第三章 配电网馈线自动化 第3章 配电网馈线自动化•3.1 馈线自动化模式•3.2 就地控制方式的馈线自动化–3.2.1 重合器的分类和功能–3.2.2 分段器的分类和功能–3.2.3 重合器与电压-时间型分段器配合–3.2.5 重合器与过流脉冲计数型分段器配合–3.2.6 基于重合器的馈线自动化系统的不足•3.3 远方控制方式的馈线自动化–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•3.4 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 3.1 馈线自动化模式馈线自动化FA（Feeder Automation）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。
配电网馈线自动化的作用是提高供电可靠性和质量，减少配电网运行和检修的费用；在馈线自动化的所有功能中，故障区域定位、隔离及恢复非故障区域供电是一个主要的功能 馈线自动化方案：馈线自动化方案：•1. 就地控制方式•2. 远方控制模式 3.2当地控制方式的馈线自动化•定义：依靠智能配电开关设备间的相互配合来实现馈线自动化•分类：•电流型方案：采用重合器、过流脉冲型分段器、熔断器相配合，以检测馈线电流来控制和保护•电压型方案：采用重合器与电压—时间型分段器配合，以检测馈线电压为依据进行控制和保护 3.2.1电压型方案 1.重合器与电压-时间型分段器配合 如下图， 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5sB和D采用电压-时间型分段器，X时限均整定为7sC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). 简单辐射状网故障区段隔离过程简单辐射状网故障区段隔离过程 2024/9/8A重合器：一慢二快，第一次重合重合器：一慢二快，第一次重合=15S，第二次重合，第二次重合=5S；；B、、D分段器：分段器：X=7S，，Y=5S；；C、、E分段器：分段器：X=14S，，Y=5SAecEDBdbaCAecEDdbaCA29secED 7sB7sdbaCA36secEDB7sdba闭锁闭锁C14sA15secEDBdbaCA22secEDB7sdbaCA69secE 14sD 7sB7sdba闭锁闭锁C(a)(f)(e)(d)(c)(b)(g)B •各开关动作时序图lA重合器：重合器：第一次重合时第一次重合时间间=15S，第二，第二次重合时间次重合时间=5SlB、、D分段器：分段器：X时限时限=7S，，Y时限时限=5SlC、、E分段器：分段器：X时限时限=14S，，Y时限时限=5S 1)辐射状网正常工作的情形。
2)在c区段发生永久性故障后，重合器A跳闸，导致线路失电压，造成分段器B、C、D和E均分闸3)事故跳闸15s后，重合器A第一次重合4)经过7s的X时限后，分段器B自动合闸，将电供至b区段5)又经过7s的X时限后，分段器D自动合闸，将电供至d区段6)分段器B合闸后，经过14s的X时限后，分段器C自动合闸7)重合器A再次跳闸后，又经过5s进行第二次重合，分段器B、D和E依次自动合闸，而分段器C因闭锁保持分闸状态，从而隔离了故障区段，恢复了健全区段供电 图3-3所示，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5sB、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5sE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 （（2）） 环状网开环运行时的故障区段隔离过程环状网开环运行时的故障区段隔离过程 联络开关联络开关AecEDBdbaC(a)(b)F联络开关联络开关ecEDBdbaCF联络开关联络开关ecEDdbaC(c)FA15sB7s联络开关联络开关ecEDdbaC(d)FA22sBA(i)联络开关联络开关ecEDBdbaCF(e)联络开关联络开关ecEDdbaFA29sAB7sC7s闭锁闭锁联络开关联络开关EDC(f)FA41sB7s联络开关联络开关ecEDdbaC(g)FA45s(h)联络开关联络开关ecEDdbaF52sBCB7s45sA重合器：重合器：一慢二快，第一次重合一慢二快，第一次重合=15S，第二次重合，第二次重合=5S；；B、、C、、D分段器：分段器：X=7S，，Y=5S；；E分段器：分段器：XL=45S，，Y=5S 各开关动作时序图lA重合器：重合器：第一次重合第一次重合=15S，第二，第二次重合次重合=5SlB、、C、、D分段器：分段器：X=7S，，Y=5SlE分段器：分段器：X=45S，，Y=5S 1)该开环运行的环状网正常工作的情形。
2)在c区段发生永性故障后，重合器A跳闸，导致联络开关左侧线路失电压，造成分段器B、C和D均分闸，联络开关E启动XL计时器3)事故跳闸15s后，重合器A第一次重合4)又经过7s的X时限后，分段器B自动合闸，将电供至b区段5)又经过7s的X时限后，分段器C自动合闸，此时由于c区段存在永久性故障，再次导致重合器A跳闸，从而线路失电压，造成分段器B和C均分闸6)重合器A再次跳闸后，又经过5s进行第二次重合，7s后分段器B自动合闸，而分段器C因闭锁保持分闸状态7)重合器A第一次跳闸后，经过45s的XL时限后，联络开关E自动合闸，将电供至d区段 8)又经过7s的X时限后，分段器D自动合闸，此时由于c区段存在永久性故障，导致联络开关右侧线路的重合器跳闸，从而右侧线路失电压，造成其上面的所有分段器均分闸9)联络开关以及右侧的分段器和重合器又依顺序合闸，而分段器D因闭锁保持分闸状态，从而隔离了故障区段，恢复了健全区段供电 •（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3））.