智能配电网的故障处理自动化技术教材

智能配电网的

故障处理自动化技术

袁钦成北京科锐配电自动化股份有限公司2016/07/18主要内容一、概述二、网络式保护技术－解决配网保护快速性和选择性的矛盾三、分布式智能技术－故障自动隔离、负荷自动转供的可靠性更高四、故障点自动定位技术－解决查找故障点的效率问题一、概述配电系统故障处理自动化技术：

解决配电网发生短路故障、单相接地故障时的故障自动切除、故障区段的自动隔离、非故障区域的自动恢复供电、故障点的自动定位问题，提高供电可靠性。配电系统的故障处理过程的三个阶段：

1、故障发生瞬间，故障的开断和清除。短路故障一般需要在毫秒级时间内完成故障切除。问题：选择性和快速性的矛盾。一般技术只能是变电站出口断路器跳闸，扩大了停电范围。

一般只能在配电线路的分支线上实现单相接地故障的直接隔离。2、故障处理的第二阶段：故障区段的隔离和非故障区域的恢复供电。隔离短路故障一般需要秒级至分钟。一般采用集中控制方案，存在缺陷，对通信系统依赖性高，基于分布智能的方案慢慢被大家接受。

单相接地故障区域的自动隔离方案应用不多3、故障处理的第三个阶段是故障点的定位和排除故障。如果没有自动定位方法，通常需要数十分钟至若干小时。故障查找时间一般占故障处理时间的50％，供电可靠性的提高受到限制。二、网络式保护技术－解决配网保护快速性和选择性的矛盾传统电流保护的问题：现象：城市配网线路短、多开关串联，短路电流差别小，电流定值、时间定值配合困难、会导致出口保护的动作时间加长。一般短路故障都是变电站出口跳闸，停电时间长，停电范围扩大。不能解决多电源闭环供电问题原因：传统的配电系统电流保护其实质是一个独立的单元保护，它只检测流过所监测开关的电流而决定保护的动作与否及动作延时，而不关心相邻开关的保护动作情况，这是造成相邻保护相互配合困难的主要原因。网络式保护的原理保护监测的范围由一个点扩大到相联开关甚至串联的一组开关。不同地点的模拟量在当地检测完成，只是将检测结果的数据信息、保护判别结果的状态信息、开关状态信息等通过通信网络由不同地点的保护共享，以达到不同地点保护之间协调和配合，网络式保护的核心目标：实现保护的快速性和选择性的统一。根据当前配电网的运行方式，基于对等式通信网络的网络保护可以适应配网开环模式和多电源闭环模式两种运行方式。

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F传统保护问题：保护配合困难网络式保护：任一点故障均可以有选择性的速断跳闸特点：解决了选择性和快速性的矛盾。网络式保护在架空线路的应用网络式保护的特点

1.选择性：控制故障点最近的断路器速断跳闸，切断故障；2.快速性：不依赖主站/子站，缩短了故障处理时间，50-60ms保护出口；100ms隔离故障；

3.自动隔离和转供：在开环系统中完成故障区域隔离后，能够根据自愈逻辑完成非故障区域的供电恢复；闭环系统中准确隔离故障区段，故障处理结束，网络结构发生变化时，能够自动完成网络结构的拓扑；4.自动容错：某一个（或多个）通道故障时，网络式保护根据容错方案完成故障的定位、隔离和转供；5.灵活--混合组网：针对不同开关类型可整定不同功能，支持断路器和负荷开关混合组网的线路模式。6、适用于大容量、多电源、高渗透率的分布式电源接入的主动配电网智能环网柜组成的电缆环网方案F1F2F3F4F5S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4RDCU-3A控制器三、就地分布式智能技术－故障自动隔离、负荷自动转供的可靠性更高（1）现有的故障隔离和转供的集中控制方式：对通信通道和主站依赖性太强，控制可靠性低（2）传统的分段器和重合器方案，不利用信道交换信息，动作效率不高电压型重重合分段段器工作作原理

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F特点：不不需要主主站和通通信缺点：只只检测电电压、动动作次数数多电流计数数型分段段器工作作原理

