配網(wǎng)自動化基本知識手冊

1、配網(wǎng)自動化介紹1 總體概述1.1 配網(wǎng)自動化概念配電自動化是以一次網(wǎng)架和設(shè)備為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、現(xiàn)代電子傳感技術(shù)，以配電自動化系統(tǒng)為核心，將配網(wǎng)設(shè)備的實(shí)時、準(zhǔn)實(shí)時和非實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行信息整合和集成，實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)正常運(yùn)行及事故情況下的監(jiān)測、保護(hù)及控制等。配電自動化系統(tǒng)主要由配電自動化主站、配電自動化終端及通信通道組成，主站與終端的通信通常采用光纖有線、GPRS無線等方式。1.2 配網(wǎng)自動化意義通過實(shí)施配網(wǎng)自動化，實(shí)現(xiàn)了對配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和潮流的實(shí)時監(jiān)控，為配網(wǎng)調(diào)度集約化、規(guī)范化管理提供了有力的技術(shù)支撐。通過對配網(wǎng)故障快速定位/隔離與非故障段恢復(fù)供電，縮小了故障影響范圍，加快故

2、障處理速度，減少了故障停電時間，進(jìn)一步提高了供電可靠性。2 配網(wǎng)自動化基礎(chǔ)知識2.1 名詞術(shù)語2.1.1 饋線自動化是指對配電線路運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和控制，在故障發(fā)生后實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確定位和迅速隔離故障區(qū)段，恢復(fù)非故障區(qū)域供電。饋線自動化包括主站集中型饋線自動化和就地型饋線自動化兩種方式。2.1.2 主站集中型饋線自動化是指配電自動化主站與配電自動化終端相互通信，由配電自動化主站實(shí)現(xiàn)對配電線路的故障定位、故障隔離和恢復(fù)非故障區(qū)域供電。2.1.3 就地型饋線自動化是指不依賴與配電自動化主站通信，由現(xiàn)場自動化開關(guān)與終端協(xié)同配合實(shí)現(xiàn)對配電線路故障的實(shí)時檢測，就地實(shí)現(xiàn)故障快速定位/隔離以及恢復(fù)非故障區(qū)域供電

3、。按照控制邏輯和動作原理又分為電壓-時間型饋線自動化和電壓-電流型饋線自動化。2.2 配電自動化主站配電自動化主站是整個配電網(wǎng)的監(jiān)視、控制和管理中心，主要完成配電網(wǎng)信息的采集、處理與存儲，并進(jìn)行綜合分析、計(jì)算與決策，并與配網(wǎng)GIS、配網(wǎng)生產(chǎn)信息、調(diào)度自動化和計(jì)量自動化等系統(tǒng)進(jìn)行信息共享與實(shí)時交互，按照功能模塊的部署可分為簡易型和集成型兩種配電自動化主站系統(tǒng)。簡易型配電自動化主站主要部署基本的平臺、SCADA和饋線故障處理模塊。集成型配電自動化主站是在簡易型配電自動化主站系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，擴(kuò)充了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、饋線自動化、潮流計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等電網(wǎng)分析應(yīng)用功能。配電自動化主站典型結(jié)構(gòu)圖2.3 配電自動化終端

4、設(shè)備配電自動化終端主要指安裝于開關(guān)站、配電房、環(huán)網(wǎng)柜、箱式變電站、柱上開關(guān)處，用于采集配電設(shè)備運(yùn)行故障信息和進(jìn)行控制的終端設(shè)備。根據(jù)應(yīng)用場合不同分為配電房配電自動化終端（DTU）、架空線饋線自動化終端（FTU）、電纜型故障指示器和架空型故障指示器。2.3.1 架空線饋線自動化終端（FTU）架空線饋線自動化終端（FTU）適用于10kV架空線路的分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)的監(jiān)測和控制，按照控制邏輯可設(shè)置成電流型、電壓時間型兩種工作模式。FTU 2.3.1.1 電流型工作模式可采集三相電流、兩側(cè)三相電壓和零序電流。具有過電流保護(hù)功能和零序電流保護(hù)、兩次自動重合閘功能和閉鎖二次重合閘功能，2.3.1.2 電壓

