配网自动化试题中国矿业大学工程硕士.docx

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配网自动化试题中国矿业大学工程硕士

成绩

中国矿业大学

2011级工程硕士研究生课程考试试卷

课程名称配电自动化系统

学号

姓名

日期2013-5-20

院系信电

任课教师史丽萍

中国矿业大学研究生培养管理科印刷

一、简述DMS所包含的内容，说明与能量管理EMS相比有什么特点？

答:

1、调度自动化系统。

2、变电所、配电所自动化系统。

3、馈电线自动化系统（FA）；

4、自动制图（AM）/设备管理（FM）/地理信息系统（GIS）。

5、用电管理自动化系统。

6、配电系统运行管理自动化系统。

7、配电网分析软件系统（DPAS）。

配电管理系统（DMS）和能量管理系统（EMS）均为电力系统的安全、经济和优质运行服务，且可使用相同的支撑平台，并具有某些类似之处。

但由于输电网和配电网之间，无论是一次系统接线还是二次系统装备都有许多差别，这使得DMS具有更多不同于EMS的特点。

这些特点是:

（1）典型的配电网多为辐射型结构，而不象输电网那样呈网状连接。

（2）配电网的许多设备（如分段器、重合器、补偿电容器等）是沿配电线路安放的，往往装在电线杆上;而不像输电网的设备（如分段器、重合器、补偿电容器等）一般都是放在变电站内。

（3）配电网内要求安装RTU的数量，通常比输电系统所需的数量要多。

（4）一处配电网设备的总数据量，约比一个输电变电站的数据量少。

（5）配电网的数据库规模，一般比所连输电网的数据库大。

（6）配电网设备繁多，数量极大，且面临经常变动的需方负荷，检修更新频繁。

因此设备管理和规划设计任务比输电网繁琐。

（7）承担传送数据和通话任务的配电网通信系统，由于包含有各种类型的负荷控制和远方读表装置而具有多种通信方式。

但其通信速率，则不如输电系统那样高。

二、分析说明电力系统CDT规约的帧结构？

说明以下帧的含义：

EB90EB90EB9071C21001013520000000009B2100000000F922000000005F23000000003D2400000000142500000000762600000000D02700000000B22800000000822900000000E02A00000000462B00000000242C000000000D2D000000006F2E00000000C92F00000000AB

答:

CDT的桢结构为:

同步字+控制字+信息字。

  同步字为:

 eb 90 eb 90 eb 90，信息字长为48位 。

控制字为:

 控制字节，帧类别，帧长，源站地址，目的站地址，校验码， 

6个字节。

信息字为:

功能码1个字节, 数据码4个字节, 校验码CRC1个字节，每个        信息字由6个字节组成。

EB 90 EB 90 EB 90 为同步帧，71 C2 10 01 01 35 是控制帧，次要遥测数据 16组 ，01 源站， 01 目的站，35为校验。

20 00 00 00 00 9B 21 00 00 00 00 F9 22 00 00 00 00 5F 23 00 00 00 00 3D 24 00 00 00 00 14 25 00 00 00 00 76 26 00 00 00 00 D0 27 00 00 00 00 B2 28 00 00 00 00 82 29 00 00 00 00 E0 2A 00 00 00 00 46 2B 00 00 00 00 24 2C 00 00 00 00 0D 2D 00 00 00 00 6F 2E 00 00 00 00 C9 2F 00 00 00 00 AB为16组数据，数据均为0.

三、有如下数字信号10110110，试用两种调制方法将此信号调制成适合于远距离传输的信号，并绘制波形。

答：

四、比较馈线自动化实现的两种方法，说明其优缺点。

答：

两类馈线自动化系统：

1、采用配电自动化开关设备相互配合的馈线自动化系统

2、基于馈线终端设备（FTU）的馈线自动化系统

优缺点：

采用配电自动化开关设备相互配合的馈线自动化系统

基于馈线终端设备（FTU）的馈线自动化系统

主要

优点

1）结构简单。

2）建设费用低。

3）不需建通信网络。

4）无电源提取问题。

1）故障时隔离故障区域，正常时监控配网运行，可优化运行方式，实现安全经济运行。

2）适应灵活的运行方式。

3）恢复健全区域供电时，可采取安全和最佳措施。

4）可与MIS、GIS等联网，实现全局信息化。

主要缺点

1）仅故障时起作用，正常运行时无监控作用，不能优化运行方式。

2）调整运行方式后，需到现场修改定值。

3）恢复健全区域供电时，无法采取安全、最佳措施。

4）需多次重合,对设备冲击大

1）结构复杂。

2）建设费高。

3）需通信网络。

4）存在电源提取问题。

五、设计一供电控制中心，自选其规模。

本系统的监控的对象主要为集中在某机房供配电系统的电气设备等，有配电房的20Kv负荷开关柜、断路器柜、低压进线断路器回路、变压器温度、低压出线回路等以及其它供配电设备（主要为照明监控配电箱、风机控制柜等设备）的运行状态进行监视。

