二遥模式的配电网故障定位系统设计

2014 届 分 类 号： TM727单位代码： 10452毕 业 论 文 （ 设 计 ）二遥模式的配电网故障定位系统设计姓 名 徐汝民 学 号 201209920504 年 级 2012 专 业 电气工程及其自动化 系 （院） 汽车学院 指导教师 杨颖 2014 年 4 月 6 日I摘 要为解决配电网故障定位问题，使配电网故障定位自动化，以减少巡线工作量和用户停电时间，对基于二遥模式的配电网故障定位系统进行设计。在设计过程中主要分析了配电自动化技术的功能及意义，并对近几年国内配电自动化的发展现状做了阐述。随后对配电网常见故障做了系统的分析，并提出了故障定位的一些常用的方法。故障定位系统通常有主站、终端和通信技术组成，其中主站主要是通过终端发送过来的数据及信息进行运算及判定发生故障位置从而实现故障的定位，终端主要负责监控区段线路运行状况，在发生故障时能够及时上传给主站，通信技术的主要功能是实现数据的传输。关键词：配电网；故障定位；主站；终端；通信技术IIABSTRACTTo automate fault location in distribution networks and reduce line inspection workload and blackout period，design base to two remote mode distribution network automate fault location system ,In the design process mainly analyzed the distribution function and significance of automation technology, and distribution automation in recent years, the development of the domestic situation are described in detail. Then the distribution network common failure to do a systematic analysis and proposes some common fault location method. Fault location systems usually have the main station, terminal and communication technologies, of which the master is mainly through the terminal to send information over the data and fault location calculation and determination to achieve fault location, the terminal section of the line is mainly responsible for monitoring operating conditions, failure to timely re-uploaded to the main station, communications technology is the main function is to achieve data transmission.Key words: Distribution network ; Automate fault location ; Master ; Terminal ; Communications technologyIII目 录1 总则绪论 .11.1 设计依据 .11.2 设计范围 .12 配电自动化的概述 .12.1 配电自动化简介 .12.2 配电自动化的功能及意义 .22.3 国内配电自动化的现状 .33 配电网故障定位系统 .33.1 配电网常见的几种故障 .43.1.1 配电网常见故障 .43.1.2 配电网故障系统详细分析 .43.2 配电网故障定位常用方法 .53.2.1 阻抗法 .53.2.2 行波法 .63.2.3 基于配网自动化的方法 .73.2.4 其他方法 .73.3 馈线自动化分析 .83.4 