继电保护与配电自动化协同故障隔离技术.docx

1、继电保护与配电自动化协同故障隔离技术卓梦飞I袁王敬华2渊1.山东理工大学电气与电子工程学院袁山东淄博255049FI2.山东科汇电力自动化股份有限公司袁山东淄博255087冤摘要院为提高配电网故障处理能力袁提出继电保护与配电fl动化协同故障隔离技术遥制定继电保护与配电自动化相配合的配电网故障处理策略袁并分析故障处理的过程遥主干线路故障哀继电保护在规定的时间动作后袁配电自动化对其进一步优化尧纠正袁使故障隔离在最小范围日分支线路故障袁继电保护即可完成袁两者互不影响遥经静态模拟系统测忒表明袁继电保护与配电自动化协同故障隔离方案具有可行性袁可在史短时间内隔离故障区域袁显著提高供电可靠性遥关键词院配电网

2、故障日继电保护FI配电自动化F1故障隔离F1静态模拟系统FI供电可弄性中图分类号院TM72文献标志码院A文章编号院员园园苑原怨怨园源渊圆园员9冤05原园园17原04CooperativeFaultIsolationTechnologyforRelayProtectionandDistributionAutomationZHUOMengfei'WANGJinghua2Ml.SchoolofElectricalandElectronicEngineering直ShandongUniversityofTechnology直Zibo255049直China日2.ShandongKehuiPow

3、erAulomalionCo.Ltd.nZibo25087克Chin战AbstractThecoordinatedfaultisolationtechniqueforrelayprotectionanddistributionautomationwasproposedtoimprovetheabilityoffaulthandlingindisiributionneiworks.Adisiribuiionnetworkfaulthandlingstrategythaicooperateswithrelayprotectionanddistributionautomationisdevelope

4、d.Analysisiscaniedouttoevaluatetheprocessoffaulthandling.Afterthemainlinefails京lherelayprotectionisfurtheroptimizedandcorreciedafterlhespecifiedlimeioisolatedthefaultinaniininiuinarea.Incasethatthebranchlinefault成therelayprotectioncanbecompletedwithoutaffectingeachother.Thestaticsimulationsystemtest

5、showsthattherelayprotectionanddistributionautomationcollaborativefaultisolationschemeisfeasible页whichcanisolatethefaultareainashortertimeandsignificantlyimprovethereliabilityofpowersupply.Keywords及distributionnetworkfault日relayproieciion日disiribuiionautomaiionBfaukisolaiion日sialicsimulationsystemHpo

6、wersuppIyreliability0引言配电网故障定位尧隔离与恢复供电一直是电力部门致力解决的一大难题遥近年来袁随着配电自动化系统的大力建设袁自动化处理故障的速度加快袁配电网供电可靠性大大提高遥配电自动化大力建设的同时袁忽视了继电保护问题袁继电保护整定和配置不完善袁故障时变电站出线无选择性动作袁明显扩大了停电范围遥因此袁需要将配电网继电保护与配电自动化统-考虑袁形成完整的解决方案袁将故障停电范围限制在尽可能小的范围内袁避免故障时大面积停电问基金项目院国家电网公司科技项目渊52130116000D冤遥题发生E噬文献咱5暂提出-种多级级差保护与配电自动化协调配合的配电网故障处理策略袁讨论了多

7、级级差继电保护的可行性和分布式电源接入带来的影响袁主要是针对配电自动化系统中的部分区域袁讨论了分支线路配置原则袁并没有给出主干线路配置原则遥文献咱6暂论述了多级级差保护与电压时间型馈线自动化配合的原理袁但没有分析出口断路器袁对于主干线路只是单纯考虑了馈线自动化袁没有考虑和继电保护的结合遥文献咱7暂通过提高线路设备的绝缘水平和过电压防护技术来减少故障袁但没有给出具体的故障隔离方案遥提出一种继电保护与配电自动化协同故障隔离技术遥继电保护作为第一道防线可缩小配电网故障范围袁配置简单袁可靠性高旦不依赖于通信曰配电自动化作为辅助手段袁纠正继电保护的无选择性动作遥在配电自动化的过程中选用代理控制型馈线自动

