【正文】 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文配電自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中國哈爾濱2009 年6 月Northeast Agricultural University Bachelor Degree Dissertation Number: A07050271The Design of Distribution Automation System Name: Tutor :Department : Major : HarbinChinaJune2009配電自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和電力市場的逐步建立，配電網(wǎng)絡(luò)的薄弱環(huán)節(jié)越來越突出，形成了電力需求與電網(wǎng)設(shè)施不協(xié)調(diào)的局面，集中反映在配網(wǎng)故障后的恢復(fù)和處理、配網(wǎng)負(fù)荷轉(zhuǎn)供等問題，這種局面越來越不適應(yīng)社會(huì)需求。配電網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化和智能化是解決上述問題的重要途徑。本文深入討論了配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，主要工作包括:（1）配網(wǎng)主站系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)和SCADA系統(tǒng)設(shè)計(jì)（2）站端系統(tǒng)設(shè)計(jì)（3）饋線自動(dòng)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提高了配電網(wǎng)絡(luò)智能化水平，特別是加快了配網(wǎng)故障區(qū)域的隔離和負(fù)荷的轉(zhuǎn)供速度，為電力企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。關(guān)鍵詞: 配網(wǎng)；自動(dòng)化 ；負(fù)荷VThe Design of Distribution Automation SystemThe disadvantage of power distribution network is more obvious with development of electric power systems and foundation of electric power is mainly reflected by restoring and dealing of power distribution network，transferring of power distribution network this situation does not meet the social and capcity of the power distribution network is the important method to deal with the situatino.The thesis provides design and realization technology of power distributino automation main works are:（1）The design of power distribution station system，the design of SCADA system（2）The design of substation system.（3）The design of munications projectRealization of the system improves the level of power distribution network it expedites the speed of separation from the fault region and transfer of the the enormous social and economic performance for the electric power enteprise.Keywords: power distribution,automation，burden目 錄摘要 IAbstract II1 引言 1 配電自動(dòng)化的研究內(nèi)容和意義 1 國內(nèi)外配電自動(dòng)化發(fā)展?fàn)顩r 2 研究的主要內(nèi)容 42 城區(qū)配電自動(dòng)化設(shè)計(jì)概要 6 概述 6 設(shè)計(jì)原則 6 設(shè)計(jì)目標(biāo) 6 設(shè)計(jì)依據(jù)及要求 7 7 某城區(qū)10KV配電網(wǎng)線路概況 8 某城區(qū)配電網(wǎng)現(xiàn)狀 8 某城區(qū)配電網(wǎng)改造后狀況 9 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 9 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能要求 9 配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案 13 配電自動(dòng)化系統(tǒng)工程范圍 133 饋線自動(dòng)化 14 14 144　低壓臺(tái)區(qū)監(jiān)測及集中抄表系統(tǒng) 17 17 系統(tǒng)實(shí)施方案 17 系統(tǒng)的主要功能及技術(shù)要求 18 集中抄表系統(tǒng) 18 集中抄表系統(tǒng)構(gòu)成及要求 19 集中抄表系統(tǒng)實(shí)施方案 205 