配電網(wǎng)自動化技術(shù)-CH配電網(wǎng)饋線自動化

配電網(wǎng)自動化技術(shù)

DistributionAutomationTechnology電氣工程與自動化學(xué)院郭謀發(fā)第6章配電網(wǎng)饋線自動化6.1饋線自動化模式6.2基于重合器的饋線自動化6.2.1重合器的分類和功能6.2.2分段器的分類和功能6.2.3重合器與電壓-時間型分段器配合6.2.5重合器與過流脈沖計數(shù)型分段器配合6.2.6基于重合器的饋線自動化系統(tǒng)的不足6.3基于饋線監(jiān)控終端的饋線自動化6.3.1系統(tǒng)概述6.3.2饋線故障區(qū)段定位算法簡介6.3.3基于網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣的定位算法6.3.4基于網(wǎng)形結(jié)構(gòu)矩陣的定位算法6.4饋線自動化系統(tǒng)設(shè)計6.4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6.4.2硬件設(shè)計6.4.3軟件設(shè)計6.1饋線自動化模式饋線自動化FA（FeederAutomation）是指在正常情況下，遠(yuǎn)方實時監(jiān)視饋線分段開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)的狀態(tài)和饋線電流、電壓情況，并實現(xiàn)線路開關(guān)的遠(yuǎn)方合閘和分閘操作以優(yōu)化配網(wǎng)的運行方式，從而達(dá)到充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備容量的目的；在故障時獲取故障信息，并自動判別和隔離饋線故障區(qū)段以及恢復(fù)對非故障區(qū)域的供電，從而達(dá)到減小停電面積和縮短停電時間的目的；在單相接地等異常情況下,對單相接地區(qū)段的查找提供輔助手段。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）利用點對點通信現(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。每個開關(guān)或環(huán)網(wǎng)柜的饋線監(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化主站以遙控方式進(jìn)行集中控制。6.1饋線自動化模式6.2基于重合器的饋線自動化采用配電網(wǎng)自動化開關(guān)設(shè)備的饋線自動化系統(tǒng)，不需要建設(shè)通信通道，利用開關(guān)設(shè)備的相互配合，實現(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-時間型分段器配合模式及重合器和過流脈沖計數(shù)型分段器配合模式。一、重合器的功能當(dāng)故障發(fā)生后，若重合器監(jiān)測到超過設(shè)定值的故障電流，則重合器跳閘，并按預(yù)先整定的動作順序做若干次合、分的循環(huán)操作。若重合成功則自動終止后序動作，并經(jīng)一段延時后恢復(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、分的循環(huán)操作后重合失敗則閉鎖在分閘狀態(tài)，只有通過手動復(fù)位才能解除閉鎖。二、分段器的分類和功能分段器是一種與電源側(cè)前級開關(guān)（如重合器等）配合，在失壓或無電流的情況下自動分閘的開關(guān)設(shè)備，一般不能斷開短路故障電流。分段器的關(guān)鍵部件是故障檢測裝置(FaultDetectingDevice，F(xiàn)DD)。根據(jù)故障判斷方式的不同，分段器可分為電壓-時間型分段器和過流脈沖計數(shù)型分段器兩類。1.電壓-時間型分段器電壓-時間型分段器是憑借加壓、失壓的時間長短來控制其動作的，失壓后分閘或閉鎖，加壓后合閘，一般由帶微處理器的分段器故障檢測裝置根據(jù)饋線運行狀態(tài)控制其分閘、合閘及閉鎖。電壓-時間型分段器有兩個重要參數(shù)：X時限和Y時限需整定。X時限，從分段器電源側(cè)加壓至該分段器合閘的時延；Y時限，又稱為故障檢測時間，若分段器合閘后在未超過Y時限的時間內(nèi)又失壓，則該分段器分閘并閉鎖在分閘狀態(tài)，待下一次再得電時也不再自動重合。分段器故障檢測裝置一般有兩套功能。第一套是應(yīng)用于常閉狀態(tài)的分段開關(guān)；第二套是應(yīng)用于處于常開狀態(tài)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)。