农网配电自动化系统

农网配电自动化系统（精选4篇）

农网配电自动化系统 篇1

近年来, 虽然我国农网配电系统取得了长足进步, 如线路负荷能力有所提高, 网络结构也日趋完善, 但其自动化程度尚不合理, 故在一定程度上限制了农网配电系统的安全运行、供电能力和维护管理, 在此笔者结合试点工程对其自动化系统设计进行了优化。实践证明, 其对于改善供电安全性和可靠性, 节约资源, 强化管理大有助益。

1 农网配电自动化系统设计要求

因农网配电系统在实际运行中面临的问题日益增多, 如由于遥测和遥信尚未实现, 致使难以通过动态掌握开关以及系统的工作状态;再如因分段开关保护措施不到位, 只能通过全线停电定位故障, 加之配电网规模日益庞大, 线路、设备繁杂, 从而对其自动化提出了新的要求, 而实用型农网配电自动化系统方案可有效解决上述问题, 故可靠、可行。

但农网配电自动化系统设计应遵循下述几点原则:系统方案要求技术先进可行, 经济合理;系统结构应符合规范, 具备一定的可扩展性;通信设计应开放、灵活;系统硬件应保证性能可靠, 便于维护;系统软件既要标准易用, 也应具备较强的兼容性与通用性等。

2 农网配电自动化系统设计要点

基于农网配电自动化系统的设计原则和实际要求设计而成的系统结构主要包括主站、站端装置、通信系统3大部分, 其中, 中心站是该系统结构的核心, 其网络结构相对独立, 主站系统配置灵活, 系统抗干扰能力强, 不仅具备转换协议和交换数据的功能, 可借助实时遥测实现及时通信, 从而准确、快速分析、定位故障, 而且具备较强的可扩展性, 利于向标准、集中、智能自动化典型模式方向发展。

2.1 主站系统设计

主站系统作为农网配电自动化系统的管理平台, 是以中心站为核心, 以工作站、服务器、网络设备以及特定的外设为主要配置构成, 其中GIS系统、实时系统、数据库为平台提供了有力支持, 用于实现AM/FM/GIS与SCADA/DMS的基本功能, 从而将一体化设计、应用和维护配电GIS和SCADA变为了现实, 进而满足了供电企业自动化管理配电系统的实际要求, 而主站设备应根据电网工程的实际情况加以灵活配置。

2.2 站端装置设计

2.2.1 故障指示器设计

在具体实践中, 用于判别接地故障的方法有很多, 在此介绍的是信号源注入法, 即将故障指示器 (要求:有源二合一) 合理的设置于长线路分段节点和线路分支点位置, 同时装设配套的信号源设备, 若线路出现接地故障 (单相接地情况较为常见) , 信号源设备会在几十秒内自动根据脉宽变化投入不同的阻性负载, 从而通过电流叠加促使故障信号器自动发射故障信号;而当线路短路时, 故障指示器会根据短路特征、电流突变、执行的保护动作等信息, 定位故障点;此外, 还可起到检测负载电流的作用, 同时将相关数据传输至监控终端。其中位于故障指示器附近的通信终端负责接收、解译、重新编码无线信息, 并借助GPRS/GSM将其传输至中心站。而在设计通信终端时, 采用了太阳能电池配以备用电源, 即使连续10几天阴雨天气也可正常供电。

2.2.2 配电终端监控设计

其既负责采集故障检测数据、转发信息, 也是实现农网配电自动化中遥测、遥信以及遥控功能的监控终端装置, 具体而言, 当故障指示器发出相关信号时, 包括线路中的负荷电流、动作信息、开关状态等, 终端设备会予以及时接收, 并加以分析、编译以及发送。若电控开关具有监控条件, 通常在通信终端的作用下实现对开关的远程分合闸操作, 但应将分合闸状态下的电源情况考虑在内, 如果采用的为遥控开关, 建议配置直流电机或TV。

