配电网自动化技术-CH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基于重合器的馈线自动化6.2.1重合器的分类和功能6.2.2分段器的分类和功能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基于重合器的馈线自动化系统的不足6.3基于馈线监控终端的馈线自动化6.3.1系统概述6.3.2馈线故障区段定位算法简介6.3.3基于网基结构矩阵的定位算法6.3.4基于网形结构矩阵的定位算法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的状态和馈线电流、电压情况，并实现线路开关的远方合闸和分闸操作以优化配网的运行方式，从而达到充分发挥现有设备容量的目的；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的供电，从而达到减小停电面积和缩短停电时间的目的；在单相接地等异常情况下,对单相接地区段的查找提供辅助手段。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。每个开关或环网柜的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6.2基于重合器的馈线自动化采用配电网自动化开关设备的馈线自动化系统，不需要建设通信通道，利用开关设备的相互配合，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。一、重合器的功能当故障发生后，若重合器监测到超过设定值的故障电流，则重合器跳闸，并按预先整定的动作顺序做若干次合、分的循环操作。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、分的循环操作后重合失败则闭锁在分闸状态，只有通过手动复位才能解除闭锁。二、分段器的分类和功能分段器是一种与电源侧前级开关（如重合器等）配合，在失压或无电流的情况下自动分闸的开关设备，一般不能断开短路故障电流。分段器的关键部件是故障检测装置(FaultDetectingDevice，FDD)。根据故障判断方式的不同，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。1.电压-时间型分段器电压-时间型分段器是凭借加压、失压的时间长短来控制其动作的，失压后分闸或闭锁，加压后合闸，一般由带微处理器的分段器故障检测装置根据馈线运行状态控制其分闸、合闸及闭锁。电压-时间型分段器有两个重要参数：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的时延；Y时限，又称为故障检测时间，若分段器合闸后在未超过Y时限的时间内又失压，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一般有两套功能。第一套是应用于常闭状态的分段开关；第二套是应用于处于常开状态的联络开关。可通过参数配置实现两套功能的切换。1.电压-时间型分段器对于辐射状馈线，将分段器的故障检测装置设置为第一套功能。当分段器的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时限规定的时间后，令分段器合闸；同时起动Y计时器，若在计满Y时限规定的时间以内，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-时间型分段器安装于处于常常开状态的联联络开关处的的分段器故障障检测装置要要设置在第二二套功能。安装于联络开开关处的分段段器故障检测测装置要对两两侧的电压进进行监测，当当监测到任一一侧失压时起起动XL计数器，规定定时间XL时限后，使分分段开关合闸闸。同时起动动Y计时器，若在在计满Y时限规定的时时间以内，该该分段器同一一侧又失压，，则该分段器器分闸并闭锁锁在分闸状态态，待下一次次再得电也不不再自动重合合。1.电压-时间型分段器器2.