配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化

配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)

DistributionAutomationTechnology電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院郭謀發(fā)配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第1頁第6章配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化6.1饋線自動(dòng)化模式6.2基于重合器饋線自動(dòng)化6.2.1重合器分類和功效6.2.2分段器分類和功效6.2.3重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合6.2.5重合器與過流脈沖計(jì)數(shù)型分段器配合6.2.6基于重合器饋線自動(dòng)化系統(tǒng)不足6.3基于饋線監(jiān)控終端饋線自動(dòng)化6.3.1系統(tǒng)概述6.3.2饋線故障區(qū)段定位算法介紹6.3.3基于網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣定位算法6.3.4基于網(wǎng)形結(jié)構(gòu)矩陣定位算法6.4饋線自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6.4.2硬件設(shè)計(jì)6.4.3軟件設(shè)計(jì)配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第2頁6.1饋線自動(dòng)化模式饋線自動(dòng)化FA（FeederAutomation）是指在正常情況下，遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)視饋線分段開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)狀態(tài)和饋線電流、電壓情況，并實(shí)現(xiàn)線路開關(guān)遠(yuǎn)方合閘和分閘操作以優(yōu)化配網(wǎng)運(yùn)行方式，從而到達(dá)充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備容量目標(biāo)；在故障時(shí)獲取故障信息，并自動(dòng)判別和隔離饋線故障區(qū)段以及恢復(fù)對(duì)非故障區(qū)域供電，從而到達(dá)減小停電面積和縮短停電時(shí)間目標(biāo)；在單相接地等異常情況下,對(duì)單相接地域段查找提供輔助伎倆。配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第3頁1.就地控制方式（1）利用重合器和分段器（2）利用重合器和重合器（3）利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信現(xiàn)地隔離故障，故障信息上傳2.遠(yuǎn)方集中監(jiān)控模式遠(yuǎn)方集中監(jiān)控模式由變電站出線斷路器、各柱上負(fù)荷開關(guān)、饋線監(jiān)控終端、通信、配調(diào)中心站組成。每個(gè)開關(guān)或環(huán)網(wǎng)柜饋線監(jiān)控終端要與配調(diào)中心站通信，故障隔離操作由饋線自動(dòng)化主站以遙控方式進(jìn)行集中控制。6.1饋線自動(dòng)化模式配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第4頁6.2基于重合器饋線自動(dòng)化采取配電網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)設(shè)備饋線自動(dòng)化系統(tǒng)，不需要建設(shè)通信通道，利用開關(guān)設(shè)備相互配合，實(shí)現(xiàn)隔離故障區(qū)域和恢復(fù)健全區(qū)域供電。重合器和重合器配合模式，重合器和電壓-時(shí)間型分段器配合模式及重合器和過流脈沖計(jì)數(shù)型分段器配合模式。配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第5頁一、重合器功效當(dāng)故障發(fā)生后，若重合器監(jiān)測(cè)到超出設(shè)定值故障電流，則重合器跳閘，并按預(yù)先整定動(dòng)作次序做若干次合、分循環(huán)操作。若重合成功則自動(dòng)終止后序動(dòng)作，并經(jīng)一段延時(shí)后恢復(fù)到預(yù)先整定狀態(tài)，為下一次故障做好準(zhǔn)備。若經(jīng)若干次合、分循環(huán)操作后重合失敗則閉鎖在分閘狀態(tài)，只有經(jīng)過手動(dòng)復(fù)位才能解除閉鎖。配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第6頁二、分段器分類和功效分段器是一個(gè)與電源側(cè)前級(jí)開關(guān)（如重合器等）配合，在失壓或無電流情況下自動(dòng)分閘開關(guān)設(shè)備，普通不能斷開短路故障電流。分段器關(guān)鍵部件是故障檢測(cè)裝置(FaultDetectingDevice，F(xiàn)DD)。依據(jù)故障判斷方式不一樣，分段器可分為電壓-時(shí)間型分段器和過流脈沖計(jì)數(shù)型分段器兩類。配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第7頁1.電壓-時(shí)間型分段器電壓-時(shí)間型分段器是憑借加壓、失壓時(shí)間長短來控制其動(dòng)作，失壓后分閘或閉鎖，加壓后合閘，普通由帶微處理器分段器故障檢測(cè)裝置依據(jù)饋線運(yùn)行狀態(tài)控制其分閘、合閘及閉鎖。配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第8頁電壓-時(shí)間型分段器有兩個(gè)主要參數(shù)：X時(shí)限和Y時(shí)限需整定。