5、時間型工作模式1） 具有失電后延時分閘功能，即開關(guān)在合位、雙側(cè)失壓、無流，失電延時時間到，控制開關(guān)分閘；2） 具有得電后延時合閘功能，即開關(guān)在分位、一側(cè)得壓、一側(cè)無壓，得電延時時間到，控制開關(guān)合閘；3） 具有單側(cè)失壓后延時合閘功能，即開關(guān)在分位且雙側(cè)電壓正常持續(xù)規(guī)定時間以上，單側(cè)電壓消失，延時時間到后，控制開關(guān)合閘；4） 具備雙側(cè)均有電壓時，開關(guān)合閘邏輯閉鎖功能，即開關(guān)處于分閘狀態(tài)時，兩側(cè)電壓均正常時，此時終端閉鎖合閘功能。5） 具有閉鎖合閘功能。若合閘之后在設(shè)定時限之內(nèi)失壓，并檢測到故障電流，則自動分閘并閉鎖合閘。若合閘之后在設(shè)定時限之內(nèi)沒有檢測到故障電流，則不閉鎖合閘；6） 具有閉鎖分閘功

6、能。若合閘之后在設(shè)定時間內(nèi)沒有檢測到故障，則閉鎖分閘功能，延時5分鐘后閉鎖復(fù)歸；7） 具有非遮斷電流保護(hù)功能，即當(dāng)檢測到流過負(fù)荷開關(guān)的電流大于600A時，閉鎖跳閘回路。8） 可檢測零序電壓，具有零序電壓保護(hù)功能，即在設(shè)定延時內(nèi)檢測到零序電壓信號應(yīng)立刻分閘，切除接地故障；在設(shè)定延時外檢測到零序電壓信號，終端不發(fā)出分閘控制命令。2.3.2 配電房配電自動化終端（DTU）DTUPTDTU站所終端DTU一般安裝在常規(guī)的開閉所、環(huán)網(wǎng)柜、小型變電站、箱式變電站等處，完成對開關(guān)設(shè)備遙測、遙信數(shù)據(jù)的采集，對開關(guān)進(jìn)行分合閘操作，實(shí)現(xiàn)對饋線開關(guān)的故障識別、隔離和對非故障區(qū)間的恢復(fù)供電。2.3.3 故障指示器 故障

7、指示器是指安裝在架空線、電力電纜上，用于指示故障電流流通的裝置。短路故障指示器分為戶外型及戶內(nèi)型兩種，架空線路安裝戶外型故障指示器，電纜線路安裝戶內(nèi)型故障指示器。2.4 配網(wǎng)通信方式配網(wǎng)通信一般采用主干層和接入層兩層結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，配網(wǎng)主站系統(tǒng)至變電站的主干通信網(wǎng)一般采用光纖傳輸網(wǎng)方式，變電站至配網(wǎng)終端之間的接入部分采用多種通信方式，主要有以下幾種：1） 工業(yè)以太網(wǎng)通信有源光網(wǎng)絡(luò)主要是利用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，具有技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定、組網(wǎng)靈活、便于升級擴(kuò)容等優(yōu)點(diǎn)，適合高溫、潮濕環(huán)境、強(qiáng)電磁干擾等惡劣環(huán)境下的應(yīng)用。不足之處是存在點(diǎn)對點(diǎn)結(jié)構(gòu)纖芯資源浪費(fèi)、相對投資高等缺點(diǎn)。2） 無源光纖通信無源光網(wǎng)絡(luò)主要是利用

8、以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）技術(shù)，采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，無源光纖傳輸，具有成本低、帶寬高、擴(kuò)展性強(qiáng)、組網(wǎng)快速靈和以及方便與現(xiàn)有以太網(wǎng)完全兼容等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是EPON組網(wǎng)方式以星型為主，對于鏈形和環(huán)形網(wǎng)絡(luò)受技術(shù)本身限制支持較差，施工前需嚴(yán)格規(guī)劃各節(jié)點(diǎn)的光功率，不利于靈活組網(wǎng)和未來擴(kuò)容需求。3） 無線公網(wǎng)通信目前無線公網(wǎng)通信主要包括GPRS、CDMA、3G等。無線公網(wǎng)可節(jié)約光纜鋪設(shè)費(fèi)用，組網(wǎng)靈活，適用于無線公共網(wǎng)絡(luò)覆蓋完整卻信號優(yōu)良的城市，不足之處是只適合于實(shí)時性要求不高的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，可靠性、安全性方面有待進(jìn)一步提高。2.5 饋線自動化技術(shù)原理介紹2.5.1 主站集中型饋線自動化主站集中型饋線自動

