          我國(guó)配電網(wǎng)采用小電流接地方式。由于接地電流小,單相接地故障檢測(cè)是一難題。單相接地故障時(shí),暫態(tài)零序電流值遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)值,因此,利用暫態(tài)零序電流值檢測(cè)有較高的靈敏度。另一方面,相當(dāng)一部分單相接地故障是間歇式電弧接地故障,即故障點(diǎn)電弧不穩(wěn)定,間歇性地在電壓達(dá)到或接近峰值時(shí)故障點(diǎn)擊穿拉弧,而在電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)電弧熄滅。間隙性接地現(xiàn)象引起持續(xù)的暫態(tài)過(guò)程,影響基于穩(wěn)態(tài)工頻或諧波分量的檢測(cè)方法的正確判斷,而應(yīng)用故障暫態(tài)高頻電流的方法可充分利用故障暫態(tài)電流信號(hào)的能量。為滿足基于暫態(tài)分量的單相接地故障檢測(cè)要求,DA-RTU設(shè)計(jì)了具有數(shù)百千赫茲的采樣頻率記錄及實(shí)時(shí)處理能力,經(jīng)計(jì)算可檢測(cè)到暫態(tài)零序電流有效值。主站通過(guò)比較在同一時(shí)刻不同的DA-RTU檢測(cè)到的暫態(tài)零序電流有效值,可確定故障線路及故障區(qū)段。

          4 DA-RTU通信技術(shù)
          以DA-RTU為現(xiàn)場(chǎng)單元構(gòu)成的配電網(wǎng)系統(tǒng)中(見圖1)通信技術(shù)非常重要。具體通信分為與主站的通信和局域通信兩部分。

          4.1 與主站的通信技術(shù)
          DA-RTU的通信數(shù)據(jù)量比先前的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)RTU要小得多。DA-RTU能主動(dòng)向控制主站報(bào)告遙信量變位、遙測(cè)量越限及故障信息等,主站間隔一定的時(shí)間(如0.5 h)訪問(wèn)各個(gè)DA-RTU,以確認(rèn)DA-RTU是否工作正常。與傳統(tǒng)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)相比,配電自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)模大,涉及到的現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化裝置數(shù)量大、種類多。有關(guān)制造商較多,為了做到不同廠商生產(chǎn)的裝置、系統(tǒng)能夠方便地互聯(lián),采用開放的標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約。目前,國(guó)際電工委員會(huì)制定的IEC 870-5及在北美地區(qū)較流行的DNP 3.0規(guī)約是兩個(gè)比較合適的配電自動(dòng)化系統(tǒng)的通信規(guī)約,支持RTU主動(dòng)報(bào)告方式,能及時(shí)報(bào)告故障信息。DNP 3.0是符合OSI系統(tǒng)模型的開放式規(guī)約,與IEC 870-5基本兼容,并根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行修改,已被IEEE推薦為在RTU與主站間通信的規(guī)約。
          4.2 局域通信技術(shù)
          DA-RTU設(shè)計(jì)有局域網(wǎng)通信接口,可以是RS-232/485接口,也可以是CAN,LonWorks等現(xiàn)場(chǎng)總線接口。主要有3個(gè)用途:(1)通過(guò)該接口多個(gè)同類型的DA-RTU裝置互聯(lián),構(gòu)成分布式系統(tǒng);(2)DA-RTU作為數(shù)據(jù)集中器,例如用于柱上開關(guān)或環(huán)網(wǎng)柜的 FTU可利用該接口與附近小區(qū)的其他電子智能裝置(如自動(dòng)抄表裝置)連接,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),以優(yōu)化通信通道配置,減少通信通道投資;(3)DA-RTU能夠接人由其他裝置構(gòu)成的局域網(wǎng),其上、下行數(shù)據(jù)由其他數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器或具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能的自動(dòng)裝置轉(zhuǎn)發(fā)。