可通過參數(shù)配置實現(xiàn)兩套功能的切換。1.電壓-時間型分段器對于輻射狀饋線，將分段器的故障檢測裝置設(shè)置為第一套功能。當(dāng)分段器的故障檢測裝置監(jiān)測到分段器電源側(cè)得電后起動X計時器，在經(jīng)過X時限規(guī)定的時間后，令分段器合閘；同時起動Y計時器，若在計滿Y時限規(guī)定的時間以內(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重合。1.電壓-時間型分段器安裝于處于常常開狀態(tài)的聯(lián)聯(lián)絡(luò)開關(guān)處的的分段器故障障檢測裝置要要設(shè)置在第二二套功能。安裝于聯(lián)絡(luò)開開關(guān)處的分段段器故障檢測測裝置要對兩兩側(cè)的電壓進(jìn)進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)當(dāng)監(jiān)測到任一一側(cè)失壓時起起動XL計數(shù)器，規(guī)定定時間XL時限后，使分分段開關(guān)合閘閘。同時起動動Y計時器，若在在計滿Y時限規(guī)定的時時間以內(nèi)，該該分段器同一一側(cè)又失壓，，則該分段器器分閘并閉鎖鎖在分閘狀態(tài)態(tài)，待下一次次再得電也不不再自動重合合。1.電壓-時間型分段器器2.過電流脈沖計計數(shù)型分段器器過電流脈沖計計數(shù)型分段器器通常與前級的的重合器或斷斷路器配合使使用，它不能能開斷短路故故障電流。但但在一段時間間內(nèi)，能記憶憶前級開關(guān)設(shè)設(shè)備開斷故障障電流動作次次數(shù)。在預(yù)定的記憶憶次數(shù)后，在在前級的重合合器或斷路器器，將線路從從電網(wǎng)中短時時切除的無電電流間隙內(nèi)，，分段器分閘閘，隔離故障障。若前級開關(guān)設(shè)設(shè)備開斷故障障電流動作次次數(shù)未達(dá)到分分段器預(yù)設(shè)的的動作次數(shù)，，分段器在一一定的復(fù)位時時間后會清零零動作次數(shù)并并恢復(fù)到預(yù)先先整定的初始始狀態(tài)，為下下一次故障做做好準(zhǔn)備。三、重合器與與電壓-時間型分段器器配合A為重合器，整整定為一慢二二快，即第一一次重合時間間為15s，第二次重合合時間為5s。B和D采用電壓-時間型分段器器，X時限均整定為為7s。C和E采用電壓-時間型分段器器，X時限均整定為為14s。所有分段器的的故障檢測裝裝置的Y時限均整定為為5s。分段器均設(shè)置置在第一套功功能。1.輻射狀網(wǎng)故障障區(qū)段隔離三、重合器與與電壓-時間型分段器器配合1.輻射狀網(wǎng)故障障區(qū)段隔離A采用用重重合合器器，，整整定定為為一一慢慢二二快快，，即即第第一一次次重重合合時時間間為為15s，第第二二次次重重合合時時間間為為5s。B、C和D采用用電電壓壓-時間間型型分分段段器器并并且且設(shè)設(shè)置置在在第第一一套套功功能能，，X時限限均均整整定定為為7s，Y時限限均均整整定定為為5s。E也是是采采用用電電壓壓-時間間型型分分段段器器，，但但設(shè)設(shè)置置在在第第二二套套功功能能，，其其XL時限限整整定定為為45s，Y時限限整整定定為為5s。三、、重重合合器器與與電電壓壓-時間間型型分分段段器器配配合合2.環(huán)狀狀網(wǎng)網(wǎng)開開環(huán)環(huán)運運行行時時的的故故障障區(qū)區(qū)段段隔隔離離三、、重重合合器器與與電電壓壓-時間間型型分分段段器器配配合合2.環(huán)狀網(wǎng)開開環(huán)運行行時的故故障區(qū)段段隔離（1）分段器器的時限限整定。。分段器的的Y時限一般般可以統(tǒng)統(tǒng)一取為為5s；分段器的的X時限的整整定。第一步：：確定分分段器合合閘時間間間隔，，并從聯(lián)聯(lián)絡(luò)開關(guān)關(guān)處將配配電網(wǎng)分分割成若若干以電電源開關(guān)關(guān)為根的的樹狀（（輻射狀狀）配電電子網(wǎng)絡(luò)絡(luò)。第二步：：在各配配電子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，，以電源源節(jié)點合合閘為時時間起點點，分別別對各個個分段器器標(biāo)注其其相對于于電源點點合閘時時刻的絕絕對合閘閘延時時時間，并并注意不不能在任任何時刻刻有一臺臺以上的的分段開開關(guān)同時時合閘。。第三步：：某臺分分段器的的X時限等于于該開關(guān)關(guān)的絕對對合閘延延時時間間減去其其父節(jié)點點分段器器的絕對對合閘延延時時間間。三、重合合器與電電壓-時間型分分段器配配合3.