第7章 馈线开关设备及馈线自动化.ppt

第7章馈线开关设备及馈线自动化,2,第7章馈线开关设备及馈线自动化,馈线是中压配电系统中重要组成部分，完成将变电站中压馈出的电能输送到用户的任务.中压馈线有架空、电缆馈线两种。馈线自动化系统，是配电自动化系统中非常重要的一个环节。是对配电线路上的设备进行远方实时监视、协调及控制的一个集成系统。,3,本章:对和馈线自动化相关的重合器、分段器的基本工作原理、特点及功能等进行说明.给出FTU、TTU、DTU及配电子站的组成及功能。在此基础上，给出目前常用的馈线自动化实现方法。,4,第7章馈线开关设备及馈线自动化,7.1重合器7.1.1重合器及其特点重合器:是一种具有控制功能和保护功能的开关设备。能进行故障电流检测，和在给定时间内按预先整定的分、合闸操作次数遮断故障电流，以及进行给定次数重合的开关。,5,本体上配置有电流互感器，其控制器不仅能完成电压、电流的测量和其相对应的重合功能，其还能完成馈线自动化需要的其它功能。重合器=高性能断路器+控制器断路器开断故障电流的能力和灭弧介质的恢复能力高于一般的断路器.,6,重合器和断路器的比较,7,（a）CHZ7-12三相共箱式自动重合器(b)ZCW32-12/630-20智能重合器,8,7.1.2重合器的结构,灭弧方式：开断单元为SF6或真空灭弧室，SF6灭弧室有被真空灭弧替代的趋势。按真空灭弧室的安装方式:三相共箱式三相分体式两种。共箱式，箱中充SF6，SF6气体对灭弧室和机构的起保护作用，适合户外。控制器形式：重合器的控制器均为IED式的控制器。用控制电缆和重合器开关本体连接。,9,7.1.3重合器的基本技术参数,1.重合器的时间电流特性TCC电流特性曲线TCC：指重合器的开断时间与开断电流之间的关系曲线。两种t-I特性曲线：（1）快速(instance)：一般只有一条，与断路器中的速断保护相类似。重合器第一次开断整定在快速动作曲线上，动作时间为3040ms。（2）慢速(delayed)：可以有多条，一般TCC可达到数十条。TCC越多，越便于和保护相配合。线路故障有相间短路故障和三相短路故障之区别，因此t-I特性曲线亦有两组。,10,相间短路：TCC曲线有反时限特性，以便与熔断器的时间-电流特性相配合。图7-2(a)的曲线中曲线1是快速曲线，曲线2和3是延时和超延时曲线。接地短路跳闸的TCC曲线：一组反时限，一组定时限。例如CHZ3A-12重合器提供20条定时限或反时限特性。,图7-2重合器的t-I特性曲线（a）相间短路跳闸的TCC；（b）接地短路跳闸TCC(反时限特性)；（c）接地短路跳闸的TCC（定时限特性）,11,2.重合器的操作顺序,重合器的操作顺序指重合器进入合闸闭锁状态前，在规定的重合闸间隔、t-I特性等参数下应完成的分合闸次数。不同类型的重合器的分合操作次数，分闸快慢动作特性，重合间隔等也不同，典型的三次重合四次分闸的操作顺序为:分t1合分t2合分t3合分。t1、t2、t3可调或固定，取决与重合器灭弧室的介质恢复时间，且随不同产品而异。,12,按配电网运行的需要调整合分的次数和间隔时间。例如，重合器预先的操作顺序可整定为“二快二慢”、“一快三慢”、“一快二慢”等。“快”按快速t-I特性曲线整定分闸;“慢”按某一条慢速t-I特性曲线整定分闸。如线路为永久性故障，当预定的分合闸顺序完成后，最终重合失败，重合器闭锁在分闸状态，需遥控或手动复位才能解除闭锁。若线路发生的是瞬时性故障，则在循环分合闸顺序中任意一次重合成功后即中断后续分合闸操作，经一定延时后自动恢复到预先整定的状态，为下一次故障动作做好准备。,13,3.典型重合器之一,CHZW(OSM)-12(24)/D630-16型户外交流高压真空自动重合器是特瑞德电气引进德国技术设计生产的三相交流50Hz、额定电压12(24)kV的户外开关设备。OSM开关模块的控制、监测、通讯由TRC控制箱进行，OSM开关模块经二次端子保护端盖通过屏蔽控制电缆与控制箱TRC连接。图7-3(a)为CHZW(OSM)-12/D630-16重合器安装在现场示意图，图7-3(b)为重合器各部分联接原理图。,14,(a)（b）图7-3OSM-12(24)重合器意图(a)现场安装示意图（b）各部分连接原理图,15,（1）重合器的开关OSM模块采用三个单相开关模块ISM。ISM采用纵向磁场的紧凑型真空灭弧室，使触头表面的电弧均匀分布，提高了真空灭弧室的开断性能。用单片焊接而成的金属波纹管取代了传统的锻压成形工艺。缩小了波纹管的体积，大大提高了真空灭弧室的机械寿命。