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

1、配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)Distribution Automation Technology,電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院 郭謀發(fā),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 基于重合器的饋線自動(dòng)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(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 基于重合器的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的不足 6.3 基于饋線監(jiān)控終端的饋線自動(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(dòng)化系統(tǒng)設(shè)

2、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),6.1 饋線自動(dòng)化模式,饋線自動(dòng)化FA（Feeder Automation）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)的狀態(tài)和饋線電流、電壓情況，并實(shí)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(yùn)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(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)域的供電，從而達(dá)到減小停電面積和縮短停電時(shí)間的目的； 在單相接地等異常情況下, 對(duì)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信 現(xiàn)

3、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(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,6.2 基于重合器的饋線自動(dòng)化,采用配電網(wǎng)自動(dòng)化開關(guān)設(shè)備的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)，不需要建設(shè)通信通道，利用開關(guān)設(shè)備的相互配合，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。,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

4、跳閘，并按預(yù)先整定的動(dòng)作順序做若干次合、分的循環(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(dòng)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(jí)開關(guān)（如重合器等）配合，在失壓或無電流的情況下自動(dòng)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 (Fault Detecting Device，F(xiàn)DD)。根據(jù)故障判斷方式的不同，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。,1. 電壓-時(shí)間型分段器,電壓-時(shí)間型分段器是憑借加壓

5、、失壓的時(shí)間長短來控制其動(dòng)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(yùn)行狀態(tài)控制其分閘、合閘及閉鎖。,電壓-時(shí)間型分段器有兩個(gè)重要參數(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的時(shí)延； Y時(shí)限，又稱為故障檢測時(shí)間，若分段器合閘后在未超過Y時(shí)限的時(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)?？赏ㄟ^參數(shù)配置實(shí)現(xiàn)兩套功能的切換。,1. 電壓-時(shí)間型分段器,對(duì)于輻射狀饋線，將分段器的故障檢測裝置設(shè)置為第

6、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(dòng)X計(jì)時(shí)器，在經(jīng)過X時(shí)限規(guī)定的時(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)限規(guī)定的時(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,安裝于處于常開狀態(tài)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)處的分段器故障檢測裝置要設(shè)置在第二套功能。 安裝于聯(lián)絡(luò)開關(guān)處的分段器故障檢測裝置要對(duì)兩側(cè)的電壓進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測到任一側(cè)失壓時(shí)起動(dòng)XL計(jì)數(shù)器，規(guī)定時(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)限規(guī)定的時(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

7、。,1. 電壓-時(shí)間型分段器,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)的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)定的記憶次數(shù)后，在前級(jí)的重合器或斷路器，將線路從電網(wǎng)中短時(shí)切除的無電流間隙內(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)未達(dá)到分段器預(yù)設(shè)的動(dòng)作次數(shù)，分段器在一定的復(fù)位時(shí)間后會(huì)清零動(dòng)作次數(shù)并恢復(fù)到預(yù)先整定的初始狀態(tài)，為下一次故障做好準(zhǔn)備。,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采用電壓-時(shí)間型分段器

8、，X時(shí)限均整定為7s。 C和E采用電壓-時(shí)間型分段器，X時(shí)限均整定為14s。 所有分段器的故障檢測裝置的Y時(shí)限均整定為5s。 分段器均設(shè)置在第一套功能。,1. 輻射狀網(wǎng)故障區(qū)段隔離,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,A采用重合器，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采用電壓-時(shí)間型分段器并且設(shè)置在第一套功能，X時(shí)限均整定為7s，Y時(shí)限均整定為5s。 E也是采用電壓-時(shí)間型分段器，但設(shè)置在第二套功能，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)的故障區(qū)段隔離,三、重合器

9、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)的故障區(qū)段隔離,（1）分段器的時(shí)限整定。 分段器的Y時(shí)限一般可以統(tǒng)一取為5s； 分段器的X時(shí)限的整定。 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)為根的樹狀（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)刻的絕對(duì)合閘延時(shí)時(shí)間，并注意不能在任何時(shí)刻有一臺(tái)以上的分段開關(guān)同時(shí)合閘。 第三步：某臺(tái)分段器的X時(shí)限等于該開關(guān)的絕對(duì)合閘延時(shí)時(shí)間減去其父節(jié)點(diǎn)分段器的絕對(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)間型分段器配合的整定方法

10、,（2） 聯(lián)絡(luò)開關(guān)的時(shí)限整定 “手拉手”的環(huán)狀配電網(wǎng)只有一臺(tái)聯(lián)絡(luò)開關(guān)參與故障處理時(shí)，分別計(jì)算出與該聯(lián)絡(luò)開關(guān)緊鄰的兩側(cè)區(qū)域故障時(shí)，從故障發(fā)生到與故障區(qū)域相連的分段開關(guān)閉鎖在分閘狀態(tài)所需的延時(shí)時(shí)間TL（左）TR和（右），取其中較大的一個(gè)記作Tmax，則XL時(shí)限的設(shè)置應(yīng)大于Tmax 。這樣整定是允許在故障后重合過程中可從任一側(cè)進(jìn)行按順序的依次合閘。,3.重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合的整定方法,3.重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合的整定方法,例6-1 對(duì)于圖6-4所示的配電網(wǎng)，S1、S2和S3代表具有兩次重合功能的變電站出口重合器，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

