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  根据国家能源局《配电网建设改造新行动计划 (2015-2020年) 》要求, 国家电网加快配电网建设, 2020年实现配电自动化全覆盖。随着配电网建设的全力发展, 电力公司对运维、调度、自动化人需要进行各种FA模式的上岗前培训, 这需要一种可以直观真实反映馈线自动化的仿线 馈线自动化仿真沙盘研究思路

  馈线自动化是指变电站出线到用户用电设备之间的馈电线路自动化, 最大的作用是:一般的情况下的负荷监测和运行优化, 事故状态下的故障检验测试、故障隔离和恢复供电控制, 包括两种模式:配电主线路馈线自动化和用户馈线自动化。馈线自动化仿真沙盘也是主要把这两种模式的馈线自动化特点和故障处理过程进行仿真。

  目前主要馈线自动化培训主要有基于真实馈线设备的仿真系统和基于软件的仿真系统, 从第一种来说, 基于真实设备的仿真系统, 有利于直观操作, 适用于比较大型的培训基地建设, 但是成本很高, 而且每个供电公司都有自己不同的仿真系统差异需求。从第二种来说, 纯软件馈线自动化仿真系统简单易操作, 开发成本低, 但是不能直观显示配电设备的运作时的状态, 对于没接触过的人员来说, 纯软件仿真比较抽象难懂。

  本文提出建设一种适用于大部分供电公司需求的馈线自动化沙盘仿真系统, 成本低, 设计及简单易操作方便, 整条馈线自动化线路直观明了, 有利于提高培训人员对馈线自动化的深刻理解。

  集中型馈线自动化的特点:依赖主站实现对故障的处理, 主站根据终端检测到的故障信息及变电站的保护动作信号, 综合判断故障点;通过遥控操作 (全自动遥控或手动遥控) , 完成故障隔离和非故障区段恢复送电;适用于负荷密度大, 对可靠性要求比较高、通信稳定可靠的地区 (一般都会采用光纤通信方式) 。

  集中型馈线自动化仿真处理要点:永久故障。变电站出线开关跳闸, 重合闸后, 遇故障点再次跳闸。主站系统启动馈线自动化故障处理程序, 变电站出线开关跳闸信息+保护信息, 故障区间的定位, 状态变化及保护信息+线路拓扑关系, 通过遥控操作, 实现故障隔离、非故障区间的恢复送电;瞬时故障。当线路发生瞬时故障时, 变电站出线开关跳闸, 重合闸后, 瞬时故障消失, 重合闸成功, 线路恢复供电, 主站启动FA, 判定出故障区间, 便于线路巡视。

  电压型馈线自动化特点:不依赖于主站, 依靠电压-时间型设备的自身特性 (来电延时合闸、无压分闸) 来实现对故障的处理;通过与变电站出线开关重合闸配合, 自动隔离故障段和恢复非故障段线路的供电;适用于负荷密度小, 远郊区的配电线路, 或者市区光纤不易敷设的区域 (一般都会采用无线通信方式) 。

  电压型馈线自动化仿真处理要点:永久故障。当线路发生永久故障时, 变电站出线开关跳闸, 线路上所有电压型分段开关分闸 (无压分闸) 。变电站出线开关重合闸, 重合闸后, 线路上电压型分段开关依次计时合闸 (来电合闸) 。当合到故障点时, 变电站出线开关再次跳闸, 同时线路上电压型分段开关分闸, 且故障点两侧开关闭锁。变电站出线开关再次合闸, 线路上电压型分段开关依次计时合闸 (来电合闸) ;瞬时故障。当线路发生瞬时故障时, 变电站出线开关跳闸, 线路上所有电压型开关分闸。重合闸后, 瞬时故障消失, 线路上所有电压型分段开关依次合闸, 恢复线路正常供电。

  用户馈线自动化特点及仿真处理要点:通过在用户分支线的起点安装分界开关/断路器, 用于隔离用户故障;自动切除单相接地故障和自动隔离相间短路故障;避免用户事故波及到主干线 馈线自动化仿线 整体设计框架

  本文以设计一套低成本馈线自动化仿真沙盘演示模型展开思路, 模拟实际的10kV配电线kV线路上的一、二次设备形状, 以1条手拉手的10kV架空线条电缆线路为仿真对象, 能够演示和培训配电主线路馈线自动化和用户馈线自动化。

  显示器主要显示配电沙盘演示软件界面, 模拟沙盘的馈线线路的电气连接图。当用户使用手指触摸某段线路时, 可弹出对话框, 提示用户对线路的各种操作。

  工控机安装模拟沙盘馈线线路的上位机系统, 按照每个用户需要模拟的仿真馈线动作操作指示数据, 通过RS232串口通信传输至2812核心控制单元。

  2812核心控制单元, 主要是事先内置仿真的几种模式, 与工控机进行串口通信, 根据仿真系统的不同模式, 控制模拟沙盘馈线线路动作, 同时采集各线路和一二次设备的状态, 控制光带依次亮灭, 完成架空线路故障区段隔离和非故障区段恢复供电的演示。