图7-4(a)为ISM结构示意图，图中上方框为真空灭弧室，下方框为永磁操作机构。图7-4(b)为开关本体的机构示意图。,16,(a)ISM单相结构示意图(b)开关本体示意图图7-4开关本体机构示意图,17,（2）TRC智能控制箱控制箱是重合器的智能部分，负责从开关本体得到模拟量、信号量、并进行计算处理，实现保护、和下达分合闸控制命令、实现对重合器本体的监视诊断，通信口实现重合器对外的信息传送。1）配电自动化监控单元是保护、监控一体化综合功能IED单元，即完成馈线终端单元FTU的任务，和实现装置的就地保护、控制逻辑。监控单元配置通信口为：RS232通信口，传输速度为3009600bps，支持DNP3.0、SC1801、IEC61870-5-101等各种通信协议的RS232通信口，RS232维护口，用配置软件对监控单元监控、故障分析、谐波分析、通讯规约、保护参数进行整定及配置，传输速度为30019.2kbps;LonWorks接口对重合器进行组网。遥测量的采集及计算，监控单元通过交流采样方式得到线路的电压、电流，计算出线路的有功功率、无功功率及其它相关的电气量，表7-2列出具体能测量的电气量。,18,（2）TRC智能控制箱控制箱是重合器的智能部分，负责从开关本体得到模拟量、信号量、并进行计算处理，实现保护、和下达分合闸控制命令、实现对重合器本体的监视诊断，通信口实现重合器对外的信息传送。1）配电自动化监控单元配电自动化监控单元，是保护、监控一体化综合功能IED单元，即完成馈线终端单元FTU的任务，和实现装置的就地保护、控制逻辑。监控单元配置通信口为：RS232通信口，传输速度为3009600bps，支持DNP3.0、SC1801、IEC61870-5-101等各种通信协议的RS232通信口，RS232维护口，用配置软件对监控单元监控、故障分析、谐波分析、通讯规约、保护参数进行整定及配置，传输速度为30019.2kbps;LonWorks接口对重合器进行组网。遥测量的采集及计算，监控单元通过交流采样方式得到线路的电压、电流，计算出线路的有功功率、无功功率及其它相关的电气量，表7-2列出具体能测量的电气量。,19,20,监控单元测量的信号量包括，开关分合状态、蓄电池状态、交流输入电源状态、就地远方切换、手动操作、手动复归等。监控单元能接收的遥控量有分闸、合闸控制。监控单元能提供定时限保护、过流速断保护、反时限保护和加速跳闸保护，还提供失压保护、零序电流过流保护。定时限保护定时限过流保护检测相间短路故障，定时限过流保护检测到过流故障后，延时一段时间发出动作命令。过流速断当故障电流大于设定电流与速断倍率的乘积时，速断保护无时限发出动作命令。,21,反时限保护反时限安秒特性曲线标准采用了IEC255国际标准，包括标准反时限、非常反时限、极端反时限共六种特性曲线。加速跳闸保护加速跳闸保护根据重合器的14次过流跳闸定值进行设定，具体设定值为跳闸次数。当在就地手动合闸到故障、远方遥合到故障、一侧有压一侧无压备投到故障上，控制器将加速跳闸，并进入合闸闭锁状态。重合控制功能包括重合控制顺序的设定、反时限曲线的选择、重合时间间隔的控制、复位时间的设定，以及与之配套的合闸闭锁功能、人工操作功能等。动作顺序:分t1合分t2合分t3合分，t1范围为0.1-600秒，t2范围为1-600秒，t3范围为1-600秒,时间调整分辨率为0.01秒。,22,闭锁功能在完成设定的操作顺序后，监控单元自动进入合闸闭锁状态，并且通过智能控制器信号端子输出闭锁信号。当重合器闭锁后，监控器可通过就地的手动方式或远方的遥控方式解除闭锁状态。一侧有压、一侧无压自动合闸功能监控单检测重合器两侧TV的输出电压，当一侧的电压由正常转换为失压状态时，监控单元根据设置的延迟时间后，发出合闸命令。如果当一侧有压、一侧无压自动合闸到故障线路(短路故障)上时，控制器将加速跳闸，不再重合，并且进入闭锁状态。过流故障检测监控器可自动检测出配电线路的相间短路故障，记录故障数据，并且根据具体的通讯规约向主站报告。监控器还具有故障的方向及测距功能，可根据故障时线路的电流值和电压值及线路单位长度的电抗值计算故障距离。过电流检测整定值及线路参数既可以通过配置软件设置，也可远方通过通讯规约进行配置。单相接地检测监控单元可以通过监视线路零序电流和(或)零序电压判断单相接地故障，并自动记录故障。,23,2）分合闸驱动器CM控制模块，接收配电自动化单元的分闸、合闸信号，将信号转换成开关分闸、合闸信号，控制开关的分、合闸；实现控制信号的闭锁，即在分闸命令未结束时，如果收到一个合闸命令对合闸命令进行闭锁，在分闸结束时，不接收合闸命令，断路器只执行一次分闸操作；控制模块对开关本体的异常进行在线自我监控、诊断,当开关发生故障时，就会由分合闸驱动器CM发出告警信号。