重合器与电压重合器与电压-时间型分段器配合的整定方法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 •例3-1 对于图3-4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5sB、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7sE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 3.2.2电流型方案电流型方案2、重合器与过流脉冲计数型分段器配合、重合器与过流脉冲计数型分段器配合 （（1））.隔离永久故障区段过程隔离永久故障区段过程 图3-5 重合器与过电流脉冲计数型分段器配合隔离永久性故障区段的过程a)正常运行 b～d)故障隔离过程 e)故障隔离 1)该辐射状网正常工作的情形2) 在c区段发生永久性故障后，重合器A跳闸，分段器C计过电流一次，由于未达到整定值2次，因此不分闸而保持在合闸状态3)经一段延时后，重合器A第一次重合4)由于再次合到故障点处，重合器A再次跳闸，并且分段器C的过电流脉冲计数值达到整定值2次，因此分段器C在重合器A再次跳闸后的无电流时期分闸并闭锁5)又经过一段延时后，重合器A进行第二次重合，而分段器C保持在分闸状态，从而隔离了故障区段，恢复了健全区段的供电 （（2））.隔离暂时性故障区段隔离暂时性故障区段 图3-6 重合器与过电流脉冲计数型分段器配合处理暂时性故障的过程a)正常运行 b)故障隔离过程 c)故障消失 1)辐射状网正常工作的情形。
2)在c区段发生暂时性故障后，重合器A跳闸，分段器C计过电流一次，由于未达到整定值2次，因此不分闸而保持在合闸状态3)经一段延时后，暂时性故障消失，重合器A重合成功恢复馈线供电，再经过一段整定的时间以后，分段器C的过电流计数值清除，又恢复到其初始状态 3.2.3、基于重合器的馈线自动化系统不足 •（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 3.3远方控制方式的馈线自动化•远方控制方式FA的基础：计算机监控系统和通信网络 主要设备：具有数据采集和通信能力的配电远方终端单位•1.远方监控方式FA的功能： 正常时：远方实时的“4Y”功能 异常时（负荷不均匀时）：优化运行方式 故障时：记录的故障电流、时间等上报SCADA控制中心，远方自动判别、隔离故障区，恢复非故障区供电 •2.远方控制方式FA系统组成：配电网自动化控制中心计算机网络（配电网自动化控制中心计算机网络（SCADA））RTURTUFTU联络开关联络开关分段开关分段开关断路器断路器区域工作站区域工作站区域工作站区域工作站区域工作站区域工作站馈线馈线控制线控制线通信线通信线 •系统由馈线监控终端、通信网络及主站系统构成。
配电子站结构：（1）硬件：MCU及外围电路，SDRAM和FLASH电路，双以太网，CAN总线，RS232和RS485串行口，电源、复位电路和JTAG接口，液晶显示模块和键盘输入接口2）软件：采用VxWorks，可以大大提高系统通信的稳定性和实时性，系统具有高效的TCP/IP协议栈，可以实时与主站通信，并可以远方诊断现场装置运行情况，进行远方软件维护和升级 •3.远方控制方式FA的实现：•正常时RMU4的A4-2打开（开环运行）•F点永久性故障•FTU1和FTU2有故障电流•FTU3无故障电流•SCADA系统判定故障点在A2-2和A3-1之间•SCADA系统YK断开A2-2和A3-1隔离故障•SCADA系统YK关合A4-2恢复正常区域供电 3.4两种馈线自动化方式的评价及拓展两种馈线自动化方式的评价及拓展•两种FA系统的评价：当地控制方式的馈线自动化系统当地控制方式的馈线自动化系统远方控制方式的馈线自动化系统远方控制方式的馈线自动化系统主要主要主要主要优点优点优点优点结构简单，建设费用低，不需要建设通信结构简单，建设费用低，不需要建设通信网络，不存在电源提取问题网络，不存在电源提取问题故障时快速隔离故障区域，正常时监控配网运故障时快速隔离故障区域，正常时监控配网运行，可以优化运行方式，实现安全经济运行；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，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；可以和可以采取安全和最佳措施；可以和GISGIS、、MISMIS等等联网，实现全局信息化联网，实现全局信息化主要主要主要主要缺点缺点缺点缺点只在故障时起作用，正常运行时不能起监只在故障时起作用，正常运行时不能起监控作用；调整运行方式后，需要重新到现控作用；调整运行方式后，需要重新到现场修改元件整定值；恢复健全区域供电时，场修改元件整定值；恢复健全区域供电时，需要经过多次重合需要经过多次重合结构复杂，建设费用高，需要建设通信网络，结构复杂，建设费用高，需要建设通信网络，存在电源提取等问题存在电源提取等问题所需所需所需所需主要主要主要主要设备设备设备设备重合器、分段器等重合器、分段器等FTUFTU、通信网络、区域工作站、配电自动化计、通信网络、区域工作站、配电自动化计算机系统算机系统适用适用适用适用范围范围范围范围农网、负荷密度小的偏远地区、供电途径农网、负荷密度小的偏远地区、供电途径少于两条的网少于两条的网城网、负荷密度大的地区、重要工业园区、供城网、负荷密度大的地区、重要工业园区、供电途径多的网格状配电网、其他对供电可靠性电途径多的网格状配电网、其他对供电可靠性要求较高的区域要求较高的区域 。