第五章饋線自動化課件

第五章饋線自動化

一、饋線自動化的作用和基本功能饋線自動化的作用：正常運行時檢測線路狀態(tài)，如電流、電壓、開關(guān)狀態(tài)及進行相關(guān)操作；當(dāng)線路發(fā)生故障時，能準(zhǔn)確確定故障所在線路，跳開故障線路開關(guān)，使故障線路被隔離，并恢復(fù)非故障線路的供電；通過網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)實現(xiàn)負荷控制和降低網(wǎng)絡(luò)損耗。

第一節(jié)概述2023/7/242沈陽工程學(xué)院站內(nèi)饋線開關(guān)數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)視，由站內(nèi)RTU來完成。饋線自動化基本功能數(shù)據(jù)采集事故告警狀態(tài)監(jiān)視與故障處理控制操作無功控制對時報表狀態(tài)監(jiān)視事故處理對正常狀態(tài)和事故狀態(tài)的監(jiān)控

故障區(qū)域自動判斷、指示與自動隔離；故障消除后迅速恢復(fù)供電功能。對安裝在線路上的無功補償電容器組的自動投切控制。

在電網(wǎng)正常運行過程中投、切饋線開關(guān)，并能帶負荷遙控投、切饋線環(huán)網(wǎng)開關(guān)和負荷開關(guān)以及遙控調(diào)整變壓器的分接頭位置。2023/7/243沈陽工程學(xué)院1．減少停電時間，提高供電可靠性2．提高供電質(zhì)量3．節(jié)省總體投資4．減少電網(wǎng)運行與檢修費用

二、實現(xiàn)饋線自動化的優(yōu)點

2023/7/244沈陽工程學(xué)院（一）

簡易模式簡易模式是指在配電線上必要的節(jié)點處裝設(shè)故障指示器。這是一種投資少見效快的簡易模式。（二）

基于重合器模式基于重合器模式是以每一條饋線為單元，就地控制模式。在本線上自動實施故障檢測、隔離及恢復(fù)供電的功能，不設(shè)專用通道，無需遠方集控中心干預(yù)。（三）

基于遠方終端FTU模式在饋線監(jiān)控點安裝桿上遠方終端（FTU）。通過通道與集控中心相連，進行雙向通訊，可以實現(xiàn)遙測、遙信、遙控，在國外這是當(dāng)前最為流行的模式。

三、饋線自動化系統(tǒng)的模式

2023/7/245沈陽工程學(xué)院這種自動化方案是通過重合器、分段器、熔斷器等配電自動化設(shè)備之間相互配合實現(xiàn)故障隔離、恢復(fù)對非故障區(qū)段供電的目的的。

第二節(jié)

基于重合器的饋線自動化

2023/7/246沈陽工程學(xué)院（一）重合器的定義所謂重合器是具有多次重合功能和自具功能的斷路器。是一種能夠檢測故障電流，并能在給定時間內(nèi)遮斷故障電流以及進行給定次數(shù)重合的控制裝置。重合器具有自具功能一、重合器它自帶控制和操作電源

它的操作不受外界繼電器控制，而由微處理器控制。

2023/7/247沈陽工程學(xué)院（1）按相別分：自動重合器有單相、三相式。（2）按安裝方式分：可分為桿上、地面上、水下或地下，可實現(xiàn)串聯(lián)分閘、并聯(lián)分閘等多功能自動分閘。（3）按滅弧介質(zhì)分：可分為油重合器、真空重合器和六氟化硫重合器。（4）按控制方式分：可分為液壓重合器和電子重合器兩類（二）自動重合器的分類及特點2023/7/248沈陽工程學(xué)院1．自動重合器的主要技術(shù)參數(shù)（1）額定電流:表征設(shè)備長期承載電流的能力，以有效值表示。設(shè)備的額定電流必須等于或大于線路最大預(yù)期負荷電流。（2）額定電壓：即開關(guān)設(shè)備的標(biāo)稱電壓。按IEC標(biāo)準(zhǔn)要求修訂的新標(biāo)準(zhǔn)中，開關(guān)設(shè)備的額定電壓已改為最高電壓，即開關(guān)設(shè)備的額定電壓應(yīng)不低于系統(tǒng)電壓。（3）最小脫扣電流：重合器的最小脫扣電流選擇應(yīng)使得當(dāng)被保護線路出現(xiàn)最小的故障電流時應(yīng)能檢測到且及時切斷，不要誤動作又有相應(yīng)的靈敏度。（4）重合器的時間—電流（t-I）特性（三）