3）电源模块控制箱电源为专门设计的UPS，内部设有智能电源模块，由一路或两路自动转换电源以及蓄电池组成。电源系统保证控制器在两路电源都出现故障时，仍可保证控制箱在24小时之内正常的工作。4）其它控制箱内预留了无线电通讯、调制解调器的安装位置，用户可根据主站系统进行选配。,24,（3）重合器的基本参数重合器的基本电气参数见表7-2。,表7-2重合器的基本电气参数,25,26,7.2配电线路分段器,分段器(Sectionalizer)是配电线路上对线路进行分段的一种开关设备，它与电源侧开关(断路器或重合器)配合，在无电压或无电流的情况下能自动分闸。分段器根据判断故障方式的不同，可分为电压时间型分段器和过流脉冲计数型分段器、以及两者的结合三类。另外有一种分段器作为用户分界开关使用。,27,7.2.1电压时间型分段器电压-时间型的分段器，通过检测配电线路电压作为开关的分、合逻辑。根据设置，作为分段开关和联络开关。1.电压-时间型分段器的组成PVS5-12型分段器为典型的电压-时间型分段器，由开关本体和配套的控制器组成，如图7-6所示。,28,(c)(d)图7-6VSP5-12分段器外形及真空开关内部结构图（a）负荷开关本体（b）开关侧面图（c）控制器（d）安装在杆上,（a）(b),29,2.电压-时间型分段器的工作原理,负荷开关的两侧的AB、BC相间分别安装了两台干式PT，即作为FDR电压的测量互感器，又作为分段器的工作电源。在FDR内部，通过切换电路从这两个PT取得电源。FDR输出合闸保持信号，到负荷开关的励磁线圈，励磁线圈带电，负荷开关处于合闸状态，励磁线圈失电，开关分闸。,电压-时间型分段器接线原理,30,两个需要整定参数:时限X和时限Y。时限X是指从分段器电源侧加压(有电)到分段器合闸的时间，也称为合闸时限；时限Y是故障检测时间，是指分段器合闸后又失压闭锁时间，即当分段器合闸后，如果Y时间内一直可检测到电压，Y时间后发生失压分闸，分段器不闭锁；如果在Y时限内失压，则分段器将发生合闸闭锁，即断电后来电也不再合闸。,31,7.2.2过流脉冲计数型分段器,过流脉冲计数型分段器通常与电源侧的重合器配合通过检测线路过电流次数来判断故障，并进行分合闸操作。它不能开断短路故障电流，但在一段时间内，有记忆流过自身的故障电流次数能力(即过电流脉冲次数)。,32,7.2.2过流脉冲计数型分段器,计数型的分段器的主要参数如下：（1）启动电流设定的分段器开始计数的最小电流，一般整定为上级重合器最小分闸电流的80%。（2）累计时间从首次计数电流消失，至分段器完成整定的计数次数所需要的时间。（3）复位时间分段器每次计数后，如果没有达到跳闸次数时，复位到初始状态所需的时间。计数型分段器按其结构分为两种,跌落型的分段器和电子控制负荷开关型的分段器。,33,1.跌落式脉冲计数型分段器,跌落式分段器是一种外形与普通高压跌落式熔断器相似的单相或三相的高压电子脉冲型自动分段器。,（a）单相型（b）三相图7-8FDK-12/D200-10跌落式分段器,34,这种跌落式分段器，其主要特点是结构简单、价格低廉、性能价格比高；分段器自动分闸后有明显断口，可以迅速查出故障区段，利于配电运行维护。,35,2.电子控制脉冲负荷开关型分段器电子控制的负荷开关型分段器由交流负荷开关和电子控制器组成。其动作逻辑完全由电子控制装置完成，即电子控制器按电流计数隔离故障原理设计。可以灵活地设计成只有就地功能的电子控制器，也可以设计成具有电流计数方式判别故障的FTU。因此，该类分段器是可以升级逐步实现配网自动化应用的分段器。,36,2.电子控制脉冲负荷开关型分段器对负荷开关的要求：(1)电气特性满足一次电路的电气参数的要求外，具备电动操作机构，并且电动操作机构能通过电子控制装置发出的分合闸命令实现分合闸。(2)安装配套套管式TA。(3)选择的负荷开关内装PT或外配置PT，完成电压的信号传递和给电子控制装置供电。,37,7.2.3V-I-T型自动分段器,V-I-T型自动分段器，综合了电压-时间型分段器和电流型分段器的优点，设计了新型的V-I-T分段器动作方案。V-I-T分段器利用智能分段器功能多样、配置灵活的特点，可同时监视故障电流和电压，与传统的分段器相比，效率提高很多，隔离故障和恢复供电时间大大缩短。动作原理：分段器根据在馈线中作用分为三种工作模式：模式1，分段器模式，模式2，联络开关模式；模式3分支线路模式。