第四章 馈线自动化

1第四章馈线自动化•基于重合器的馈线自动化•基于FTU的馈线自动化系统•配电网简化模型•配电网络重构•配电网故障判断与隔离•馈线自动化的电源问题•馈线自动化的若干技术问题2馈线自动化的概念：就是监视馈线的运行方式和符合，指配电线路的自动化，是配电网自动化的重要内容之一。作用：在正常状态下，实时监视馈线分段开关与联络开关的状态和亏线电流、电压情况，实现线路开关的远方或就地合闸与分闸操作；在故障时，获得故障记录，并能自动判断和隔离馈线故障区段，迅速恢复非故障区域供电。3分类：基于自动化开关设备的馈线自动化系统。基于RTU、通信网络、SCADA计算机系统配网自动化系统4§4.1基于重合器的馈线自动化一、馈线自动化的概念：就是监视馈线的运行方式和符合，指配电线路的自动化，是配电网自动化的重要内容之一。作用：在正常状态下，实时监视馈线分段开关与联络开关的状态和亏线电流、电压情况，实现线路开关的远方或就地合闸与分闸操作；在故障时，获得故障记录，并能自动判断和隔离馈线故障区段，迅速恢复非故障区域供电。5一、基于重合器的馈线自动化：指利用配电自动化开关设备的相互配合关系，不需要建设通信通道，就能够达到隔离故障区域和恢复健全区域供电功能的系统。二、配电自动化的开关设备1、重合器：是一种自具控制及保护功能的开关设备，它能按预定的开断和重合顺序自动进行开断和重合操作，并在操作后自动复位或者闭锁。§4.1基于重合器的馈线自动化6功能：在线路正常运行时起到断路器的作用。在线路故障时，如果重合器经历了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、分闸的循环操作，若重合成功则自动终止后续的动作，并经一段时间后恢复到预先的整定状态，为下一次故障做好准本。若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。7分类：重合器按绝缘介质和灭弧介质分类电子控制油真空SF6液压控制电子液压混合控制单相三相柱上地面地下按相数分类按控制装置分类按安装方式分类分立元件控制电路集成电路控制电路微处理器控制电路82、分段器：是一种提高配电网自动化程度和可靠性的一种设备，它必须和电源侧前级主保护开关相配合，在失压或无电流的情况下自动分闸。功能：在电路发生永久性故障时，分段器在预定次数的分合操作后闭锁于分闸状态，从而达到隔离故障线路区段的目的。若分段器未完成预定次数的分合操作，故障就被其他设备切除了，则其保持在合闸状态，并经一定时间后恢复到预先的整定状态。9分类：根据判断故障方式的不同可分为电压—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，加压后合闸或闭锁。X时限：分段器电源侧加压开始，到该分段器合闸的时延，也称为合闸时间。10Y时限：又称为故障检测时间，是指分段器合闸后在未超过Y时限的时间内又失压，则该分段器分闸并被闭锁在分闸状态，等到下一次再得电时也不自动闭合。作用是：当分段器关合后，如果在Y时限内一直可检测到电压，则Y时间之后发生失压分闸，分段器不闭锁，重新来电时会合闸，如果在Y时间内检测不到电压，则分电器将发生分闸闭锁，即断开后来电也不再闭合。11过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，在一段时间内，记录前级开关设备开断故障电流动作次数，在预定的记录次数后，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，达到隔离故障区段的目的，若前级开关设备未达到预定的动作次数，则分段器在一定的复位时间后会清零并恢复到预选整定的初始状态，为下一次故障做准备。