8、化的方法袁可灵活选择代理终端袁故障隔离更加准确袁可靠性高遥1原理分析1.1继电保护原理分析对于长距离尧分段开关数量少的开环农村配电线路袁当线路发生故障时袁故障点上游每个分段开关处袁故障电流的大小差别明显袁可设置三段式保护袁采用电流定值和上下级差配合的方式袁满足继电保护选择性和快速性要求用5遥对于分段开关数量多的农村配电线路或者短距离的城市配电线路袁当线路发生故障时袁对于故障点上游每个分段开关处袁故障电流差别不大袁可通过设置保护延时袁实现I：下级之间的配合袁有选择地切除故障遥针对员员园噪灾彖员同噪灾线路袁假设变压器容量为缘园酝灾骂袁变压器的短路电压百分比为员缘.缘豫袁主变压器内部感抗为昆猿员赘袁

9、员同噪灾架空配电线路的阻抗为在越园.员苑网园.麒赘辕噪皂袁将电压系艇为员.员袁忽略变压器绕组电阻及其背后系统阻抗的影响袁线路上不同距离处发生短路时最大短路电流的变化曲线如图员所示遥由图员可见袁短路电流幅值与故障距离基本成反比关系袁出口断路器近端故障时袁短路电流急剧下降袁出口断路器远距离故障时袁短路电流变化比较平缓遥线路长度较短袁供电电源不固定袁采用二级保护时置方案袁通过时间级差配合遥线路长度大于员园噪皂时袁末端最小短路电流员耀圆噪粤袁可采用中间断路器保护遥继电保护与配电自动化协同故障隔离技术方案中袁分支线路开关尧用户分界开关与变电站出口断路器相互配合袁避免下游故障时出口保护越级动作袁实现有选择

10、性地故障跳闸袁缩小停电范围遥员.圆配电自动化可行性分析在配电自动化系统中袁馈线自动化的实现方案分为猿种袁分别为就地控制型尧集中控制型和分布式控制型伽附遥其中分布式馈线自动化技术袁通过馈线终端互相之间交换信息袁实现配电线路故障定位尧隔离与恢复供电曰集中控制和本地控制的馈线自动化的供电恢复时间都在分钟级而分布式故障隔离系统可以在几秒钟内完成袁大大提高供电质量袁在分段开关采用断路器时袁还可以直接切除故障袁避免故障点上游区段停电袁进一步加快故障点下游故障区段的恢复供电的速度遥时等通信网IFiiniI泯I1F&eI)0-2>立I>、HJ-、5_41234S6f9fli放险大屯臾油，图

11、员配电线路相间短路电流随故障距离的变化曲线QFIQI电源I»-分界开关Q4Q5QRQLQ9QF2/»-II电源2Q2FiiQ603Q7分界开关姓于合伸的外关I5分位的开关图EI典型架空混合城路代理控制型分布式馈线自动化通过控制代理终端实现故障隔离袁故障隔离速度较慢袁但易于实现遥分布式馈线自动化实现方式分为协同控制型和代理控制型遥协同控制型馈线自动化袁指多个智能终端决策袁协同完成配电线路故障定位尧隔离以及恢复供电日代理控制型馈线白动化袁指故障定位尧隔离与恢复供电的决策全部由员个代理智能终端完遥以图圆所示架空混合线路为例袁匝云员袁匝云圆为出口断路器袁匝员袁匝源袁匝缘袁匝愿袁匝怨

12、为主干线路分段开关袁匝圆袁匝远为分支线路开关袁匝猿袁匝苑为用户分界开关袁匝蕴为联络开关遥云点发生永久故障时袁馈线终端云栽哉远通过与相邻的馈线终端交换故障信息得知云栽哉员袁云栽哉圆袁云栽哉猿都检测到有故障电流流过袁而云栽哉源没有检测到故障电流流过袁判断出故障区域在匝源与匝缘之间日代理终端遥控匝源袁匝缘分闸袁云栽哉远在确认匝源与匝缘都跳开后袁显示故障隔离成功的信息遥在此方案中选用代理控制型分布式馈线自动化袁故障的定位尧隔离尧恢复均由员个代理终端完成遥圆继电保护与配电自动化配合的配电网故障处理策略为避免短路电流对系统的伤害袁当系统发生相间短路故障时袁变电站出口断路器电流域段保护动作时间一般设置为园.