,38,7.2.3V-I-T型自动分段器,模式1：分段器模式1)X时限，得电延时X时间后合闸开关在分位、一侧有压、一侧无压，得电达到延时时间X，控制开关合闸。2)闭锁时限Y合闸后Y时间内电压消失，并伴有故障脉冲，分闸并闭锁。开关合闸后、延时时间未到，电压消失，并伴有故障电流脉冲，控制开关分闸并进入闭锁状态，即使单侧电压再次正常，也不执行延时合闸功能。,39,3)短时合闸带电闭锁时限Xsl得电合闸成功后,Xsl(可取3s)有电，闭锁失压分闸功能。执行“得电X延时合闸”功能后，并且合闸成功后，在延时Xsl时间内开关正常带电，闭锁失电分闸功能。此最大故障处理周期内即使电压再次消失，也不执行分闸。4）残压脉冲闭锁开关处于分闸状态，任意一侧电压由无压升高超过最低残压整定值，又在Y时间内消失，FTU即进入闭锁状态，使开关处于分闸位置。,40,模式2，联络开关模式1)单侧失压延时XL后合闸，双侧同时失压不合闸。2)残压脉冲闭锁开关处于分闸状态，无压侧电压由无压升高超过最低残压整定值，又在Y时间内消失，FTU即进入闭锁状态，使开关处于分闸位置。3)双侧均有电压时，禁止开关合闸。,41,模式3，分支线路（看门狗）模式过流脉冲计数参数，过流脉冲计数达M次（2次）分闸闭锁。用于分支线路，可检测线路上故障电流次数，当计数至设定次数后，在线路失压后，分开负荷开关。用户界内，单相接地跳闸。,42,7.2.4用户分界负荷开关,用户分界负荷开关安装于10kV架空配电线路的责任分界处，实现自动切除单相接地故障和自动隔离相间短路故障，确保非故障用户的用电安全。用户分界负荷开关控制器是专门用于分界开关本体的智能控制器，实现保护控制功能和通信功能。控制器与开关本体通过控制电缆和航空接插件进行电气连接。,43,用户分界负荷开关组成:由柱上断路器本体+分界开关控制器+外置电压互感器三大部分。三者通过航空插座及户外密封控制电缆进行电气连接。具有故障检测功能、保护控制功能和通讯功能，能可靠判断、检测界内与界外的毫安级零序电流及相间短路故障电流，实现自动切除单相接地故障和相间短路故障。,44,图7-9负荷分界开关现场安装示意图,45,(2)动作原理,1)单相接地-中性点不接地或中性点经消弧线圈接地系统中性点非接地系统，用户区内发生单相接地时，系统的所有容性零序电流均由在用户区内的故障点流向线路。在负荷开关中设定:IoIodz式中，Io系统3相零序电流值，Iodz为整定值。零序电流定值的大小，可以按照下面公式进行计算：Iodz=（Lol0.02+Lpc1）31.5式中：Lol界内架空线路长度km，Lpc界内电缆线路长度km。利用开关内部的三相电流检测功能，测量单相接地电流，在线路发生单相接地故障的情况下，由控制器自动将负荷开关分闸，隔离故障线路，避免对变电站和其他正常线路造成影响。最小可实现0.3A的零序电流检测，使自动分段开关可用于中性点不接地系统或中性点经消弧线圈接地系统中。,46,2）单相接地-中性点经小电阻接地系统在中性点经小电阻接地系统中，变电站虽有零序保护，但只要是该用户界内发生单相接地故障，该用户的分界断路器与变电站零序保护依靠动作时限配合，分界断路器先于变电站开关动作，从而切断单相接地故障。保证其它用户安全用电。3）单相接地实例表7-3为单相故障时分界开关动作情况表。图7-10为一条线路，出口断路器为CB，三个用户三台分界开关FJ1、FJ2、FJ3接在该线路上，单相接地故障发生在线路上k2处和用户2侧k1处，分界如下：,47,表7-3单相故障时分界开关动作情况汇总表,48,图7-10（a）表示线路正常运行时，变电站出线开关CB和用户分界断路器FJ1、FJ2、FJ3均处于合闸状态。图7-15（b）用户2界内K1点发生单相接地故障，FJ2检测到的零序电流接近全网零序电流，经延时，判定为界内永久性单相接地故障，FJ2分闸，切除故障点；图7-15（c）单相接地故障发生在主线路的k2点，对FJ2来说，其他用户和主线路发生的单相接地故障属界外故障，FJ2检测到的零序电流比全网单相接地时的零序电流要小得多，FJ2不分闸。,(a)正常运行(b)用户2发生单相接地(c)线路发生单相接地图7-10界内界外接地故障判定和处理过程,49,4）相间故障分界开关投入速断和过流保护，当用户界内发生相间故障时，分界断路器检测到短路电流，当短路电流超过过流定值时，经过延时，确认为永久性过电流故障后，分界开关分闸。假如短路电流超过速断电流定值时，断路器立即分闸。分界开关速断保护动作电流和时限小于变电站开关速断保护动作电流和时限，分界开关先于变电站开关跳闸，变电站断路器不动作。