智能配電網(wǎng)的故障處理自動化技術教材

智能配電網(wǎng)的

故障處理自動化技術

袁欽成北京科銳配電自動化股份有限公司2016/07/18主要內容一、概述二、網(wǎng)絡式保護技術－解決配網(wǎng)保護快速性和選擇性的矛盾三、分布式智能技術－故障自動隔離、負荷自動轉供的可靠性更高四、故障點自動定位技術－解決查找故障點的效率問題一、概述配電系統(tǒng)故障處理自動化技術：

解決配電網(wǎng)發(fā)生短路故障、單相接地故障時的故障自動切除、故障區(qū)段的自動隔離、非故障區(qū)域的自動恢復供電、故障點的自動定位問題，提高供電可靠性。配電系統(tǒng)的故障處理過程的三個階段：

1、故障發(fā)生瞬間，故障的開斷和清除。短路故障一般需要在毫秒級時間內完成故障切除。問題：選擇性和快速性的矛盾。一般技術只能是變電站出口斷路器跳閘，擴大了停電范圍。

一般只能在配電線路的分支線上實現(xiàn)單相接地故障的直接隔離。2、故障處理的第二階段：故障區(qū)段的隔離和非故障區(qū)域的恢復供電。隔離短路故障一般需要秒級至分鐘。一般采用集中控制方案，存在缺陷，對通信系統(tǒng)依賴性高，基于分布智能的方案慢慢被大家接受。

單相接地故障區(qū)域的自動隔離方案應用不多3、故障處理的第三個階段是故障點的定位和排除故障。如果沒有自動定位方法，通常需要數(shù)十分鐘至若干小時。故障查找時間一般占故障處理時間的50％，供電可靠性的提高受到限制。二、網(wǎng)絡式保護技術－解決配網(wǎng)保護快速性和選擇性的矛盾傳統(tǒng)電流保護的問題：現(xiàn)象：城市配網(wǎng)線路短、多開關串聯(lián)，短路電流差別小，電流定值、時間定值配合困難、會導致出口保護的動作時間加長。一般短路故障都是變電站出口跳閘，停電時間長，停電范圍擴大。不能解決多電源閉環(huán)供電問題原因：傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)電流保護其實質是一個獨立的單元保護，它只檢測流過所監(jiān)測開關的電流而決定保護的動作與否及動作延時，而不關心相鄰開關的保護動作情況，這是造成相鄰保護相互配合困難的主要原因。網(wǎng)絡式保護的原理保護監(jiān)測的范圍由一個點擴大到相聯(lián)開關甚至串聯(lián)的一組開關。不同地點的模擬量在當?shù)貦z測完成，只是將檢測結果的數(shù)據(jù)信息、保護判別結果的狀態(tài)信息、開關狀態(tài)信息等通過通信網(wǎng)絡由不同地點的保護共享，以達到不同地點保護之間協(xié)調和配合，網(wǎng)絡式保護的核心目標：實現(xiàn)保護的快速性和選擇性的統(tǒng)一。根據(jù)當前配電網(wǎng)的運行方式，基于對等式通信網(wǎng)絡的網(wǎng)絡保護可以適應配網(wǎng)開環(huán)模式和多電源閉環(huán)模式兩種運行方式。

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F傳統(tǒng)保護問題：保護配合困難網(wǎng)絡式保護：任一點故障均可以有選擇性的速斷跳閘特點：解決了選擇性和快速性的矛盾。網(wǎng)絡式保護在架空線路的應用網(wǎng)絡式保護的特點

1.選擇性：控制故障點最近的斷路器速斷跳閘，切斷故障；2.快速性：不依賴主站/子站，縮短了故障處理時間，50-60ms保護出口；100ms隔離故障；

3.自動隔離和轉供：在開環(huán)系統(tǒng)中完成故障區(qū)域隔離后，能夠根據(jù)自愈邏輯完成非故障區(qū)域的供電恢復；閉環(huán)系統(tǒng)中準確隔離故障區(qū)段，故障處理結束，網(wǎng)絡結構發(fā)生變化時，能夠自動完成網(wǎng)絡結構的拓撲；4.自動容錯：某一個（或多個）通道故障時，網(wǎng)絡式保護根據(jù)容錯方案完成故障的定位、隔離和轉供；5.靈活--混合組網(wǎng)：針對不同開關類型可整定不同功能，支持斷路器和負荷開關混合組網(wǎng)的線路模式。6、適用于大容量、多電源、高滲透率的分布式電源接入的主動配電網(wǎng)智能環(huán)網(wǎng)柜組成的電纜環(huán)網(wǎng)方案F1F2F3F4F5S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4RDCU-3A控制器三、就地分布式智能技術－故障自動隔離、負荷自動轉供的可靠性更高（1）現(xiàn)有的故障隔離和轉供的集中控制方式：對通信通道和主站依賴性太強，控制可靠性低（2）傳統(tǒng)的分段器和重合器方案，不利用信道交換信息，動作效率不高電壓型重重合分段段器工作作原理