供电系统与电力监控相关的系统设备包括以下内容：

✧干式变压器

✧直流屏

✧变电所高低压柜

✧发电机

本变电站进行监控，电力监控范围包括：

变压器，低压回路的遥信、遥测、遥控。

在变电所配置微机保护测控装置及电力监控装置，实时采集电气回路的模拟量（电流、电压、功率、频率、温度等）和开关量（开关的位置信号、继电保护及自动装置信号、设备运行状态信号等），经通信系统上传至管理站的电力监控计算机，对采集的数据进行合理性比较、上下限比较，综合分析用电状态，进行事故报警、远端分、合闸，变电站实现无人值班。

在变电所中：

Ø微机保护装置主要用于进线保护、变压器保护和线路保护，实现保护、遥测、遥信、遥控等功能。

Ø电力监控装置主要用于监控低压进线、低压馈线，安装于变电所的进线柜和馈电柜，实现遥测全电量、遥信、遥控功能。

1、微机保护、电力监控终端设备配置及功能

1.120kV进线及变压器保护

20kV进线、出线选用深圳XXXXPMC-651系列微机保护装置，共3台。

实现以下功能：

瞬时电流速断保护

复压（方向）限时电流速断保护

复压（方向）定时限过流保护

反时限过电流保护

相电流加速保护

过负荷保护

负序过流保护

零序过流保护

低周减载

绝缘监视

PT断线监视

控制回路监视

全电量测量

电能计量

故障录波（录波总长度为25个周波）

事件记录（记录总量为192条）

谐波畸变监视（最高达31次谐波）

开关量输入和继电器输出（16路开关量输入、10个继电器出口）

多种通信接口

1.2低压进线监控装置：

采用深圳XXXXPMC-630C，共2台。

测量两条低压进线的全部三相电量：

V、I、P、Q、CosΦ、kWh、kVAh、kVARh、f等；需量计算；分时计费功能；波形的瞬态捕捉功能，便于用户正确分析和查找事故原因；波形采样功能；电能质量分析功能：

三相电压电流奇次、偶次及总的谐波畸变率、三相电压电流各次谐波畸变率（31次）；三相电压电流不平衡度；6路开关量输入可用于监视断路器、刀闸、开关故障等状态。

装置内部提供24伏直流电源，用于无源触点的状态监视（分辨率为1ms）；控制输出继电器（4路）；可选配1路模拟量输入；1路模拟量输出；支持光电式电能脉冲检验与接点电能脉冲检验两种电能精度检验方式；大液晶显示代替全部电量盘表；定值越限控制与报警：

定值越限系统可控制继电器输出，常用于负荷控制，通过上位机软件进行设置；事件顺序记录：

连续记录64个事件，时间分辨率为1ms；定时记录功能；所有记录可由上位机通过RS-485通信口读取。

1.3低压主要出线监控装置：

采用深圳XXXXPMC-630A，共49台。

测量重要低压进线的全部三相电量：

V、I、P、Q、CosΦ、kWh、kVAh、kVARh、f等；需量计算；波形的瞬态捕捉功能，便于用户正确分析和查找事故原因；电能质量分析功能：

三相电压电流奇次、偶次及总的谐波畸变率、三相电压电流各次谐波畸变率（31次）；三相电压电流不平衡度；6路开关量输入可用于监视断路器、刀闸、开关故障等状态。

装置内部提供24伏直流电源，用于无源触点的状态监视（分辨率为1ms）；控制输出继电器（4路）；支持光电式电能脉冲检验与接点电能脉冲检验两种电能精度检验方式；大液晶显示代替全部电量盘表；定值越限控制与报警：

