10KV电网D-SCADA 系统信息采集与故障诊断研究与设计

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3.0 李琳琳 2024-10-14 53 5 1.64MB 43 页 15积分

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10KV 电网 D-SCADA 系统信息采集与故障诊断研究与设计

第一章绪论

1.1 课题的研究背景

根据《上海电网若干技术原则的规定》的有关规定，上海电网 10kV 配电站有 K 型（开

关站）、P 型（环网站）及 W 型（户外站）三种，同时还配置有杆变。由于配电网的规划有

所不同，这些类型的配电站的一次设备（包括管线类型）及继电保护的配置各不相同，

因此在自动化的配置及应用方面也应有所不同。对于这些类型的配电信息的采集也应有统

一的规范。

从上海电网的总体规划考虑，配电网自动化信息的采集对于电网调度的负荷监视及

控制非常重要，因此应进行各种类型配电站的信息采集，并应相应配置配电 SCADA 系统

（简称 D-SCADA）。

现有的配电自动化信息应首先考虑接入各供电分公司的 D-SCADA 系统（包括经有关部

门的经济技术评估，并认为可用的现有的配电自动化系统），但由于目前各供电分公司

的 D-SCADA 系统还未完全建成，故可先接入调度自动化 SCADA 系统，等以后建立 D-SCADA

系统再割接；同时要求 D-SCADA 系统必须与输配电生产管理系统具有接口。

随着上海电网的不断发展，10kV 配电站的建设不断扩大。为及时诊断故障快速隔离及

缩短抢修时间提供保障，因此开发和发展各种类型配电站的自动化应用是非常重要的。同

时为使配电站自动化技术在上海电网的建设中得到规范、合理的推广与使用，有必要在目

前 10KV 配电站的一、二次设备配置的基础上，以现有 10KV 基本配置保护、故障诊断自动化

装置和配变信息采集终端为基础，充分利用现有装置在信息采集输出上的优势及电力电

缆屏蔽层载波通信及其他通信技术的成熟，寻求一种技术先进、高效、灵活且经济实用的

方式，以实现 10KV 配电站的信息采集并传输至控制中心，从而改变目前配电站信息盲区

的现状；并以此为依托，深入解决其它各类配电网数据的采集传输问题，使配电网数据

成为各供电分公司生产管理系统的主要支撑数据平台。

本课题以《上海电网 10KV 配电自动化技术原则》为依据，以应用于 35KV 及以上电压等

级的 D-SCADA 系统为基础，对 10KV 电压等级的各类型变电站的配电自动化中的数据采集

及故障诊断。

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1.2 国内外研究动态

大电网的防调安全运行和电力市场实施都需要有高水平的调度自动化系统。2003 年 8

月美加发生的大停电事故，其中最主要的原因是缺乏统一调度，不能及时采取有效措施

分析处理事故。从目前电网运行来看，电力系统自动化的高层应用软件(EMS)已得到了广

泛的应用，但由于只停留在分布式独立在线计算分析阶段，还需要调度人员进行被动调

用进行计算分析，然后再进行综合决策，使调度自动化应用软件为调度员提供辅助决策

受到了一定的限制。

由于采用的信息不同，实现故障诊断的方法也各异。国外电力系统自动化程度较高，

在调度端能够获得相对比较完备的开关、保护信息，所以用得最多的主要基于保护信息的

故障诊断方法，采用保护范围取交集的策略，确定故障元件。

国内现有的大部分电力监控与数据采集(SCADA)系统只能采集完整的开关信息以及少

量的保护信息，传统的电网故障诊断系统主要依靠调度端 SCADA 系统得到的开关状态以及

少量的保护信息或人工查询保护的方式来进行，一般这种系统可以给出粗略的故障区域，

但其信息冗余度低、容错能力差，而且实时性达不到要求，往往不能得出唯一解。随着电

力系统逐步数字化、信息化，系统对安全性、可靠性、可预测性的要求不断增强，继电保护

及故障录波联网的步伐也不断加快。在调度端可以获得相对完整的开关变位信息、保护动

作信息以及安全自动装置和电气量的信息，这些为建造新一代智能化、信息化、自动化的

电网在线故障诊断系统创造了充分条件。现代化的电网故障诊断系统，应能够充分利用整

个电力系统时间上和空间上分布的广域信息，不仅能在电网发生故障时快速准确判断故

障，给出可靠的故障原因以及二次设备和各种自动装置的动作评价结果，而且还能对电

网的异常情况进行识别，从而为故障恢复处理创造了更有利的条件。

1.3 课题的研究意义

目前，我国配电网网架普遍比较薄弱，缺乏整体规划。绝大多数都是树状网，配电网

主干线界面较小，且多为架空线路，供电半径大(尤其是农网)，导致损耗严重，电能质

量差。配电设备普遍陈旧，大多是不可遥控的，配电网运行监控设备少，信息搜集量少，

导致了故障处理自动化水平低，故障恢复供电速度慢。配电网普遍都是单电源，而且线路

分段少，导致停电面积扩大，故障检测速度慢，供电恢复时间长件。

虽然，近年来，全国各地纷纷对城网和农网进行了改造，许多配电自动化系统投入

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了使用，大大提高了供电可靠性、供电质量和服务质量。但是，由于各地在配电网结构、自

