饋線自動化系統(tǒng)

1、饋線自動化系統(tǒng)1.概述22饋線自動化簡介32.1饋線自動化的定義32.2饋線自動化的功能32.3饋線自動化的作用32.4饋線自動化的發(fā)展53饋線自動化系統(tǒng)的構成63.1一次設備63.2控制箱74幾種饋線自動化方式94.1集中控制式94.2就地自動控制104.3各饋線方式比較135工程實例155.1工程背景155.2工程實施情況155.3 實際效果156總結17參考文獻18161.概述配電自動化系統(tǒng)簡稱配電自動化（DA-Di stri-bution Automa t ion），是對配電網(wǎng)上的設備進行遠方實時監(jiān)視、協(xié)調及控制的一個集成系統(tǒng)，它是近幾年來發(fā)展起來的新興技術領域，是現(xiàn)代計算機及通信技術

2、在配電網(wǎng)監(jiān)視與控制上的應用。目前，西方發(fā)達工業(yè)國家正大力推廣該技術，我國有的供電部門也已經采用或正在積極地調研考察，準備采用這項技術。按照系統(tǒng)的縱向結構，配電自動化可分為配電管理系統(tǒng)（DMS主站）、變電站自動化、饋電線路自動化、用戶自動化（需方管理DSM）等四個層次的內容。 其中，饋電線路自動化系統(tǒng)，簡稱饋線自動化（FA-Feeder Automation），難度大，涉及的新技術比較多，是提供供電可靠性的關鍵。本文將介紹饋線自動化的基本概念、系統(tǒng)結構及其各個組成部分的功能、作用及技術要求，供有關工作者參考。2饋線自動化簡介2.1饋線自動化的定義在工業(yè)發(fā)達國家的配電網(wǎng)中，廣泛采用安裝在戶外饋電線

3、路上的柱上開關、分段器、重合器、無功補償電容器等設備，以減少占地面積與投資，提高供電的質量、可靠性及靈活性?，F(xiàn)在在我國各供電部門占也愈來愈多地采用線路上的設備。這些線路上的早期設備自動化程度低，一般都是人工操作控制。隨著現(xiàn)代電子技術的進步，人們開始研究如何應用計算機及通信技術對這些線路上的設備實現(xiàn)遠方實時監(jiān)視、協(xié)調及控制，這樣就產生了饋線自動化技術。饋線自動化，又稱線路自動化或配電網(wǎng)自動化，按照國際電氣電子工程師協(xié)會（IEEE）對配電自動化的定義，饋線自動化系統(tǒng)（FAS-Feeder Automa-tio n System）是對配電線路上的設備進行遠方實時監(jiān)視、協(xié)調及控制的一個集成系統(tǒng)。2.2

4、饋線自動化的功能饋線自動化主要有以下幾項功能：（1）數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）就是通常所說的遠動，即四遙（遙信、遙測、遙控、遙調）功能。（2）故障定位、隔離及自動恢復供電指線路故障區(qū)段 （包括小電流接地故障）的定位與隔離及無故障區(qū)段供電的自動恢復。（3）無功控制指線路上無功補償電容器組的自動投切控制。2.3饋線自動化的作用饋線自動化在電力系統(tǒng)中起著不可或缺的作用。（1）減少停電時間，提高供電可靠性據(jù)統(tǒng)計，故障及計劃檢修是造成用戶停電的兩個主要原因。配電網(wǎng)的傳統(tǒng)結構一般采用輻射形配電方式，線路中間沒有分段開關，當線路上某一處故障或進行線路檢修時，會造成全線停電?，F(xiàn)在城市供電網(wǎng)的發(fā)展方向是采用環(huán)