2.3 通信系统设计

虽然农网配电自动化系统中存在数量较多的“一遥”、“二遥”终端设备, 但相对而言, 其对通信的可靠性和实时性要求并不是特别高, 采用GPRS这种组网灵活简单、接入便捷、易于管理、运行经济的通信方式完全可以满足系统的实际要求, 若电网系统中的集抄系统接入了基于GPRS的VPN专网, 那么在实用型配电自动化系统采用无线通信系统GPRS/GSM, 不仅可以改善系统的安全性与可靠性, 还利于节约投资费用, 提高系统的整体效益。

3 农网配电自动化系统实践应用

实用型农网配电自动化系统设计在农电企业中得以实践应用, 因系统并未进行重大改造, 只是在信号源装置和配电终端设备安装中采取了停电操作, 故此次系统应用较为简单、便捷, 即将54组符合要求的故障指示器和25台性能达标的通信终端合理设置于2个变电站的6条线路中, 配以7台配电终端控制设备, 并加以适当的调试, 实践证明, 其设计功能得到了应有的发挥。

如农网配电系统在未改造时, 每次定位1个故障至少需要花费2~3h, 而在系统优化后, 故障定位时间可以缩短至10mim左右, 而且在8个月的时间段内, 试点中的6条线路的故障次数为17次, 其中有15次故障定位精确且及时, 准确率高达90%, 可见, 系统的故障检测和处理效率以及供电可靠性显著提高。而借助对断路器和三相电流的实时、动态、远程监测, 不仅可以通过配电可视化掌握系统的实际运行状态, 便于及时发现异常, 采取必要的远程操作, 限制故障的影响范围, 同时通信终端所采用的低耗设计, 可避免因阴雨等不良天气而造成数据通信实时中断问题, 进而提高系统管理水平和质量。

综上所述, 探索适合农网配电自动化系统的设计方案十分必要, 而上述的实用型模式在很大程度上解决了以往农网配电自动化系统的诸多缺陷, 既利于快速处理线路故障, 也便于管理维护, 减少资源投入, 易于扩展升级, 故为农网建设提供了可靠参考。

摘要：我国在农网配电自动化方面的研究与国外的研究比较明显滞后, 这种状况既制约着配电网运行水平的提高, 也影响着线路损耗的降低。而实用型系统便于建设, 性价比高, 效果显著, 对于提升农网配电自动化程度和综合效益意义重大。对此, 本文就实用型农网配电自动化系统设计与应用进行了探讨。

关键词：实用型,农网配电自动化系统,故障指示器

农网配电自动化技术研究 篇2

配电自动化是集实时监控、故障定位、故障隔离、快速复电和配电管理等功能的综合系统。随着计算机网络技术的进步,农村经济的快速稳定发展,农村人民生活的不断改善,农网得到了广泛应用, 也为新的配电技术的发展提供了条件,同时也对其供电的可靠性和安全性提出了更高的要求,因此,农网配电自动化技术在这一背景下应运而生,为农村电气化建设、农网优化配置以及智能电网的发展开辟了新的道路。

1 配电自动化的发展历程

从上世纪九十年代后期开始,我国开始了配电自动化建设,但是由于技术上与管理上的缺陷,最初并没有发挥效果。其中,技术上主要是因为配电自动化本身还处于研究初期,并不成熟,配电网架设施不完善等 ;管理上主要是因为并没有完善的、标准的配电自动化设计、运行以及维护方案,从而不能以一种合理的方案来指导配电自动化系统从设计到维护的整个过程。经过科研人员的不懈努力,结合大量实践经验,我国的配电自动化技术正逐步走向成熟。关于配电自动化的发展历程主要分为以下三个阶段 :

①馈线自动化系统

在这一阶段,系统主要包含两个设备,即重合器和分段器,其主要功能就是对故障电路进行隔离,并恢复区域供电, 从而缩小停电面积和时间,增强了供电系统的可靠性。但是,它仍然存在着一些缺陷,比如使用中的局限,它只能在发生故障时发挥效果,所以不能对运行方式进行较好的优化,再如健全区域恢复供电时并不能够以实际负荷分布采取最合适的措施,在对故障进行隔离时,需要经过多次的重合,所以会给设备带来较大的冲击等。