X時(shí)限，從分段器電源側(cè)加壓至該分段器合閘時(shí)延；Y時(shí)限，又稱為故障檢測(cè)時(shí)間，若分段器合閘后在未超出Y時(shí)限時(shí)間內(nèi)又失壓，則該分段器分閘并閉鎖在分閘狀態(tài)，待下一次再得電時(shí)也不再自動(dòng)重合。分段器故障檢測(cè)裝置普通有兩套功效。第一套是應(yīng)用于常閉狀態(tài)分段開關(guān)；第二套是應(yīng)用于處于常開狀態(tài)聯(lián)絡(luò)開關(guān)?？山?jīng)過參數(shù)配置實(shí)現(xiàn)兩套功效切換。1.電壓-時(shí)間型分段器配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第9頁對(duì)于輻射狀饋線，將分段器故障檢測(cè)裝置設(shè)置為第一套功效。當(dāng)分段器故障檢測(cè)裝置監(jiān)測(cè)到分段器電源側(cè)得電后起動(dòng)X計(jì)時(shí)器，在經(jīng)過X時(shí)限要求時(shí)間后，令分段器合閘；同時(shí)起動(dòng)Y計(jì)時(shí)器，若在計(jì)滿Y時(shí)限要求時(shí)間以內(nèi)，該分段器又失壓，則該分段器分閘并閉鎖在分閘狀態(tài)，待下一次再得電也不再自動(dòng)重合。1.電壓-時(shí)間型分段器配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第10頁安裝于處于常開狀態(tài)聯(lián)絡(luò)開關(guān)處分段器故障檢測(cè)裝置要設(shè)置在第二套功效。安裝于聯(lián)絡(luò)開關(guān)處分段器故障檢測(cè)裝置要對(duì)兩側(cè)電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到任一側(cè)失壓時(shí)起動(dòng)XL計(jì)數(shù)器，要求時(shí)間XL時(shí)限后，使分段開關(guān)合閘。同時(shí)起動(dòng)Y計(jì)時(shí)器，若在計(jì)滿Y時(shí)限要求時(shí)間以內(nèi)，該分段器同一側(cè)又失壓，則該分段器分閘并閉鎖在分閘狀態(tài)，待下一次再得電也不再自動(dòng)重合。1.電壓-時(shí)間型分段器配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第11頁2.過電流脈沖計(jì)數(shù)型分段器過電流脈沖計(jì)數(shù)型分段器通常與前級(jí)重合器或斷路器配合使用，它不能開斷短路故障電流。但在一段時(shí)間內(nèi)，能記憶前級(jí)開關(guān)設(shè)備開斷故障電流動(dòng)作次數(shù)。在預(yù)定記憶次數(shù)后，在前級(jí)重合器或斷路器，將線路從電網(wǎng)中短時(shí)切除無電流間隙內(nèi)，分段器分閘，隔離故障。若前級(jí)開關(guān)設(shè)備開斷故障電流動(dòng)作次數(shù)未到達(dá)分段器預(yù)設(shè)動(dòng)作次數(shù)，分段器在一定復(fù)位時(shí)間后會(huì)清零動(dòng)作次數(shù)并恢復(fù)到預(yù)先整定初始狀態(tài)，為下一次故障做好準(zhǔn)備。配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第12頁三、重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合A為重合器，整定為一慢二快，即第一次重合時(shí)間為15s，第二次重合時(shí)間為5s。B和D采取電壓-時(shí)間型分段器，X時(shí)限均整定為7s。C和E采取電壓-時(shí)間型分段器，X時(shí)限均整定為14s。全部分段器故障檢測(cè)裝置Y時(shí)限均整定為5s。分段器均設(shè)置在第一套功效。1.輻射狀網(wǎng)故障區(qū)段隔離配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第13頁三、重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合1.輻射狀網(wǎng)故障區(qū)段隔離配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第14頁A采取重合器，整定為一慢二快，即第一次重合時(shí)間為15s，第二次重合時(shí)間為5s。B、C和D采取電壓-時(shí)間型分段器而且設(shè)置在第一套功效，X時(shí)限均整定為7s，Y時(shí)限均整定為5s。E也是采取電壓-時(shí)間型分段器，但設(shè)置在第二套功效，其XL時(shí)限整定為45s，Y時(shí)限整定為5s。三、重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合2.環(huán)狀網(wǎng)開環(huán)運(yùn)行時(shí)故障區(qū)段隔離配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第15頁三、重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合2.環(huán)狀網(wǎng)開環(huán)運(yùn)行時(shí)故障區(qū)段隔離配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第16頁（1）分段器時(shí)限整定。分段器Y時(shí)限普通能夠統(tǒng)一取為5s；分段器X時(shí)限整定。第一步：確定分段器合閘時(shí)間間隔，并從聯(lián)絡(luò)開關(guān)處將配電網(wǎng)分割成若干以電源開關(guān)為根樹狀（輻射狀）配電子網(wǎng)絡(luò)。第二步：在各配電子網(wǎng)絡(luò)中，以電源節(jié)點(diǎn)合閘為時(shí)間起點(diǎn)，分別對(duì)各個(gè)分段器標(biāo)注其相對(duì)于電源點(diǎn)合閘時(shí)刻絕對(duì)合閘延時(shí)時(shí)間，并注意不能在任何時(shí)刻有一臺(tái)以上分段開關(guān)同時(shí)合閘。第三步：某臺(tái)分段器X時(shí)限等于該開關(guān)絕對(duì)合閘延時(shí)時(shí)間減去其父節(jié)點(diǎn)分段器絕對(duì)合閘延時(shí)時(shí)間。