过电流脉冲计计数型分段器器过电流脉冲计计数型分段器器通常与前级的的重合器或断断路器配合使使用，它不能能开断短路故故障电流。但但在一段时间间内，能记忆忆前级开关设设备开断故障障电流动作次次数。在预定的记忆忆次数后，在在前级的重合合器或断路器器，将线路从从电网中短时时切除的无电电流间隙内，，分段器分闸闸，隔离故障障。若前级开关设设备开断故障障电流动作次次数未达到分分段器预设的的动作次数，，分段器在一一定的复位时时间后会清零零动作次数并并恢复到预先先整定的初始始状态，为下下一次故障做做好准备。三、重合器与与电压-时间型分段器器配合A为重合器，整整定为一慢二二快，即第一一次重合时间间为15s，第二次重合合时间为5s。B和D采用电压-时间型分段器器，X时限均整定为为7s。C和E采用电压-时间型分段器器，X时限均整定为为14s。所有分段器的的故障检测装装置的Y时限均整定为为5s。分段器均设置置在第一套功功能。1.辐射状网故障障区段隔离三、重合器与与电压-时间型分段器器配合1.辐射状网故障障区段隔离A采用用重重合合器器，，整整定定为为一一慢慢二二快快，，即即第第一一次次重重合合时时间间为为15s，第第二二次次重重合合时时间间为为5s。B、C和D采用用电电压压-时间间型型分分段段器器并并且且设设置置在在第第一一套套功功能能，，X时限限均均整整定定为为7s，Y时限限均均整整定定为为5s。E也是是采采用用电电压压-时间间型型分分段段器器，，但但设设置置在在第第二二套套功功能能，，其其XL时限限整整定定为为45s，Y时限限整整定定为为5s。三、、重重合合器器与与电电压压-时间间型型分分段段器器配配合合2.环状状网网开开环环运运行行时时的的故故障障区区段段隔隔离离三、、重重合合器器与与电电压压-时间间型型分分段段器器配配合合2.环状网开开环运行行时的故故障区段段隔离（1）分段器器的时限限整定。。分段器的的Y时限一般般可以统统一取为为5s；分段器的的X时限的整整定。第一步：：确定分分段器合合闸时间间间隔，，并从联联络开关关处将配配电网分分割成若若干以电电源开关关为根的的树状（（辐射状状）配电电子网络络。第二步：：在各配配电子网网络中，，以电源源节点合合闸为时时间起点点，分别别对各个个分段器器标注其其相对于于电源点点合闸时时刻的绝绝对合闸闸延时时时间，并并注意不不能在任任何时刻刻有一台台以上的的分段开开关同时时合闸。。第三步：：某台分分段器的的X时限等于于该开关关的绝对对合闸延延时时间间减去其其父节点点分段器器的绝对对合闸延延时时间间。三、重合合器与电电压-时间型分分段器配配合3.重合器与与电压-时间型分分段器配配合的整整定方法法（2）联络络开关的的时限整整定“手拉手手”的环环状配电电网只有有一台联联络开关关参与故故障处理理时，分分别计算算出与该该联络开开关紧邻邻的两侧侧区域故故障时，，从故障障发生到到与故障障区域相相连的分分段开关关闭锁在在分闸状状态所需需的延时时时间TL（左）TR和（右）），取其其中较大大的一个个记作Tmax，则XL时限的的设置置应大大于Tmax。这样样整定定是允允许在在故障障后重重合过过程中中可从从任一一侧进进行按按顺序序的依依次合合闸。。3.重合器器与电电压-时间型型分段段器配配合的的整定定方法法3.重合器器与电电压-时间型型分段段器配配合的的整定定方法法例6-1对于图图6-4所示的的配电电网，，S1、S2和S3代表具具有两两次重重合功功能的的变电电站出出口重重合器器，第第一次次重合合时间间为15s，第二二次重重合时时间为为5s。B、C、D、F、G和M代表线线路上上的电电压-时间型型分段段开关关，设设置在在第一一套功功能，，X时限均均整定定为7s。E和H为联络络开关关；实实心符符号代代表该该开关关处于于合闸闸状态态，空空心符符号代代表该该开关关处于于分闸闸状态态。假假设相相邻两两台分分段开开关合合闸时时间间间隔为为7s。要求整定定：（1）虚线框内内的网络中中，各台分分段开关的的X时限及联络络开关E的XL时限；（2）整个网络络中，两台台联络开关关E、H均参与故障障处理的情情况下，分分别整定联联络开关E、H的XL时限。3.重合器与电电压-时间型分段段器配合的的整定方法法3.