②配电自动化系统

这一阶段的系统主要是基于通信网络馈线终端单元和后台计算机网络的配电自动化系统。它恰好弥补了上一阶段中系统无法对正常运行的配电网进行监视 及故障诊断的问题,他可以实现遥控改变运行方式,一旦配电网发现故障,调度员便可以根据具体情况进行故障隔离,并恢复健全区域供电。

③高端配电自动化系统

此时的配电自动化系统已经成为一种基于人工智能的高级应用,它可以协助调度员制定配电网的优化控制方案。它的主要设备包括 :配电终端、主站系统、通信网络、高级应用软件包、地理信息系统软件包等。

从以上配电自动化技术发展的三个阶段来看,第一发展阶段的配电自动化技术是比较适合农网的,而且也已经在农网中得到广泛应用。

2 农网配电自动化技术

2.1 我国农网配电特点

我国农网的主要特点就是地域分布的广泛性以及电网负荷的分散性,在我国的农网中,大多数的负荷密度都不高,这给电网延伸数据通信及信息共享带来了非常不利的影响。农网的这些特点都决定了它与城网自动化之间的差异。

2.2 农网配电自动化原则

为了促进农网自动化技术的发展与普及,在结合农村电网实际、采用先进技术的基础山,还要充分考虑到其经济性与实用性,并使其逐渐步入国际化先进水平,为此农网配电自动化技术应符合以下原则 :

①要与国家制定的相关政策与法规相一致,保障系统的实用性、安全性、可靠性、经济性,并适当采取新技术。

②从不同区域、不同水平、不同层次具体分析农网配电的自动化建设。

③根据当地实际情况制定合适的通信方案。

④农网配电自动化系统以提高供电质量,及安全性、可靠性为目的,并增加电路的利用率。

⑤通过各种相关技术措施,实现调度配网自动化系统与相关系统数据信息的交互集成共享和综合应用,从而避免由于功能重叠造成的重复投资,节约建设成本。

2.3 农网配电自动化系统

2.3.1 通信系统

从农村的发展状况来看,通信是进行农网配电自动化的一个重点,同时也是一个难点。10kV配电网具有十分广泛的覆盖面,建设规模很大,同时需要复杂的网架结构,终端设备不仅数量多,而且相对比较分散,每台终端传送的信息量相对较小。

由于各地的地理环境、线路上的差异,在选择通信方案时,需要结合当地实际,可以选择光纤、无线专网、有线电缆、公共通信网、电力载波等,本文在研究中选用McWiLL V5无线专网作为需要接入的DTU、TTU等自动化终端设备的通信方式进行研究,其网络拓扑图如下图所示 :

McWiLL通过RJ45网口,RS485等接口和DTU、TTU等进行连 接,DTU、TTU等的数据通过McWiLL终端传输模块传送到无线专网基站,基站传输带宽要达到20M。

2.3.2 农网配电自动化建设

关于农网配电的自动化技术,本文主要从以下两点进行分析 :

①故障处理

馈电线路的故障检测、定位、故障隔离,包括架空、电缆线路的配网自动化和开闭的故障处理。故障检测与定位主要是对线路故障进行监测与识别,对配电网络进行优化重构等,若是在分支出现线路故障,那么可以直接进行就地故障处理工作,及时隔离故障,避免给其他线路造成影响,影响其进行正常的供电,若是主干线路出现了故障,那么就通过主站系统, 进行集中式的故障处理。

②智能终端设备。

在农网配电的自动化系统中,配电自动化终端是其重要组成之一,具有强大的数据处理能力,它是农网配电自动化系统的实现和运行的基础,它可以为其提供故障故障自动处理依据,还可以提供开关设备的运行数据,此外,它可以实现故障隔离、恢复正常区段供电等。配电终端的实时性与可靠性功能的实现,在某种程度上决定着整个系统的实时性与可靠性的实现。