动化水平、经济实力和用户需求等方面存在差异，对于如何建设配电自动化系统一直都没

有一个同一的标准。如何选择适合本地情况的配电自动化系统并付诸实施，一直是各地供

电部门关心的问题。

D-SCADA 系统对于电力系统配电自动化，乃至整个电力系统实现自动化有着至关重要

的意义，而目前为止，D-SCADA 系统只实现了在 35KV 及以上电压等级电网中的应用，要

想真正的实现整个电力系统的配电自动化就必须解决 D-SCADA 系统在 10KV 电网中应用时

的相关技术问题，从而实现 D-SCADA 系统在 10KV 电网中的推广，因此此次技术改造具有

非常重要的工程价值。

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第二章 SCADA 系统和输电网络故障概述

2.1 电网调度自动化系统的发展概况

电力系统自动化技术沿着元件-局部-子系统(岛)-管理系统的道路发展。理论发展可

以分为 3 个阶段：60 年代以前处在经典理论阶段；七八十年代注入了控制论，形成了以

计算机为基础的现代理论阶段：90 年代以后注入经济理论，而到达电力市场理论阶段。90

年代中期，运用系统工程理论将现代理论的技术成果有机地组织在一起便形成了 EMS，并

随电力工业的改革而发展。

电网调度自动化系统概念的提出是在 50 年代中期，这标志着现代电网自动化的开始。

以前只有远动装置及机电式的调频装置，不成为系统。60 年代初，有些电力公司利用数字

计算机实现电力系统经济调度，开始了计算机在调度中的应用。在 1965 年美国东北部大

停电后，多数电力公司意识到依靠远动装置在模拟盘上显示信息的方式已远不能满足复

杂电网安全运行的要求，开始把计算机系统的应用从以考虑经济为主转移至以安全为主，

就出现了所谓电网 SCADA 系统。

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制

系统。SCADA 系统是以计算机为基础的 DCS 与电力自动化监控系统；它应用领域很广，可

以应用于电力、冶金、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

在电力系统中，SCADA 系统应用最为广泛，技术发展也最为成熟。它在远动系统中占重要

地位,可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调

节以及各类信号报警等各项功能 ,即我们所知的＂四遥＂功能。RTU(远程终端单元)，

FTU(馈线终端单元)是它的重要组成部分．在现今的变电站综合自动化建设中起了相当重

要的作用。

SCADA 系统发展到今天已经经历了三代，第一代是基于专用计算机和专用操作系统的

SCADA 系统。第二代是80 年代基于通用计算机的 SCADA 系统，在第二代中，操作系统一般

是通用的 UNIX 操作系统，SCADA 系统在电网调度自动化中与经济运行分析、自动发电控制

(AGC)以及网络分析结合到一起构成了 EMS 系统(能量管理系统)。第一代与第二代SCADA 系

统的都是基于集中式计算机系统，并且系统不具有开放性，因而系统维护，升级以及与

其它联网存在很大困难。90 年代按照开放的原则，基于分布式计算机网络以及关系数据库

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技术的能够实现大范围联网的 EMS/SCADA 系统称为第三代。这一阶段是我国 SCADA/EMS 系

统发展最快的阶段，各种最新的计算机技术都汇集进 SCADA/EMS 系统中。

2.2 电网调度自动化系统的主要作用

电网调度自动化已成为调度现代电网的重要手段，其作用主要有以下三个方面：

1、对电网安全运行状态实现监控

电网正常运行时，通过调度人员监视和控制电网的周波、电压、潮流、负荷与出力;主

设备的位置状况及水、热能等方面的工况指标，使之符合规定，保证电能质量和用户计划

用电、用水和用汽的要求。

2、对电网运行实现经济调度

在对电网实现安全监控的基础上，通过调度自动化的手段实现电网的经济调度，以

达到降低损耗、节省能源，多发电、多供电的目的。

3、对电网运行实现安全分析和事故处理

导致电网发生故障或异常运行的因素非常复杂，且过程十分迅速，如不能及时预测、

判断或处理不当，不但可能危及人身和设备安全，甚至会使电网瓦解崩溃，造成大面积

停电，给国民经济带来严重损失。为此，必须增强调度自动化手段，实现电网运行的安全

分析，提供事故处理对策和相应的监控手段，防止事故发生以便及时处理事故，避免或

减少事故造成的重大损失。

2.3 当前 SCADA 的基本功能模块

不同的电网调度中心，因其所处的地域不同，调度电网范围和规模不同，发展阶段

不同，所采用的调度自动化系统的应用软件配置有很大差异，数据采集与监视控制即

SCADA 系统，是各种档次电网调度自动化都应具备的基本功能，其功能可以分为以下几个

子功能模块：

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摘要：

10KV电网D-SCADA系统信息采集与故障诊断研究与设计第一章绪论1.1课题的研究背景根据《上海电网若干技术原则的规定》的有关规定，上海电网10kV配电站有K型（开关站）、P型（环网站）及W型（户外站）三种，同时还配置有杆变。由于配电网的规划有所不同，这些类型的配电站的一次设备（包括管线类型）及继电保护的配置各不相同，因此在自动化的配置及应用方面也应有所不同。对于这些类型的配电信息的采集也应有统一的规范。从上海电网的总体规划考虑，配电网自动化信息的采集对于电网调度的负荷监视及控制非常重要，因此应进行各种类型配电站的信息采集，并应相应配置配电SCADA系统（简称D-SCADA）。现有的配电自动...

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