5、網(wǎng)“手拉手”供電方式，并用負荷開關將線路分段，這樣可以做到分段檢修，避免因線路檢修造成全線停電，而利用饋線自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)線路故障區(qū)段的自動定位、隔離，及健康線路的自動恢復供電，可縮小故障停電范圍，減少對用戶的停電時間 ，提高供電可靠性。在圖1所示的一個典型的兩條線路“手拉手”環(huán)網(wǎng)中，當線路中的F點發(fā)生故障時，在變電站內的源端斷路器CB1兩次重合檢測出永久故障后，饋線自動化系統(tǒng)可以確定故障區(qū)段，自動地或由調度人員手動遙控拉開故障點兩側負荷開關S2、S3，接著合上變電站內的源端斷路器，再合上環(huán)網(wǎng)上的聯(lián)絡開關St，恢復全部健康線路供電。故障停電時間可壓縮到一、二分鐘之內。圖1故障定位、隔離及自動恢

6、復供電示意圖針對圖1所示系統(tǒng)，實現(xiàn)饋線自動化后，除本線路段故障外，其他線路段的故障不再會造成長時間停電，因此，平均每一段線路的停電時間也就減少到1 /4，假定實現(xiàn)饋線自動化前線路平均故障停電時間為1h，實現(xiàn)饋自動化后，平均故障停電時間約為15min，大大地提高了供電可靠性。（2）提高供電質量饋線自動化系統(tǒng)可以實時監(jiān)視線路電壓的變化，自動調節(jié)變壓器輸出電壓或投切無功補償電容器組，保證用戶電壓符合要求。（3）節(jié)省總體投資饋線自動化的投資是大家比較關心的。單純從一條線路的角度看，投資是比較大的，但從總體上來看，可節(jié)省投資。（4）減少電網(wǎng)運行與檢修費用饋線自動化系統(tǒng)對配電線路及設備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)視

7、，為實現(xiàn)設備的及時檢修創(chuàng)造了條件，這樣除了可以減少不必要的停電時間外，也減少了檢修費用。利用饋線自動化提供的數(shù)據(jù)與資料，可以及時確定線路故障點及原因，縮短故障修復時間，節(jié)省修復費用。2.4饋線自動化的發(fā)展配電線路（也稱饋電線路、饋線）是配電系統(tǒng)的重要組成部分，智能配電網(wǎng)的研究尚處于摸索階段，而目前的饋線自動化是智能配電網(wǎng)的關鍵和核心。饋線自動化主要指饋線發(fā)生故障后，自動地檢測并切除故障區(qū)段，進而恢復非故障區(qū)段正常供電的一種技術。早期的配電網(wǎng)自動化是人工式的，這里稱為模式1。它由安裝在變（配）電站饋線出口處的電流速斷保護、出口短路器和安裝在其他位置的負荷開關和故障指示器組成。饋線任意區(qū)段故障后，

8、電流速斷保護動作，出口斷路器的動作跳閘，根據(jù)故障指示器所指示的位置人工拉開兩端的負荷；隔離故障區(qū)段，然后再重新閉合短路器恢復未故障部分的供電。該系統(tǒng)構簡單，但是自動化程度低下，停電時間長。上世紀80年代，發(fā)達國家出現(xiàn)了利用分段器、重合器等智能開關設備為標志的第二種饋線自動化模式。在該模式下，故障區(qū)段的查找、隔離和非故障部分的恢復供電是靠分段器、重合器的反復配合動作來自動實現(xiàn)的，分段器和重合器之間不需要通信，也無需人工干預，是一種比較合理的饋線自動化模式，并已在我國獲得應用。但是，與該模式相對應的最終故障切除時間長、斷路器負擔重、無故障部分恢復供電慢。近年來，隨著通信技術的快速發(fā)展，出現(xiàn)了第三種

9、饋線自動化模式：基于饋線終端單元FTU（Feeder Terminal Unit）和網(wǎng)絡通信的饋線自動化。在該模式下，故障的查出找、隔離以及恢復供電是靠FTU采集故障信息并上傳給調度中心，斷路器和負荷開關的分合操作是由調度中心控制的。該模式具有很高的自動化水平，開關只需一次動作，但是它對于通道的依賴性太強。由于系統(tǒng)決策指令由調度中心發(fā)出，加之通信通道的延時，非故障區(qū)段的恢復時間也長。系統(tǒng)可靠性直接取決于通道的可靠性。3饋線自動化系統(tǒng)的構成在實施饋線自動化時，應作為一個集成系統(tǒng)技術來考慮，只考慮單一的部件、局部的功能是不行的。系統(tǒng)的任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會影響整體的功能。例如，分段器的操動機構不