自動重合器的主要技術(shù)參數(shù)及選用原則2023/7/249沈陽工程學(xué)院快速動作曲線慢速動作曲線2023/7/2410沈陽工程學(xué)院2．重合器的選用原則（1）重合器的額定電壓必須大于或等于系統(tǒng)電壓。（2）重合器的遮斷電流必須大于或等于重合地點可能出現(xiàn)的最大故障電流。（3）重合器的長期工作的額定電流，必須大于或等于線路的負荷電流。（4）重合器應(yīng)能夠檢測到和遮斷它所承擔(dān)的保護區(qū)末端發(fā)生短路時可能出現(xiàn)的最小故障電流。（5）重合器與其它保護裝置配合時，通過時延和操作程序的選擇，應(yīng)保證有選擇地切除故障，將系統(tǒng)中瞬時遮斷和長期中止供電的范圍盡量縮小，并且與其后續(xù)線路的保護設(shè)備相配合。

2023/7/2411沈陽工程學(xué)院（一）分段器的概念及作用線路自動分段器(Automaticlinesectionalizer)簡稱分段器，是一種與電源側(cè)前級開關(guān)設(shè)備相配合，在無電壓或無電流的情況下自動分閘的開關(guān)設(shè)備。作用：它廣泛地應(yīng)用在配電網(wǎng)線路的分支線或區(qū)段線路上，用來隔離永久性故障。二、分段器2023/7/2412沈陽工程學(xué)院分段器的結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型按介質(zhì)區(qū)分

六氟化硫分段器

按控制功能分真空分段器

油分段器

電子控制分段器

空氣分段器

液壓控制分段器

按識別故障原理分過流脈沖記數(shù)型電壓|時間型

2023/7/2413沈陽工程學(xué)院（1）必須使分段器的額定電壓等于或大于系統(tǒng)最高工作電壓。（2）分段器必須串聯(lián)使用在自動重合器的負荷側(cè)，其額定長期工作電流應(yīng)等于或大于預(yù)期的負荷電流；額定瞬時電流必須等于或大于可能出現(xiàn)的最大故障電流。（3）分段器的熱穩(wěn)定電流必須等于或大于使用場合的最大短路電流，其動、熱穩(wěn)定時間必須大于上級保護的開斷時間。（4）分段器的最小動作電流應(yīng)該為電源側(cè)保護裝置最小跳閘電流的80％（二）分段器的選用原則2023/7/2414沈陽工程學(xué)院過流脈沖計數(shù)型分段器通常與前級開關(guān)設(shè)備（重合器或斷路器）配合使用，它不能開斷短路故障電流，但具有“記憶”前級開關(guān)設(shè)備開斷故障電流動作次數(shù)的能力。在預(yù)定的記錄次數(shù)后，當(dāng)前級開關(guān)設(shè)備將線路從電網(wǎng)短時切除的無電流間隙內(nèi)分段器才分閘，隔離故障線路段，使前級開關(guān)設(shè)備如重合器或斷路器可重合到無故障線路，恢復(fù)線路運行。如果故障是瞬時的或未達預(yù)定記憶次數(shù)，分段器在一定的復(fù)位時間之后會“忘記”其所作的記憶而恢復(fù)到預(yù)先整定的初始狀態(tài)，為新的故障發(fā)生準(zhǔn)備另一次循環(huán)操作。（三）過流脈沖計數(shù)型分段器2023/7/2415沈陽工程學(xué)院