如果速断无法配合，退出速断保护。分界开关过流保护动作电流和时限小于变电站开关过流保护动作电流和时限，分界开关先于变电站开关分闸，变电站断路器不动作。,50,7.3就地模式的馈线故障隔离和恢复,就地控制模式的馈线自动化方案，主要是消化国外技术的早期的不需要通信网络的馈线自动化方案，由变电站出口重合器（或断路器）和线路不同原理的分段器配合，构成不同原理的就地模式的配电线路自动隔离和恢复方案。,51,根据控制原理的不同，目前常用的方法：（1）电压时间型方法（2）电流脉冲计数型（3）电压电流时间（简称VIT）方法。电压时间型方法是采用重合器和电压时间型分段器配合以检测电压为依据来实现故障隔离和恢复。电流脉冲计数型方法是采用重合器和电流脉冲型分段器配合以检测故障电流为依据来实现故障隔离和恢复；VIT法在电压时间型方法的基础上，依据电压、故障电流提出的一种方法。,52,1.电压-时间型分段器模式,对于简单树干型的配电线路、手拉手配电线路，用电压-时间型分段器和重合器或具有重合功能的断路器配合，可以消除瞬时性的配电线路的故障引起的停电事故，并可自动隔离故障区域，减少停电时间，缩小停电范围，提高供电可靠性。但在故障的隔离和恢复过程中，线路出口重合器需要多次重合，健康分段在故障定位和隔离期间也会短时停电。,53,1.电压-时间型分段器模式,（1）简单的树干型配电线路简单树干型配电线路，在线路发生短路故障时，短路电流大于3.5kA。用重合器和电压-时间型的分段器配合隔离故障区段。A为重合器，额定电流为630A，B、C、D、E为电压-时间型的分段器。,54,1.电压-时间型分段器模式,1）重合器分段器的定值重合器和分段器的定值进行如下的整定。重合器定值：图7-5该重合器的典型时间-电流特性曲线，选择“快速”曲线为故障分闸时间-电流特性，慢速曲线B为重合到故障跳闸曲线。第一次重合时间选为1s,第2次重合选为3s。B、C、D、E分段器的X时限分别整定为5s、5s、8s、5s,B、C、D、E分段器的Y时限均为2s。,55,图7-11树干型线路隔离故障区段的过程,56,通过正常供电过程：对分段器的X时限的合理性进行验证。,图7-12正常带电过程分段器合闸时间,57,2）事故发生隔离及恢复过程线路运行时，重合器A合闸，各分段器闭合，如图7-11(a)所示。当c段线路发生永久性故障时，重合器A按快速动作特性在0.08s以内跳闸，导致线路失压，造成分段器B、C、D、E均分闸，如图7-11(b)所示。重合器A于跳闸1s后合闸，如图7-11(c)，a段线路带电。a段线路带电5s后，B分段器合闸，b段线路带电，如图7-11(d)。,58,b段线路带电5s后，C分段器合闸，如图7-11(e)由于合闸到永久故障处，并且经过A重合器的故障电流大于3.5kA，A重合器在0.3s内跳闸，合闸的B、C分段器跳闸，分段器C带电时间小于Y时限2s,因此，C分段器跳闸后，合闸闭锁如图7-11(f)。A重合器跳闸后3s时，A重合器重合闸，a线段带电；a线段带电5s后，B分段器合闸，b段线路带电；b段线路带电8s时,D分段器合闸，d带电；d带电5s后，E分段器合闸如图7-11(g)。第二次重合后，C保持在分闸闭锁状态，从而隔离了故障区段，恢复了正常区段的供电。以上故障过程各开关动作的时序图如图7-13所示。,59,图7-13故障恢复过程时序图,60,(2)手拉手网络图7-14(a)为一手拉手馈线，CB1、CB2为重合器，A、B、C、D、E、F为电压-时间型分段器，D工作在联络开关状态。图7-5为CB1、CB2的典型时间-电流特性曲线，选择“快速”曲线为故障分闸时间-电流特性，慢速曲线B为重合到故障跳闸曲线。第一次重合时间选为1s,第2次重合选为3s。A、B、C、D、E、F分段器的X时限均整定为5s，Y时限均为2s。D的XL时限为29s。,61,残压闭锁功能：电压-时间型的分段器的原理进行的功能完善。在分段器上又设置了异常低压闭锁功能，处于分闸状态的分段器，当分段器检测到其左右任何一侧出现低于额定电压30%的异常低电压的时间超过150ms时，该分段器将闭锁合闸。假设线路段c发生了永久故障，图7-14(a)(e)给出了故障隔离和恢复的全过程。利用残压闭锁，图7-14(d)中的C分段器，在B分段器在合闸到分闸期间，开关C也会被闭锁，从而在图7-14(e)，只要合上联络开关D就可完成健康区段d的恢复供电，而不会发生联络开关右侧所有开关跳闸再顺序合闸的过程。,62,图7-14手拉手线路的故障隔离和恢复,63,2.