10、可靠，即便有再好的 SCADA監(jiān)視系統(tǒng)，也達不到可靠控制分段器的目的。國內外的實踐都證明了這一點。饋線自動化系統(tǒng)可分為一次設備、控制箱、分散多點通信、 FA控制主站及 SACDA /DMS（配電管理系統(tǒng)）主站等五個層次。圖2給出一個典型的系統(tǒng)的例子，其中 FA控制主站可設在變電站內，也可單獨設置在主控制室內。圖 2 饋線自動化系統(tǒng)結構3.1一次設備3.1.1開關實現(xiàn)饋線自動化首先要求配電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)、分段供電結構。故障區(qū)段的隔離及恢復供電按順序重合及SCADA監(jiān)視系統(tǒng)配合遙控負荷開關、分段器兩種方式。采用的開關設備有自動重合器、負荷開關及分段器等。自動重合器是早期使用得比較多的饋線自動化一次設備

11、。這種開關應用V-T（電壓-時間）配合原理，在配電線路故障后逐個自動重合，若再次重合到永久性故障，便自動閉鎖，隔離故障點。自動重合器的優(yōu)點是無需通信設備，這在早期電子、通信設備相對較貴的情況下有利于減少投資，但用它恢復供電需要較長的時間，對開關開斷能力要求高，有可能多次重合到永久故障點，短路電流對系統(tǒng)沖擊較大。眾多開關反復動作及負荷冷起動要從配網(wǎng)上攝取大量功率，給配電網(wǎng)帶來了不利影響。隨著電子技術的發(fā)展，電子、通信設備的造價愈來愈低，將會廣泛的采用 SCADA監(jiān)視系統(tǒng)配合遙控負荷開關、分段器來實現(xiàn)故障區(qū)段的定位、隔離及恢復供電，這樣就克服了上述使用重合器方式所帶來的缺點，同時也為實現(xiàn)饋線自動化

12、的其他功能奠定了基礎。饋線自動化所選用的負荷開關、分段器要具備電動操作功能。在電纜線路中采用臺式安裝方式，而在架空線路上采用柱上安裝方式。從實現(xiàn)故障區(qū)段的隔離及恢復供電的功能角度來說，線路開關是在變電站內斷路器切除故障后，線路處于停電狀態(tài)下操作的，可選用無電流開斷能力的“死”線（deadline）分段開關，以減少開關的投資。3.1.2電壓、電流互感 （傳感）器傳統(tǒng)的電壓、電流互感器體積大、成本高，不適于在變電站外的線路上使用。饋電線路監(jiān)控系統(tǒng)對電壓、電流變換器的負載能力及精度要求相對較低，一般使用電壓、電流傳感器裝置。這些傳感器體積小、造價低，它們內嵌在絕緣子內，配套安裝在柱上開關上或線路開關

13、柜內。3.2控制箱控制箱起到聯(lián)結開關與SCADA監(jiān)視系統(tǒng)的橋梁作用。它主要包括的部件有：（1）開關操動控制電路該電路應具有防止誤操作安全閉鎖的功能，能夠選擇遙控或當?shù)厥謩硬僮鳎⒂惺謩娱_、合開關按鈕，還應 AC電源或 DC蓄電池電壓指示。（2）不間斷供電電源不間斷供電電源為開關操動機構及二次電子設備提供電源，一般是采用兩組 12V直流可充電蓄電池串聯(lián)供電。它可由電壓傳感器（互感器）的二次側 100V交流電充電，也可由220V低壓電網(wǎng)充電。在交流電源停電時蓄電池應能維持一段時間的工作。（3）控制箱體在使用臺式配電開關柜時，控制箱一般配套安裝在柜內或柜體的一邊；在使用柱上開關時，它安裝在電力線柱上