2.3.3 优化电能质量

①无功补偿

农网无功优化系统主要是高压网通过变电站进行集中补偿,中压网通过10kV线路进行补偿,低压网则主要通过分散补偿的方式进行补偿(图2)。

②电能调节与谐波治理

低压0.4kV系统基本上都会选择无源滤波方式,其结构实现是将电容器与电抗器进行连接,从而组成一个LC串联回路,在需要滤除的谐波频率处设置回路的谐振频率。

线路中的接线方式选择三相四线制, 这里面有不少的单相负载,所以,很可能会在实际运行中出现配电变压器的三相不平衡的情况,因此,可以利用控制器、电容器、复合开关三项技术来解决这一问题。

3 结论

农网配电自动化系统 篇3

1 系统的总体设计

由于农网终端变电站的运行控制和信息量十分巨大,因而控制模式不宜采用计算机直接控制模式,而应采用更为可靠、实时性更强的集散控制模式[3,4]。就是说,自动化的农网终端变电站,应有独立的数据采集存储能力、编程控制和保护能力、电容补偿自动控制能力、状态报警能力等。它不要求上位计算机连续值守,上位机只有在必要时与变电所进行通信。在考虑到具体的RTU选择时,我们选择了实现集散控制技术十分方便的网络仪表。

1.1 GPRS通信

新兴的GPRS通信方式使用了分组交换技术,“永远在线”,通信速率高,按流量收费,通信费用低,是移动通信技术和Internet互联网完美结合的产物,而且GPRS网络是在现有的GSM网络系统的基础上引入新的部件而构成的无线数据传输系统,在一次性投入和网络维护上的开销小,可以节省耗费巨大的导线材料和人工费用,而且免除了日常检修和维护费用,同时,具有高可靠性,扩展性和抗干扰性。

1.2 系统结构

通过分析比较,结合实际情况,确定该系统监控中心与监控分站之间选择GPRS通信方式,采用无线静态IP的APN组网方式。监控分站采用集散控制模式,应用网络仪表代替传统的RTU,设计一主控模块完成GPRS通信模块与网络仪表之间的连接。图1为系统结构简图。

1.3 网络仪表的应用

所谓“网络仪表”,是指这样的一种技术:在一块普通标准指针表大小的表壳内,集成了最先进的计算机———电子技术设计,使之能完成对一个或多个三相回路的综合监控,包括:全部电力参量的测量、存储、显示、波形分析、电能管理、过程的曲线记录、极限值的越限保护、定时开关控制编程等,同时可支持多种通信模式(配电线载波、电话专线、市话网、RS-485、无线扩频、单模光缆等)[5,6]。因而使用它们对农网终端变电站进行自动化改造,实现四遥(遥测、遥信、遥控、遥调),除加装自动开关等电控执行设备外,几乎可以不改变任何原来的继电和计量回路,全部任务可以在几个工作日内完成。该系统设计中使用的是TZ-S1型网络仪表,每台网络仪表负责监视控制一个三相回路。检测其电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等全部电参量,并且,根据检测到的电参量对相应的电容投切进行控制,来达到实现功率因数补偿的目的。除此之外,通过上位机对网络仪表的编程,可以实现对该回路的过流保护及过压保护以及定时进行分合闸的操作。

网络仪表的通信采用RS-485总线,多台网络仪表串联起来引出一个接口,通过电话、光缆、GSM、GPRS等多种方式配以相应的通信模块可以实现网络仪表与远程计算机的通信。在利用网络仪表的组网过程中,多种通信方式可以同时并存,构成更加复杂庞大的网络,因此用户可以方便的根据地域成本及现有条件等诸多情况来自由的选择自己的信道方式,从而大大降低工程成本同时加快工程完成进度。在本系统的应用设计中是通过RS-485总线直接与主控模块的RS-485通信口相联,联接方式如图2。