13、缘泽袁意味着设置继电保护动作时间的开关需要在园.缘泽内完成隔离袁对于配电自动化也是如此遥圆.员线路各开关配置原则圆.员.员出口断路器出口断路器配置两段保护袁其中陨段保护近端故障袁动作时限为园泽曰域段与配电变压器配合袁动作时限为园.缘泽袁并配置馈线终端云栽哉遥圆.员.圆主干线路分段开关主干线路配置二级速断保护袁一级动作时间为园.猿洋袁二级动作时间为S泽袁超过二级保护的均配置园泽袁配置馈线终端云栽哉逼圆.员.猿分支线路开关分支线路开关配置电流域段保护袁与出口断路器域段保护配合袁并配置一次重合闸袁具备无压无流分闸功能遥队员成用户分界开关用户分界开关配置园.员泽定时限电流速断保护袁具备无压无流分闸功能

14、遥圆.圆故障隔离策略线路发生相间短路故障时袁分别针对主干线路故障和分支线路故障展开研究遥圆.圆.员主干线路故障隔离策略出口断路器近端发生故障陨段保护瞬时动作袁瞬时性故障合闸成功袁永久性故障合闸失败袁加速跳闸隔离故障区域遥出口断路器远端故障遥分以下圆种情况院员冤故障点上游开关为出口断路器的下一个开关袁以图圆为例袁故障点在匝员和匝源之间袁开关匝员配置园.猿泽定时限电流速断保护袁即开关延迟园.猿泽动作遥圆冤超过二级保护的主干线路开关均配置园泽袁如图圆中的主干线路开关匝源袁匝缘袁匝愿袁匝蕴都配置园泽速断保护袁若匝缘袁匝愿之间发生永久性故障袁故障点上游开关匝源袁匝缘立即跳闸袁此时联络开关I磁检测到一侧失

15、压袁启动配电自动化系统袁代理终端通过收集各个馈线终端的故障信息袁确定故障区域袁遥控故障点两端的开关跳闸袁其他误动开关合闸隔离故障区域遥圆.圆.圆分支线路故障隔离策略用户侧故障遥分界开关延迟园.员泽动作隔离故障袁与出口断路器构成两级级差保护遥分支线路故障遥以图圆为例袁匝圆与匝猿之间发生故障袁分支线路开关匝圆立即动作袁园.缘泽后匝圆合闸袁瞬时性故障合闸成功袁永久性故障合闸失败袁永久性故障时匝猿在规定的时间内检测到无电压和电流后跳闸袁故障隔离成功遥猿实例分析及测试结果猿.员实例分析以图圆所示的典型架空混合配电网线路为例袁根据圆员中开关配置原则袁出口断路器配置圆段保护袁其中限段园泽袁保护近端渊员噪皂冤

16、故障袁域段园.缘泽速断保护遥主干线路开关尧分支线路开关和分界开关的强勘潸餐述袁当在不同位置发生故障时袁故障处理员冤运r点故障袁匝猿延时祠.员泽保护动作袁瞬时性故障开关合闸成功袁永久性故障合闸失败袁开关再次跳开袁切除故障日如图猿渊葬冤所示遥分界开关下游故障袁不影响主干线路正常运行袁提高了供电可靠性遥圆冤运浦故障袁匝嶙匝缘立即动膈如图耕散所示袁代理终端IS通过自动拓扑可知匝愿位于故障点下游遥控分闸袁自动合闸匝源京恢复故障点上游区段供电袁完成故障隔离遥朕络开关匝蕴合闸袁恢复故障点下游区段供电湖在多联络开关线路中柬需要比较联络开关的容量袁选择容量大的联络开关合闸冤柬如图猿渊糟冤所示遥onQl<1

17、4Q5中倾号界JTXQ3onQl<14Q5中倾号界JTXQ3QBOLQ90F2自耕（X）女、于令帝EC.JI美始'十-伐It?开关渊葬冤运员点故障袁匝根延迟园.员泽动作QFIQIQdQ5Q8QRQ9QF?电湘电源2Q2K，Q6分界升关（、Q?&羿4美于介伦.的开X 汁分位的开处洲遭冤运圆点故障袁匝源尧匝缘立即跳闸联幸：1天,QFIQIQ4Q5Q8眼Q9QF2山.滤U二/_二! Q2AaQ6I分界!|.X：Q35分EIM灶什.的美处于汨G眄美mw空匝源合闸尧匝尾跳闸袁匝蕴合闸恢复故障点下游供电图狼不同位我故障处理过程此方案中袁一方面即使是线路通信发生故障袁配电自动化不能在规

18、定的时间内启动袁主干线路近端故障仍可正确地隔离故障袁保护变压器不受损坏日另一方面选用联络开关而不选用出I断路器作为代理终端袁减轻了变压器保护配置负担袁不更改原有变压器保护配置袁扩大适用范围遥故障首先由保护处理袁存在保护无法配合发生越级跳闸的区段或需要联络开关动作恢复非故障区段供电时袁由分布式馈线自动化处理袁对其进一步优化和纠正袁提高可靠性遥猿.圆静态模拟系统测试结果分析基于膜员中分析的典型架空混合线路袁在静态模拟系统中进行测试遥在该系统中利用模拟仿真技术将变电站或馈线中各环节用相应模拟元件来代替袁搭建员个变电站或馈线分段模型袁该模拟系统较数字仿真具有更高的真实性和可信度遥在模拟系统中袁合理配置

