配网自动化系统详解汇编

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1、* 第4章 馈线自动化 馈线自动化是配电自动化的重要组成部分。 l目的：对馈出线路进行数据采集和监控（SCADA 功能），故障时，及时准确地确定故障区段，迅速 隔离故障区段并恢复健全区段供电。 l主要功能：配网馈线运行状态监测、控制、故障诊 断、故障隔离、网络重构。 l实现：一种是基于重合器的馈线自动化系统；另一 种是基于馈线终端设备(FTU)的馈线自动化系统。 * 4.1 基于重合器的馈线自动化 l原理：无需通信，根据短路时出现的短路电流 ，靠多次重合闸找出故障区段并进行隔离，主 要用在辐射线路。 l实现模式：重合器与重合器配合模式、重合器 与电压-时间型分段器配合模式、重合器与过流 脉冲计

2、数型分段器配合模式。 * 1. 重合器(Recloser)分类和功能 l定义：集断路器、继电保护、操动机构为一体，具 有控制和保护功能的开关，能按预定开断、重合顺 序自动操作，并可自动复位、闭锁。 * 1. 重合器(Recloser)分类和功能续 l功能：故障后重合器跳闸，按预定动作顺序 循环分、合若干次，重合成功则自动终止后 续动作；重合失败则闭锁在分闸状，手动复 位。 l动作特性：根据动作时间-电流特性分快速动 作特性（瞬动特性）、慢速动作特性（延时 动作特性）两种。 l动作特性整定：“一快二慢”、“二快二慢”、“ 一快三慢”。 * 2. 分段器(Sectionalizer)分类和功能 l

3、定义：与电源侧前级开关配合，失压或无电流时自动分闸的 开关设备。 l功能：永久故障时，分合预定次数后闭锁在分闸状，隔离故 障区段；若未完成预定分合次数，故障已被其他设备切除， 则保持在合闸状（经一段延时后恢复到预定状态，为下次故 障作准备）。 l要求：一般不能开断短路故障电流。 l关键部件：故障检测继电器（FDR: Fault Detecting Relay） 。 l根据判断故障方式的不同分类：电压时间型，过流脉冲记 数型。 * 1) 电压时间型分段器 l故障隔离原理： 根据加压、失压时间长短控制动作，失压后分闸，加压时合闸 或闭锁。用于辐射、树状、环状网。 lFDR整定参数： X时限：分段器

4、电源侧加压至该分段器合闸的时延。 Y时限：分段器合闸后未超过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，下一次再得电时不再自动重合 。 Y时限又称故障检测时间 。 lFDR功能： 第一套功能：用于常闭状态的分段开关，用于辐射、树状网； 要求X时限Y时限电源端断路器跳闸时间。 第二套功能：用于常开状态的联络开关，用于环网联络开关常 开状态。 * 2) 过流脉冲计数型分段器 l故障隔离原理： 记忆前级开关开断故障电流动作次数，达到预定记忆次数时 ，在前级开关跳闸的无电流间隙内，分段器分闸，隔离故障 区段。前级开关开断故障电流动作次数未达到预定记忆次数 时，分段器经一定延时后计数清零，复

5、位至初始状态。 lFDR整定参数： 前级开关过流开断次数。 lFDR功能： 前级开关开断过电流电流动作计数与记忆。当记忆次数=设定 次数时，分段器闭锁。 * 3. 重合器与分段器配合实现故障区段隔离 l重合器与电压时间型分段器配合 情况。（重点掌握） l重合器与过流脉冲计数型分段器配 合情况类似（自学）。 * 1）辐射状网故障区段隔离过程 A重合器：一慢一快，第一次重合=15S，第二次重合=5S； B、D分段器：X=7S，Y=5S；C、E分段器：X=14S，Y=5S * 各开关动作时序图 lA重合器： 第一次重合时 间=15S，第二 次重合时间 =5S lB、D分段器 ：X时限=7S ，Y时限

