6袁钦成智能配电网故障处理自动化技术XXXX0717

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。CB1S1S2S3S4S5CB2F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合分段器工作原理CB1S1S2S3S4S5CB2F特点：不需要主站和通信缺点：只检测电压、动作次数多电流计数型分段器工作原理CB1S1S2S3S4S5CB2F特点：不需要主站和通信缺点：只检测电流、不适合主环路综合型就地分布智能模式综合检测电流电压综合了电压分段器、电流分段器和重合器的优点不依赖通信，但可以利用通道提高效率与各种开关集成构成智能柱上开关适合在主环路或分支回路故障点后开关残压闭锁联锁分闸、联络开关可自动延时合闸转供。综合型分布智能模式在架空网中的应用柱上开关可使用负荷开关或断路器实现故障自动隔离、自动转移供电支持两电源或三电源、四电源系统没有通信通道也可以实现故障隔离和电源转供及供电恢复有通信时可自动升级实现远程自动化功能故障就地处理：可靠性高、速度快适应不同阶段的自动化要求终端S1PTPT终端S3PTPT终端S4PTPTES1终端S2PTPTFES2CB1CB2不依赖于通信、就地分布式智能自动化方案CB1、S1、S2感受到故障电流，S1速断保护跳闸，CB1延时保护；S2、S3失电延时分闸；S1重合闸，重合成功短时闭锁保护；S2得电延时合闸，合到故障快速分闸并闭锁；S3检测到残压脉冲，保持分闸并闭锁；S4单侧失压延时合闸，转移供电。就地分布式智能模式在电缆网应用智能环网柜进出线开关可使用负荷开关或断路器出线故障只跳出线内部故障自己隔离主环故障时自动隔离故障区段、自动转移供电不依赖通信实现自动化功能有通信时自动升级为远程三遥智能环网柜组成的电缆环网方案F1F2F3F4F5S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4RDCU-3A通信网络易受外力破坏而导致通信异常。把网络式保护与就地智能功能融合，可设计出一整套容错方案，当系统中任何节点或装置对外的通信通道丧失或异常后，自动启动就地智能，实现容错，确保故障区段最终能够被有效隔离，联络开关自动转移供电。容错方案使用以下一些列功能：“得电重合”功能“重合成功短时闭锁保护”功能“合到故障后快速跳闸”功能“失电延时分闸不闭锁”功能“联锁失电延时分闸（闭锁）”功能“残压脉冲分闸闭锁”功能“单侧失压延时合闸”功能网络式保护+就地智能=网络式保护的容错方案容错方案实例分析（开环模式，S1通讯故障）S1启动“速断保护”功能或者“过流保护”功能；分闸（容错跳闸）；S2启动“速断保护”功能或者“过流保护”功能；分闸；S1启动“得电重合”功能；“重合成功短时闭锁保护”功能；合闸（容错恢复）；S3启动“联锁失电延时分闸闭锁”功能；分闸；S4启动“单侧失压延时合闸”功能或“检闭锁单侧失压延时合闸”功能；合闸。终端S1PTPT终端S3PTPT终端S4PTPTES1终端S2PTPTF3ES2CB1CB2容错方案实例分析（闭环模式，S1通讯故障）S1启动“速断保护”功能或者“过流保护”功能；分闸（容错跳闸）；S2启动“速断保护”功能或者“过流保护”功能；后备状态；S3启动“速断保护”功能或者“过流保护”功能；分闸；S4启动“速断保护”功能或者“过流保护”功能；分闸；S1启动“得电重合”功能；“重合成功短时闭锁保护”功能；合闸（容错恢复）；终端S1PTPT终端S3PTPT终端S4PTPTES1终端S2PTPTF4测试仪模拟电源表示关联方向(可以通过改变接线而改变)ES2测试仪模拟电源CB2CB1不同类型开关混合组网自动化方案环网柜2终端S3S1S2S4F1主供点源一CB1H1终端S3S1S2S4H2终端S3S1S2S4主供电源二CB2H4H4终端S3S1T2S4H6终端T3S1S2T4H5终端S3S1S2S4主供电源三CB3备用电源CB4H0/S1H0/S3H0/S0PTPTPTPTPTPTPTPTPTPTPTPTH0/S2F2F3S-断路器，T-负荷开关不同类型开关混合组网自动化方案F3故障：H4中S1启动“速断保护”或“过流保护”功能；处于后备状态；H4中T2启动“负荷开关故障隔离”功能，处于后备状态；H6中S1启动“速断保护”或“过流保护”功能；分闸；H4中T4启动“负荷开关故障隔离”功能；分闸并闭锁；H6中S1启动“重合闸”功能，重合成功；H0中S3启动“检闭锁单侧失压延时合闸”功能；合闸，转移供电。