配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化

配电网自动化技术

DistributionAutomationTechnology电气工程与自动化学院郭谋发配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第1页第6章配电网馈线自动化6.1馈线自动化模式6.2基于重合器馈线自动化6.2.1重合器分类和功效6.2.2分段器分类和功效6.2.3重合器与电压-时间型分段器配合6.2.5重合器与过流脉冲计数型分段器配合6.2.6基于重合器馈线自动化系统不足6.3基于馈线监控终端馈线自动化6.3.1系统概述6.3.2馈线故障区段定位算法介绍6.3.3基于网基结构矩阵定位算法6.3.4基于网形结构矩阵定位算法6.4馈线自动化系统设计6.4.1系统结构6.4.2硬件设计6.4.3软件设计配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第2页6.1馈线自动化模式馈线自动化FA（FeederAutomation）是指在正常情况下，远方实时监视馈线分段开关与联络开关状态和馈线电流、电压情况，并实现线路开关远方合闸和分闸操作以优化配网运行方式，从而到达充分发挥现有设备容量目标；在故障时获取故障信息，并自动判别和隔离馈线故障区段以及恢复对非故障区域供电，从而到达减小停电面积和缩短停电时间目标；在单相接地等异常情况下,对单相接地域段查找提供辅助伎俩。配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第3页1.就地控制方式（1）利用重合器和分段器（2）利用重合器和重合器（3）利用点对点通信现地隔离故障，故障信息上传2.远方集中监控模式远方集中监控模式由变电站出线断路器、各柱上负荷开关、馈线监控终端、通信、配调中心站组成。每个开关或环网柜馈线监控终端要与配调中心站通信，故障隔离操作由馈线自动化主站以遥控方式进行集中控制。6.1馈线自动化模式配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第4页6.2基于重合器馈线自动化采取配电网自动化开关设备馈线自动化系统，不需要建设通信通道，利用开关设备相互配合，实现隔离故障区域和恢复健全区域供电。重合器和重合器配合模式，重合器和电压-时间型分段器配合模式及重合器和过流脉冲计数型分段器配合模式。配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第5页一、重合器功效当故障发生后，若重合器监测到超出设定值故障电流，则重合器跳闸，并按预先整定动作次序做若干次合、分循环操作。若重合成功则自动终止后序动作，并经一段延时后恢复到预先整定状态，为下一次故障做好准备。若经若干次合、分循环操作后重合失败则闭锁在分闸状态，只有经过手动复位才能解除闭锁。配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第6页二、分段器分类和功效分段器是一个与电源侧前级开关（如重合器等）配合，在失压或无电流情况下自动分闸开关设备，普通不能断开短路故障电流。分段器关键部件是故障检测装置(FaultDetectingDevice，FDD)。依据故障判断方式不一样，分段器可分为电压-时间型分段器和过流脉冲计数型分段器两类。配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第7页1.电压-时间型分段器电压-时间型分段器是凭借加压、失压时间长短来控制其动作，失压后分闸或闭锁，加压后合闸，普通由带微处理器分段器故障检测装置依据馈线运行状态控制其分闸、合闸及闭锁。配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第8页电压-时间型分段器有两个主要参数：X时限和Y时限需整定。X时限，从分段器电源侧加压至该分段器合闸时延；Y时限，又称为故障检测时间，若分段器合闸后在未超出Y时限时间内又失压，则该分段器分闸并闭锁在分闸状态，待下一次再得电时也不再自动重合。分段器故障检测装置普通有两套功效。第一套是应用于常闭状态分段开关；第二套是应用于处于常开状态联络开关。可经过参数配置实现两套功效切换。1.电压-时间型分段器配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第9页对于辐射状馈线，将分段器故障检测装置设置为第一套功效。当分段器故障检测装置监测到分段器电源侧得电后起动X计时器，在经过X时限要求时间后，令分段器合闸；同时起动Y计时器，若在计满Y时限要求时间以内，该分段器又失压，则该分段器分闸并闭锁在分闸状态，待下一次再得电也不再自动重合。1.电压-时间型分段器配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第10页安装于处于常开状态联络开关处分段器故障检测装置要设置在第二套功效。安装于联络开关处分段器故障检测装置要对两侧电压进行监测，当监测到任一侧失压时起动XL计数器，要求时间XL时限后，使分段开关合闸。同时起动Y计时器，若在计满Y时限要求时间以内，该分段器同一侧又失压，则该分段器分闸并闭锁在分闸状态，待下一次再得电也不再自动重合。1.电压-时间型分段器配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第11页2.过电流脉冲计数型分段器过电流脉冲计数型分段器通常与前级重合器或断路器配合使用，它不能开断短路故障电流。但在一段时间内，能记忆前级开关设备开断故障电流动作次数。在预定记忆次数后，在前级重合器或断路器，将线路从电网中短时切除无电流间隙内，分段器分闸，隔离故障。若前级开关设备开断故障电流动作次数未到达分段器预设动作次数，分段器在一定复位时间后会清零动作次数并恢复到预先整定初始状态，为下一次故障做好准备。配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第12页三、重合器与电压-时间型分段器配合A为重合器，整定为一慢二快，即第一次重合时间为15s，第二次重合时间为5s。B和D采取电压-时间型分段器，X时限均整定为7s。C和E采取电压-时间型分段器，X时限均整定为14s。全部分段器故障检测装置Y时限均整定为5s。分段器均设置在第一套功效。1.辐射状网故障区段隔离配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第13页三、重合器与电压-时间型分段器配合1.辐射状网故障区段隔离配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第14页A采取重合器，整定为一慢二快，即第一次重合时间为15s，第二次重合时间为5s。B、C和D采取电压-时间型分段器而且设置在第一套功效，X时限均整定为7s，Y时限均整定为5s。E也是采取电压-时间型分段器，但设置在第二套功效，其XL时限整定为45s，Y时限整定为5s。三、重合器与电压-时间型分段器配合2.环状网开环运行时故障区段隔离配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第15页三、重合器与电压-时间型分段器配合2.环状网开环运行时故障区段隔离配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第16页（1）分段器时限整定。分段器Y时限普通能够统一取为5s；分段器X时限整定。第一步：确定分段器合闸时间间隔，并从联络开关处将配电网分割成若干以电源开关为根树状（辐射状）配电子网络。第二步：在各配电子网络中，以电源节点合闸为时间起点，分别对各个分段器标注其相对于电源点合闸时刻绝对合闸延时时间，并注意不能在任何时刻有一台以上分段开关同时合闸。第三步：某台分段器X时限等于该开关绝对合闸延时时间减去其父节点分段器绝对合闸延时时间。三、重合器与电压-时间型分段器配合3.重合器与电压-时间型分段器配合整定方法配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第17页（2）联络开关时限整定“手拉手”环状配电网只有一台联络开关参加故障处理时，分别计算出与该联络开关紧邻两侧区域故障时，从故障发生到与故障区域相连分段开关闭锁在分闸状态所需延时时间TL（左）TR和（右），取其中较大一个记作Tmax，则XL时限设置应大于Tmax