三、重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合3.重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合整定方法配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第17頁（2）聯(lián)絡(luò)開關(guān)時(shí)限整定“手拉手”環(huán)狀配電網(wǎng)只有一臺(tái)聯(lián)絡(luò)開關(guān)參加故障處理時(shí)，分別計(jì)算出與該聯(lián)絡(luò)開關(guān)緊鄰兩側(cè)區(qū)域故障時(shí)，從故障發(fā)生到與故障區(qū)域相連分段開關(guān)閉鎖在分閘狀態(tài)所需延時(shí)時(shí)間TL（左）TR和（右），取其中較大一個(gè)記作Tmax，則XL時(shí)限設(shè)置應(yīng)大于Tmax

。這么整定是允許在故障后重合過程中可從任一側(cè)進(jìn)行按次序依次合閘。3.重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合整定方法配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第18頁3.重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合整定方法配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第19頁例6-1對(duì)于圖6-4所表示配電網(wǎng)，S1、S2和S3代表含有兩次重合功效變電站出口重合器，第一次重合時(shí)間為15s，第二次重合時(shí)間為5s。B、C、D、F、G和M代表線路上電壓-時(shí)間型分段開關(guān)，設(shè)置在第一套功效，X時(shí)限均整定為7s。E和H為聯(lián)絡(luò)開關(guān)；實(shí)心符號(hào)代表該開關(guān)處于合閘狀態(tài)，空心符號(hào)代表該開關(guān)處于分閘狀態(tài)。假設(shè)相鄰兩臺(tái)分段開關(guān)合閘時(shí)間間隔為7s。要求整定：（1）虛線框內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中，各臺(tái)分段開關(guān)X時(shí)限及聯(lián)絡(luò)開關(guān)EXL時(shí)限；（2）整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，兩臺(tái)聯(lián)絡(luò)開關(guān)E、H均參加故障處理情況下，分別整定聯(lián)絡(luò)開關(guān)E、HXL時(shí)限。3.重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合整定方法配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第20頁3.重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合整定方法配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第21頁3.重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合整定方法配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第22頁3.重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合整定方法配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第23頁3.重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合整定方法配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第24頁四、重合器與過流脈沖計(jì)數(shù)型分段器配合1.隔離永久故障區(qū)段配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第25頁四、重合器與過流脈沖計(jì)數(shù)型分段器配合1.隔離暫時(shí)性故障區(qū)段配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第26頁五、基于重合器饋線自動(dòng)化系統(tǒng)不足（1）為了隔離故障，重合器和分段器要進(jìn)行屢次分合操作，切斷故障時(shí)間較長，且對(duì)設(shè)備及負(fù)荷造成一定沖擊。當(dāng)采取重合器與電壓－時(shí)間型分段器配合隔離開環(huán)運(yùn)行環(huán)狀網(wǎng)故障區(qū)段時(shí)，要使聯(lián)絡(luò)開關(guān)另一側(cè)健全區(qū)段全部開關(guān)都分一次閘，造成供電短時(shí)中止，愈加擴(kuò)大了事故影響范圍。（2）基于重合器饋線自動(dòng)化系統(tǒng)僅在線路發(fā)生故障時(shí)發(fā)揮作用，而不能在遠(yuǎn)方經(jīng)過遙控完成正常倒閘操作。（3）基于重合器饋線自動(dòng)化系統(tǒng)不能實(shí)時(shí)監(jiān)視線路負(fù)荷。（4）當(dāng)故障區(qū)段隔離后，在恢復(fù)健全區(qū)段供電，進(jìn)行配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時(shí)，無法確定最優(yōu)方案。配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第27頁6.3基于饋線監(jiān)控終端饋線自動(dòng)化系統(tǒng)由饋線監(jiān)控終端、通信網(wǎng)絡(luò)及主站系統(tǒng)組成。