配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 23 系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)原則 23 系統(tǒng)整體通信結(jié)構(gòu) 23 主站與子站之間通信方式 25 子站與終端之間的通信方式 25 通信規(guī)約 256 配電自動(dòng)化主站的設(shè)計(jì) 26 配電自動(dòng)化主站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 主站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì) 26 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 配電自動(dòng)化主站硬件配置 28 配電自動(dòng)化系統(tǒng)軟件配置 297 配電自動(dòng)化子站的設(shè)計(jì) 31 配電子站設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 31 配電子站實(shí)現(xiàn)的功能 31 數(shù)據(jù)采集和傳輸 31 故障處理 32 控制和通訊監(jiān)視功能 32 其它功能 32 配電子站通信接口 328 配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站功能 33 配電SCADA系統(tǒng)的功能 33 本身運(yùn)行狀況的監(jiān)控功能 33 配電網(wǎng)運(yùn)行狀況的監(jiān)控功能 34 變電站內(nèi)設(shè)備的監(jiān)控功能 34 戶外設(shè)備的監(jiān)控功能 34 電網(wǎng)負(fù)載監(jiān)視功能 36 配電網(wǎng)專用AM/FM/GIS功能 36 配電生產(chǎn)管理系統(tǒng) 36 顯示管理 37 設(shè)備管理 37 查詢統(tǒng)計(jì) 38 系統(tǒng)設(shè)置 39 輔助作圖 39 配電生產(chǎn)管理 39 配電運(yùn)行管理 42 配電網(wǎng)在線維護(hù) 43 高級(jí)應(yīng)用功能 44 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?44 在線仿真培訓(xùn)功能 44 負(fù)荷預(yù)測 45 配電網(wǎng)潮流計(jì)算 45 配電網(wǎng)重構(gòu) 45 配電WEB瀏覽功能 46 與其它系統(tǒng)接口功能 469 結(jié)論 47參考文獻(xiàn) 48致謝 491 引言 配電自動(dòng)化的研究內(nèi)容和意義配電自動(dòng)化系統(tǒng)（DAS）是包括110/10KV變電站（部分地區(qū)有66/10KV變電站、35/10KV變電站）的10KV部分，10KV饋線以及從10KV饋線到用戶的全部配電系統(tǒng)元件的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。其目的就是要提高供電可靠性，實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)供電。80年代以來，我國電力工業(yè)得到了快速發(fā)展，90年代中后期，重點(diǎn)突出加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，現(xiàn)在220KV及以上系統(tǒng)中運(yùn)行的微機(jī)保護(hù)超過1萬臺(tái)，有1000多個(gè)基于分布式網(wǎng)絡(luò)的綜合自動(dòng)化的變電站投入運(yùn)行，絕大多數(shù)省、地、縣調(diào)度所裝備了配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)系統(tǒng)，這些信息技術(shù)以其良好的可靠性、靈活性和可擴(kuò)展性為電力系統(tǒng)廣大用戶所接受，這為采用更先進(jìn)技術(shù)，從高起點(diǎn)提高自動(dòng)化帶來了契機(jī)。配電自動(dòng)化是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化的必然趨勢，其主要目標(biāo)可歸結(jié)為：在正常情況下，通過監(jiān)視配電網(wǎng)運(yùn)行工況，優(yōu)化配電網(wǎng)運(yùn)行方式；當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障或異常運(yùn)行時(shí)，迅速地查出故障區(qū)段及異常情況，快速隔離故障區(qū)段，及時(shí)恢復(fù)非故障區(qū)域用戶的供電，縮短對(duì)用戶的停電時(shí)間，減少停電面積；根據(jù)配電網(wǎng)電壓合理控制無功負(fù)荷和電壓水平，改善供電質(zhì)量，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目的，合理控制用電負(fù)荷，從而提高設(shè)備利用率，自動(dòng)抄表計(jì)費(fèi)，保證抄表計(jì)費(fèi)的及時(shí)和準(zhǔn)確，并可為用戶提供自動(dòng)化的用電信息服務(wù)等。提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和工作效率，并為電力力系統(tǒng)電力市場的改革打下良好的技術(shù)基礎(chǔ)。從以上這些目標(biāo)可以看出：對(duì)于電力企業(yè)，配電自動(dòng)化的實(shí)施的具體意義在于：近期可以大幅度提高供電可靠性，同時(shí)具有減人增效，降低經(jīng)營成本的作用。