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F特点：不需要要主站和通信信缺点：只检测测电流、不适适合主环路综合型就地分分布智能模式式综合检测电流流电压综合了电压分分段器、电流流分段器和重重合器的优点点不依赖通信，，但可以利用用通道提高效效率与各种开关集集成构成智能能柱上开关适合在主环路路或分支回路路故障点后开关关残压闭锁联联锁分闸、联联络开关可自自动延时合闸闸转供。综合型分布智智能模式在在架空网中的的应用柱上开关可使使用负荷开关关或断路器实现故障自动动隔离、自动动转移供电支持两电源或或三电源、四四电源系统没有通信通道道也可以实现现故障隔离和和电源转供及及供电恢复有通信时可自自动升级实现现远程自动化化功能故障就地处理理：可靠性高高、速度快适应不同阶段段的自动化要要求不依赖于通信信、就地分布布式智能自动动化方案CB1、S1、S2感受到故障电电流，S1速断保护跳闸闸，CB1延时保护；S2、S3失电延时分闸闸；S1重合闸，重合合成功短时闭闭锁保护；S2得电延时合闸闸，合到故障障快速分闸并并闭锁；S3检测到残压脉脉冲，保持分分闸并闭锁；；S4单侧失压延时时合闸，转移移供电。就地分布式智智能模式在电电缆网应用智能环网柜进进出线开关可可使用负荷开开关或断路器器出线故障只跳跳出线内部故障自己己隔离主环故障时自自动隔离故障障区段、自动动转移供电不依赖通信实实现自动化功功能有通信时自动动升级为远程程三遥智能环网柜组组成的电缆环环网方案F1F2F3F4F5S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4RDCU-3A通信网络易受受外力破坏而而导致通信异异常。把网络络式保护与就就地智能功能能融合，可设设计出一整套套容错方案，，当系统中任任何节点或装装置对外的通通信通道丧失失或异常后，，自动启动就就地智能，实实现容错，确确保故障区段段最终能够被被有效隔离，，联络开关自自动转移供电电。容错方案案使用以下一一些列功能：：“得电重合””功能“重合成功短短时闭锁保护护”功能“合到故障后后快速跳闸””功能“失电延时分分闸不闭锁””功能“联锁失电延延时分闸（闭闭锁）”功能能“残压脉冲分分闸闭锁”功功能“单侧失压延延时合闸”功功能网络式保护+就地智能=网络式保护的的容错方案容错方案实例例分析（开环环模式，S1通讯故障）S1启动“速断保保护”功能或或者“过流保保护”功能；；分闸（容错错跳闸）；S2启动“速断保保护”功能或或者“过流保保护”功能；；分闸；S1启动“得电重重合”功能；；“重合成功功短时闭锁保保护”功能；；合闸（容错错恢复）；S3启动“联锁失失电延时分闸闸闭锁”功能能；分闸；S4启动“单侧失失压延时合闸闸”功能或““检闭锁单侧侧失压延时合合闸”功能；；合闸。容错方案实例例分析（闭环环模式，S1通讯故障）S1启动“速断保保护”功能或或者“过流保保护”功能；；分闸（容错错跳闸）；S2启动“速断保保护”功能或或者“过流保保护”功能；；后备状态；；S3启动“速断保保护”功能或或者“过流保保护”功能；；分闸；S4启动“速断保保护”功能或或者“过流保保护”功能；；分闸；S1启动“得电重重合”功能；；“重合成功功短时闭锁保保护”功能；；合闸（容错错恢复）；不同类型开关关混合组网自自动化方案不同类型开关关混合组网自自动化方案F3故障：H4中S1启动“速断保保护”或“过过流保护”功功能；处于后后备状态；H4中T2启动“负荷开开关故障隔离离”功能，处处于后备状态态；H6中S1启动“速断保保护”或“过过流保护”功功能；分闸；；H4中T4启动“负荷开开关故障隔离离”功能；分分闸并闭锁；；H6中S1启动“重合闸闸”功能，重重合成功；H0中S3启动“检闭锁锁单侧失压延延时合闸”功功能；合闸，，转移供电。。配电系统单相相接地故障后后的特征及故故障隔离方法法（1）单相接地故故障稳态信号号特征：零序电压及及零序电流消弧线圈对稳稳态零序电流流的分布规律律影响较大(2)单相接地故障障后的暂态信信号特征（受接地时刻刻、接地电阻阻、接地点距距离影响）故障发生在相相电压最大值值附近，过渡渡电阻为100欧姆。故障发生在相相电压零值附近，过渡电电阻为100欧姆。单相接地故障障后，延时数数秒后（主要是躲过过瞬时性接地地故障或暂态态燃弧过程）），短时动态投投入中电阻几几秒后退出。。为了防止电流流过大对配电电系统的安全全运行造成危危害，控制信信号源产生的的特征信号电电流幅值一般般不大于40A。EFS：接地地信号号源由中电电阻+投切开开关+监测控控制装装置组组成智能中中电阻阻接地地（信信号源源法））原理示示意图图（3）“制制造””一个个接地地故障障特征征：智能中中阻接接地智能中中阻法法：故故障线线路故故障相相电流流波形形（4）智能能终端端实现现接地地故障障隔离离