配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第28頁一、系統(tǒng)概述當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障后，各相關(guān)饋線監(jiān)控終端將對(duì)應(yīng)分段開關(guān)及聯(lián)絡(luò)開關(guān)處實(shí)時(shí)信息經(jīng)過數(shù)據(jù)通信傳到主站系統(tǒng)，主站系統(tǒng)依據(jù)一定故障區(qū)段定位算法自動(dòng)定位出故障所在區(qū)段，并下發(fā)命令給相關(guān)饋線監(jiān)控終端操作開關(guān)設(shè)備將故障區(qū)段隔離，并恢復(fù)非故障區(qū)段供電。配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第29頁對(duì)于輻射網(wǎng)、樹狀網(wǎng)和處于開環(huán)運(yùn)行環(huán)狀網(wǎng)，故障區(qū)段定位只需要判斷沿線各個(gè)開關(guān)是否流過故障電流。假如線路出現(xiàn)單一故障，沿電源到負(fù)荷方向最終一個(gè)經(jīng)歷了故障電流和第一個(gè)沒有經(jīng)歷故障電流開關(guān)之間為故障區(qū)段。為了確定開關(guān)上是否流過故障電流，需要對(duì)安裝于其上各臺(tái)饋線監(jiān)控終端進(jìn)行整定，因?yàn)椴皇墙?jīng)過對(duì)各個(gè)開關(guān)整定值區(qū)分來定位故障區(qū)段，所以這種整定較方便。配電網(wǎng)故障區(qū)段定位最基本問題就是怎樣用合理數(shù)學(xué)方式來描述故障區(qū)段定位問題，并快速求解。一、系統(tǒng)概述配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第30頁二、基于網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣定位算法經(jīng)過網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣D和故障信息矩陣G運(yùn)算，得到一個(gè)故障判斷矩陣P，依據(jù)故障判斷矩陣P判斷和隔離故障區(qū)段。配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第31頁1.網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣D網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣D描述了配電網(wǎng)潛在聯(lián)接方式,它取決于配電線路架設(shè)。圖6-8一個(gè)簡單配電網(wǎng)二、基于網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣定位算法配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第32頁2.故障信息矩陣G

假如節(jié)點(diǎn)開關(guān)經(jīng)歷了超出整定值故障電流，則故障信息矩陣G第行第列元素置0；反之則第行第列元素置1；故障信息矩陣G其它元素均置0。也即故障信息反應(yīng)在矩陣G對(duì)角線上。二、基于網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣定位算法配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第33頁如圖6-4所表示，節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)4之間發(fā)生故障，則對(duì)應(yīng)故障信息矩陣G為配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第34頁3.故障判斷矩陣P

故障區(qū)段兩側(cè)開關(guān)必定一個(gè)經(jīng)歷了故障電流，另一個(gè)未經(jīng)歷故障電流。而且故障區(qū)段一個(gè)沒有故障信息節(jié)點(diǎn)全部相鄰節(jié)點(diǎn)中，不存在兩個(gè)以上節(jié)點(diǎn)有故障信息。二、基于網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣定位算法配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第35頁網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣D和故障信息矩陣G相乘后得到矩陣Q，再對(duì)矩陣Q進(jìn)行規(guī)格化后就得到了故障判斷矩陣P，即其中代表規(guī)格化處理配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第36頁三、基于網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣定位算法假如矩陣D中元素為1（表示節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)相鄰）；矩陣G中元素即節(jié)點(diǎn)j無故障；而且對(duì)應(yīng)矩陣G中元素最少有兩個(gè)為0（表示有兩個(gè)以上與節(jié)點(diǎn)相鄰節(jié)點(diǎn)有故障信息）；則節(jié)點(diǎn)j一定不是組成故障區(qū)段節(jié)點(diǎn)；必須對(duì)矩陣Q進(jìn)行規(guī)格化處理，也就是將矩陣Q中第j行和第j列元素全置為0。配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第37頁假如故障判斷矩陣P中元素（XOR表示異或），則故障發(fā)生在饋線上第i節(jié)點(diǎn)和第j節(jié)點(diǎn)之間區(qū)段，三、基于網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣定位算法配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)CH6配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化第38頁例6-1分析圖6-9所表示一個(gè)較復(fù)雜配電網(wǎng)絡(luò)故障區(qū)段判定方法。圖