14、?？刂葡潴w一般是戶外安裝，需要有較強的防腐蝕能力，由自然通風保持內部器件干燥，在氣候特別潮濕的地區(qū)，可在箱內裝一小功率電加熱器，以防止內部器件上凝露。（4）遠方終端（FA-RTU）又稱饋線自動化監(jiān)控器，是饋線自動化系統(tǒng)的一個關鍵單元。（5）通信終端4幾種饋線自動化方式4.1就地式饋線自動化4.1.1重合器方式主要依靠自具一定功能的開關本身來完成簡單的自動化，它與電源側前級開關配合，在線路具備其本身特有的功能特性時，在失壓或無流的情況下自動分閘，達到隔離故障恢復部分供電的目的。這種開關一般或者有“電壓-時間”特性，或者有“過流脈沖計數(shù)”特性。（1）基于重合器與“電壓-時間”分段器方式的饋線自動化

15、基于電壓延時方式，對于分段點位置的開關，在正常運行時開關為合閘狀態(tài)，當線路因停電或故障失壓時，所有的開關失壓分閘。在第一次重合后，線路分段一級一級地投入，投到故障段后線路再次跳閘，故障區(qū)段兩側的開關因感受到故障電壓而閉鎖，當站內斷路器再次合閘后，正常區(qū)間恢復供電，故障區(qū)間通過閉鎖而隔離。而對于聯(lián)絡點位置的開關，在正常時感受到兩側有電壓時為常開狀態(tài)，當一側電源失壓時，該聯(lián)絡開關開始延時進行故障確認，在延時時間完成后，聯(lián)絡開關投入，后備電源向故障線路的故障后端正常區(qū)間恢復供電。兩側同時失壓時，開關為閉鎖狀態(tài)。（2）基于重合器與“過流脈沖計數(shù)”分段器方式的饋線自動化當發(fā)生故障時重合器跳閘，分段器維持

16、在合閘位置，但是經歷了故障電流的分段器的過流脈沖計數(shù)器加一，若計數(shù)值達到規(guī)定值，則該分段器在無電流間隙分斷，當重合器再次重合時，即達到隔離故障區(qū)段和恢復健全區(qū)段供電的目的。案例：在處理如圖2所示配電網(wǎng)結構，A為重合器，B、C、D為過電流脈沖計數(shù)分段器，其計數(shù)次數(shù)均整定為2次。正常運行時，重合器A，分段器B、C、D均為合，當C之后的區(qū)段發(fā)生故障時，重合器A跳閘，分段器C計過電流一次，由于沒有達到事先整定的2次，因此分段器保持合閘，經過一段時間后，重合器進行第一次重合。若為瞬時性故障，重合成功，恢復系統(tǒng)正常供電，再經過一段確定的時間（與整定有關）后，分段器C的過電流計數(shù)值清零，又恢復至其初始狀態(tài)，

17、為下一次做好準備；若為永久性故障，再次重合到故障點，重合器A再次跳閘，分段器第二次過電流而達到整定值，于是，分段器在重合器跳閘后無電流時期分閘；再經過一段時間，重合器A進行第二次重合，由于此時分段器C處于分閘狀態(tài)，從而將故障區(qū)段隔離開，恢復對健全區(qū)段的供電。4.1.2智能分布式智能分布式的就地式饋線自動化是在重合器方式的就地式饋線自動化的基礎上，增加局部光纖通信，使得環(huán)網(wǎng)內的各FTU互相交互信息，在故障后ms級的時間內直接跳開離故障點最近的兩側開關，變電站出線開關不需要跳閘，使得停電區(qū)域最小，同時聯(lián)絡開關自動合閘轉供?？蓪崿F(xiàn)多開關串聯(lián)無級差保護配合，快速準確地實現(xiàn)故障隔離和轉移供電，達到停電范