遠(yuǎn)期的意義即針對(duì)在良好的一次網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上自動(dòng)化系統(tǒng)可優(yōu)化運(yùn)行，保持能量平衡，減少尖峰負(fù)荷，進(jìn)而具有推遲新建項(xiàng)目的潛在經(jīng)濟(jì)效益。按照國際現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展規(guī)律，配電自動(dòng)化的系統(tǒng)實(shí)施是整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平、管理水平的全方位全過程的提高，是未來能夠?qū)崿F(xiàn)多方面、巨大的經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)。在我國目前經(jīng)濟(jì)和供電條件下它更能作為一種基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)化促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，并起到實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)雙重效益的作用。目前墾區(qū)電力系統(tǒng)正在進(jìn)行大規(guī)模的電網(wǎng)改造建設(shè)，配電網(wǎng)絡(luò)得到了合理化改造，布局更加合理，一次設(shè)備進(jìn)行了更新改造，設(shè)備的安全性、可靠性得到了充分保證，近幾年來墾區(qū)電力系統(tǒng)技術(shù)力量也有了較大的提高。這些都為實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自行動(dòng)化奠定了良好的基礎(chǔ)。基于信息技術(shù)的配電網(wǎng)自動(dòng)化將會(huì)在墾區(qū)得到廣泛的應(yīng)用并發(fā)揮巨大的作用。本項(xiàng)目實(shí)施后，與現(xiàn)有的配電網(wǎng)相比，將大大降低配電網(wǎng)的故障率，縮小配電網(wǎng)故障的停電范圍，供電可靠性得到了較好的改善，事故處理能力進(jìn)一步增強(qiáng)，從而帶來較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 國內(nèi)外配電自動(dòng)化發(fā)展?fàn)顩r在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家中，配電自動(dòng)化系統(tǒng)受到了廣泛的重視，國外的配電自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)形成了集變電所自動(dòng)化、饋線分段開關(guān)遙控、電容器組調(diào)節(jié)控制、用戶負(fù)荷控制和遠(yuǎn)方抄表等系統(tǒng)于一體的配電網(wǎng)管理系統(tǒng)(DMs)。其功能己多達(dá)140余種。國外著名電力系統(tǒng)設(shè)備的制造廠家基本都涉足配電自動(dòng)化領(lǐng)域，如德國西門子公司、法國施耐德公司、美國COOPER公司、摩托羅拉公司、英國ABB公司、日本東芝公司等，推出了各具特色的配電網(wǎng)自動(dòng)化產(chǎn)品。歐美等發(fā)達(dá)國家的配電自動(dòng)化開始于20世紀(jì)70年代，早期目標(biāo)是縮短饋線停電時(shí)間。美國在開展配電自動(dòng)化工作的初期，采用配電線路上裝設(shè)多組重合器、分段器方式，使線路故障不影響變電站饋線供電。在紐約曼哈頓地區(qū)，27kV任一線路故障時(shí)真空重合器和變電站內(nèi)的斷路器配合，經(jīng)過小于3次的開合操作，自動(dòng)隔離故障使非故障段恢復(fù)供電。1997年全紐約的用戶平均停電時(shí)間(含檢修、故障等各種因素停電時(shí)間)為104min，而曼哈頓地區(qū)僅為9min。 1994年，美國長島電力公司配電自動(dòng)化系統(tǒng)采用850臺(tái)FTU和無線數(shù)字電臺(tái)組成了故障快速隔離和負(fù)荷轉(zhuǎn)移的饋線自動(dòng)化，在4年內(nèi)避免了59萬個(gè)用戶的停電故障 (根據(jù)美國事故統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)用戶停電達(dá)到或超過5min就是停電事故)，并因此獲得IEEEDA/:第一步使線路運(yùn)行達(dá)到能自動(dòng)分段。第二步建立通信通道實(shí)現(xiàn)SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition。監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集)功能。第三步實(shí)施非故障段的自動(dòng)恢復(fù)供電。日本是配電自動(dòng)化發(fā)展得比較快的國家。從50年代開始在配電線上開始采用自動(dòng)隔離故障區(qū)，并向健全區(qū)(無故障區(qū))恢復(fù)送電的按時(shí)限順序送電裝置:。70年代后半期開始利用計(jì)算機(jī)構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)。其后由于電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息傳送技術(shù)的發(fā)展，全國9個(gè)電力公司的41610條配電線路己有35983條(%)實(shí)現(xiàn)了故障后的按時(shí)限自動(dòng)順序送電，其中2788條(%)實(shí)現(xiàn)了配電線開關(guān)(指柱上開關(guān))的遠(yuǎn)方監(jiān)控(包括一般的和計(jì)算機(jī)監(jiān)控)。