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F特點：不不需要主主站和通通信缺點：只只檢測電電壓、動動作次數(shù)數(shù)多電流計數(shù)數(shù)型分段段器工作作原理

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F特點：不需要要主站和通信信缺點：只檢測測電流、不適適合主環(huán)路綜合型就地分分布智能模式式綜合檢測電流流電壓綜合了電壓分分段器、電流流分段器和重重合器的優(yōu)點點不依賴通信，，但可以利用用通道提高效效率與各種開關集集成構成智能能柱上開關適合在主環(huán)路路或分支回路路故障點后開關關殘壓閉鎖聯(lián)聯(lián)鎖分閘、聯(lián)聯(lián)絡開關可自自動延時合閘閘轉供。綜合型分布智智能模式在在架空網(wǎng)中的的應用柱上開關可使使用負荷開關關或斷路器實現(xiàn)故障自動動隔離、自動動轉移供電支持兩電源或或三電源、四四電源系統(tǒng)沒有通信通道道也可以實現(xiàn)現(xiàn)故障隔離和和電源轉供及及供電恢復有通信時可自自動升級實現(xiàn)現(xiàn)遠程自動化化功能故障就地處理理：可靠性高高、速度快適應不同階段段的自動化要要求不依賴于通信信、就地分布布式智能自動動化方案CB1、S1、S2感受到故障電電流，S1速斷保護跳閘閘，CB1延時保護；S2、S3失電延時分閘閘；S1重合閘，重合合成功短時閉閉鎖保護；S2得電延時合閘閘，合到故障障快速分閘并并閉鎖；S3檢測到殘壓脈脈沖，保持分分閘并閉鎖；；S4單側失壓延時時合閘，轉移移供電。就地分布式智智能模式在電電纜網(wǎng)應用智能環(huán)網(wǎng)柜進進出線開關可可使用負荷開開關或斷路器器出線故障只跳跳出線內部故障自己己隔離主環(huán)故障時自自動隔離故障障區(qū)段、自動動轉移供電不依賴通信實實現(xiàn)自動化功功能有通信時自動動升級為遠程程三遙智能環(huán)網(wǎng)柜組組成的電纜環(huán)環(huán)網(wǎng)方案F1F2F3F4F5S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4RDCU-3A通信網(wǎng)絡易受受外力破壞而而導致通信異異常。把網(wǎng)絡絡式保護與就就地智能功能能融合，可設設計出一整套套容錯方案，，當系統(tǒng)中任任何節(jié)點或裝裝置對外的通通信通道喪失失或異常后，，自動啟動就就地智能，實實現(xiàn)容錯，確確保故障區(qū)段段最終能夠被被有效隔離，，聯(lián)絡開關自自動轉移供電電。容錯方案案使用以下一一些列功能：：“得電重合””功能“重合成功短短時閉鎖保護護”功能“合到故障后后快速跳閘””功能“失電延時分分閘不閉鎖””功能“聯(lián)鎖失電延延時分閘（閉閉鎖）”功能能“殘壓脈沖分分閘閉鎖”功功能“單側失壓延延時合閘”功功能網(wǎng)絡式保護+就地智能=網(wǎng)絡式保護的的容錯方案容錯方案實例例分析（開環(huán)環(huán)模式，S1通訊故障）S1啟動“速斷保保護”功能或或者“過流保保護”功能；；分閘（容錯錯跳閘）；S2啟動“速斷保保護”功能或或者“過流保保護”功能；；分閘；S1啟動“得電重重合”功能；；“重合成功功短時閉鎖保保護”功能；；合閘（容錯錯恢復）；S3啟動“聯(lián)鎖失失電延時分閘閘閉鎖”功能能；分閘；S4啟動“單側失失壓延時合閘閘”功能或““檢閉鎖單側側失壓延時合合閘”功能；；合閘。容錯方案實例例分析（閉環(huán)環(huán)模式，S1通訊故障）S1啟動“速斷保保護”功能或或者“過流保保護”功能；；分閘（容錯錯跳閘）；S2啟動“速斷保保護”功能或或者“過流保保護”功能；；后備狀態(tài)；；S3啟動“速斷保保護”功能或或者“過流保保護”功能；；分閘；S4啟動“速斷保保護”功能或或者“過流保保護”功能；；分閘；S1啟動“得電重重合”功能；；“重合成功功短時閉鎖保保護”功能；；合閘（容錯錯恢復）；不同類型開關關混合組網(wǎng)自自動化方案不同類型開關關混合組網(wǎng)自自動化方案F3故障：H4中S1啟動“速斷保保護”或“過過流保護”功功能；處于后后備狀態(tài)；H4中T2啟動“負荷開開關故障隔離離”功能，處處于后備狀態(tài)態(tài)；H6中S1啟動“速斷保保護”或“過過流保護”功功能；分閘；；H4中T4啟動“負荷開開關故障隔離離”功能；分分閘并閉鎖；；H6中S1啟動“重合閘閘”功能，重重合成功；H0中S3啟動“檢閉鎖鎖單側失壓延延時合閘”功功能；合閘，，轉移供電。。配電系統(tǒng)單相相接地故障后后的特征及故故障隔離方法法（1）單相接地故故障穩(wěn)態(tài)信號號特征：零序電壓及及零序電流消弧線圈對穩(wěn)穩(wěn)態(tài)零序電流流的分布規(guī)律律影響較大(2)單相接地故障障后的暫態(tài)信信號特征（受接地時刻刻、接地電阻阻、接地點距距離影響）故障發(fā)生在相相電壓最大值值附近，過渡渡電阻為100歐姆。故障發(fā)生在相相電壓零值附近，過渡電電阻為100歐姆。單相接地故障障后，延時數(shù)數(shù)秒后（主要是躲過過瞬時性接地地故障或暫態(tài)態(tài)燃弧過程）），短時動態(tài)投投入中電阻幾幾秒后退出。。為了防止電流流過大對配電電系統(tǒng)的安全全運行造成危危害，控制信信號源產(chǎn)生的的特征信號電電流幅值一般般不大于40A。EFS：接地地信號號源由中電電阻+投切開開關+監(jiān)測控控制裝裝置組組成智能中中電阻阻接地地（信信號源源法））原理示示意圖圖（3）“制制造””一個個接地地故障障特征征：智能中中阻接接地智能中中阻法法：故故障線線路故故障相相電流流波形形（4）智能能終端端實現(xiàn)現(xiàn)接地地故障障隔離離