定值越限系统可控制继电器输出，常用于负荷控制，通过上位机软件进行设置；事件顺序记录：

连续记录64个事件，时间分辨率为1ms；所有记录可由上位机通过RS-485通信口读取。

1.4低压次要出线监控装置：

采用深圳XXXXPMC-51M，共60台。

测量次要低压进线的单相交流电量：

V、I、P、Q、kWh、kVAh、kVARh、PF、f等；单相正向有功电能、无功电能计量；可选配2路开关量输入可用于监视断路器、刀闸、开关故障等状态；2路开关量输出可直接切断250VAC/5A或30VDC/5A的负载。

继电器操作通过上位机遥控进行，可选择电平保持方式或脉冲自动返回方式。

可选配1路模拟量输出（AO），为4~24mA直流电流信号。

所有采集数据均可由上位机通过RS-485通信口读取。

3.5变压器

变电站设有20/0.4kV变压器，电力监控可通过干变内部预先埋设的温度传感器和相应的智能温控仪对干变的温度信号、超温报警、变压器风机工作状态等变压器运行状态进行监测。

2、智能化电力监控系统的系统结构及具体配置

电力监控系统采用三层分布式网络结构，整个电力监控系统采用以太网的网络通信结构，各变电站监控装置通过MODBUS总线连接起来，再通过CEIEC-1380转换为TCP/IP信号，与变电站的通信设备进行通信。

系统结构分为三层：

主控层、通讯管理层和现场设备层。

2.1主控层配置

主控层也称系统管理层，设置在管理站内，由电力监控计算机、打印机、UPS电源等组成。

采用专业的电力监控软件实理变配电系统的全部监控功能

a.操作员工作站：

选用DELL高性能服务器1台，配置为（CPU3.0GHz，1G内存，250G硬盘，DVD光驱，100M网卡，声卡、音箱，19”液晶显示器）；

b.交换机：

选用1台PMC-108口工业级以太网交换机；

c.打印机：

选用1台针式打印机。

完成运行报表以及各种事件的实时打印；

d.配置电力监控软件：

PecStar一套，负责整个系统的监控。

2.2通信管理层配置

通信管理层采用通信前置机控制所有现场的保护装置、监控装置和第三方设备。

完成现场设备层和主控层的网络连接、转换和数据、命令交换，通过以太网实现系统与其它管理系统的网络通信。

通信管理层通过通信管理机、以太网交换机、线缆等，为电力监控系统提供一个稳定可靠高速的通信通道。

各变电所、站与监控中心之间的数据传输通过以太网通信网络来实现。

配置一台通信前置机CEIEC-1380，负责将高、低压柜上的保护、监控、计量装置和第三方设备（直流屏、UPS等）的数据通过RS-485总线采集上来，一个CEIEC-1380可以同时采集16条RS-485总线，其中每条RS-485总线可以连接12个左右的装置。

CEIEC-1380将各种监控、计量装置和第三方设备数据采集后输出1路TCP/IP协议的网络信号给监控计算机。

同时选配相应的机箱和通信电缆，通信电缆采用屏蔽双绞线。

电力监控系统供应商负责提供通讯电缆和现场装置与柜子之间的控制电缆，以及安装PMC装置的附件，安装用户派人协助，电力监控系统供应商负责现场指导，对整个接线过程负责。

●通信管理层配置清单

序号

名称

规格与型号

数量

生产厂家

1

通信机箱

PK-10，尺寸：

800×600×600mm

1

深圳XXXX

2

通信管理机

CEIEC-1380

1

深圳XXXX

3

工业级以太网交换机

PMC-108

1

深圳XXXX

2.3现场设备层配置

现场设备层即现场监控层，由微机保护、电力监控装置组成。

各电力监控设备就地安装在开关柜回路中，完成保护、控制、监测和通信等功能，同时具有动态实时显示开关工作状态、运行参数、故障信息和事件记录、保护定值等功能。

在变电所配置电力监控装置，实时采集电气回路的模拟量（电流、电压、功率、频率、温度等）和开关量（开关的位置信号、继电保护及自动装置信号、设备运行状态信号等），经通信系统上传至管理站的电力监控计算机，并可以通过计算机远程实现变电站开关的遥控功能。