重合器和过流脉冲计数型分段器配合模式,简单树干型的配电线路，用过流脉冲计数型的分段器和重合器或具有重合功能的断路器配合，能消除瞬时性的线路故障引起的停电，并可自动隔离故障区域。但在故障的隔离和恢复过程中，线路出口重合器需要多次重合，健康分段在故障定位和隔离期间也会短时停电。,64,(1)开关定值为了隔离和恢复故障，重合器和分段器的定值进行如下的整定。按图7-5重合器的典型时间-电流特性曲线，选择“快速”曲线为故障分闸时间-电流特性，慢速曲线B为重合到故障跳闸曲线。第一次重合时间选为1s,第2次重合选为3s。B、C分段器的的脉冲计数次数均为2次，启动电流取2800A，为重合器最小分闸电流的80%。,65,(2)事故发生隔离及恢复过程,线路，在线路发生短路故障时，短路电流大于3.5kA。图中A为重合器，额定电流为630A，图7-5为其时间电流特性曲线，B、C为电流脉冲计数型的分段器。,66,(a)为线路正常运行情况，重合器A和分段器B、C均处于合位。在c区段发生永久性故障后，重合器A检测到故障电流在0.08s时瞬时跳闸。(b)所示。此时分段器C计过电流一次，由于未达到整定值(2次)，因此不分闸而保持在合闸状态。重合器A经过1s延时后，第一次重合(c)。由于再次合到故障点处，重合器A再次按照慢速曲线B在1s后跳闸，分段器C又经历了一次过流脉冲计数值，达到了整定值2次，分段器C在重合器A再次跳闸后的无电流时分闸，图7-15(d)所示。经过3s时延后，重合器A进行第二次重合，而分段器C保持分闸状态，从而隔离了故障区段，恢复了健全区段的供电。,67,重合器与过流脉冲记数型分段器配合隔离永久故障过程时序图,68,(3)隔离暂时性故障区段过程,图7-17重合器与过流脉冲计数型分段器配合隔离暂时性故障区段的过程,69,3.重合器和V-I-T型分段器配合方式,重合器和V-I-T型分段器配合的故障隔离和恢复方式适用于辐射线路或环网。设配电网络为辐射型或双电源手拉手方式。变电所出口配置，具有重合能力的断路器或重合器。分段器采用V-I-T分段器，联络开关位置可设置为主环上任意开关。重合器整定在一快一慢状态，分段器均为V-I-T分段器，并且X,Y已进行整定，联络开关器XL也已整定。重合器和V-I-T型分段器实现故障隔离和恢复的过程：1)发生故障后，变电站线路出口跳闸，线路上分段器失压无流分闸。2)变电所出口断路器重合闸，线路上分段器依次试合，合上时间大于2s，认为试合成功，保持合位，短时闭锁失压分闸功能。3)故障点前的开关，合闸在故障上，在Y时限内，再次分闸并闭锁，故障点后的开关检测到残压脉冲闭锁再分闸位置，从而将故障区段隔离。4)变电所出口再次重合(人工送电或整定二次重合闸)，恢复非故障区段供电。5)联络开关单侧失压延时合闸。完成自动转移供电。6)用户分界开关，整定故障电流脉冲计数功能，检测到故障电流脉冲达到设定次数后，自动分闸闭锁。,70,对于图7-14(a)手拉手馈线，CB1、CB2为重合器，A、B、C、D、E、F为电压-时间型分段器，D工作在联络开关状态。将A、B、C、D、E、F换为V-I-T型的分段器。V-I-T型的分段器是在电压-时间型分段器基础上进行了完善，添加了“合闸后在规定的的时间内没有检测到失压和故障电流，将开关闭锁在合闸状态，以及检测残留电压闭锁合闸功能。图7-5为CB1、CB2的典型时间-电流特性曲线，选择“快速”曲线为故障分闸时间-电流特性，慢速曲线B为重合到故障跳闸曲线。第一次重合时间选为1s,第2次重合选为3s。A、B、C、D、E、F分段器的X时限均整定为5s，Y时限均为2s。D的XL时限为19s。假设线路段c发生了永久故障，图7-18给出了故障恢复的全过程。,71,图7-18手拉手线路的故障隔离和恢复,72,从以上故障隔离过程分析，由于添加了闭锁分闸条件，减少了分段器的分闸次数，缩短了手拉手线路故障一侧的健全区域恢复时间，因此整个恢复过程比应用电压-时间型分段器时间要短。由于动作原理的改变，分段器应具备失电保持合闸功能。V-I-T分段器方案在线路发生故障时，能快速准确的定位故障，隔离故障，完成恢复和转移供电，开关动作次数少，对线路最多只产生一次冲击，功能设置简单，维护方便。由于自具网络重构功能，不需外界干预，无需通信系统和主站，在配电自动化的初级阶段，将此模式应用到辐射形网络和双电源环网中，是很好的选择,73,7.4配电自动化终端单元,终端单元一词，特指在调度系统中，完成现场数据采集、远方控制的设备。其远程功能具备典型的“四遥”功能,即完成“上传数据，下达命令”。远程终端单元又称为RTU。