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F特點：：不依賴賴主站站和通通信，，只檢檢測零零序電電壓、、適合合主環(huán)環(huán)路和和分支支線，，原理理簡單單，實實現(xiàn)可可靠可以隔隔離故故障區(qū)區(qū)段和和非故故障區(qū)區(qū)段自自動轉轉供需要變變電站站出線線開關關配合合操作作，線線路上上需要要安裝裝零序序PT基于零零序電電壓：：（開開關+零序PT+智能終終端；；在南南方電電網(wǎng)有有工程程實踐踐）（4）智能能終端端實現(xiàn)現(xiàn)故障障隔離離

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F特點：：不依賴賴主站站和通通信，，只檢檢測零零序電電流；；適合合特殊殊分支支線，，原理理簡單單，實實現(xiàn)可可靠可以隔隔離故故障分分支只適用用于短短分支支線路路入口口開關關使用用基于工工頻零零序電電流：：（開開關+CT+智能終終端；；特定定條件件的分分支線線，典典型應應用：：用戶戶分界界開關關）（4）智能能終端端實現(xiàn)現(xiàn)故障障隔離離

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F1特點：：1、不依依賴主主站、、不需要變變電站站出線線開關關配合合操作作、非非故障障區(qū)段段不停停電，，適合主主環(huán)路路和分分支線線。可可以實實現(xiàn)故故障區(qū)段自自動隔隔離和和非故障障區(qū)段段自動動轉供供2、可以以與智智能中中阻配配合使使用3、使用用暫態(tài)態(tài)法時時，可可能需需要安安裝三三相PT監(jiān)測暫態(tài)電壓開關之之間相相互通通信，，基于于分布布智能能的智智能終終端方方案（（開關關+通信+智能終終端，，有源源、無無源法法，廣廣東佛佛山））F2（三））智能能終端端和主主站結結合實實現(xiàn)故故障定定位