9、化是指配電自動化主站與配電自動化終端相互通信，通過配電自動化終端采集故障信息，由配電自動化主站判斷確定故障區(qū)段，并進(jìn)行故障故障隔離和恢復(fù)非故障區(qū)域供電。適用于純電纜、純架空和架空電纜混合線路的任一種網(wǎng)架。由于該方案對通信的可靠性要求較高，較依賴光纖通信，而鋪設(shè)光纖施工困難、建設(shè)費(fèi)用高，因此該方案主要應(yīng)用于負(fù)荷密度大，且對供電可靠性要求很高的A、B類供電區(qū)域的城市中心區(qū)。例如廣州的天河區(qū)和越秀區(qū)、深圳的福田區(qū)、佛山的東平新城和金融高新區(qū)。經(jīng)估算一回10kV線路配網(wǎng)自動化改造造價約為150萬元（按三分段一聯(lián)絡(luò)計(jì)算）。圖1主站集中型饋線自動化建設(shè)方案建設(shè)實(shí)施內(nèi)容：1）變電站開關(guān)與保護(hù)裝置不需要進(jìn)行改

10、造，保護(hù)定值無需配合；2）開關(guān)柜（環(huán)網(wǎng)柜）的開關(guān)本體需三遙點(diǎn)需加裝電動操作機(jī)構(gòu)及鋪設(shè)光纖；3）加裝DTU，加裝A、C相CT、零序CT、PT柜。2.5.2 電壓時間型饋線自動化電壓時間型饋線自動化模式以電壓時間為判據(jù)，適用于純架空、架空電纜混合線路的單輻射、單聯(lián)絡(luò)等網(wǎng)架。圖2電壓時間型饋線自動化建設(shè)方案工作原理：以電壓時間為判據(jù)，當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，變電站出線開關(guān)保護(hù)跳閘，線路分段開關(guān)失電后分閘。變電站出線開關(guān)第一次重合閘后，線路分段開關(guān)得電后逐級延時合閘，當(dāng)合閘到故障點(diǎn)后，變電站出線開關(guān)再次跳閘，所有線路分段開關(guān)失電分閘，同時閉鎖故障區(qū)間線路分段開關(guān)合閘；故障隔離后，變電站出線開關(guān)再次重合，

11、非故障區(qū)段的線路分段開關(guān)再次延時合閘，恢復(fù)故障點(diǎn)前段線路供電，聯(lián)絡(luò)開關(guān)延時合閘，自動恢復(fù)故障點(diǎn)后段線路供電。電壓時間型饋線自動化不依賴與主站通信，投資小、見效快，因此適用于負(fù)荷密度小的C、D、E類供電區(qū)域，如城市郊區(qū)和農(nóng)村地區(qū)。該模式經(jīng)估算一回10kV線路配網(wǎng)自動化改造造價約為25萬元（按三分段一聯(lián)絡(luò)計(jì)算）。建設(shè)實(shí)施內(nèi)容：1）變電站開關(guān)、保護(hù)裝置不需要進(jìn)行改造，變電站保護(hù)重合閘定值需與線路開關(guān)重合及聯(lián)絡(luò)開關(guān)動作時間配合；2）柱上開關(guān)需具備電動操作功能，否則需整體更換；3）FTU與柱上開關(guān)成套配置。2.5.3 電壓-電流型饋線自動化電壓-電流型饋線自動化在電壓-時間型饋線自動化基礎(chǔ)上，增加了故障

12、電流輔助判據(jù)。適用于純架空、架空電纜混合線路的單輻射、單聯(lián)絡(luò)等網(wǎng)架。工作原理：主干線分段負(fù)荷開關(guān)在單側(cè)來電時延時合閘，在兩側(cè)失壓狀態(tài)下分閘。當(dāng)分段負(fù)荷開關(guān)合閘后在設(shè)定時間內(nèi)檢測到線路失壓以及故障電流，則自動分閘并閉鎖合閘，完成故障隔離；當(dāng)分段負(fù)荷開關(guān)合閘后在設(shè)定時間內(nèi)未檢測到線路失壓，或雖檢測到線路失壓但未檢測到故障電流，則閉鎖分閘，變電站出線開關(guān)重合后完成非故障區(qū)域快速復(fù)電。電壓電流型饋線自動化在電壓時間型基礎(chǔ)上增加了電流判據(jù)，提高了故障隔離的準(zhǔn)確性，適合于A、B、C類供電區(qū)域。估算一回線路造價約30萬元人民幣（按三分段一聯(lián)絡(luò)計(jì)算）。圖3電壓-電流型饋線自動化建設(shè)方案建設(shè)實(shí)施內(nèi)容：1）變電站