(PUB)在80年代中期投運(yùn)并在90年代加以發(fā)展和完善的大型配電網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)，其規(guī)模最初覆蓋其22kV配電網(wǎng)的 1330個(gè)配電站，進(jìn)而覆蓋約4000個(gè)配電站。從國外配電自動(dòng)化系統(tǒng)采用的通信方式看，尚沒有一種通信技術(shù)可以很好地滿足于配電系統(tǒng)自動(dòng)化所有層次的需要。在一個(gè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)，往往由多種通信技術(shù)組合成綜合的通信系統(tǒng)，各個(gè)層次按實(shí)際需要采用合適的通信方式。在日本，由于無線電通信頻段大都被電臺(tái)占用而很難得到保證，日本在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中，基本不采用無線電通信。光纖因處在發(fā)展階段，目前只在一部分地方使用。，卻廣泛采用無線尋呼通信網(wǎng)絡(luò)和有線通信相結(jié)合的方式。目前使用較多的配電線信號(hào)傳送方式有:音頻控制方式，采用屏蔽雙絞線(RS一485)、光導(dǎo)纖維等方式，也是廣泛采用的配電自動(dòng)化通信方式。UHF和VHF電臺(tái)、調(diào)頻廣播(FM)和調(diào)幅廣播(AM)多用來用作負(fù)荷監(jiān)控的信道，無線擴(kuò)頻和一點(diǎn)多址微波通信大多用于配網(wǎng)自動(dòng)化的通信主干線。國外配電自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，大致是先實(shí)施饋線自動(dòng)化，然后建立通信通道和配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)，再完善各項(xiàng)功能。然而，在這過程中留有大量的有待開發(fā)的自動(dòng)化功能和一些已開發(fā)的功能之間的重疊。配電自動(dòng)化的發(fā)展經(jīng)歷了各種單項(xiàng)自動(dòng)化林立，號(hào)稱“多島自動(dòng)化”的配電系統(tǒng)，向開放式、一體化和集成化的綜合自動(dòng)化方向發(fā)展的過程，目前己具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，并從提高配電網(wǎng)運(yùn)行可靠性和效率，提高供電質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，充分利用現(xiàn)有設(shè)備的能力，縮短停電時(shí)間和減少停電面積等方面，均帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。日前國外正致力于配電自動(dòng)化專家系統(tǒng)和配電網(wǎng)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)等研究。并且在研究通過負(fù)荷分配的優(yōu)化來減少網(wǎng)損，對(duì)變壓器負(fù)荷進(jìn)行管理，以最大限度地利用變壓器容量并降低系統(tǒng)有功損耗，以及按即時(shí)電價(jià)對(duì)用戶負(fù)荷進(jìn)行管理等。國內(nèi)配電自動(dòng)化起步于20世紀(jì)90年代，較國外發(fā)達(dá)國家滯后20年。由于資金和計(jì)算機(jī)技術(shù)等條件的限制，同時(shí)這也是一個(gè)相對(duì)嶄新的課題，需要一個(gè)認(rèn)識(shí)過程，因此一直發(fā)展比較緩慢。近年來特別是全國大規(guī)模進(jìn)行城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造以來，配電自動(dòng)化方面的工作取得了比較大的進(jìn)展，眾多科研開發(fā)企業(yè)和制造商開發(fā)研制了配電系統(tǒng)自動(dòng)化集成技術(shù)、應(yīng)用軟件和一二次設(shè)備，許多地方供電企業(yè)進(jìn)行了不同層次不同規(guī)模上的試點(diǎn)，這些都為供電企業(yè)的供電可靠率、供電質(zhì)量、設(shè)備安全、勞動(dòng)生產(chǎn)率、現(xiàn)代管理水平的提高發(fā)揮了一定的作用，為我國配電系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展積累了經(jīng)驗(yàn)、創(chuàng)造了條件。上海市供電局在浦東金橋金藤開發(fā)區(qū)實(shí)施了配電自動(dòng)化工程，第一期工程采用法國施耐德集團(tuán)生產(chǎn)的PR環(huán)網(wǎng)開關(guān)會(huì)柜9臺(tái)，基本達(dá)到了遙控、遙信和遙測的目的，但規(guī)模較小，且設(shè)備依賴進(jìn)口，造價(jià)高，不便推廣普及。北京供電局以引進(jìn)日本東芝技術(shù)生產(chǎn)的具有自動(dòng)化功能的柱上真空開關(guān)設(shè)備八臺(tái)，即將投運(yùn)，達(dá)到國外配電自動(dòng)化第一階段水平。沈陽電業(yè)局于1995年安裝了10臺(tái)丹陽生產(chǎn)的柱上真空開關(guān)，采用有線控制，但未大面積推廣，而且也屬于國外第一階段水平。此外，石家莊供電局、大連供電局、南京供電局、鄭州供電局、武漢供電局和廣州供電局也分別立項(xiàng)或進(jìn)行了一定規(guī)模嘗試。銀川城區(qū)配電自動(dòng)化系統(tǒng)全部采用自行研制的國產(chǎn)設(shè)備，采用饋線RTU，配變RTU和建立在 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