19、电流互感器栽粤尧电压互感器栽灾的变比袁使进入保护和自动装置中的电流和电压分别为缘粤和员园园灾袁与实际系统中数据保持一致遥模拟系统可仿真架空线尧城市电缆运行及故障尧环网柜形式变电站等不同形式袁实用性十分广泛遥以图猿为例的测试结果如下所示遥运灵点故障开关动作顺序为院匝猿跳闸袁故障隔离完成遥测试结果如表员所示遥运四点故障开关动作顺序为院员冤匝源袁匝缘跳闸日圆冤遥控匝愿跳闸袁匝源合阿袁故障隔离完成遥测试结果如表圆所示遥表员运I点故障开关动作时间测试次数故障隔离时间m1正确148.12正确151.83J正确149.51M,IEW11TV.t5正确150.9表圆近圆点故障开关动作时间测试次数故障隔离时间耗

20、泽1正确168.92正确165.93正确167.84正确162.35正确158.1提出一种继电保护与配电自动化协同故障隔离方案袁方案在分支线路故障时不需要通信袁当通信系统不稳定导致配电自动化不能在规定时间内启动时袁可利用继电保护隔离故障区域遥所提方案无需更改原有变压器保护配置袁故障首先由保护处理袁存在保护无法配合发生越级跳闸的区段或需要联络开关动作恢复非故障区段供电时袁分布式馈线自动化进行纠正和优化处理遥继电保护与配电自动化协同故障隔离技术方案同样适用于含有多联络升关的线路袁但在主干线路开关数量多的情况下袁故障点远端故障时会有多个开关同时跳开袁为避免此问题袁可采用中间分段断路器保护遥参考文献电

21、员暂徐丙垠袁李天友袁薛永端袁等.阳电网继电保护与自动化响酝暂.北京院中国电力出版社袁国园员苑.申回哲沈兵兵袁吴琳袁王鹏,配电自动化试点工程技术特点及应用成效分析橄暂.电力系统自动化鼬园员01就剧员殴浏鼬.电狡暂徐玉琴袁张丽表王增平.基于耳耘也模型的配电网大面积断电供电恢复算法用允哲.电网技术诚剧魄耕坂源姻冤院蹒倾员.邨贿颜萍袁顾锦汶袁张广.一种快速高效的配电网供电恢复算法用允哲.电力系线融化翅园园区懿湖19冤撇罔麟低渊下转第34页冤参考文献帽1暂牟宏袁汪汲袁许乃媛直等.全球能源互联背景下山东电网调峰策略分析咱J哲.山东电力技术袁2017袁44渊1傀院1-4.帽2哲管俊袁高赐威.储能技术在抑制风

22、电场功率波动方面的研究综述用J暂.电舛与清洁能源袁2011袁27渊4冤院48-53.咱3暂李欣然袁黄际元袁寐远扬袁等.大规模储能电源参与电网调频研究综述咱J暂.电力系统保护与控制袁2016袁44渊7冤院145T53.咱4留国家电网公司野电网新技术前景研究冶项目咨询组.大规模储能技术在电力系统中的应用前景分析咱J暂.电力系统自动化袁2013袁37渊1冤院3-8.响5暂刘英军戎刘畅袁王伟袁等.儒能发展现状与趋势分析PflJ暂.中外能源袁2017衰22渊4冤院;80-88.哦暂孙冰莹袁杨水丽袁刘宗歧袁等.国内外兆瓦级储能调频示范应用现状分析与启示咱J暂.电力系统自动化袁2017袁41渊11冤院8-1

23、6.咱7暂汪海蛟袁江全元.应用于平抑风电功率波动的储能系统控制与配置综述咱J暂.电力系统自动化袁2014袁渊19冤院126-135.朗&LIXiangjun玄DONGlluiLAIXiaokang,Batteryenergystoragestation渊BESS冤-basedsmoothingcontrolofphotovoltaic浦1V冤andwindpowergenera:ionfluctuationslSJSustainableEnergyhIEEETransactionsonPowerSystems袁2013衰4渊2冤院464-473.咱9暂李建林袁王上行衣袁晓冬袁等.江苏电网侧电池储能电站建设运行的启示咱J暂.电力系统自动化袁2018袁42渊21