重合器与电电压-时间型分段段器配合的的整定方法法3.重合器与电电压-时间型分段段器配合的的整定方法法3.重合器与电电压-时间型分段段器配合的的整定方法法3.重合器与电电压-时间型分段段器配合的的整定方法法四、重合器器与过流脉脉冲计数型型分段器配配合1.隔离永久故故障区段四、重合器器与过流脉脉冲计数型型分段器配配合1.隔离暂时性性故障区段段五、基于重重合器的馈馈线自动化化系统不足足（1）为了隔离离故障，重重合器和分分段器要进进行多次分分合操作，，切断故障障的时间较较长，且对对设备及负负荷造成一一定的冲击击。当采用用重合器与与电压－时时间型分段段器配合隔隔离开环运运行的环状状网的故障障区段时，，要使联络络开关另一一侧的健全全区段所有有的开关都都分一次闸闸，造成供供电短时中中断，更加加扩大了事事故的影响响范围。（2）基于重合合器的馈线线自动化系系统仅在线线路发生故故障时发挥挥作用，而而不能在远远方通过遥遥控完成正正常的倒闸闸操作。（3）基于重合合器的馈线线自动化系系统不能实实时监视线线路的负荷荷。（4）当故障区区段隔离后后，在恢复复健全区段段供电，进进行配电网网络重构时时，无法确确定最优方方案。6.3基于馈线监监控终端的的馈线自动动化系统由馈线线监控终端端、通信网网络及主站站系统构成成。一、系统概概述当配电网发发生故障后后，各相关关馈线监控控终端将相相应的分段段开关及联联络开关处处的实时信信息通过数数据通信传传到主站系系统，主站站系统根据据一定的故故障区段定定位算法自自动定位出出故障所在在区段，并并下发命令令给相关馈馈线监控终终端操作开开关设备将将故障区段段隔离，并并恢复非故故障区段供供电。对于辐射网网、树状网网和处于开开环运行的的环状网，，故障区段段定位只需需要判断沿沿线的各个个开关是否否流过故障障电流。假如线路出出现单一故故障，沿电电源到负荷荷的方向最最后一个经经历了故障障电流和第第一个没有有经历故障障电流的开开关之间为为故障区段段。为了确定开开关上是否否流过故障障电流，需需要对安装装于其上的的各台馈线线监控终端端进行整定定，由于不不是通过对对各个开关关整定值的的区别来定定位故障区区段，所以以这种整定定较方便。。配电网故障障区段定位位最基本的的问题就是是如何用合合理的数学学方式来描描述故障区区段定位问问题，并快快速求解。。一、系统概概述二、基于网网基结构矩矩阵的定位位算法通过网基结结构矩阵D和故障信息息矩阵G的运算，得得到一个故故障判断矩矩阵P，根据故障障判断矩阵阵P判断和隔离离故障区段段。1.网基结构矩矩阵D网基结构矩矩阵D描述了配电电网的潜在在联接方式式,它取决于配配电线路的的架设。图6-8一个简单的的配电网二、基于网网基结构矩矩阵的定位位算法2.故障信息矩矩阵G如果节点的的开关经历历了超过整整定值的故故障电流，，则故障信信息矩阵G的第行第列列的元素置置0；反之则第第行第列的的元素置1；故障信息矩矩阵G的其他元素素均置0。也即故障信信息反映在在矩阵G的对角线上上。二、基于网网基结构矩矩阵的定位位算法如图6-4所示，节点点3和节点4之间发生故故障，则相相应的故障障信息矩阵阵G为3.故障判断矩矩阵P故障区段两两侧的开关关必定一个个经历了故故障电流，，另一个未未经历故障障电流。而而且故障区区段的一个个没有故障障信息节点点的所有相相邻节点中中，不存在在两个以上上的节点有有故障信息息。二、基于网网基结构矩矩阵的定位位算法网基结构矩矩阵D和故障信息息矩阵G相乘后得到到矩阵Q，再对矩阵阵Q进行规格化化后就得到到了故障判判断矩阵P，即其中代代表表规格化处处理三、基于网网基结构矩矩阵的定位位算法如果矩阵D中的元素为为1（表示节点点与与节点相相邻）；；矩阵G中的元素即即节点j无故障；并且对应的的矩阵G中的元素至至少少有两个为为0（表示有两两个以上与与节点相相邻的节节点有故障障信息）；；则节点j一定不是构构成故障区区段的节点点；必须对矩阵阵Q进行规格化化处理，也也就是将矩矩阵Q中第j行和第j列的元素全全置为0。如果故障判判断矩阵P中的元素（（XOR表示异或）），则故障障发生在馈馈线上的第第i节点和第j节点之间的的区段，三、基于网网基结构矩矩阵