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F1特點點：：1、終終端端只只采采集集故故障障特特征征信信號號，，并并上上送送故故障障記記錄錄（（波波形形或或判判別別結結果果））2、主主站站必必須須有有相相應應的的故故障障診診斷斷軟軟件件和和故故障障定定位位軟軟件件1、智智能能終終端端負負責責故故障障特特征征信信號號的的采采集集（（或或錄錄波波））、、判判別別，，主主站站負負責責故故障障定定位位（（傳傳統(tǒng)統(tǒng)的的配配電電自自動動化化系系統(tǒng)統(tǒng)故故障障處處理理思思路路））F2工程程應應用用以分分布布式式智智能能技技術術為為基基礎礎的的故故障障隔隔離離和和轉轉供供方方案案，，由由于于不不依依賴賴通通信信道道和和主主站站會會使使得得控控制制方方案案更更可可靠靠；；由于于可可以以逐逐步步升升級級，，因因此此適適合合分分步步實實施施。。利用該技技術設計計的智能能柱上開開關和智智能環(huán)網(wǎng)網(wǎng)柜已經(jīng)經(jīng)在工程程中廣泛泛應用。。網(wǎng)絡式保保護與就就地智能能的結合合的自動動化方案案已在廣廣東佛山山的863項目示范范試點工工程中批批量應用用。佛山現(xiàn)場場短路實實驗四、故障障點自動動定位技技術－解解決查找找故障點點的效率率問題1、短路故故障檢測測和指示示2、單相接接地故障障檢測和和指示3、故障自自動定位位系統(tǒng)4、指示器器技術的的最新發(fā)發(fā)展故障指示示器簡述述（1）故障指指示器：：一種安安裝在配配電線路路上指示示故障電電流通路路的智能能裝置。。（2)）批量安安裝故障障指示器器是一種種最實用的的配電自自動化方方案（3）不需要要開關和和智能控控制器就就能實現(xiàn)現(xiàn)實現(xiàn)故故障定位位，因而而更經(jīng)濟濟（4）由于故故障指示示器成本本低，因因而安裝裝數(shù)量可可以更多多，故障障區(qū)段定定位可以以更精確確，從而而大大縮縮短故障障巡查時時間1、短路故故障指示示工作原原理過流動作作的指示示原理類似于過過流繼電電器，當當線路中中流過的的電流大大于其設設定值時時，故障障指示器器給出動動作信號號。自動適應應負荷變變化的故故障指示示器原理理ItIsItTI該原理獲獲得國家家發(fā)明專專利：指示器自自動適應應負荷變變化，指指示器是是否動作作動作主主要取決決于故障障電流分分量而不不是總電電流。智智能化程程度高，，判據(jù)比比較全面面，可以以大大減減少誤動動的可能能性；。在變電站站接地變變壓器的的中性點點對地之之間接入入可控的的中電阻阻（100多歐姆））。故障障時在變變電站接接地變的的中性點點上（無無中性點點時可接接在母線線上）的的動態(tài)阻阻性負載載信號源源自動短短時投入入,在變電站站和現(xiàn)場場接地點點之間產(chǎn)產(chǎn)生特殊殊的小的的編碼信信號電流流，通過過對信號號源對地地電阻的的編碼控控制，產(chǎn)產(chǎn)生疊加加在負載載電流上上的編碼碼信號電電流。變變電站出出線和線線路分支支點處安安裝的接接地故障障指示器器，檢測測這個電電流信號號，可自自動動作作指示，，達到指指示故障障的目的的系統(tǒng)組成成：信號源裝裝置+故障檢測測裝置主要原理理：（1）有源法法（智能能中阻接接地法））2、單相接接地故障障檢測、、選線和和定位技技術故障發(fā)生生后：（（1）信號源源延時投投入；（（2）變電站站出線的的故障指指示器指指示出故故障出線線（k號指示器器動作））；（3）選線裝裝置自動動顯示和和記錄故故障出線線（4）線路上上故障通通路上的的的故障障指示器器k1-k3自動翻牌牌，給出出紅色指指示。（1）有源法法：與智智能中阻阻配合使使用特點：利用架空空故障指指示器采采集到的的線路暫暫態(tài)電流流變化特特征和電電場暫態(tài)態(tài)變化特特征組合合，判別別故障位位置是否否在指示示器安裝裝點的的的下方；；單相指示示器即可可實現(xiàn)故故障檢測測很多情況況下暫態(tài)態(tài)特征不不明顯、、或采集集不準或或受干擾擾易造成成誤動或或拒動。。