圖5-2過流脈沖記數(shù)型分段器工作示例

2023/7/2416沈陽工程學(xué)院電壓一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，加壓后合閘或閉鎖。電壓一時間型分段器既可用于輻射狀網(wǎng)和樹狀網(wǎng)，又可用于環(huán)狀網(wǎng)。三個重要參數(shù)：（1）x時限：為延時合閘時限，即指從分段器電源側(cè)加電壓至該分段合閘的時間。（2）y時限：又稱為故障檢測時間或延時分閘時限，其含義是：若分段器合閘后在未超過y時限的時間內(nèi)又失壓，則該分段器分閘并被閉鎖在分閘狀態(tài)，待下一次再得電時也不再自動重合。（3）z時限：閉鎖合閘時限。為分段器從失壓到自動跳閘之間的短暫延時。若設(shè)重合器或斷路器的保護動作時間為t，為使分段器可靠工作，對于x，y，z時限的整定必須滿足如下關(guān)系：（t+z）<y<x。

（四）電壓一時間型(重合式)分段器2023/7/2417沈陽工程學(xué)院應(yīng)用于放射式供電網(wǎng)的重合式分斷器動作過程(1)設(shè)故障發(fā)生在第五區(qū)段，這時，位于變電所的斷路器或重合器在保護動作時間t秒后跳閘，使所有重合式分段器都因斷電而分閘，所有區(qū)段供電暫停。

(2)斷路器(或重合器)在一定的時間間隔(如0．5s)后第一次重合，而各個重合式分段器Q01～Q04，按預(yù)先設(shè)定的合閘順延時差(x時限)依次合閘送電。如圖上所標(biāo)明的Q01在lOs后，Q02在10+10=20s后，QO3在10+10+10=30s后，Q04在10+30=40s后依次關(guān)合，向其后的線路段送電。(3)若第五區(qū)段故障依然存在，則因Q04關(guān)合在故障線路上而使斷路器(或重合器)再度跳閘，所有區(qū)段又再度停電，所有分段器又都分閘，不過這時因為Q04的控制器在檢測時限(y時限)內(nèi)檢測到又失去電壓，因而將Q04閉鎖在分閘狀態(tài)，待下次再得電時也不再自動重合。(4)斷路器(或重合器)第二次重合后，Q01、Q02、Q03按設(shè)定的時間差又依次相繼合閘，直到第四區(qū)段供電正常。Q04因處于閉鎖狀態(tài)，因而將有故障的第五區(qū)段與電網(wǎng)隔離。與此同時，設(shè)置在變電所的故障區(qū)段指示器與斷路器聯(lián)動，按時間的長短顯示出故障在第五區(qū)段。

2023/7/2418沈陽工程學(xué)院各開關(guān)設(shè)備的動作時序圖

2023/7/2419沈陽工程學(xué)院短路故障指示器是利用電磁原理，依靠指示牌轉(zhuǎn)動位置的變化、顏色的變化或燈光的閃動來指示故障的發(fā)生，這些指示器當(dāng)指示后，可以依靠人工手動復(fù)歸或經(jīng)過延時后自動復(fù)歸，有些是利用線路恢復(fù)正常后通過負荷電流來自動復(fù)歸。三、故障指示器2023/7/2420沈陽工程學(xué)院一、概述基于FTU的饋線自動化系統(tǒng):

是通過在變電所出口斷路器及戶外饋線分段開關(guān)處安裝柱上FTU．以及在配電變壓器處安裝TTU，并建設(shè)可靠的通信網(wǎng)絡(luò)將它們和配電網(wǎng)控制中心的SCADA系統(tǒng)連接．再配合相關(guān)的處理軟件所構(gòu)成的高性能系統(tǒng)。

作用：該系統(tǒng)在正常情況下，遠方實時監(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)的遠方合閘和分閘操作以優(yōu)化配網(wǎng)的運行方式，從而達到充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備容量和降低線損的目的；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，從而達到減小停電面積和縮短停電時間的目的。第三節(jié)基于FTU的饋線自動化系統(tǒng)2023/7/2421沈陽工程學(xué)院典型基于FTU的饋線自動化的組成