配电自动化远方终端用于配电系统断路器、变压器、重合器、分段器、柱上负荷开关、环网柜、开闭所、箱式变电站、无功补偿电容器的监视与控制，与配电自动化主站通信，提供配电系统运行管理及控制所需的数据，执行主站给出的对配电设备的控制调节指令。,74,根据DL721-2000配电自动化远方终端标准的定义，配电网自动化远方终端是安装在中压配电网的各种远方监测、控制单元的总称。根据应用对象的不同，配电自动化远方终端可分为以下几种：馈线终端单元FTU(FeederTerminalUnit),安装在配电网馈线回路的柱上和开关柜等处并具有遥测、遥信、遥控和馈线自动化功能的配电自动化终端。变压器终端单元TTU(TransformerTerminalUnit)，用于配电变压器的各种运行参数的监视、测量的配电自动化终端。站所终端单元DTU(DistributionTerminalUnit),用于开关站、配电室、环网柜、箱式变电站等处，具有遥信、遥测、遥控和馈线自动化功能的配电自动化终端；配电子站(Slavestationofdistributionautomation)，配电自动化系统的中间层设备，实现所辖范围内的信息汇集、处理或故障处理、通信监视等功能。包括通信汇集型子站及监控功能型子站。,75,7.4.1馈线终端单元FTU,目前生产的FTU单元，除完成数据远传、接收命令外，尚具备各种现场功能，如和负荷开关、重合器配套的控制器的各种就地功能,即现代馈线终端FTU完全可以取代负荷开关和重合器等配套的控制器。或认为，在馈线开关控制器上扩展了“三遥”或“四遥”功能，即成为馈线现场终端单元FTU。1.馈线终端单元FTU的基本结构FTU一般采用小型可悬挂的密封的防雨箱式结构，由主控单元、开关分合闸驱动电路、就地操作模块、电源系统、电缆接口、通信组件、箱体等部分组成。其主控单元为一个典型的现场IED单元。FTU主控单元结构一般为单板结构或小型插件式结构。插件式结构中，采用统一的板卡结构，背板采用总线，由CPU处理板、互感器板，遥控出口板等组成，其实现的方式和单板结构并无差异。图7-19为一种FTU的结构示意图。,76,图7-19一种FTU结构布置示意图,77,(1)主控单元一般的FTU主控单元，由核心处理板和外围电路板组成，核心处理板采用单CPU或双CPU结构，拥有交流采样和直流采样通道，以及开关量采样通道，遥控量输出通道，通信接口。,图7-20典型FTU核心处理模块原理,78,(2)操作、驱动模块由合、分闸电路及操作面板构成。通过安装就地操作按钮、远方就地装换开关、以及FTU的电源开关，完成FTU的各种就地操作；实现分、合闸驱动。核心处理模块，仅能提供外部开关操作的信号，需要通过驱动模块的中间继电器，以及合、分闸回路的操作电源，给合、分闸线圈提供能量。,79,(3)FTU的电源FTU一般由外部交流220V（100V）供电，电源来自外部PT。FTU的电源有蓄电池配置和无蓄电池配置两种。来自外部的交流电源一般有两路，这两路工作电源能够自动切换，CPU对两路电源电压分别进行监测，当主回路电压下降到70时，将操作电源切换到备用回路。电源切换电路原理图。当外部失去电源时，为了保证FTU还能正常运行一段时间，以及能够对开关进行有限次操作，一般采用以下两种方案。,图7-21双电源切换电路,80,1）采用有蓄电池配置方案FTU内部配置的电源模块采用高频开关电源，能为蓄电池充电，以及对蓄电池的充放电进行管理，平时电池未充满时，采用安全的恒压限流充电，充满后转为浮充状态。2）采用超级电容器存储电能的电源方案超级电容器，是一种介于电池与普通电容之间，具有电容的大电流快速充放电优点，也有电池的储能特性。可重复使用、寿命长。仅在外部失去电源时，依靠超级电容所储存的能量保证FTU短时运行。,81,图7-22超级电容器供电工作原理图中，C1为超级电容器，在市电正常时，整流桥输出直流电压，超级电容器处于充电状态，当外部市电失去时，C1维护电源的输出。,82,(4)机箱由于FTU安装在室外，经受风吹、雨淋、日晒、尘土、雷电冲击、电磁等环境的考验，对其防护等级要求达到IP56。因此，要求FTU箱体的设计遵循了高等级保护、紧凑、小巧、美观的原则。通常采用1mm厚钢板全焊或不锈钢主体结构，并进行表面喷塑处理，箱门加橡胶密封圈以实现箱体内外密封隔离，达到防潮、防水、防尘、防干扰、抗振动的目的。,83,2.FTU的功能,FTU作为配电自动化的远方终端，其功能分为基本功能和扩展功能。基本功能是实现“三遥”和远方的通信，包括遥测、遥信和遥控，能将测量的各种电气量和开关量发送到远方，并能接收远方的遥控命令。