6、=5S lC、E分段器 ：X时限=14S ，Y时限=5S * 2）环状网开环运行时的故障区段隔离 A重合器：一慢一快，第一次重合=15S，第二次重合=5S； B、C、D分段器：X=7S，Y=5S；E分段器：X=45S，Y=5S * 各开关动作时序图 lA重合器 ：第一次重 合=15S，第 二次重合 =5S lB、C、D 分段器： X=7S， Y=5S lE分段器 ：X=45S， Y=5S * 4.重合器与重合器配合实现故障区段隔离 l发生过流或低电压时重合器动作。 l出线重合器：一快二慢，失压3S后分断；中间重合器：二 慢，失压10S后关闭重合功能，并改为一次分闸后闭锁；联络 重合器：一慢，两

7、侧失压后15S合闸。 * 5. 基于重合器的馈线自动化系统不足 l我国馈线自动化近几年才开始，主要采用电压型 及电流型两种控制模式。 l我国配电网是小接地电流系统，欧美、日本等国 ，大部分是大接地电流系统。 l我国配网设备状况、管理要求不同于国外，照搬 国外电流型或电压型模式，推广用于城网必然带 来问题。 l基于重合器能够准确地判断故障区段，并能自动 隔离故障区段。 * 存在缺陷 1）切断故障时间较长，动作频繁，减少开关寿命。 2）故障由重合器或变电所断路器分断，系统可靠性降低； 多次短路电流冲击、多次停送电，对用户造成严重影响。 3）重合器或断路器拒动时，事故进一步扩大。 4）环网时使非故障

8、部分全停电一次，扩大事故影响。 5）不能寻找接地故障。 6）无断线故障判断功能，一相、多相断线，重合器不动作。 7）变电站出线开关需改造，目前出线开关具有一次重合闸 功能，装重合器后，需改造为多次重合型。 8）重合器保护与出线开关保护配合难度大，要靠时限配合。 9）不具备“四遥”功能，无法进行配电网络优化等工作。 * 自动重合器 * 4.2 基于FTU的馈线自动化系统 1. 基于FTU的馈线自动化系统D的组成 * 系统特点 l配网实时信息通过就地FTU采集，传送到区域集控 或变电站集中，上报配电调度中心。 l配电调度中心控制命令通过区域集控或变电站转发 给FTU执行。 lFTU采集柱上开关运行

9、情况，将信息上传到配网控 制中心，或接受控制中心命令进行远方操作。 l故障时，FTU将记录的故障电流、时间等上报，供 分析使用。 l区域工作站：通道集中器和转发装置，并将各单元 通信规约转换为标准远动规约。 * 2. FTU的性能要求(1) l遥信功能：开关位置、贮能完成情况、通信完好性； l遥测功能：U、I、P、Q等； l遥控功能：远方对柱上开关分合、贮能等； l统计功能：开关动作次数、动作时间、累计切断电流 水平； lSOE和对时功能：保证SOE的准确性，与系统时钟一 致； l事故记录：记录事故发生时的最大故障电流和事故前 （1min）负荷，便于确定故障区段； l定值远方修改和召唤定值：适

10、应配网运行方式变化； l自检和自恢复功能：设备故障时报警、干扰时自复位； * FTU的性能要求(2) l远方控制闭锁和手动操作功能：检修线路或操作开关 时确保操作安全性； l远程通信功能：RS-232，RS-485，通信规约问题； l抗恶劣环境：雷电、环境温度、防雨、防湿、风沙、 振动、电磁干扰； l维修方便：保证不停电检修； l电源可靠：保证故障或停电时FTU有工作电源； l可选功能：电度采集（核算电费、估计线损，防窃电 ）；微机保护（实现自适应保护）；故障录波（故障 分析用）。 * 3. FTU的组成和结构 一种典型的FTU系统框图 * * 4. 区域工作站 特点：1）一 般采用工业PC

11、、多路串行口 扩展板构成， 采用通用规约 ，允许多台 FTU共用同一 通道；2）一 般设置在主变 电所，并设 UPS。 * 5. 配变远方测控单元（TTU） lTTU的主要功能： 1）实现对配电变压器实现远方监视。 2）采集变压器的I、U、P、Q、cos、分时电量、 电压合格率等数据。 3）根据监视的负荷曲线，准确计算线损、用户电 量核算、防窃电。 4）通过低压配电线载波实现对本台区低压用户进 行抄表数据的远传。 l结构特点：与FTU类似，但增加低压载波、输出 控制为补偿功率因数的电容器。 * 一种典型的配变测控终端单元组成 * 6. 两种馈线自动化系统的比较 l基于重合器、FTU的馈线自动化