配電自動化控制系統(tǒng)SCADAFA控制主站配電自動化通信網(wǎng)絡(luò)FTUFTU斷路器聯(lián)絡(luò)開關(guān)分段開關(guān)控制線通信線第一層：一次設(shè)備（負荷開關(guān)、分段器等）第二層：FTU控制箱主要由開關(guān)操作控制電路、不間斷供電電源、控制箱體等部件組成。各FTU分別采集相應(yīng)柱上開關(guān)的運行情況，如負荷、電壓、功率和開關(guān)當(dāng)前位置、貯能完成情況等，并將上述信息由通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)向遠方配電網(wǎng)自動化控制中心。各FTU還可以接受配網(wǎng)自動化控制中心下達的命令進行相應(yīng)的遠方倒閘操作。

第三層：通信子系統(tǒng)第四層：FA控制主站FA控制主站的功能主要是提供人機接口，自動處理來自線路的FTU的數(shù)據(jù)，對故障點進行定位，并遙控線路開關(guān)，實現(xiàn)故障點的自動隔離及恢復(fù)供電。

FTU應(yīng)滿足的基本要求是：①數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?；②時間響應(yīng)的快速性；③不同的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先級和不同響應(yīng)時間。

第五層：SCADA／DMS主站

SCADA／DMS主站與饋線自動化控制主站相連，可完成配電線路的SCADA監(jiān)控以及更高級的配電管理功能。

2023/7/2422沈陽工程學(xué)院FTU是整個饋線自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)控制單元，起到聯(lián)接開關(guān)與數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)(SCADA)的橋梁作用，用于實現(xiàn)配電網(wǎng)監(jiān)控，對配電負荷開關(guān)(架空線)或環(huán)網(wǎng)柜(地下電纜)進行監(jiān)控的自動化設(shè)備。

FTU主要由主控制器部分、開關(guān)量輸入／輸出(I／O)部分、調(diào)制解調(diào)器(MODEM)、電壓電流形成等四部分組成。二、對FTU（現(xiàn)場終端裝置）的性能要求2023/7/2423沈陽工程學(xué)院電壓、電流形成部分來自線路的電壓、電流主控制器部分開關(guān)量輸入/輸出（I/O）部分開關(guān)量引入控制開關(guān)MODEM與主站通信FTU內(nèi)部結(jié)構(gòu)2023/7/2424沈陽工程學(xué)院FTU一般應(yīng)具有下列功能：(1)遙信功能。FTU應(yīng)能對柱上開關(guān)的當(dāng)前位置、通信是否正常、貯能完成情況等重要狀態(tài)量進行采集。若FTU自身有繼電保護功能的話，還應(yīng)對保護動作情況進行遙信。(2)遙測功能。FTU最重要的遙測功能是采集正常運行時和故障瞬間開關(guān)經(jīng)歷的電流，此外還可增加采集電壓、有功功率及無功功率等模擬量的功能。

二、對FTU的性能要求2023/7/2425沈陽工程學(xué)院

(3)遙控功能。FTU應(yīng)能接受遠方命令控制柱上開關(guān)合閘和跳閘。(4)統(tǒng)計功能。FTU還應(yīng)能對開關(guān)遮斷故障電流的次數(shù)和動作時間進行統(tǒng)計。(5)對時功能。FTU應(yīng)能接受主系統(tǒng)的對時命令，以便和系統(tǒng)時鐘保護一致。(6)事件順序記錄(SOE)。記錄狀態(tài)量發(fā)生變化的時刻和先后順序。2023/7/2426沈陽工程學(xué)院(7)事故記錄：記錄事故發(fā)生時的最大故障電流和事故前一段時間(一般是1分鐘)的平均負荷，以便分析事故，確立故障區(qū)段，并為恢復(fù)健全區(qū)段供電時進行負荷重新分配提供依據(jù)。(8)定值遠方修改和召喚定值。。(9)自檢和自恢復(fù)功能。FTU應(yīng)具有自檢測功能，并在設(shè)備自身故障時及時告警；FTU應(yīng)具有可靠的自恢復(fù)功能，一旦受干擾造成死機，應(yīng)能通過監(jiān)視定時器(WDT)重新復(fù)位系統(tǒng)恢復(fù)正常運行。(10)遠方控制閉鎖與手動操作功能。(11)抗惡劣環(huán)境