（2）無源：：暫態(tài)極性性比較法法將故障指指示器的的動作狀狀態(tài)通過過適當?shù)牡耐ㄐ欧椒绞剿偷降娇刂浦兄行牡囊砸訥IS為基礎的的計算機機監(jiān)控系系統(tǒng)，實實現(xiàn)拓撲撲分析，，在地理理圖上的的故障自自動定位位（指示示器+通信終端端+主站定位位分析軟軟件），，有數(shù)百百工程、、數(shù)十萬萬只指示示器應用用實例3、故障指示示器和主主站配合合實現(xiàn)故故障自動動定位GSM通信網(wǎng)網(wǎng)接地故故障信信息傳傳送過過程智能面面板可可行性性研究究WEB瀏覽（（已完完成））故障定定位系系統(tǒng)圖圖例遠程訪訪問、、WEB瀏覽WEB瀏覽（（已完完成））故障定定位移移動工工作站站—手機APP配網(wǎng)運運行信信息查查詢實時告告警實時數(shù)數(shù)據(jù)查查詢歷史告告警查查詢歷史數(shù)數(shù)據(jù)查查詢曲線查查詢配網(wǎng)潮潮流查查詢負荷曲曲線和和報表表WEB瀏覽（（已完完成））故障定定位移移動工工作站站—手機APP故障定定位信信息查查詢故障實實時信信息查查詢故障原原因、、消缺缺過程程查詢詢故障位位置的的GIS查詢故障歷歷時信信息查查詢饋線自自動化化信息息查詢詢饋線自自動化化全過過程的的監(jiān)測測饋線自自動化化歷史史信息息查詢詢WEB瀏覽（（已完完成））故障定定位移移動工工作站站—手機APP配電GIS信息查查詢配電設設備臺臺賬和和運行行信息息查詢詢配電設設備統(tǒng)統(tǒng)計查查詢智能計計量信信息查查詢用戶電電表數(shù)數(shù)據(jù)查查詢用戶電電表曲曲線查查詢用戶電電表預預報數(shù)數(shù)據(jù)查查詢WEB瀏覽（（已完完成））故障定定位移移動工工作站站—手機APP工程化化策略略配電設設備GPS定位的的應用用（數(shù)數(shù)據(jù)錄錄入，，網(wǎng)絡絡結構構生成成、網(wǎng)網(wǎng)絡變變化修修改維維護等等）。。智能終終端的的現(xiàn)場場通信信調試試工作站站。Android微信工單管管理信息化化、移移動化化、實實時化化、透透明化化。全過程程管理理和監(jiān)監(jiān)控。。涵蓋故故障搶搶修和和計劃劃檢修修業(yè)務務。與設備備管理理、SCADA、調度度管理理、值值班管管理和和客戶戶管理理統(tǒng)一一設計計。角色、、權限限定義義。統(tǒng)計分分析（（工作作量、、工作作成本本、停停電損損失、、設備備質量量、服服務質質量等等）。。功能特特點工單管管理工單管管理（（里程程碑））工單下下達系統(tǒng)報報警電話報報警計劃檢檢修工單啟啟動下達任任務指定人人員計劃時間工作票管理理人員出發(fā)APP確認路徑參考軌跡跟蹤到達現(xiàn)場現(xiàn)場描述預計時間工作互動工作票管理理工單完成完成情況完成確認評價工單管理（（工單與設設備關聯(lián)））工單管理（（人員工單單確認后路路徑參考））工單管理（（人員運動動軌跡跟蹤蹤）工單管理（（人員信息息顯示）工單管理（（GIS查詢）工單管理（（照片、視視頻查詢））標準化。種類用戶自自定義。每個工單所所用的工作作（操作））票用戶自自定義。典型工作（（操作）票票管理?？墒褂肞C和智能手機機。功能特點工單管理（（工作票管管理）工單管理（（工作票管管理）工單管理（（工作票管管理）（1）帶錄波功功能的高精精度的指示示器4、故障指示器器的最新發(fā)發(fā)展（1）指示器在在正常情況況下保持采采樣和時間間同步；（2）在發(fā)生接接地故障后后，自動啟啟動故障錄錄波；（3）主控單元元負責三相相同步、零零序暫態(tài)電電流合成，，以及故障障波形和數(shù)數(shù)據(jù)上傳（4）控制中心心負責故障障數(shù)據(jù)處理理、故障波波形識別、、故障判別別和定位。。特點：高速、高精精度采樣；；三相同步步控制；實實現(xiàn)成本較較高如果故障判判別和定位位交給控制制中心，對對主站依賴賴度高；對對指示器的的故障識別別和定位功功能要求降降低努力方向：：利用接地相相暫態(tài)電流流和電壓波波形就地識識別故障利用高精度度采樣大幅幅度提高有有源指示器器的檢測靈靈敏度++通信（無線線）+自組網(wǎng)故障障指示器：：帶中繼通通信單元，，一系列在在線安裝和和運行的故故障指示器器能夠自動動組成一個個無線通信信信息網(wǎng)絡絡、自動路路由，將故故障信息上上報