配电网故障定位系统组成 .83.4.1 主站系统构成 .93.4.2 配网自动化终端 .123.4.3 通信技术 .124 配电自动化终端的介绍 .174.1 配电自动化终端分类 .174.2 终端的应用模式 .174.3 一遥 .184.4 二遥 .184.5 三遥 .185 二遥模式的配电网故障定位系统 .185.1 故障定位系统设计线路的实现及说明 .185.1.1 故障定位系统的原理 .185.2 主站系统： .195.3 配电终端： .205.3.1 电源模块 .215.3.2 主控模块 .215.3.3 遥测模块 .235.3.4 遥信模块 .235.3.5 终端设备的功能要求 .24IV5.4 通信系统 .246 总结 .26参 考 文 献 .27致谢 .28临沂大学 2014 届本科毕业设计11 总则绪论配电网直接联系用户，其可靠供电能力和供电质量既是电力企业经济效益的直接体现，又对应着不可估量的社会效益。配电网故障自动定位作为配电自动化的一个重要内容，对提高供电可靠性有很大帮助，也越来越受到重视。1.1 设计依据1)配电自动化终端及子站DL/T 721-201XDL/T 721-201X2)电力通信几种主要传输方式的应用分析3)电力系统通信设计技术规定DL/T 5391-20074)电力二次系统安全防护规定(国家电力监管委员会第 5 号令) 5)城市中低压配电网改造技术导则 D/T599-19966)城市电力网规划设计导则 国家电网公司20061202 号7)福建电网城市中低压配电网建设改造技术导则8)福建电网城市配电网建设改造工程管理办法9)配电自动化及管理系统功能规范 中电联行业标准10)10kV 配网自动化发展规划要点（试行） 国电公司 19991.2 设计范围1)二遥模式的配电网故障定位系统2)配电网主站系统3)配电网终端功能及要求4)配电网通信系统2 配电自动化的概述2.1 配电自动化简介配电自动化（DA-Distribution Automation）是利用现代计算机及通信技术，实现配电网运行监控及管理的自动化、信息化。近年来，配电自动化已成为电力自动化技术的一个热点，引起了科研、制造单位的广泛注意和重视。配电自动化的含义：1.指配电网实时运行自动化，主要功能包括数据采集与监控（SCADA） 、故障隔离（指故障定位、自动隔离与非故障区段恢复供电） 、电压管理、负荷管理等。2.指变电站和中压配电网馈线自动化。临沂大学 2014 届本科毕业设计23.指配电系统的控制中心、变电站、中低压电网、用户侧 4 个环节的自动化与信息化，包括自动绘图/设备管理/地理信息系统（AM/FM/GIS，简称配电GIS） 、变电站自动化、中压配电网馈线自动化、自动读表、负荷控制管理等。4 指中低压配电网监测、保护、控制和管理的自动化，包括配电网运行自动化（Distribution Operation Automation，DOA）和配电网生产管理自动化（Distribution Management Automation ， DMA） 。国内配电网实际上指的是中压配电网和低压配电网部分，不少欧美国家中配电网也仅指中压变电站和中低压电网，把配电自动化限定为中低压配电网的自动化与以上专业分工范围相吻合，有利于 DA 系统的建设与维护管理。另一方面，从功能配合与数据交换关系来看，中低压配电网自动化与变电站自动化、用户自动化之间的联系相对较弱，完全可以作为一个相互独立的技术领域对待。2.2 配电自动化的功能及意义1提高供电可靠性配电自动化的首要作用是提高供电可靠性。（1）降低故障发生几率。通过对配电网及其设备运行状态实时监视，改变“盲管”现象，及时发现并消除故障隐患，减少故障的发生。（2）减少故障停电时间。受故障点查找困难、交通拥挤等因素的影响，依靠人工巡线进行故障隔离，往往要花费几个小时的时间，而应用 DA 能够在几分钟以内完成故障隔离、非故障段负荷的自动恢复，可以显著地减少故障影响范围与停电时间。此外，还可以及时定位故障，快速调度抢修，缩短故障修复时间。（3）缩短倒闸操作停电时间。配电网经常会因为用电扩装、设备检修安排计划停电，需要进行负荷转供操作。依靠人工到现场对柱上开关或环网柜（简称开关）逐一进行倒闸操作，则不可避免地造成部分用户较长时间停电，而应用 DA 进行“ 遥控” 控制，则可以避免这一问题。