13、開關(guān)不需要進(jìn)行改造，變電站電流保護(hù)和重合閘定值需與線路分段斷路器和分段負(fù)荷開關(guān)進(jìn)行配合；2）柱上開關(guān)需具備電動操作功能，否則需整體更換；3）FTU與柱上開關(guān)成套配置。2.6 故障自動定位技術(shù)原理故障指示器是一種可以直接安裝在配電線路上的故障指示裝置，主要通過檢測線路電流和電壓的變化，來識別故障特征，從而判斷是否給出故障指示。故障指示器動作后，其狀態(tài)指示一般能維持?jǐn)?shù)小時至數(shù)十小時，便于巡線工人到現(xiàn)場觀察。故障指示器可通過GPRS無線通信將故障信息遠(yuǎn)傳給配電自動化主站。工作原理：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，故障指示器檢測流過線路的短路故障電流后自動動作（如通過翻牌指示或發(fā)光指示）并發(fā)出故障信息，按照電源

14、與故障點(diǎn)經(jīng)故障點(diǎn)形成回路的原理，該線路上最后一個發(fā)出故障信息的故障指示器和第一個沒有發(fā)現(xiàn)故障信息的故障指示器之間的區(qū)段即為故障點(diǎn)所在。圖6故障指示定位型饋線自動化工作原理架空線路故障指示器建設(shè)實(shí)施內(nèi)容：1）架空線引落電纜頭處，當(dāng)該電纜為線路聯(lián)絡(luò)電纜時，必須在兩側(cè)電纜頭分別安裝兩組；2）架空主干線分段開關(guān)處，應(yīng)在分段開關(guān)負(fù)荷側(cè)安裝一組故障指示器；線路上沒有任何分段，距離超過2000m的，應(yīng)在適當(dāng)位置安裝故障指示器，原則上線路每隔12公里采用故障指示器分段，縮小故障區(qū)段范圍；3）線路重要分支處：對于支線長度超過3公里或支線承擔(dān)重要負(fù)荷采用故障指示器指示線路故障分支。電纜線路故障指示器建設(shè)實(shí)施內(nèi)容：

15、1）全電纜線路按每段安裝一組進(jìn)行考慮，安裝位置原則上要求在線路正常運(yùn)行方式下的電源側(cè)。2）開關(guān)房內(nèi)高壓開關(guān)柜安裝在電纜三叉頭處，安裝后應(yīng)可通過柜門上的觀察窗查看故障指示器的翻牌情況；3）主干線每路進(jìn)出線、長度超過300米的電纜分支線配置一套電纜故障指示器，與電纜通信終端連接。2.7 主站集中型饋線自動化動作原理2.7.1 主站集中型饋線自動化動作原理主站集中型饋線自動化適用于各種網(wǎng)架的架空及電纜線路。該模式通過安裝數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備和主站系統(tǒng)，并借助通信手段，在配電網(wǎng)正常運(yùn)行時，實(shí)時監(jiān)視配電網(wǎng)的運(yùn)行情況并進(jìn)行遠(yuǎn)方控制；在配電網(wǎng)發(fā)生故障時，自動判斷故障區(qū)域并通過主站自動或遙控隔離故障區(qū)域和恢復(fù)受故

16、障影響的健全區(qū)域供電。單環(huán)網(wǎng)電纜線路典型圖例2.7.2 電壓-電流型饋線自動化主干線及大分支線路首端分界點(diǎn)采用帶電動操作機(jī)構(gòu)的合閘閉鎖型負(fù)荷開關(guān)，配備電壓-時間和故障電流復(fù)合判據(jù)的饋線終端FTU。主干線I段 主干線II段其中：CB為帶時限保護(hù)（限時速斷，過流，零序）和二次重合閘功能的饋線出線斷路器；FB為帶時限保護(hù)（過流，零序）和重合閘功能的分段斷路器；FSW1FSW2為主干/分支線電壓電流型分段負(fù)荷開關(guān)；ZB1為分支分界斷路器；ZSW1為分支負(fù)荷開關(guān)；LSW為聯(lián)絡(luò)開關(guān)。保護(hù)動作原理：假設(shè)斷路器CB、FB一次重合閘時間5S，二次重合時間為60S。負(fù)荷開關(guān)FSW1、FSW2、YSW1、YSW2、