。这么整定是允许在故障后重合过程中可从任一侧进行按次序依次合闸。3.重合器与电压-时间型分段器配合整定方法配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第18页3.重合器与电压-时间型分段器配合整定方法配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第19页例6-1对于图6-4所表示配电网，S1、S2和S3代表含有两次重合功效变电站出口重合器，第一次重合时间为15s，第二次重合时间为5s。B、C、D、F、G和M代表线路上电压-时间型分段开关，设置在第一套功效，X时限均整定为7s。E和H为联络开关；实心符号代表该开关处于合闸状态，空心符号代表该开关处于分闸状态。假设相邻两台分段开关合闸时间间隔为7s。要求整定：（1）虚线框内网络中，各台分段开关X时限及联络开关EXL时限；（2）整个网络中，两台联络开关E、H均参加故障处理情况下，分别整定联络开关E、HXL时限。3.重合器与电压-时间型分段器配合整定方法配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第20页3.重合器与电压-时间型分段器配合整定方法配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第21页3.重合器与电压-时间型分段器配合整定方法配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第22页3.重合器与电压-时间型分段器配合整定方法配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第23页3.重合器与电压-时间型分段器配合整定方法配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第24页四、重合器与过流脉冲计数型分段器配合1.隔离永久故障区段配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第25页四、重合器与过流脉冲计数型分段器配合1.隔离暂时性故障区段配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第26页五、基于重合器馈线自动化系统不足（1）为了隔离故障，重合器和分段器要进行屡次分合操作，切断故障时间较长，且对设备及负荷造成一定冲击。当采取重合器与电压－时间型分段器配合隔离开环运行环状网故障区段时，要使联络开关另一侧健全区段全部开关都分一次闸，造成供电短时中止，愈加扩大了事故影响范围。（2）基于重合器馈线自动化系统仅在线路发生故障时发挥作用，而不能在远方经过遥控完成正常倒闸操作。（3）基于重合器馈线自动化系统不能实时监视线路负荷。（4）当故障区段隔离后，在恢复健全区段供电，进行配电网络重构时，无法确定最优方案。配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第27页6.3基于馈线监控终端馈线自动化系统由馈线监控终端、通信网络及主站系统组成。配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第28页一、系统概述当配电网发生故障后，各相关馈线监控终端将对应分段开关及联络开关处实时信息经过数据通信传到主站系统，主站系统依据一定故障区段定位算法自动定位出故障所在区段，并下发命令给相关馈线监控终端操作开关设备将故障区段隔离，并恢复非故障区段供电。配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第29页对于辐射网、树状网和处于开环运行环状网，故障区段定位只需要判断沿线各个开关是否流过故障电流。假如线路出现单一故障，沿电源到负荷方向最终一个经历了故障电流和第一个没有经历故障电流开关之间为故障区段。为了确定开关上是否流过故障电流，需要对安装于其上各台馈线监控终端进行整定，因为不是经过对各个开关整定值区分来定位故障区段，所以这种整定较方便。配电网故障区段定位最基本问题就是怎样用合理数学方式来描述故障区段定位问题，并快速求解。一、系统概述配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第30页二、基于网基结构矩阵定位算法经过网基结构矩阵D和故障信息矩阵G运算，得到一个故障判断矩阵P，依据故障判断矩阵P判断和隔离故障区段。配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第31页1.网基结构矩阵D网基结构矩阵D描述了配电网潜在联接方式,它取决于配电线路架设。图6-8一个简单配电网二、基于网基结构矩阵定位算法配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第32页2.故障信息矩阵G