2提高电压质量配电自动化系统可以通过各种现场终端实时监视供电电压的变化，及时地调整运行方式，调节变压器分接头档位或投切无功补偿电容器组等，保证用户电压在合格的范围内；同时，还能够使配电网无功功率就地平衡，减少网损。3降低线损对于带有联络开关、实现了手拉手供电的负荷区段，配电自动化系统在通过各种现场终端获取线路各区段负荷实时变化数据的基础上，可以采用一定策临沂大学 2014 届本科毕业设计3略及时调整各负荷区段的主供电源，平衡各出线电流从而降低线损。配电自动化系统在实现无功功率和电压优化的同时，也可以达到降低线损的目的。4提高用户服务质量应用配电自动化系统后，可以迅速处理用户用电申请，立即答复办理；加快用户电费缴纳与查询业务的处理速度，提高办事效率；在停电故障发生后，能够及时确定故障点位置、故障原因、停电范围及大致恢复供电时间，立即给用户一个满意的答复，由计算机制定抢修方案，尽快修复故障，恢复供电，进一步增加用户满意度。5提高设备利用率采用配电自动化技术后可有效地调整峰谷负荷，提高设备利用率，压缩备用容量，减少或推迟基本建设投资6提高管理效率配电自动化系统对配电网设备运行状态进行远程实时监视及操作控制，在故障发生后，能够及时地确定线路故障点及原因，可节约大量的人工现场巡查及操作劳动力；同时，配电生产管理实现自动化、信息化，可以很方便地录入、获取各种数据，并使用计算机系统提供的软件工具进行分析、决策，制作各种表格、通知单、报告，将人们从繁重的工作中解放出来，提高了工作效率与质量。2.3 国内配电自动化的现状我国的配电网有两个显著的特点：1)体系结构复杂，通常呈树状、辐射状和环状结构，传输功率不大，负荷性质千差万别。2)中性点可以不接地，在发生单相接地时，但仍允许供电一段时间。这就使得我国的配电自动化系统不能直接引进国外得系统，必须结合实际、自己开发。自 20 世纪 90 年代以来，国内电力系统 35 KV 变电站逐步实现了“四遥功能” 。但规模覆盖变电站的自动化、馈线的故障定位与隔离，自动恢复供电、负荷控制、远方自动读表和配电网综合管理系统，则是近年来才发展起来的。伴随着配网自动化，配网故障检测技术先后出现了电压型故障检测技术和电流型故障检测技术。3 配电网故障定位系统临沂大学 2014 届本科毕业设计43.1 配电网常见的几种故障3.1.1 配电网常见故障随着我国经济的发展，电力系统规模逐渐加大，网络结构逐渐复杂，配电系统发生的故障也越来越频繁，最常见的故障形式主要包含两相或三相短路故障、单相接地故障、两相或三相接地并短路故障。我国中低压配电网大多数采用小电流接地方式，小电流接地系统的故障绝大多数是单相接地短路故障，约占到短路故障的 80%90%。3.1.2 配电网故障系统详细分析 在电力系统运行过程中大部分发生的故障属于短路故障，所谓短路故障是指系统中不同相的导线或相对地发生金属性的联接或经较小阻抗的联接。短路类型有单相短路、两相短路、两相接地短路和三相短路等 12。短路类型 原理图代表符号三相短路 K(3)两相短路 K（2）单相短路 K(1)两相接地短路K(1。1)图 3.1 短路类型及代表符号临沂大学 2014 届本科毕业设计5当线路发生三相短路时，由于短路的三相阻抗相等，因此，三相电流和电压仍然是对称的，故三相短路又称为对称短路。其他类型的短路不仅相电流和相电压各相数值不相等，而且各相之间的相角也不相等，这些类型的短路统称为不对称短路。短路产生的原因主要是系统中电气绝缘的破坏。引起这种破坏的原因有过电压、雷击、绝缘材料的陈旧、设备维护不周、运行人员误操作，还有鸟害、鼠害、施工机械的直接损害等都可能造成短路。由于短路的发生，使得电力系统中个工作点的电压降低，电流增大，而且距离短路点越近，电压越低。从而引起的不良后果由如下几个方面:1) 短路电流引起的热效应：虽然短路电流通过电路的时间很短，但它往往超过额定电流的几倍到几十倍，巨大的短路电流将使导体和电气设备产生过热，造成导体熔化或绝缘损坏。2) 短路电流引起的电动力效应：短路电流作用于设备上，使其相间产生很大的电动力，导致设备变形或损坏。3）短路使网路电压降低。4）短路可能造成电力系统稳定性的破坏。5）短路可能干扰附近通信线路和信号系统，使其不能正常工作或发生误动作。综上所述，短路后果是严重的，在系统正常运行过程中要防止故障的发生，另外，在系统发生故障后，要快速、准确地找