18、圍最小、停電時間最短的目的。在保護通道故障時，可自動轉為重合器方式的就地式饋線自動化工作模式，可靠性高，可應用于供電可靠性要求高的骨干網(wǎng)絡。配電主站和子站可不參與處理過程。4.2集中式饋線自動化集中式饋線自動化的故障處理方案是基于主站、通信系統(tǒng)、終端設備均已建成并運行完好的情況下的一種方案，它是由主站通過通信系統(tǒng)來收集所有終端設備的信息，并通過網(wǎng)絡拓撲分析，確定故障位置，最后下發(fā)命令遙控各開關，實現(xiàn)故障區(qū)域的隔離和恢復非故障區(qū)域的供電。案例：假設F2處發(fā)生永久性故障，則變電站1處斷路器CB1因檢測到故障電流而分閘，重合不成功然后分閘閉鎖。定位：位于變電站內的子站或配電監(jiān)控中間單元因檢測到線路上

19、各個FTU的狀態(tài)及信息，發(fā)現(xiàn)只有FTU1流過故障電流而FTU2FTU5沒有。子站或配電監(jiān)控中間單元判斷出故障發(fā)生在FTU1FTU2之間。隔離：子站或配電監(jiān)控中間單元發(fā)出命令讓FTU1與FTU2跳閘，實現(xiàn)故障隔離?；謴停鹤诱净蚺潆姳O(jiān)控中間單元發(fā)出命令讓FTU3合閘，實現(xiàn)部分被甩掉的負荷的供電。子站或配電監(jiān)控中間單元將故障信息上傳配調中心，請求合變電站1處斷路器CB1，實現(xiàn)部分被甩掉的負荷的供電。配調中心啟動故障處理軟件，產生恢復供電方案，自動或由調度員確認。配調中心下發(fā)遙控命令，合變電站1處斷路器CB1，實現(xiàn)部分被甩掉的負荷的供電。等故障線路修復后，由人工操作，遙控恢復原來的供電方式。4.3各饋

20、線方式比較比較項目模式類型就地式饋線自動化集中式饋線自動化重合器方式智能分布式通訊通道無必須必須故障處理恢復時間1數(shù)min數(shù)s數(shù)s數(shù)十s控制技術方式就地控制，不依賴通信，通過重合閘、分段器順序重合隔離故障和非故障段恢復供電就地控制，子站與終端之間、終端與終端之間通過對等通信交換數(shù)據(jù)，由子站遙控實現(xiàn)快速故障隔離和恢復供電；通信故障時自動轉為重合器方式主站集中控制，實現(xiàn)配電網(wǎng)全局性數(shù)據(jù)采集與控制，通過區(qū)域內終端信息集中故障識別、定位、隔離和非故障區(qū)恢復供電適合供電區(qū)域農村、城郊架空線路城市接有重要敏感負荷的電纜線路，供電可靠性要求高的骨干網(wǎng)絡城市中心區(qū)，架空電纜線路5工程實例下面介紹美國紐約長島電

21、力公司（ LILCO）的一個饋線自動化工程的實施情況，供參考。5.1工程背景LILCO負責紐約長島地區(qū)250萬人口的電力供應工作。由于長島地區(qū)位于沿海，易遭受強風暴的襲擊。每一次線路故障，都會造成3060min時間的用戶停電。LILCO自1994年起，對120條故障易發(fā)配電線路進行饋線自動化改造，以提高供電可靠性。5.2工程實施情況LILCO購買了350臺柱上負荷開關，并配置了能夠檢測故障電流的智能 RTU，采用的環(huán)網(wǎng)結構、線路分段分聯(lián)絡開關的布置如下圖所示。工程實施的第一步是不用通信手段實現(xiàn)故障分段隔離。正常情況下，環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡開關是斷開的。如在分段開關和聯(lián)絡開關之間的F2點發(fā)生永久性故障，開關S1處的RTU檢測出故障電流并打開開關S1，電源端斷路器GB1合閘，恢復斷路器與分段開關 S1之間健康線路的供電。由于這一方式只是解決了分段開關和聯(lián)絡開關之間故障的隔離，故停電次數(shù)減少25%。工程的第二階段是應用無線擴頻通信及基于PC機的SCADA主站，實現(xiàn)饋線自動化功能。這樣，如在源端斷路器與分段開關之間的F1點發(fā)生永久性故障，主站接受線路RTU送上來的信息，確定故障點位置，并將信息下傳至分段開關S1的RTU，打開開關S1，合上聯(lián)絡開關，恢復分