假如节点开关经历了超出整定值故障电流，则故障信息矩阵G第行第列元素置0；反之则第行第列元素置1；故障信息矩阵G其它元素均置0。也即故障信息反应在矩阵G对角线上。二、基于网基结构矩阵定位算法配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第33页如图6-4所表示，节点3和节点4之间发生故障，则对应故障信息矩阵G为配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第34页3.故障判断矩阵P

故障区段两侧开关必定一个经历了故障电流，另一个未经历故障电流。而且故障区段一个没有故障信息节点全部相邻节点中，不存在两个以上节点有故障信息。二、基于网基结构矩阵定位算法配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第35页网基结构矩阵D和故障信息矩阵G相乘后得到矩阵Q，再对矩阵Q进行规格化后就得到了故障判断矩阵P，即其中代表规格化处理配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第36页三、基于网基结构矩阵定位算法假如矩阵D中元素为1（表示节点与节点相邻）；矩阵G中元素即节点j无故障；而且对应矩阵G中元素最少有两个为0（表示有两个以上与节点相邻节点有故障信息）；则节点j一定不是组成故障区段节点；必须对矩阵Q进行规格化处理，也就是将矩阵Q中第j行和第j列元素全置为0。配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第37页假如故障判断矩阵P中元素（XOR表示异或），则故障发生在馈线上第i节点和第j节点之间区段，三、基于网基结构矩阵定位算法配电网自动化技术CH6配电网馈线自动化第38页例6-1分析图6-9所表示一个较复杂配电网络故障区段判定方法。图