12四、重合器与分段器配合实现故障区段隔离1、重合器与电压—时间型分段器配合例1：辐射状网故障区段隔离ABCDEabecd(1)代表重合器合闸状态代表重合器断开状态代表分段器合闸状态代表分段器断开状态代表分段器闭锁状态13ABCDEabecd(2)ABCDEabecd(3)15s14ABCDEabecd(4)7s15sABCDEabecd7s15s7s（5）15ABCDEabecd7s15s7s闭锁（6）14sABCDEabecd7s5s7s闭锁14s（7）16例2：环状网开环运行时的故障区段隔离代表重合器合闸状态代表重合器断开状态代表分段器合闸状态代表分段器断开状态代表分段器闭锁状态代表联络开关断开状态代表联络开关合闸状态ABCDEFabecdf联络开关（1）17ABCDEFabecdf联络开关（2）ABCDEFabecdf联络开关（3）15s18ABCDEFabecdf联络开关（4）7s15sABCDEFabecdf联络开关（5）15s7s7s19ABCDEFabecdf联络开关（6）5s7s7sABCDEFabecdf联络开关（7）5s7s7s45s20ABCDEFabecdf联络开关（8）5s7s7s45sABCDEFabecdf联络开关（9）5s7s7s45s212、重合器与过流脉冲计数器型分段器配合例1：重合器与过流脉冲计数器型分段器配合隔离永久性故障区域代表重合器合闸状态代表重合器断开状态代表分段器合闸状态代表分段器断开状态代表分段器闭锁状态ABCabc（1）22ABCabc（2）ABCabc（3）23ABCabc（4）ABCabc（5）24例2：重合器与过流脉冲计数器型分段器配合处理暂时性故障区域代表重合器合闸状态代表重合器断开状态代表分段器合闸状态代表分段器断开状态代表分段器闭锁状态ABCabc（1）25ABCabc（2）ABCabc（3）26五、重合器与重合器配合实现故障区段隔离六、重合器与电压—时间型分段器配合的整定方法原则：重合器与电压—时间型分段器配合方式的整定的关键条件是不能在同一时刻有两台以上的分段开关同时合闸，只有这样才能判断出故障区域，避免对故障的误判。27整定步骤◆分段器的整定：▲分段器的Y时限一般统一选为5s。▲分段器X时限的整定：第一步：确定分段器合闸时间间隔，并从联络开关出将配电网分割成如干以电源开关为根的树状配电子网络。第二步：在各配电自网络中，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。28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作为其父节点的分段器的绝对合闸延时时间。例：图示配电网S1、S2、S3代表变电站出口断路器，B、C、D、E、F、G、H、M代表分段开关，E和H为联络开关，实心符号代表开关处于合闸状态，空心符号代表开关处于分闸状态。S1BCDEFabecdf联络开关S2S3GHMmg联络开关h29X时限整定：第一步：确定分段器开关合闸时间间隔为7s，并从联络开关处将配电网分割成三个辐射状配电子网络：S1、B、C、D、E、G、H，S2、F、E和S3、M、H。第二步：对于自网络S1、B、C、D、E、G、H，其各台分段器的绝对合闸延时时间分别为：Xa(B)=7s，Xa(c)=14s，Xa(D)=21s，Xa(G)=28s；30同理，对于子网络S2、F、E有Xa(F)=7s；对于子网络S3、M、H有Xa(M)=7s.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作为其父节点的分段器的绝对合闸延时时间，于是有：X(B)=Xa(B)-0=7s，X(c)=Xa(c)-Xa(B)=14-7=7s，X(D)=Xa(D)-Xa(c)=21-14=7s，X(G)=Xa(G)-Xa(c)=28-14=14s，X(F)=Xa(F)-0=7s，X(M)=Xa(M)-0=7s31◆联络开关的XL时限的确定只有一台联络开关参与故障处理时：分别计算出假设该联络开关两侧与该开关相连接的区域故障时，从故障发生到与故障区域相连的分段器闭锁在分闸状态所需的延时时间tmax（左）和tmax（右）取其中较大的一个记作tmax，则XL时限设置应大于tmax。