刘健配电网故障处理关键技术

配电网故障处理

关键技术

刘健教授、博士生导师、博士、SeniorMember,IEEE百千万人才工程国家级人选、国务院政府特殊津贴专家国家电网公司优秀工程技术专家、陕西电力科学研究院总工程师刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第1页!主要内容

配电自动化概述继电保护与配电自动化协调配合模式化故障处理大面积断电快速恢复自愈式故障处理备用电源小结刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第2页!1、配电自动化概述

刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第3页!配电系统自动化的难度输电网自动化配电网自动化工作环境室内户外恶劣环境：高低温，湿度、防雨、防雷、防风沙、防振动、抗电磁干扰等站点数量少，<100多，几百、几千甚至上万电源获取方便困难量测数据充足严重缺乏刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第4页!我国配电自动化系统的发展1995年东芝、Cooper产品进入中国1997年银川DAS、上海金滕开发区DAS1998年大规模试点，部分地区过于豪华，指标追求过于高（不必要！）、摊子过于大（不必要！）韩国、法国、日本……（注重投入产出）2004年反省2005年制定标准2009智能电网。。。刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第5页!配电自动化的核心问题配电网故障处理刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第6页!配电网故障类型永久故障和瞬时性故障相间短路和单相接地用户故障、分支线故障和主干线故障馈线故障和中压母线故障造成配电网大面积停电的灾害性故障。。。。。。刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第7页!面临的实际问题馈线开关选型？

断路器?负荷开关?怎样充分利用继电保护资源？与FA协调配合?怎样有效提高配电设施的利用率？

模式化接线?怎样实现“自愈”?

只有重合器模式吗?哪种储能手段最适合于配电自动化？只有电池?

。。。。。。刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第8页!本报告…讨论上述问题给出一些建议刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第9页!继电保护的应用优点：切除故障的速度快对健全区域不会造成停电

问题:造价高.需要配断路器对于配电网，选择性难以实现刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第10页!不好的配合Multi-trippingBypasstripping

trippedtrippedtrippedtrippedoutageoutageoutageoutageoutage刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第11页!多级保护配合的可行性对于供电半径短的城市配电网，电流、阻抗定值都难以整定以实现选择性，只有依赖级差配合来实现选择性变电站10kV后备保护（母线进线开关过流保护）延时时间一般整定为0.5s，因此10kV线路保护只能在此时间段内进行级差配合刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第12页!三级保护配合的可行性馈线开关的动作时间：永磁、继电器IGBT驱动、快速算法：10ms(检测)+2ms(继电器驱动)+30ms(开关动作)<50ms两级保护配合：第1级开关：0s、速断第2级开关：0.15~0.2s、速断第3级（变电站出线开关）：0.25~0.35s延时速断刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第13页!Example1:overheadfeeder

LSLSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBCBApermanentfaultonabranch刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第14页!Example1overheadfeeder

LSLSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBCBAtemporaryfaultonthetrunk刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第15页!Example1overheadfeeder

LSLSLSLSLSRe-closingCBCBCBCBCBCBCBCBAtemporaryfaultonthetrunk刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第16页!Example1overheadfeeder

LSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBApermanentfaultonthetrunkFailofre-closing刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第17页!Example1overheadfeeder

LSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBApermanentfaultonthetrunkModifiedrestorationbyFA(telecontrol)刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第18页!Example2:

cables

RingmainunitRingmainunit刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第19页!3、模式化故障处理刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第20页!

一条馈线需要留有能带动对侧全部负荷的备用容量，因此正常情况下配电资源的利用率小于50%.“手拉手”环状网50%刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第21页!

Eachfeederisdividedintothreeparts.Thethreepartsofafeederarelinkedtothreedifferentfeeders,respectively.Eachfeederonlyhastoconsideronethirdoftheback-uploadingoftheotherfeederbesidesitsownloading.Thus,theefficiencycanbeimprovedto75%inthenormalsituation.3分段3连接75%刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第22页!注意模式化接线可以提高配电设备的利用率.但是：

必须采取模式化故障处理才能达到上述目的！！刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第23页!

Example1刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第24页!