配电系统单相接地故障后的特征及故障隔离方法（1）单相接地故障稳态信号特征：零序电压及零序电流消弧线圈对稳态零序电流的分布规律影响较大(2)单相接地故障后的暂态信号特征（受接地时刻、接地电阻、接地点距离影响）故障发生在相电压最大值附近，过渡电阻为100欧姆。故障发生在相电压零值附近，过渡电阻为100欧姆。单相接地故障后，延时数秒后（主要是躲过瞬时性接地故障或暂态燃弧过程），短时动态投入中电阻几秒后退出。为了防止电流过大对配电系统的安全运行造成危害，控制信号源产生的特征信号电流幅值一般不大于40A。EFS：接地信号源由中电阻+投切开关+监测控制装置组成ABC线路1线路2线路N.aE.bE.CEEFS消弧线圈有中性点引出的系统信号源接在中性点上EFS无中性点引出的系统信号源接在母线上FSFISFISFISFISFISFISFI图中代表无故障指示器代表有故障指示器接地变压器变压器TEFS代表信号源装置虚线1虚线2智能中电阻接地（信号源法）原理示意图（3）“制造”一个接地故障特征：智能中阻接地智能中阻法：故障线路故障相电流波形（4）智能终端实现接地故障隔离CB1S1S2S3S4S5CB2F特点：不依赖主站和通信，只检测零序电压、适合主环路和分支线，原理简单，实现可靠可以隔离故障区段和非故障区段自动转供需要变电站出线开关配合操作，线路上需要安装零序PT基于零序电压：（开关+零序PT+智能终端；在南方电网有工程实践）（4）智能终端实现故障隔离CB1S1S2S3S4S5CB2F特点：不依赖主站和通信，只检测零序电流；适合特殊分支线，原理简单，实现可靠可以隔离故障分支只适用于短分支线路入口开关使用基于工频零序电流：（开关+CT+智能终端；特定条件的分支线，典型应用：用户分界开关）（4）智能终端实现故障隔离CB1S1S2S3S4S5CB2F1特点：1、不依赖主站、不需要变电站出线开关配合操作、非故障区段不停电，适合主环路和分支线。可以实现故障区段自动隔离和非故障区段自动转供2、可以与智能中阻配合使用3、使用暂态法时，可能需要安装三相PT监测暂态电压开关之间相互通信，基于分布智能的智能终端方案（开关+通信+智能终端，有源、无源法，广东佛山）F2（三）智能终端和主站结合实现故障定位CB1S1S2S3S4S5CB2F1特点：1、终端只采集故障特征信号，并上送故障记录（波形或判别结果）2、主站必须有相应的故障诊断软件和故障定位软件1、智能终端负责故障特征信号的采集（或录波）、判别，主站负责故障定位（传统的配电自动化系统故障处理思路）F2工程应用以分布式智能技术为基础的故障隔离和转供方案，由于不依赖通信道和主站会使得控制方案更可靠；由于可以逐步升级，因此适合分步实施。利用该技术设计的智能柱上开关和智能环网柜已经在工程中广泛应用。网络式保护与就地智能的结合的自动化方案已在广东佛山的863项目示范试点工程中批量应用。佛山现场短路实验海四路开关站10kV母线UAB海四路开关站10kV母线UBC海四路开关站10kV母线UCA桂华村至海四路联络线电流IC桂华村602开关保护动作信号桂华村602开关状态海四路603开关状态环网开关延时合闸触发信号海四路601开关状态-100-50050100150200250300-150-100-50050100150……-100-50050100150200250300-150-100-50050100150……-100-50050100150200250300-150-100-500501001501800185019001950200020502100-150-100-500501001501800