12、系统国外大量使用 。 基于重合器开关设备 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 主 要 优 点 1)结构简单 。 2)建设费 用低。 3)不需建通信网络。 4)无电源提取问题 。 1)故障时隔离故障区域，正常 时监 控配网运行，可优化运 行方式，实现 安全经济 运行 。 2)适应灵活的运行方式。 3)恢复健全区域供电时 ，可采 取安全和最佳措施。 4)可与MIS、GIS等联网，实 现全局信息化。 两种馈线自动化系统的比较 * 主要 缺点 1)仅故障时起作用,正常运行 时无监控作用，不能优化运 行方式。 2)调整运行方式后,需到现场 修改定值。 3)恢复健全区域供电

13、时，无 法采取安全、最佳措施。 4)需多次重合,对设备 冲击 大。 1)结构复杂。 2)建设费高。 3)需通信网络。 4)存在电源提取问题 。 主要 设 备 重合器、分段器等FTU、通信网络、区 域工作站、计算机系 统。 适用 范 围 农网、负荷密度小的偏远地 区、供电途径少于两条的电 网。 城网、负荷密度大的 地区、重要工业园区 、供电途径多的网格 状配网、供电可靠性 要求高的区域。 两种馈线自动化系统的比较(续表) * 开环运行的多电源环状网两种系统比较 l1)基于重合器的馈线自动化系统 l若为使网上负荷均衡化，将联络开关从G调整到D，则G和D 均应重新到现场整定。 lb区发生永久性故障时

14、，分段开关B、C分闸后，联络开关G 、E究竟合哪个，无法选择。 l2)基于FTU的馈线自动化系统：可很方便地解决以上问题。 * 4.3 故障区段判断和隔离 l1. 基本原理 l1）辐射、树状网、开环运行的环状网：根据最后一 个有故障电流和第一个无故障电流两个开关的电流 变化判断故障区段。 2）闭环运行的环状网：根据故障功率方向判断故障区段。 * 2. 故障区段判断和隔离算法 l采用矩阵算法来实现判断、隔离故障区段。 l1）网络描述矩阵D l断路器、分段开关、联络开关作为节点（N），可 构NN维方阵； l若第i、j节点间存在馈线，则第i行、第j列元素， 第j行、第i列元素均置1；不存在馈线的节点

15、对应 元素置0。 l2）故障信息矩阵G l若第i个节点的开关故障电流超过整定值，则第i行 第i列元素置0，反之置1，矩阵的其他元素均置0。 也是NN维方阵。 * 网络描述矩阵与故障信息矩阵举例 简单馈线网络（“C”为流过故障电流标志） * 3）故障判断矩阵P l对矩阵D与矩阵G相乘，并进行规格化，得 P=g（DG）=g（P） lg代表矩阵的规格化运算，其具体操作： l若D阵中元素dmj、dnj、dkj为1，且G阵中gjj =1时， 需对P 阵中第j行和第j列元素进行规格化处理；若gmm 、gnn、gkk至少有两个为0，则将P 阵中第j行和第j 列的元素全置0；若上述条件不满足时， P阵中相应的

16、 元素值不变。 l矩阵P反映了故障区段：若P中的元素 pij XOR pji 1 ，则馈线上第i节点和第j节点间的区段有故障。 * 故障判断矩阵P举例 p34 XOR p43 0， p45 XOR p54 0， p56 XOR p65 0， p67 XOR p76 0， p23 XOR p32 1， 因此故障点在节点 2、3之间。 * 较复杂馈线网络举例（1） “C”为流 过故障电 流标志） * 较复杂馈线网络举例（2） P矩阵中，只有 p43 XOR p34 1， p46 XOR p64 1，因 此故障点在节点4和3之间，或在节点4和6之间。 规格化目的是避免误判，若P 不进行规格化，则会错 误地判断故障点位于节点5和7之间。 * 4.4 馈线自动化的电源问题 电源要求： 时刻保证电源的连续性；故障时，各测