重合器與與電壓-時間型分分段器配配合的整整定方法法（2）聯(lián)絡(luò)絡(luò)開關(guān)的的時限整整定“手拉手手”的環(huán)環(huán)狀配電電網(wǎng)只有有一臺聯(lián)聯(lián)絡(luò)開關(guān)關(guān)參與故故障處理理時，分分別計算算出與該該聯(lián)絡(luò)開開關(guān)緊鄰鄰的兩側(cè)側(cè)區(qū)域故故障時，，從故障障發(fā)生到到與故障障區(qū)域相相連的分分段開關(guān)關(guān)閉鎖在在分閘狀狀態(tài)所需需的延時時時間TL（左）TR和（右）），取其其中較大大的一個個記作Tmax，則XL時限的的設(shè)置置應(yīng)大大于Tmax。這樣樣整定定是允允許在在故障障后重重合過過程中中可從從任一一側(cè)進(jìn)進(jìn)行按按順序序的依依次合合閘。。3.重合器器與電電壓-時間型型分段段器配配合的的整定定方法法3.重合器器與電電壓-時間型型分段段器配配合的的整定定方法法例6-1對于圖圖6-4所示的的配電電網(wǎng)，，S1、S2和S3代表具具有兩兩次重重合功功能的的變電電站出出口重重合器器，第第一次次重合合時間間為15s，第二二次重重合時時間為為5s。B、C、D、F、G和M代表線線路上上的電電壓-時間型型分段段開關(guān)關(guān)，設(shè)設(shè)置在在第一一套功功能，，X時限均均整定定為7s。E和H為聯(lián)絡(luò)絡(luò)開關(guān)關(guān)；實實心符符號代代表該該開關(guān)關(guān)處于于合閘閘狀態(tài)態(tài)，空空心符符號代代表該該開關(guān)關(guān)處于于分閘閘狀態(tài)態(tài)。假假設(shè)相相鄰兩兩臺分分段開開關(guān)合合閘時時間間間隔為為7s。要求整定定：（1）虛線框內(nèi)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)中中，各臺分分段開關(guān)的的X時限及聯(lián)絡(luò)絡(luò)開關(guān)E的XL時限；（2）整個網(wǎng)絡(luò)絡(luò)中，兩臺臺聯(lián)絡(luò)開關(guān)關(guān)E、H均參與故障障處理的情情況下，分分別整定聯(lián)聯(lián)絡(luò)開關(guān)E、H的XL時限。3.重合器與電電壓-時間型分段段器配合的的整定方法法3.重合器與電電壓-時間型分段段器配合的的整定方法法3.重合器與電電壓-時間型分段段器配合的的整定方法法3.重合器與電電壓-時間型分段段器配合的的整定方法法3.重合器與電電壓-時間型分段段器配合的的整定方法法四、重合器器與過流脈脈沖計數(shù)型型分段器配配合1.隔離永久故故障區(qū)段四、重合器器與過流脈脈沖計數(shù)型型分段器配配合1.隔離暫時性性故障區(qū)段段五、基于重重合器的饋饋線自動化化系統(tǒng)不足足（1）為了隔離離故障，重重合器和分分段器要進(jìn)進(jìn)行多次分分合操作，，切斷故障障的時間較較長，且對對設(shè)備及負(fù)負(fù)荷造成一一定的沖擊擊。當(dāng)采用用重合器與與電壓－時時間型分段段器配合隔隔離開環(huán)運運行的環(huán)狀狀網(wǎng)的故障障區(qū)段時，，要使聯(lián)絡(luò)絡(luò)開關(guān)另一一側(cè)的健全全區(qū)段所有有的開關(guān)都都分一次閘閘，造成供供電短時中中斷，更加加擴(kuò)大了事事故的影響響范圍。（2）基于重合合器的饋線線自動化系系統(tǒng)僅在線線路發(fā)生故故障時發(fā)揮揮作用，而而不能在遠(yuǎn)遠(yuǎn)方通過遙遙控完成正正常的倒閘閘操作。（3）基于重合合器的饋線線自動化系系統(tǒng)不能實實時監(jiān)視線線路的負(fù)荷荷。（4）當(dāng)故障區(qū)區(qū)段隔離后后，在恢復(fù)復(fù)健全區(qū)段段供電，進(jìn)進(jìn)行配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時時，無法確確定最優(yōu)方方案。6.3基于饋線監(jiān)監(jiān)控終端的的饋線自動動化系統(tǒng)由饋線線監(jiān)控終端端、通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)及主站站系統(tǒng)構(gòu)成成。一、系統(tǒng)概概述當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)發(fā)生故障后后，各相關(guān)關(guān)饋線監(jiān)控控終端將相相應(yīng)的分段段開關(guān)及聯(lián)聯(lián)絡(luò)開關(guān)處處的實時信信息通過數(shù)數(shù)據(jù)通信傳傳到主站系系統(tǒng)，主站站系統(tǒng)根據(jù)據(jù)一定的故故障區(qū)段定定位算法自自動定位出出故障所在在區(qū)段，并并下發(fā)命令令給相關(guān)饋饋線監(jiān)控終終端操作開開關(guān)設(shè)備將將故障區(qū)段段隔離，并并恢復(fù)非故故障區(qū)段供供電。