第六章配电网馈线自动化

机电与自动化学院何朝阳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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。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。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。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。TVTVFDDFDD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安装于处于常开状态的联络开关处的分段器故障检测装置要设置在第二套功能。安装于联络开关处的分段器故障检测装置要对两侧的电压进行监测，当监测到任一侧失压时起动XL计数器，规定时间XL时限后，使分段开关合闸。同时起动Y计时器，若在计满Y时限规定的时间以内，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过电流脉冲计数型分段器通常与前级的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。在预定的记忆次数后，在前级的重合器或断路器，将线路从电网中短时切除的无电流间隙内，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达到分段器预设的动作次数，分段器在一定的复位时间后会清零动作次数并恢复到预先整定的初始状态，为下一次故障做好准备。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采用电压-时间型分段器，X时限均整定为7s。C和E采用电压-时间型分段器，X时限均整定为14s。所有分段器的故障检测装置的Y时限均整定为5s。分段器均设置在第一套功能。1.辐射状网故障区段隔离AaBCDdEeAaBCDdEeAaBCDdEeAaBCDdEeAaBCDdEeAaBCDdEeAaBCDdEe15s15s7s7s5s闭锁7s15s14s闭锁cccccccbbbbbbb7sa)b)c)d)g)f)e)15s7s7s7s14s1.辐射状网故障区段隔离A采用重合器，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采用电压-时间型分段器并且设置在第一套功能，X时限均整定为7s，Y时限均整定为5s。E也是采用电压-时间型分段器，但设置在第二套功能，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.环状网开环运行时的故障区段隔离AaBceba)CDEFd联络开关AaBcebb)CDEFd联络开关AaBcebc)CDEFd联络开关AaBcebd)CDEFd联络开关AaBcebe)CDEFd联络开关AaBcebf)CDEFd联络开关AaBcebg)CDEFd联络开关AaBcebh)CDEFd联络开关AaBcebi)CDEFd联络开关7s7s15s7s15s15s7s5s7s5s闭锁闭锁闭锁闭锁闭锁闭锁闭锁三、重合器与电压-时间型分段器配合2.环状网开环运行时的故障区段隔离（1）分段器的时限整定。分段器的Y时限一般可以统一取为5s；分段器的X时限的整定。◦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的树状（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的绝对合闸延时时间，并注意不能在任何时刻有一台以上的分段开关同时合闸。◦第三步：某台分段器的X时限等于该开关的绝对合闸延时时间减去其父节点分段器的绝对合闸延时时间。三、重合器与电压-时间型分段器配合3.重合器与电压-时间型分段器配合的整定方法（2）联络开关的时限整定“手拉手”的环状配电网只有一台联络开关参与故障处理时，分别计算出与该联络开关紧邻的两侧区域故障时，从故障发生到与故障区域相连的分段开关闭锁在分闸状态所需的延时时间TL（左）TR和（右），取其中较大的一个记作Tmax，则XL时限的设置应大于Tmax。这样整定是允许在故障后重合过程中可从任一侧进行按顺序的依次合闸。3.重合器与电压-时间型分段器配合的整定方法3.重合器与电压-时间型分段器配合的整定方法例6-1对于图6-4所示的配电网，S1、S2和S3代表具有两次重合功能的变电站出口重合器，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代表线路上的电压-时间型分段开关，设置在第一套功能，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）虚线框内的网络中，各台分段开关的X时限及联络开关E的XL时限；（2）整个网络中，两台联络开关E、H均参与故障处理的情况下，分别整定联络开关E、H的XL时限。3.重合器与电压-时间型分段器配合的整定方法abcdefghmS1S2S3BCDEFGHM1233.重合器与电压-时间型分段器配合的整定方法3.重合器与电压-时间型分段器配合的整定方法3.重合器与电压-时间型分段器配合的整定方法3.重合器与电压-时间型分段器配合的整定方法AaBCcba)AaBCcbb)AaBCcbc)AaBCcbd)AaBCcbe)闭锁闭锁四、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AaBCcba)AaBCcbb)AaBCcbc)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（1）为了隔离故障，重合器和分段器要进行多次分合操作，切断故障的时间较长，且对设备及负荷造成一定的冲击。当采用重合器与电压－时间型分段器配合隔离开环运行的环状网的故障区段时，要使联络开关另一侧的健全区段所有的开关都分一次闸，造成供电短时中断，更加扩大了事故的影响范围。（2）基于重合器的馈线自动化系统仅在线路发生故障时发挥作用，而不能在远方通过遥控完成正常的倒闸操作。（3）基于重合器的馈线自动化系统不能实时监视线路的负荷。（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。系统由馈线监控终端、通信网络及主站系统构成。终端管理馈线故障定位系统管理报表管理告警信息管理可视化拓扑分析故障定位系统数据库GPRS网络前置通信服务器A前置通信服务器B通信接入设备馈线监控终端馈线监控终端馈线监控终端移动服务器防火墙综合应用层数据管理层数据采集层其他系统接口配电网馈线故障定位系统主站当配电网发生故障后，各相关馈线监控终端将相应的分段开关及联络开关处的实时信息通过数据通信传到主站系统，主站系统根据一定的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。对于辐射网、树状网和处于开环运行的环状网，故障区段定位只需要判断沿线的各个开关是否流过故障电流。假如线路出现单一故障，沿电源到负荷的方向最后一个经历了故障电流和第一个没有经历故障电流的开关之间为故障区段。为了确定开关上是否流过故障电流，需要对安装于其上的各台馈线监控终端进行整定，由于不是通过对各个开关整定值的区别来定位故障区段，所以这种整定较方便。配电网故障区段定位最基本的问题就是如何用合理的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通过网基结构矩阵D和故障信息矩阵G的运算，得到一个故障判断矩阵P，根据故障判断矩阵P判断和隔离故障区段。1.网基结构矩阵D网基结构矩阵D描述了配电网的潜在联接方式,它取决于配电线路的架设。1543267断路器联络开关分段开关过流过流过流f0100000101000001010000010100000101000001010000010D图6-8一个简单的配电网二、基于网基结构矩阵的定位算法2.故障信息矩阵G如果节点的开关经历了超过整定值的故障电流，则故障信息矩阵G的第行第列的元素置0；反之则第行第列的元素置1；故障信息矩阵G的其他元素均置0。也即故障信息反映在矩阵G的对角线上。二、基于网基结构矩阵的定位算法如图6-4所示，节点3和节点4之间发生故障，则相应的故障信息矩阵G为1000000010000000100000001000000000000000000000000G3.故障判断矩阵P故障区段两侧的开关必定一个经历了故障电流，另一个未经历故障电流。而且故障区段的一个没有故障信息节点的所有相邻节点中，不存在两个以上的节点有故障信息。二、基于网基结构矩阵的定位算法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QGDPgg•其中代表规格化处理)(g如果矩阵D中的元素为1（表示节点与节点相邻）；矩阵G中的元素即节点j无故障；并且对应的矩阵G中的元素至少有两个为0（表示有两个以上与节点相邻的节点有故障信息）；则节点j一定不是