Thetwohealthysectionareseparatedandrestoredbyitscorrespondingfeeders,respectively,evenwhentheloadingissosmallthatF2canrestorebothofthehealthysections.Example1F1F2刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第25页!Example2Afterthefaultisisolated,thehealthypartisrestoredbytheback-upcable,evenwhentheloadingissosmallthatS2orS3candothesamejob.刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第26页!4、大面积断电快速恢复刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第27页!北美大面积停电近年来欧美发生的多次电网大停电事故，给电力工作者敲响了警钟。尽管造成配电网大面积断电的事故发生概率较小，但是若造成大面积停电的危害极大。

西安2002年初二……

刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第28页!母线故障母线全部失压刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第29页!负荷转移、避免大面积停电恢复供电恢复供电刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第30页!5、自愈刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第31页!“自愈”故障处理典型技术配电自动化开关(重合器、分段器配合等)

继电保护与FA协调配合的集中智能DAS分布智能FA：不依赖主站进行故障处理1）基于Goose高速通信网和断路器配置，可有效实现任意级任意分支配合。避免越级跳闸和多级跳闸.2）基于中低速高速通信网和负荷开关配置，可有效实现任意级任意分支配合，但会造成部分区段短暂停电。刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第32页!6、备用电源刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第33页!蓄电池的缺点从技术上看，蓄电池的寿命不长、对充放电管理的要求较高，工作于恶劣环境条件下时，对其性能和寿命的影响尤其突出。从管理上看，配电终端数量众多且位置分散，更换和维护蓄电池需要花费大量的人力和物力，为了确保可靠工作，一般一至两年就要更换一次蓄电池，运行成本比较高。刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第34页!超级电容器设计Theoperatingmechanismofthefeederloadswitchisselectedtobe48VDCTheenergyneededforswitchingoperationonceisabout320J.Wedesiretheswitchtooperatetwiceinthesituationwithoutmainpowersupplying.TheratedpoweroftheFTUisabout5W.Themaximumpowerofthemunicationdeviceisnomorethan5W.WeexpectthattheFTUhesituationwithoutmainpowersupplying.Takingaboveintoconsideration,wehaveThesupercapacitormaybedesignedtobe24F/80V刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第35页!7、其他问题刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第36页!分布式电源接入对故障处理的影响分布式电源容量较大时：

需要安装PT，根据故障功率方向进行故障判断分布式电源容量较小时：

可以不安装PT，仍根据各个馈线开关是否经历故障电流来进行故障判断逆变器类分布式电源（如：光伏）：

可以延时判断，待分布式电源的电力电子开关快速截止（几十毫秒）后，再根据各个馈线开关是否经历故障电流来进行故障判断，而不需要安装PT刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第37页!8、小结刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第38页!对于联络充分的配电网，利用配电自动化技术可以实现大面积断电快速恢复以增强灾害应对能力，其关键技术之一是：大批量开关操作顺序的生成技术“自愈”包括以概率风险评估与预防性控制为主的事前处理、以继电保护与自动装置为主的事中处理、以配电自动化修正性控制为主的事后处理。超级电容器非常适合于作为配电网自动化设备的备用电源的储能元件。刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第39页!电力系统及其自动化35kV/10kV/6kV/0.4kV刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第40页!刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第41页!我国配电自动化的5种模式简易型（自动开关配合、故障指示器）实用型（两遥、无FA）标准型（SACDA+FA）集成型（标准型+信息交换总线）智能型（集成型+自愈+经济运行<分布电源+微网>）刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第42页!配电网故障处理研究意义配电自动化对于提高供电可靠性具有重要意义配电自动化式智能电网建设的重要组成部分国网公司系统北京、杭州、厦门、银川、上海、南京、宁波、青岛、大连、太原、西安、唐山、兰州、西宁、天津、武汉、重庆、成都、石家庄、长沙、合肥、福州、郑州23个城市开展配电自动化试点工程南网公司系统广州、深圳等也开展配电自动化工程故障处理是配电自动化的核心功能之一刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第43页!配电网故障处理的困难性开关级联个数多分支多中性点非直接接地户外（恶劣条件、备用电源）设备分散分布式电源接入刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第44页!设计不当会导致造价高复杂不可靠设备利用率低维护工作量大逐渐被废弃刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第45页!2、继电保护与配电自动化

协调配合

刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第46页!继电保护的困难电流定值整定困难

馈线沿线短路电流差别不大,CT难以准确分辨含分支馈线整定困难延时时间整定困难难以实现太多级差.刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第47页!不好的恢复Multi-tripping

trippedLoopedswitchoutage刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第48页!两级保护配合的可行性馈线开关的动作时间：弹跳、继电器驱动、常规算法：20ms(检测)+20ms(继电器驱动)+80ms(开关动作)<120ms两级保护配合：第1级（分支开关或用户开关）：0s、速断

第2级（变电站出线开关）：0.2~0.25s延时速断刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第49页!两级保护FA配合典型设计主干线采用负荷开关分支线开关（或用户开关）采用断路器分支线开关（或用户开关）与变电站出线开关实现两级保护配合依靠FA进行修正性控制刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第50页!

LSLSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBCBApermanentfaultonabranchExample1:overheadfeeder刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第51页!Example1overheadfeeder

LSLSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBCBAtemporaryfaultonthetrunk刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第52页!Example1overheadfeeder

LSLSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBCBApermanentfaultonthetrunk刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第53页!Example1overheadfeeder

LSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBApermanentfaultonthetrunkModifiedrestorationbyFA(telecontrol)刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第54页!Example1overheadfeeder

LSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBApermanentfaultonthetrunkModifiedrestorationbyFA(telecontrol)刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第55页!优点经济分支线或用户故障不影响主干线.级差整定方便瞬时故障时只须0.5sec.就可以恢复瞬时故障与永久故障判别简单配电自动化逻辑简单刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第56页!典型模式化接线“手拉手”环状网多分段多连接多供一备电缆网46接线……刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第57页!

Eachfeederisdividedintotwoparts.Thetwopartsofafeederarelinkedtotwodifferentfeeders,respectively.Eachfeederonlyhastoconsideronehalfoftheback-uploadingoftheotherfeederbesidesitsownloading.Thus,theefficiencycanbeimprovedto67%inthenormalsituation.2分段2连接67%刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第58页!3供1备电缆网Threecablesinservicearelinkedtoonecable.Eachcablemayreachitsloadinglimitationinthenormalsituation.Thus,theaveragedefficiencymaybe75%.75%刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第59页!模式化故障处理步骤对于多分段多联络模式化接线，永久故障发生后，FA将故障所在馈线分为多段，每段分别由不同的电源恢复。对于多供一备模式，故障后健全区域的恢复一律由备用电缆实现。即使负荷很轻、一个电源就可以完成全部健全区域恢复的情形，也严格执行上述步骤。因一成不变，配电自动化系统的故障处理逻辑将容易实现刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第60页!

Afaultoccursonthefirstsectionofafeeder.ThemainCBtrips,reclosesandtrips,again.Thus,thefaultisidentifiedasapermanentfault.Example1刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第61页!Example2Apermanentfaultoccursonthefirstsectionofafeeder.刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第62页!参见：

[1]黄琪伟，刘健．配电网模式化接线优化规划．电力系统自动化，2008，32（7）．刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第63页!造成配电网大范围断电故障自然灾害（台风、地震…）造成多个电源失去人为破坏（战争、恐怖袭击…）造成多个电源失去超高压线路故障，造成多个电源失去主变电站故障或检修，造成多个电源失去10kV母线故障，造成多个电源失去……刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第64页!正常刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第65页!开关操作序列生成刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第66页!参见：

[2]刘健，徐精求，程红丽.紧急状态下配电网大面积断电快速恢复算法[J].中国电机工程学报，2004，24(12)：132-138.

[3]刘健，石晓军，程红丽等.配电网大面积断电供电恢复及开关操作顺序生成.电力系统自动化，2008，32(2)：76-79，83刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第67页!“自愈”是一个经常备误解的概念“自愈”包括:

事前：概率风险评估与预防性控制

1）结合负荷预测进行方式调整避免过负荷2）结合在线检测（温度、局部放电）进行相应控制避免酿成严重后果3）。。。。。。事中：继电保护与自动装置事后：配电自动化修正性控制刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第68页!参见：

[4]刘健等.“一种快速自愈的分布智能馈线自动化系统”.电力系统自动化，2010，35（10）

刘健配电网故障处理关键技术共76页，您现在浏览的是第69页!重要性无论馈线采取何种类型开关，配电终端都必须具备可靠的备用电源，在配电终端失去主供电源时，仍能满足配电终端和通信装置正常工作一段时间并确保开关若干次可靠分合闸操作，以确保故障信息可靠地上传