17、ZSW1、YSW3得電后5S延時合閘，合閘3S內(nèi)未檢測到故障電流閉鎖分閘,否則分閘后閉鎖合閘。ZB1為分支分界斷路器，一次重合閘時間5S。1、主干線分段斷路器電源側(cè)發(fā)生故障（隔離故障恢復(fù)供電所需時間：70秒）（1）FSW1和FB之間發(fā)生永久故障（2）CB保護(hù)跳閘，F(xiàn)SW1、FSW2、ZSW1、YSW13在失壓后跳閘（3）CB在5s后重合閘（4）FSW1一側(cè)有壓，延時5s合閘。（5）由于是永久故障，CB再次跳閘，F(xiàn)SW1失壓分閘，并閉鎖合閘。（6）CB在60s后第二次重合閘，重合成功。FSW1成功隔離故障，隔離故障耗時約70秒。2、主干線分段斷路器負(fù)荷側(cè)發(fā)生永久故障（隔離故障恢復(fù)供電所需時間：7

18、0秒）（1）FSW2和ZSW1之間發(fā)生永久故障（2）FB保護(hù)動作跳閘，F(xiàn)SW2、ZSW1、YSW3失壓后快速分閘。（3）FB在5s之后重合閘（4）FSW2一側(cè)有壓，延時5s合閘（5）由于是永久故障，F(xiàn)B再次跳閘，F(xiàn)SW2分閘并閉鎖合閘。（6）FB在60s后第二次重合閘。FSW2成功隔離故障，隔離故障耗時約70秒3、分支線分界負(fù)荷開關(guān)負(fù)荷側(cè)發(fā)生永久故障（隔離故障恢復(fù)供電所需時間：75秒）（1）ZSW1和YSW3之間發(fā)生永久故障（2）FB保護(hù)動作跳閘，F(xiàn)SW2、ZSW1、YSW3失壓后快速分閘。（3）FB在5s后重合閘。（4）FSW2一側(cè)有壓，在延時5s后合閘。FSW2在3s后閉鎖分閘。（5）ZS

19、W1一側(cè)有壓，在延時5s后合閘。（6）由于是永久故障，F(xiàn)B再次跳閘，ZSW1分閘并閉鎖合閘，F(xiàn)SW2保持合閘。（7）FB在60s后第二次重合閘。ZSW1成功隔離故障，隔離故障耗時約75秒4、分支線分界斷路器負(fù)荷側(cè)發(fā)生永久故障（隔離故障恢復(fù)供電所需時間：5秒）（1）ZB1與YSW1/YSW2之間發(fā)生永久故障（2）ZB1保護(hù)動作跳閘。（3）ZB1在5s后重合閘（4）由于是永久故障，ZB1再次跳閘并閉鎖合閘。ZB1成功隔離故障，隔離故障耗時約5秒5、分支線用戶分界負(fù)荷開關(guān)用戶側(cè)發(fā)生永久故障（隔離故障恢復(fù)供電所需時間：80秒）（1）用戶YSW3發(fā)生永久故障（2）若是相間短路故障，F(xiàn)B保護(hù)動作跳閘，F(xiàn)S

20、W2、ZSW1、YSW3失壓后快速分閘。（若是單相接地故障，YSW3跳閘隔離故障，其余開關(guān)不動作）。（3）FB在5s后重合閘。（4）FSW2一側(cè)有壓，在延時5s后合閘。FSW2在3s后閉鎖分閘。（5）ZSW1一側(cè)有壓，在延時5s后合閘。ZSW1在3s后閉鎖分閘。（6）YSW3一側(cè)有壓，在延時5s后合閘。（7）由于是永久故障，F(xiàn)B保護(hù)動作跳閘，YSW3分閘并閉鎖合閘，F(xiàn)SW2、ZSW1保持合閘。（8）FB在60s后第二次重合閘。YSW3成功隔離故障，隔離故障耗時約80秒25F1.3電壓-時間型技術(shù)方案該方案在配電線路各分段點(diǎn)和聯(lián)絡(luò)點(diǎn)采用帶電動操作機(jī)構(gòu)的失壓分閘型負(fù)荷開關(guān)，配套電壓-時間型饋線FTU，成套設(shè)備與變電站重合閘相配合，依靠設(shè)備自身的邏輯判斷功能實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)前后開關(guān)的自動分閘與閉鎖，完成故障隔離。變電站第二次重合完成故障點(diǎn)前段復(fù)電，聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動轉(zhuǎn)供電完成故障點(diǎn)后段復(fù)電。下面以架空線單環(huán)網(wǎng)線