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F特点：：不依赖赖主站站和通通信，，只检检测零零序电电压、、适合合主环环路和和分支支线，，原理理简单单，实实现可可靠可以隔隔离故故障区区段和和非故故障区区段自自动转转供需要变变电站站出线线开关关配合合操作作，线线路上上需要要安装装零序序PT基于零零序电电压：：（开开关+零序PT+智能终终端；；在南南方电电网有有工程程实践践）（4）智能能终端端实现现故障障隔离离

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F特点：：不依赖赖主站站和通通信，，只检检测零零序电电流；；适合合特殊殊分支支线，，原理理简单单，实实现可可靠可以隔隔离故故障分分支只适用用于短短分支支线路路入口口开关关使用用基于工工频零零序电电流：：（开开关+CT+智能终终端；；特定定条件件的分分支线线，典典型应应用：：用户户分界界开关关）（4）智能能终端端实现现故障障隔离离

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F1特点：：1、不依依赖主主站、、不需要变变电站站出线线开关关配合合操作作、非非故障障区段段不停停电，，适合主主环路路和分分支线线。可可以实实现故故障区段自自动隔隔离和和非故障障区段段自动动转供供2、可以以与智智能中中阻配配合使使用3、使用用暂态态法时时，可可能需需要安安装三三相PT监测暂态电压开关之之间相相互通通信，，基于于分布布智能能的智智能终终端方方案（（开关关+通信+智能终终端，，有源源、无无源法法，广广东佛佛山））F2（三））智能能终端端和主主站结结合实实现故故障定定位