除了其强大灵活的通信优势外,因为网络仪表的设计采用的是表记的形式,其设计符合仪表设计的相关要求,并且其安装开孔尺寸及接线方法都与传统的三相电度表基本相同,所有这些不但便于改造施工本身,也使得后期的系统维护变的十分方便。如果某个回路的网络仪表发生故障,用户完全可以自行以备用网络仪表换掉改表简单设置就可完成故障修复。同时,在用户有增容需求的情况下,也只是添加相应数量的网络仪表,然后在监控中心和监控分站的数据表中添加相应的网络仪表即完成增容任务。而传统变电所自动化工程施工和维护都是相当耗费人力、物力、财力和时间的。

2 监控系统开发

2.1 分站硬件设计

远程监控分站主要硬件包括单片机及其外围电路和GPRS无线通信模块MC 35。在监控分站,主要采用GPRS模块MC 35通过GPRS网络进行数据收发,兼容短消息接收和发送功能,单片机采用美国TI公司生产的MSP430F149系列。MC 35无线模块部分的开关机、工作方式、工作状态及工作内容等均由MSP430F149控制,它与MSP430F149的连接方式如图3所示。

在本设计中,MSP430F149通过一个IO引脚(设置为输出引脚)经9013三极管控制MC 35模块的IGT引脚,从而控制模块的开机过程。MSP430F149由一个IO引脚(设置为输入引脚)监视MC 35的DSR 0引脚,从而监视模块是否处于开机状态(关机时为高,开机时为低)。

MSP430F149与MC 35的数据传输均通过异步串行通信接口实现,这里采用三线制连接,一收一发及地线。MC 35的串行接口连接到MSP430F149的异步串行口1,采用19 200bps波特率,1个起始位,8个数据位,无校验位及一个停止位。由于MC 35模块的异步串行口工作在CMOS电平(2.65V),所以在TX 1和RXDO之间连接一个100Ψ的电阻,起到限制电流的作用。

2.2 分站软件设计

远程监控分站主要任务:控制GPRS无线通信模块MC 35接收和发送数据包或者短消息,扫描各回路仪表并实施监控。图4是软件的基本框图。软件设计采用模块化编程,各功能模块以子函数形式出现,缩短了软件开发时间,易于程序修改和移植。

图5是发送数据流程图。当变电站出现异常情况时,监控分站要向监控中心报告,此时监控分站用“ATD+目标号码+回车”命令对接收方进行数据呼叫。监控中心收到命令后,应答呼叫,然后双方进行通信波特率、差错控制等协商。协商后,返回CONNECTxxxx,表明数据链路已经建立。因为数据链路是一个透明通道,可以传输16进制字符,所以数据发送前,不需要进行16进制转ASCII的变换,但为了保证数据的传输正确,必须在对数据包加入校验机制,才能发送命令。

2.3 监控中心程序设计

监控中心站程序包括监测中心控制界面及初始化程序、数据包的收发程序,数据处理和保存程序。其中最重要的是监控中心服务器与GPRS无线通信模块MC 35之间的无线通信,它是实现数据包接收和发送的关键。通过设置一个固定不被计算机占用的端口作为通信端口,然后不断的侦听这个端口的状态,一旦发现端口中有呼叫请求,那么开始把数据放入数据缓冲区,然后接收,并且调用相关的中断处理程序处理相应的数据。监控程序设计的流程图如图6。

3 结论

系统开发完成后,通过对该系统的软、硬件测试,对所实现功能的调试,及各模块功能之间的逻辑关系的联合调试,各部分功能达到了设计要求。系统投入应用后,经过元件布置方式、加热控制、计量装置的数据传送等方面的改进,到目前运行状态良好。总结系统的设计、开发得出以下结论:系统采用GPRS通信方式,申请专用APN实现静态IP组网,降低了工程成本,保障了系统可靠性;应用网络仪表替代传统的RTU,解决了配电自动化工程改造中工期长、资金短缺的问题,具有很好的应用前景;监控分站采用自主开发的主控模块与网络仪表形成集散控制模式,减少了与监控中心的数据流量,既降低了通信费用,又提高了变电站运行的可靠性。

参考文献

[1]吴潮辉,胡玉兰,黄传荣.变电站自动化通信技术现状及发展[J].华北电力技术,2002(8):52-54.