32七、基于重合器的馈线自动化的不足1、采用重合器或断路器与电压—时间型分段器配合，当线路故障时，分段开关不能立即分断，而要依靠重合器或断路器的保护跳闸，在馈线失压后，分段开关才能分断。采用重合器或断路器与过流脉冲计数型分段器配合时，也要依靠重合器或断路器的保护跳闸，导致馈线失压后，分段开关才能分断。332、基于重合器的馈线自动化系统只能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，因此，无法掌握用户用电规律，也难于改进运行方式，当故障区域隔离后，在恢复健全区域供电，进行配电网重构时，也无法确定最优方案。34§4.2基于FTU的馈线自动化系统一、基于FTU的馈线自动化系统的组成配电网自动化中心计算机网络（SCADA）区域工作站RTURTU区域工作站区域工作站馈线控制线通信线FUT分段开关联络开关断路器35二、FTU:是一种具有数据采集和通信功能的柱上开关控制器。作用：各个FTU分别采集相应柱上开关的运行情况，如负荷、电压、功率和开关当前的位置、贮能完成情况等，并将上述信息由通信网络发给配电网的控制中心；接收配电网自动控制中心的命令进行相应的倒闸操作；故障时记录下故障前和故障时的重要信息，如最大故障电流和故障前的负荷电流、最大故障功率等，并将上述信息发送给控制中心，经计算机系统分析后确定故障区段和最佳供电恢复方案，最终以遥控方式隔离故障区段、恢复健全区段供电。36FTU的性能：遥信功能—对柱上开关的当前位置、通信是否正常、贮能完成情况等状态量进行采集。遥测功能—采集线路的电压、开关经历的负荷电流、有功和无功功率的等模拟量，监视电源电压和蓄电池剩余容量等。遥控功能—接收远方命令控制柱上开关合闸和分闸，以及启动贮能过程等。统计功能—对开关的动作次数、动作时间和累计切断电流的水平进行监视。对时功能—接受主系统的对时指令，以便和系统时钟保持一致37事件顺序记录—记录状态量发生变化的时刻和先后顺序。事故记录—记录事故发生时的最大故障电流和事故前一段时间的平均负荷，以便分析事故，隔离故障区域，恢复健全区域供电和进行负荷重新分配。定值远方修改和定值召唤—能接收控制中心的指令修改整定值，并使控制中心可以随时召唤FTU的当前整定值。使整定值可以随着配电网运行方式的改变而改变。38自检和自恢复功能—具有自检和自恢复功能，故障时报警，死机时可以重新复位。远方控制闭锁与手动操作功能—在进行检修线路或开关时，相应的FTU应有远方控制闭锁的功能，确保操作安全。同时应具有手动合闸/分闸功能，可以实现手动操作。远程通信功能—具有远程通信功能，提供必要的标准通信接口。抗恶劣环境功能—安装在户外，要求恶劣环境下仍能正常工作。包括雷电、环境温度、防雨防潮、风沙、振动、电磁干扰等。39良好的可维修性—可以实现不停电维修，更换方便。可靠的工作电源—当故障和其它原因导致电路停电时，FTU应保持有工作电源。其他功能—电度采集、微机保护、故障录波。40三、区域工作站：是一个通道集中器和转发装置，它将众多分散的采集单元集中起来和控制中心联系，并将采集单元的面向对象的通信规约转换成为标准的远动规约。四、配变远方测控单元（TTU）：结构和功能与FTU类似，目的是为了对配电变压器进行远方监视，采集配电变压器的电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、分时电量和电压合格率等数据，并以这些运行参数作为考核和经济运行分析的依据。41五、两种馈线自动化系统的比较采用配电自动化设备相互配合的馈线自动化系统和基于馈线终端设备（FTU）的馈线自动化系统目前国内外均大量使用，它们的比较和适用范围如下表所示：42两种馈线自动化系统的比较主要优点主要缺点所需主要设备适用范围基于自动化设备相互配合的馈线自动化系统基于FTU和通信网络的馈线自动化系统结构简单，建设费用低，不需要建设通信网络，不存在电源提取问题故障时隔离故障区域，正常时监控配电网运行，可以优化运行方式，实现安全经济运行；适应灵活的运行方式；恢复健全区域供电时，可以采取安全和最佳措施；可以和GIS、MIS系统联网，实现全局信息化仅在故障时起作用，正常时不起