對于輻射網(wǎng)網(wǎng)、樹狀網(wǎng)網(wǎng)和處于開開環(huán)運行的的環(huán)狀網(wǎng)，，故障區(qū)段段定位只需需要判斷沿沿線的各個個開關(guān)是否否流過故障障電流。假如線路出出現(xiàn)單一故故障，沿電電源到負(fù)荷荷的方向最最后一個經(jīng)經(jīng)歷了故障障電流和第第一個沒有有經(jīng)歷故障障電流的開開關(guān)之間為為故障區(qū)段段。為了確定開開關(guān)上是否否流過故障障電流，需需要對安裝裝于其上的的各臺饋線線監(jiān)控終端端進(jìn)行整定定，由于不不是通過對對各個開關(guān)關(guān)整定值的的區(qū)別來定定位故障區(qū)區(qū)段，所以以這種整定定較方便。。配電網(wǎng)故障障區(qū)段定位位最基本的的問題就是是如何用合合理的數(shù)學(xué)學(xué)方式來描描述故障區(qū)區(qū)段定位問問題，并快快速求解。。一、系統(tǒng)概概述二、基于網(wǎng)網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩矩陣的定位位算法通過網(wǎng)基結(jié)結(jié)構(gòu)矩陣D和故障信息息矩陣G的運算，得得到一個故故障判斷矩矩陣P，根據(jù)故障障判斷矩陣陣P判斷和隔離離故障區(qū)段段。1.網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩矩陣D網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩矩陣D描述了配電電網(wǎng)的潛在在聯(lián)接方式式,它取決于配配電線路的的架設(shè)。圖6-8一個簡單的的配電網(wǎng)二、基于網(wǎng)網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩矩陣的定位位算法2.故障信息矩矩陣G如果節(jié)點的的開關(guān)經(jīng)歷歷了超過整整定值的故故障電流，，則故障信信息矩陣G的第行第列列的元素置置0；反之則第第行第列的的元素置1；故障信息矩矩陣G的其他元素素均置0。也即故障信信息反映在在矩陣G的對角線上上。二、基于網(wǎng)網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩矩陣的定位位算法如圖6-4所示，節(jié)點點3和節(jié)點4之間發(fā)生故故障，則相相應(yīng)的故障障信息矩陣陣G為3.故障判斷矩矩陣P故障區(qū)段兩兩側(cè)的開關(guān)關(guān)必定一個個經(jīng)歷了故故障電流，，另一個未未經(jīng)歷故障障電流。而而且故障區(qū)區(qū)段的一個個沒有故障障信息節(jié)點點的所有相相鄰節(jié)點中中，不存在在兩個以上上的節(jié)點有有故障信息息。二、基于網(wǎng)網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩矩陣的定位位算法網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩矩陣D和故障信息息矩陣G相乘后得到到矩陣Q，再對矩陣陣Q進(jìn)行規(guī)格化化后就得到到了故障判判斷矩陣P，即其中代代表表規(guī)格化處處理三、基于網(wǎng)網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩矩陣的定位位算法如果矩陣D中的元素為為1（表示節(jié)點點與與節(jié)點相相鄰）；；矩陣G中的元素即即節(jié)點j無故障；并且對應(yīng)的的矩陣G中的元素至至少少有兩個為為0（表示有兩兩個以上與與節(jié)點相相鄰的節(jié)節(jié)點有故障障信息）；；則節(jié)點j一定不是構(gòu)構(gòu)成故障區(qū)區(qū)段的節(jié)點點；必須對矩陣陣Q進(jìn)行規(guī)格化化處理，也也就是將矩矩陣Q中第j行和第j列的元素全全置為0。如果故障判判斷矩陣P中的元素（（XOR表示異或）），則故障障發(fā)生在饋饋線上的第第i節(jié)點和第j節(jié)點之間的的區(qū)段，三、基于網(wǎng)網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩矩陣