[2]朱英杰,张志艳.基于公共电话网的农网终端变电站(塔)监控系统[J].江苏电机工程,2006,25(1):26-28.

农网配电自动化系统 篇4

1 综合自动化系统出现的问题

(1) 运行初期出现后台监控机误报误发信号的现象较多。该公司先后有4座变电站后台监控机在运行过程中出现误报误发信号的问题, 但不作用于跳闸。对站内一、二次设备进行检查分析, 发现前台综合自动化单元箱运行正常, 只是后台监控机常误发保护动作信号, 后与厂家联系对后台监控软件进行了升级, 并对监控软件进行了调整, 后台监控机误发信号的现象有了一定的改善。因此建议在以后的运行维护中, 要考虑厂家监控软件更新换代后是否能兼容的因素。

(2) 存在运行中通信中断的问题。在运行过程中, 综合自动化系统普遍存在通信时常中断的问题, 常常给后台监控机的正常监控带来很大的困难。如该公司有4座变电站的综合自动化系统通信芯片采用的是Max1480芯片, 该芯片在出现过压或通信电缆受到较强干扰后就会造成通信中断, 继而影响到整个通信单元的正常运行。因其通信模块上集成了交直流变换器, 而单元箱的主板又把I/O开入、开出板及中央处理部分集成到一块, 给维护更换带来很大的不便, 如果在通信电缆上加装限压保护就会可靠一点。目前, 只能通过运行人员时常对串行口进行检测, 以减少运行人员对各项数据的误判断。

(3) 存在后台监控机死机的现象。后台监控机死机的现象也是一个不容忽视的问题。2005年该公司先后有3座变电站出现后台监控机无法进入监控系统的故障, 开机到自检阶段便会重启。经检查发现是因CPU风扇长时间运转后, 轴承内润滑油耗干转速下降CPU发热所致, 经更换风扇并及时进行了除尘, 后台监控机的运行可靠性有了很大的提高。因此, 定期对监控主机除尘, 并把CPU风扇更换为质量更好的滚轴式风扇, 是以后运行维护的重要工作之一。

(4) 元器件损坏后维修困难的问题。该公司11座变电站的综合自动化系统, 在运行的几年中因产品质量问题及技术还不完善, 出现了综合自动化单元箱不同程度损坏的情况。但因该公司先后选用了6个厂家的综合自动化产品, 各综合自动化设备出现“百花齐放”的情况, 使得综合自动化系统的维护检修成本大大增加。为了使综合自动化产品能正常运行, 需按不同厂家购置相当数量的备品备件。因目前综合自动化系统中大部分集成芯片很难在市场上买到, 所以只能求助于厂家, 并且因备品备件有时不能购置齐全, 因此降低了综合自动化系统的运行可靠性, 再加之某些硬件淘汰快, 使得运行维护难度加大, 同时也影响到公司整个电网的安全运行。

2 综合自动化系统运行中应注意的问题

针对以上所述出现的问题, 35 kV变电站综合自动化系统在运行中应注意以下几方面的问题。

(1) 争取行业尽早出台中小型变电站的综合自动化装置的生产、使用规范, 统一控制软件编制和功能单元箱线路制式以及器件的选用标准。

(2) 及时对综合自动化的监控软件进行升级。当前, 生产35 kV变电站综合自动化设备厂家的产品大多已更新换代, 部分厂家转产。运行单位要积极与厂家取得联系, 完善现有设备的功能。

(3) 运行单位应对现有综合自动化设备的监控软件进行备份, 这里讲备份不是同机硬盘备份, 而是将监控软件备份到专用移动硬盘上, 一旦后台监控机系统出现问题, 即可进行补救。

(4) 加强运行维护管理, 定期进行机内冷却部件的维护。因为工控机是全天候运行设备, 部件容易出现各种问题。如该公司地处西北, 风沙较大, 粉尘污染是不可避免的, 所以定期对机箱除尘清扫是十分必要的。