  馈线自动化沙盘仿真电路, 各一二次设备是采用模型用工程塑料ABS针对不一样的表现形态分别写实制作。架空线路由自动化成套开关模型、电杆模型、铁塔模型和架空线路模型组成, 自动化成套开关模型由一次开关本体、控制器 (FTU) 和电源PT组成, 并安装于架空电杆上。电缆线路由环网柜模型、故障指示器和电缆线路模型组成。并有变电站和居民模型。模拟线路和一二次设备带电时, 线路发光;当线路和一二次设备失电时, 线路LED熄灭, 对应的居民房模型带电的时候点亮, 不带电的时候熄灭。

  采用TMSF2812+cpld的架构方式, DSP与上位机的通过网口或者串口实时通讯, 并完成馈线自动化仿真动作的逻辑计算。DSP将计算得到的IO动作逻辑指令发送到CPLD, 将各路数字量信号锁存到CPLD, 再经过光电隔离输出, 每位数字量开出均由开出使能和相应的数字量输出控制位控制, 当开出使能时, 数字输出控制位为“0”该路开出为“有”, 否则开出为“无”, 光电隔离的开关量输出控制模拟沙盘电路和一二次设备模型的状态。

  数字量开入信号由模拟沙盘馈线电路及一二次设备模型的DI输入到TMSF2812, 先经过光耦隔离, 再经过CPLD输入到DSP。

  根据真实的馈线自动化线路, 馈线自动化仿真沙盘线路设计包括架空线路、模拟开关、变电站、环网柜、故障指示器、电缆线路。

  模拟台上每段架空线根光带组成, 当模拟线路带电时, 光带发红光;当线路失电时, 光带不发光;模拟台上的架空线路由自动化成套开关模型、电杆模型、铁塔模型和架空线路模型组成。自动化成套开关模型在“合”、“分”标识处分别配置1只红、绿LED。开关合闸时“合”字处的红色LED亮, 开关分闸时“分”字处的绿色LED亮;模拟台上每段电缆线根红色发光带组成, 当模拟线路带电时, 光带发红光;当线路失电时, 光带不发光。

  电缆线上有环网柜模型、故障指示器, 内部各内置一个高亮LED发光二极管, 环网柜模型的间隔处于合闸状态时, LED点亮环网柜模型, 环网柜模型的间隔处于分闸状态时, 内置LED灯熄灭;当检测到线路故障时, 故障指示器内置LED灯点亮, 模拟电路故障时, 电源侧至故障点之前的故障指示器都点亮, 故障点以后的故障指示器都不熄灭, 即可判断, 故障点便在最后一个点亮与其后第一个熄灭的故障指示器之间。

  为使模拟台上的线路不显凌乱, 自动化成套开关模型的各组件 (开关本体、控制器、电源PT) 之间不设置电气连接线, 模型上不体现自动化成套开关各组件之间的电气连接关系。

  主程序首先对DSP进行初始化设置, 包括对初始化控制寄存器、PLL、看门狗、时钟, 主程序运行查询是否有仿真需求, 仿真的模式包括配电主线路馈线自动化和用户馈线自动化, 其中配电主线路馈线自动化仿真又包括集中型馈线自动化和电压型馈线自动化, 两者都包含馈线自动化的瞬时和永久性故障仿线 馈线自动化仿真沙盘上位机软件

  沙盘仿真系统上位机设计包含UI设计、功能模块设计、系统管理设计。UI界面主要是关于仿真电气图的设计以及线路的动态显示, 主站仿真界面。功能模块包含DSP通信模块、模拟线路以及模拟一二次设备的功能模块、仿真项目配置模块, 模拟主站功能模块, 在仿真操作时, 上位机系统把需要模拟的馈线自动化模型信息发送至DSP, 同时也接收DSP信息的反馈, 在界面进行动态直观显示馈线 馈线自动化仿真沙盘系统应用

  本文设计完成的系统由馈线自动化架空线路和电缆电路组成, 包括6段架空线段电缆线路组成, 总系统显示直观简洁, 包含模型电路的动态显示和系统界面的电气线路的动态显示, 方便培训人员讲解和受训人员对馈线自动化的整体理解。

  线路和一二次终端和开关不需要真实的设备, 也不需要注入真实电压电流源, 制作成本很低, 占地面积较小, 具有非常好的推广性。同时能根据各供电公司不同的线路特点, 只需更改模型线路位置, 以及逻辑馈线仿真的程序升级即可, 扩展性好。

  本馈线自动化仿真沙盘以新颖的设计想法将沙盘和动态馈线自动化仿真很好的结合起来, 对比目前国内的馈线自动化培训系统, 具有很多优点。在沙盘上实现的馈线自动化仿真操作和现实动作的逻辑一样, 并且在国内某供电公司已投入到正常的使用中, 取得了很好的馈线自动化培训效果。

  为使模拟台上的线路不显凌乱, 自动化成套开关模型的各组件之间不设置电气连接线, 模型上不体现自动化成套开关各组件之间的电气连接关系。