现场设备层采用星型和总线型（屏蔽双绞线）相结合，网络具有很高的可靠性和实时性。

各间隔测控单元负责与现场开关等一次设备的二次侧电流、电压及信号接点直接联系。

2.4PMC系列电力监控系统的装置的特点说明

1）电力监控与一般功能的电子表的概念截然不同。

电力监控装置最终的目的是要实时的对楼的供用电情况进行监视，电子表一般的功能主要是以计量为主，主要是定期或者不定期的查看电度等电量参数。

PMC所有系列监控装置不但具备多功能电子表的独特功能，更重要的是具备无人值班要求的监控功能，举几个例子来说明一下：

a.事件顺序记录功能（SOE）：

监控系统需要将整个系统的电力运行情况在主控室进行监控，需要记录所有发生的报警事件、操作事件以及事故事件等事件记录，以便于查看和分析。

因此监控装置本身应具有事件记录功能，PMC监控装置同时具有1ms分辨率的SOE记录，可以对所发生的事件以1毫秒的间隔进行排列顺序，帮助值班员完成对事件的分析和统计。

b.开关量位置监视和变位报警：

完整的电力监控既包括交流全电量的采集，也应包括高、低压回路的开关状态监视（例如断路器状态、断路器手车位置、发电机的手自动控制状态、变压器温度状态等），因此要求监控装置具有开关量输入功能，要求监控装置有足够的DI点输入，其中PMC-630A可选6个DI点；具有定值（包括电压、电流、有功、无功、电度）越限和遥信变位报警功能，并且在开关量变位报警中分为几个级别来区分报警的等级，以便于监视人员在后台通过报警所显示出不同的颜色和声音来区分事件的严重性。

即一般报警（即人为的手动操作，其实并没有发生故障）、报警（即开关本身出现问题，例如开关未储能）、断路器故障报警等。

也可根据用户的具体要求来定义。

c.谐波分析功能：

谐波可造成以下电力设备：

配电线缆、变压器发热、断路误动作、发电机喘振等不良后果。

另外，谐波能使电网中的电压、电压波形发生畸变，从而降低电网电压，浪费电网容量。

PMC系列监控装置所具有的谐波分析（总谐波畸变率THD以及3、5、7、11次等各次谐波）功能有效的帮助用户降低谐波对电力用电设备及电网的危害。

d.遥控：

为达到无人值班或少人值班的目的，整个电力监控系统应具有遥控功能，以方便用户有选择的对楼内配电回路进行遥控；即使不使用遥控功能一般也都会预留遥控功能。

e.通信口：

组成电力监控系统要求电力监控装置一定要具有通信口，从而将整个监控装置通过通讯口与后台监控软件相连。

PMC系列具有标准的RS-485通讯接口并且支持MODBUS通讯协议。

2）电力监控系统的装置长期不间断的运行在配电房中，因此对装置本身可靠性有很高的要求，因此要选用高质量的电子元器件，采用精密加工工艺；PMC装置完全采用高品质、低功耗的元器件，装置外表采用全封闭方式封装，避免了灰尘等物体的干扰，同时由于选用了高品质、低功耗的元器件，不需要散热孔也可以使装置的产生的热量得到散发；同时PMC-630A装置外壳完全采用铝合金外壳，稳定性及抗干扰性远远强于其它造价低廉的材料的装置外壳。

2.5PecStar电力监控系统软件

XXXX公司自行研发的PecStar后台监控软件至今已经有10多年的历史，早在90年代初，XXXX公司就在DOS3.0的操作平台上研制开发了第一代后台监控软件，10多年来，不断的了解用户的需要，不断的积累经验，不断的完善和充实，PecStar已经成为电力系统发、变、用电监控最可信赖的朋友，PecStar目前已经在国内外大大小小的近千个现场稳定运行。

PecStar软件是通过认证的专业软件，并获国家注册，连续多年通过深圳市政府高新技术软件认证，同时XXXX公司被评为深圳软件企业百强。

PecStar具备以下特点：

◆开放性：

PecStar遵守公认的开放性标准，方便系统的维护、扩充和升级，可与其他系统实现无缝集成，可与其他计算机网络（如BMS系统、企业MIS网、ERP系统等）互联。

◆安全性：

PecStar能满足长时间连续稳定可靠运行的要求，保证数据的完整性和一致性，防止来自系统自身的意外或人为的误操作，PecStar在所有现场均一次性投运成功。

◆功能完备性：

PecStar除包括基本的SCADA及必备功能外，还包括分时计费、智能操作票、电能质量分析、微机防误操作等功能，是内部审核和运行管理最可信赖的朋友。

◆实时性：

PecStar满足对实时性的要求，系统响应时间足够短。

◆界面友好性：

PecStar用户界面简捷、直观，方便用户特别是不太熟悉计算机的用户使