          5 DA-RTU交流采樣技術(shù)
          現(xiàn)在的RTU一般使用交流采樣技術(shù)。即直接利用輸入的電壓、電流信號(hào)計(jì)算所需的各種電氣量,并進(jìn)行故障檢測(cè),計(jì)算量很大,普通的CPU很難勝任。因此,一般采用專用的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)計(jì)算所需的各種模擬量,計(jì)算結(jié)果通過(guò)其接口送普通的主(host)CPU,主CPU仍像在常規(guī)RTU那樣實(shí)現(xiàn)通信、開關(guān)量的處理等功能。DA-RTU使用交流采樣技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是:省去直流變送器,降低造價(jià),簡(jiǎn)化裝置構(gòu)成,測(cè)量功能強(qiáng),可測(cè)量故障電流等用直流采樣方法不易測(cè)量的參數(shù),計(jì)算各種電氣量更靈活、方便;調(diào)試、校正方便,測(cè)量精度高。交流采樣RTU把交流輸入通道、傳感器等誤差校正系數(shù)儲(chǔ)存在不揮發(fā)內(nèi)存里,對(duì) A/D轉(zhuǎn)換后的原始數(shù)據(jù)及校正參數(shù)進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算后,得到所需的電氣量,因此具有很高的測(cè)量精度。給RTU輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),運(yùn)行校正程序,輸入標(biāo)準(zhǔn)值,RTU 能夠自動(dòng)計(jì)算,生成誤差校正系數(shù),寫入不揮發(fā)內(nèi)存中。

          6 DA-RTU分布式設(shè)計(jì)技術(shù)
          DA-RTU應(yīng)用的場(chǎng)合從只監(jiān)控一條線路的柱上開關(guān)到幾條線路的環(huán)網(wǎng)柜,甚至到十幾條線路的開閉所、變電站,對(duì)輸入輸出量的個(gè)數(shù)要求從幾個(gè)到上百個(gè)不等,傳統(tǒng)的集中式結(jié)構(gòu)很難適應(yīng)不同的應(yīng)用要求。因此,DA-RTU應(yīng)采用分布式設(shè)計(jì)技術(shù)。
          分布式設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)質(zhì)是一個(gè)DA-RTU,具有一定量輸入輸出配置。完成一個(gè)或多個(gè)配電設(shè)備的監(jiān)控功能,DA-RTU設(shè)計(jì)有局域網(wǎng)接口。通過(guò)該局域網(wǎng)接口將多個(gè)DA-RTU連接在一起,完成更多配電設(shè)備的監(jiān)控工作。DA-RTU具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能,其中任何一個(gè)DA-RTU均可作為主RTU與主站通信。一個(gè)普通的DSP能夠處理的交流輸入量為十幾個(gè),監(jiān)視1~4條線路,所以一個(gè)DA-RTU的輸入輸出配置一般不超過(guò)監(jiān)控4條線路所需的數(shù)量。

          7 DA-RTU配置及維護(hù)
          現(xiàn)代DA-RTU正朝著一個(gè)開放的電力自動(dòng)化裝置平臺(tái)方向發(fā)展,其硬件本身采用模塊化設(shè)計(jì),可擴(kuò)展性好,而軟件采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng),可以很容易地植入新的功能模塊。RTU實(shí)際所完成的功能由裝置不揮發(fā)內(nèi)存的配置方式字所確定,用戶可通過(guò)修改配置方式字改變裝置的功能,減少了工程應(yīng)用開發(fā)工作量,提高了裝置性價(jià)比。
          DA-RTU設(shè)有專用維護(hù)通信口,把該口與PC機(jī)相連,運(yùn)行專用程序,用戶可在PC機(jī)上在線檢查、修改裝置的配置方式字,監(jiān)視裝置的測(cè)量數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀態(tài)。有些。DA-RTU甚至可做到通過(guò)該口下載應(yīng)用程序模塊,以更改有錯(cuò)誤的程序,增加新的功能。通過(guò)DA-RTU的主站通信口,操作人員應(yīng)該能夠在主站通過(guò)通信通道上裝或下載裝置的配置方式字。

          8 結(jié)束語(yǔ)
          隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)會(huì)不斷發(fā)展,逐步實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的監(jiān)控、饋線自動(dòng)化及就地保護(hù)、控制功能,配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行將更加穩(wěn)定,電網(wǎng)供電更加可靠,電網(wǎng)供電質(zhì)量將進(jìn)一步得到提高。



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