11、表線路上的電壓-時(shí)間型分段開關(guān)，設(shè)置在第一套功能，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)的網(wǎng)絡(luò)中，各臺(tái)分段開關(guān)的X時(shí)限及聯(lián)絡(luò)開關(guān)E的XL時(shí)限； （2）整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，兩臺(tái)聯(lián)絡(luò)開關(guān)E、H均參與故障處理的情況下，分別整定聯(lián)絡(luò)開關(guān)E、H的XL時(shí)限。,3.重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合的整定方法,3.重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合的整定方法,3.重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合的整定方法,3.重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合的整定方法,3.重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合的整定方法,

12、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,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,五、基于重合器的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)不足,（1）為了隔離故障，重合器和分段器要進(jìn)行多次分合操作，切斷故障的時(shí)間較長，且對(duì)設(shè)備及負(fù)荷造成一定的沖擊。當(dāng)采用重合器與電壓時(shí)間型分段器配合隔離開環(huán)運(yùn)行的環(huán)狀網(wǎng)的故障區(qū)段時(shí)，要使聯(lián)絡(luò)開關(guān)另一側(cè)的健全區(qū)段所有的開關(guān)都分一次閘，造成供電短時(shí)中斷，更加擴(kuò)大了事故的影響范圍。 （2）基于重合器的饋線自動(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)方通過遙控完成正常的倒閘操作。 （3）基于重合器的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)不能實(shí)時(shí)監(jiān)視線路的負(fù)荷。 （4）當(dāng)故障區(qū)

13、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。,6.3基于饋線監(jiān)控終端的饋線自動(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)構(gòu)成。,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)控終端將相應(yīng)的分段開關(guān)及聯(lián)絡(luò)開關(guān)處的實(shí)時(shí)信息通過數(shù)據(jù)通信傳到主站系統(tǒng)，主站系統(tǒng)根據(jù)一定的故障區(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。,對(duì)于輻射網(wǎng)、樹狀網(wǎng)和處于開環(huán)運(yùn)行的環(huán)狀網(wǎng)，故障區(qū)段定位只需要判斷沿線的各個(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)荷的方向最后一個(gè)經(jīng)歷了故障電流和第一個(gè)沒有經(jīng)歷故障電流的開關(guān)之間

14、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)安裝于其上的各臺(tái)饋線監(jiān)控終端進(jìn)行整定，由于不是通過對(duì)各個(gè)開關(guān)整定值的區(qū)別來定位故障區(qū)段，所以這種整定較方便。 配電網(wǎng)故障區(qū)段定位最基本的問題就是如何用合理的數(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,二、基于網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣的定位算法,通過網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣D和故障信息矩陣G的運(yùn)算，得到一個(gè)故障判斷矩陣P，根據(jù)故障判斷矩陣P判斷和隔離故障區(qū)段。,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)的潛在聯(lián)接方式,它取決于配電線路的架設(shè)。,圖6-8 一個(gè)簡單的配電網(wǎng),二、基于網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣的定位算法,2.故障信息矩陣G 如果節(jié)點(diǎn)的開關(guān)經(jīng)歷了超過

15、整定值的故障電流，則故障信息矩陣G的第行第列的元素置0；反之則第行第列的元素置1； 故障信息矩陣G的其他元素均置0。 也即故障信息反映在矩陣G的對(duì)角線上。,二、基于網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣的定位算法,如圖6-4所示，節(jié)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)4之間發(fā)生故障，則相應(yīng)的故障信息矩陣G為,3.故障判斷矩陣P 故障區(qū)段兩側(cè)的開關(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)段的一個(gè)沒有故障信息節(jié)點(diǎn)的所有相鄰節(jié)點(diǎn)中，不存在兩個(gè)以上的節(jié)點(diǎn)有故障信息。,二、基于網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣的定位算法,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,三、基于網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣

16、的定位算法,如果矩陣D中的元素 為1（表示節(jié)點(diǎn) 與節(jié)點(diǎn) 相鄰）； 矩陣G中的元素 即節(jié)點(diǎn) j 無故障； 并且對(duì)應(yīng)的矩陣G中的元素 至少有兩個(gè)為0（表示有兩個(gè)以上與節(jié)點(diǎn) 相鄰的節(jié)點(diǎn)有故障信息）； 則節(jié)點(diǎn)j一定不是構(gòu)成故障區(qū)段的節(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列的元素全置為0。,如果故障判斷矩陣P中的元素 （XOR表示異或），則故障發(fā)生在饋線上的第i節(jié)點(diǎn)和第j節(jié)點(diǎn)之間的區(qū)段，,三、基于網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣的定位算法,例6-1 分析圖6-9所示的一個(gè)較復(fù)雜的配電網(wǎng)絡(luò)故障區(qū)段判定方法。,圖6-9一個(gè)較復(fù)雜的配電網(wǎng),三、基于網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣的定位算法,網(wǎng)形結(jié)構(gòu)矩陣C 若節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間存在一條饋線且該饋線的正方向是由節(jié)點(diǎn)i指向節(jié)點(diǎn)j ，則對(duì)應(yīng)的網(wǎng)形結(jié)構(gòu)矩陣C中的元素cij=1 ，而 cji=0 故障信息矩陣G 若第i節(jié)點(diǎn)存在故障電流，則該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的對(duì)角元素gii=1，反之gii=0。 故障區(qū)間判斷矩陣P,三、基于網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣的定位算法,故障區(qū)段定位判據(jù) 1） pii=1 ； 2）對(duì)