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F1特点点：：1、终终端端只只采采集集故故障障特特征征信信号号，，并并上上送送故故障障记记录录（（波波形形或或判判别别结结果果））2、主主站站必必须须有有相相应应的的故故障障诊诊断断软软件件和和故故障障定定位位软软件件1、智智能能终终端端负负责责故故障障特特征征信信号号的的采采集集（（或或录录波波））、、判判别别，，主主站站负负责责故故障障定定位位（（传传统统的的配配电电自自动动化化系系统统故故障障处处理理思思路路））F2工程程应应用用以分分布布式式智智能能技技术术为为基基础础的的故故障障隔隔离离和和转转供供方方案案，，由由于于不不依依赖赖通通信信道道和和主主站站会会使使得得控控制制方方案案更更可可靠靠；；由于于可可以以逐逐步步升升级级，，因因此此适适合合分分步步实实施施。。利用该技技术设计计的智能能柱上开开关和智智能环网网柜已经经在工程程中广泛泛应用。。网络式保保护与就就地智能能的结合合的自动动化方案案已在广广东佛山山的863项目示范范试点工工程中批批量应用用。佛山现场场短路实实验四、故障障点自动动定位技技术－解解决查找找故障点点的效率率问题1、短路故故障检测测和指示示2、单相接接地故障障检测和和指示3、故障自自动定位位系统4、指示器器技术的的最新发发展故障指示示器简述述（1）故障指指示器：：一种安安装在配配电线路路上指示示故障电电流通路路的智能能装置。。（2)）批量安安装故障障指示器器是一种种最实用的的配电自自动化方方案（3）不需要要开关和和智能控控制器就就能实现现实现故故障定位位，因而而更经济济（4）由于故故障指示示器成本本低，因因而安装装数量可可以更多多，故障障区段定定位可以以更精确确，从而而大大缩缩短故障障巡查时时间1、短路故故障指示示工作原原理过流动作作的指示示原理类似于过过流继电电器，当当线路中中流过的的电流大大于其设设定值时时，故障障指示器器给出动动作信号号。自动适应应负荷变变化的故故障指示示器原理理ItIsItTI该原理获获得国家家发明专专利：指示器自自动适应应负荷变变化，指指示器是是否动作作动作主主要取决决于故障障电流分分量而不不是总电电流。智智能化程程度高，，判据比比较全面面，可以以大大减减少误动动的可能能性；。在变电站站接地变变压器的的中性点点对地之之间接入入可控的的中电阻阻（100多欧姆））。故障障时在变变电站接接地变的的中性点点上（无无中性点点时可接接在母线线上）的的动态阻阻性负载载信号源源自动短短时投入入,在变电站站和现场场接地点点之间产产生特殊殊的小的的编码信信号电流流，通过过对信号号源对地地电阻的的编码控控制，产产生叠加加在负载载电流上上的编码码信号电电流。变变电站出出线和线线路分支支点处安安装的接接地故障障指示器器，检测测这个电电流信号号，可自自动动作作指示，，达到指指示故障障的目的的系统组成成：信号源装装置+故障检测测装置主要原理理：（1）有源法法（智能能中阻接接地法））2、单相接接地故障障检测、、选线和和定位技技术故障发生生后：（（1）信号源源延时投投入；（（2）变电站站出线的的故障指指示器指指示出故故障出线线（k号指示器器动作））；（3）选线装装置自动动显示和和记录故故障出线线（4）线路上上故障通通路上的的的故障障指示器器k1-k3自动翻牌牌，给出出红色指指示。（1）有源法法：与智智能中阻阻配合使使用特点：利用架空空故障指指示器采采集到的的线路暂暂态电流流变化特特征和电电场暂态态变化特特征组合合，判别别故障位位置是否否在指示示器安装装点的的的下方；；单相指示示器即可可实现故故障检测测很多情况况下暂态态特征不不明显、、或采集集不准或或受干扰扰易造成成误动或或拒动。。（2）无源：：暂态极性性比较法法将故障指指示器的的动作状状态通过过适当的的通信方方式送到到控制中中心的以以GIS为基础的的计算机机监控系系统，实实现拓扑扑分析，，在地理理图上的的故障自自动定位位（指示示器+通信终端端+主站定位位分析软软件），，有数百百工程、、数十万万只指示示器应用用实例3、故障指示示器和主主站配合合实现故故障自动动定位GSM通信网网接地故故障信信息传传送过过程智能面面板可可行性性研究究WEB浏览（（已完完成））故障定定位系系统图图例远程访访问、、WEB浏览WEB浏览（（已完完成））故障定定位移移动工工作站站—手机APP配网运运行信信息查查询实时告告警实时数数据查查询历史告告警查查询历史数数据查查询曲线查查询配网潮潮流查查询负荷曲曲线和和报表表WEB浏览（（已完完成））故障定定位移移动工工作站站—手机APP故障定定位信信息查查询故障实实时信信息查查询故障原原因、、消缺缺过程程查询询故障位位置的的GIS查询故障历历时信信息查查询馈线自自动化化信息息查询询馈线自自动化化全过过程的的监测测馈线自自动化化历史史信息息查询询WEB浏览（（已完完成））故障定定位移移动工工作站站—手机APP配电GIS信息查查询配电设设备台台账和和运行行信息息查询询配电设设备统统计查查询智能计计量信信息查查询用户电电表数数据查查询用户电电表曲曲线查查询用户电电表预预报数数据查查询WEB浏览（（已完完成））故障定定位移移动工工作站站—手机APP工程化化策略略配电设设备GPS定位的的应用用（数数据录录入，，网络络结构构生成成、网网络变变化修修改维维护等等）。。智能终终端的的现场场通信信调试试工作站站。Android微信工单管管理信息化化、移移动化化、实实时化化、透透明化化。全过程程管理理和监监控。。涵盖故故障抢抢修和和计划划检修修业务务。与设备备管理理、SCADA、调度度管理理、值值班管管理和和客户户管理理统一一设计计。角色、、权限限定义义。统计分分析（（工作作量、、工作作成本本、停停电损损失、、设备备质量量、服服务质质量等等）。。功能特特点工单管管理工单管管理（（里程程碑））工单下下达系统报报警电话报报警计划检检修工单启启动下达任任务指定人人员计划时间工作票管理理人员出发APP确认路径参考轨迹跟踪到达现场现场描述预计时间工作互动工作票管理理工单完成完成情况完成确认评价工单管理（（工单与设设备关联））工单管理（（人员工单单确认后路路径参考））工单管理（（人员运动动轨迹跟踪踪）工单管理（（人员信息息显示）工单管理（（GIS查询）工单管理（（照片、视视频查询））标准化。种类用户自自定义。每个工单所所用的工作作（操作））票用户自自定义。典型工作（（操作）票票管理。可使用PC和智能手机机。功能特点工单管理（（工作票管管理）工单管理（（工作票管管理）工单管理（（工作票管管理）（1）带录波功功能的高精精度的指示示器4、故障指示器器的最新发发展（1）指示器在在正常情况况下保持采采样和时间间同步；（2）在发生接接地故障后后，自动启启动故障录录波；（3）主控单元元负责三相相同步、零零序暂态电电流合成，，以及故障障波形和数数据上传（4）控制中心心负责故障障数据处理理、故障波波形识别、、故障判别别和定位。。特点：高速、高精精度采样；；三相同步步控制；实实现成本较较高如果故障判判别和定位位交给控制制中心，对对主站依赖赖度高；对对指示器的的故障识别别和定位功功能要求降降低努力方向：：利用接地相相暂态电流流和电压波波形就地识识别故障利用高精度度采样大幅幅度提高有有源指示器器的检测灵灵敏度++通信（无线线）+自组网故障障指示器：：带中继通通信单元，，一系列在在线安装和和运行的故故障指示器器能够自动动组成一个个无线通信信信息网络络、自动路路由，将故故障信息上上报