2023/7/2427沈陽工程學(xué)院(12)具有良好的維修性。(13)可靠的電源。(14)電度采集。這是一項可選功能，對于實行分片管理的供電部門，安裝在聯(lián)絡(luò)開關(guān)處的FTU一般應(yīng)具有雙向電度采集功能，這對于電能核算和線損估計有意義。

2023/7/2428沈陽工程學(xué)院基于重合器的饋線自動化

優(yōu)點：具有無需通信網(wǎng)絡(luò)，無需遠方控制中心進行干預(yù)，結(jié)構(gòu)簡單，有利于降低建設(shè)投資費用缺點：對開關(guān)斷開能力要求高，為找到故障點而需要多次重合，對設(shè)備沖擊大，隨網(wǎng)絡(luò)運行方式的變化，需要到現(xiàn)場修改定值，且不能對運行參數(shù)進行監(jiān)控，故障信息不能及時上報配調(diào)中心等。三、兩種饋線自動化方案比較2023/7/2429沈陽工程學(xué)院基于FTU的饋線自動化優(yōu)點：為全面實現(xiàn)配電自動化創(chuàng)造了最為基本的條件，自動化程度高。缺點：對通訊通道的依賴性很強．結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建設(shè)費用高。適用范圍：城網(wǎng)、負荷密度大的地區(qū)、重要工業(yè)園區(qū)、供電途徑多的網(wǎng)格狀配電網(wǎng)、其它對供電可靠性要求高的區(qū)域。2023/7/2430沈陽工程學(xué)院第四節(jié)基于FTU模式下的故障區(qū)段的判斷和隔離過電流無過電流過電流過電流過電流供電方向圖5—7一段輻射狀網(wǎng)饋線的故障區(qū)段判斷

對于輻射狀網(wǎng)、根據(jù)饋線沿線各開關(guān)是否流過故障電流判斷故障區(qū)段。假設(shè)饋線上出現(xiàn)單一的故障，顯然故障區(qū)段應(yīng)當(dāng)位于從電源側(cè)到末梢方向最后一個經(jīng)歷了故障電流的開關(guān)和第一個未經(jīng)歷故障電流的開關(guān)之間的區(qū)段。

2023/7/2431沈陽工程學(xué)院故障功率方向故障功率方向圖5—8一段環(huán)網(wǎng)饋線閉環(huán)運行的故障區(qū)段判斷

對于處于閉環(huán)運行的環(huán)狀網(wǎng)，則必須根據(jù)流經(jīng)饋線沿線各開關(guān)的故障功率方向才能判斷出故障區(qū)段，此時必須同時采集電流和電壓信號。當(dāng)分段開關(guān)流經(jīng)超過其整定值的故障電流時，表明有故障發(fā)生。當(dāng)與該區(qū)段相連的各開關(guān)的故障功率方向均指向該區(qū)段時，判斷此段為故障區(qū)段2023/7/2432沈陽工程學(xué)院當(dāng)線路發(fā)生故障時，各開關(guān)的信息由各自的FTU經(jīng)配電系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)上傳到上級控制中心（SCADA），由控制中心根據(jù)各開關(guān)的信息，判斷出故障點所在段之后，下發(fā)命令至相應(yīng)的FTU，由FTU跳開故障段兩側(cè)開關(guān)、閉合出線開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

2023/7/2433沈陽工程學(xué)院面保護定義：除了利用保護裝置自身采集的信息外，還要利用系統(tǒng)中其它信息，做出故障判斷和動作出口，以保證自身設(shè)備或局部系統(tǒng)?；诿姹Ｗo原理的短路故障處理的技術(shù)關(guān)鍵在于：所有柱上開關(guān)是根據(jù)自身和其它開關(guān)的信息獨立作出判斷和動作的。二、采用面保護技術(shù)進行故障處理2023/7/2434沈陽工程學(xué)院（1）必須有可靠的通信系統(tǒng)（2）保護裝置都應(yīng)有CPU

（3）必須具有并行處理能力。（4）自身必須有對故障的處理和判斷程序即保護程序，而不是靠上級配調(diào)來判斷。

（一）實現(xiàn)面保護技術(shù)必須具備的必要條件2023/7/24