扩展功能为根据现场的应用扩展馈线就地功能。,84,具体功能如下：(1)遥信功能(2)遥测功能线路电压，电流(零序电流)，(3)遥控(4)统计功能(5)对时功能(6)记录状态量发生变化的时刻的先后顺序(7)具有故障检测及故障判别功能(8)定值远方整定和召唤(9)远方控制闭锁与手动操作功能(10)配电终端应具备串行口和网络通信接口并具备通信通道监视功能；(11)应具备自诊断、自恢复功能（12）工作电源工况监视及后备电源的运行监测和管理(13)备用电源(14)多条线路监控(15）保护功能可根据需求具备过流、过负荷保护功能，发生故障时能快速判别并切除故障；(16）小电流接地处理(17）就地故障隔离和恢复(18）故障电流方向检测(19）同期功能以上113为基本功能，1418为扩展功能。,85,3.对FTU的性能特殊要求,(1)FTU具有自诊断、自维护能力(2)体积小，便于安装(3)功耗小(4)能适应苛刻的运行条件(5)低成本,86,7.4.2.配电变压器终端TTU,配电变压器终端单元TTU,安装在配电变压器处，主要完成配变负荷情况的监视与纪录，即采集配电变压器运行时电压、电流，有功功率、无功功率的计算，三相交流有功、无功电能的计算，除能对配电变压器进行常规监测外，还具有无功电压综合控制、谐波分析、电能核算等功能。,87,1.TTU结构一台TTU一般由核心控制器和安装机箱组成。TTU的核心是核心控制器。,88,图7-24TTU现场安装图,89,为了方便的采用无线公网实现和上级的通信，TTU内部一般集成自带TCP/IP协议的GPRS或CDMA通信模块。其供电采用二次电源技术，板载DC/DC模块,实现板载模块的隔离供电。,图7-25典型的TTU核心控制器模块原理图,90,2.TTU的功能和性能,(1)实时监测、数据采集功能(2)历史数据处理(3)谐波计算及监测功能(4)实时遥信功能(5)遥控和遥调功能(6)数据通信和传输功能(7)具备越限、断相、失压、三相不平衡、停电等告警功能；(8)设备的自诊断、自恢复。(9)数据显示功能,91,3.TTU的性能户外安装的TTU要求和FTU一样能够适应恶劣的运行环境，能在-40+80温度变化范围里正常运行，容易受到雷电、大电流干扰的影响，因此要求它们能够承受高电压、大电流的冲击，要有很高的抗干扰能力。机箱用防腐蚀材料（如不锈钢）制成，通风良好，具有完善的防潮、防雨、防尘措施。,92,7.4.3.站所终端DTU,为了实现配电自动化，中压配电网中的架空线、配电变压器有对应的现场终端FTU、TTU，并且其技术相对成熟。我国针对中压开关站、配电室、环网柜、箱式变电站等处实施配电自动化的研究及开发工作起步相对较晚，虽然，配电自动化标准DL721-2000中给出了DTU的定义，但此定义仅是功能性的，对DTU实现的方法并没有作出规定，因此，DTU所对应的应用场合，仅从自动化的功能方面来理解，主要是完成RTU的任务，但从实际应用方面，如果DTU仅完成调度自动化的“四遥”任务，满足不了实际应用的要求。下面对目前所应用的DTU进行描述，从结构、功能、性能要求三方面进行总结：,93,7.4.3.站所终端DTU,为了实现配电自动化，中压配电网中的架空线、配电变压器有对应的现场终端FTU、TTU，并且其技术相对成熟。我国针对中压开关站、配电室、环网柜、箱式变电站等处实施配电自动化的研究及开发工作起步相对较晚，虽然，配电自动化标准DL721-2000中给出了DTU的定义，但此定义仅是功能性的，对DTU实现的方法并没有作出规定，因此，DTU所对应的应用场合，仅从自动化的功能方面来理解，主要是完成RTU的任务，但从实际应用方面，如果DTU仅完成调度自动化的“四遥”任务，满足不了实际应用的要求。,94,1.DTU的结构,根据现场的实际情况，DTU一般采用小机箱安装的形式。从目前DTU功能需求，主要是实现“四遥”，市场上出现了三种不同模式的产品，即功能集中-分布模式，分布式模式，对等分布式模式。(1)功能分布式模式：这种模式，一般采用机架式结构，由主单元模块，以及完成独立功能的智能模块组成。(2)分布式模式：采用类似变电站自动化系统的模式。(3)对等分布式的模式：由多个功能一样的智能单元组成，通过现场总线将智能单元进行连接，由一台智能单元对外进行通信。,95,图7-26三种模式的DTU,96,2.DTU的功能,(1)就地自动化功能配网自动化系统的一个核心功能是配电线路故障定位、隔离与自动恢复供电，这就要求DTU能够采集并记录故障信息，这是其区别于常规RTU的一个重要特点。配电终端DTU采集记录的故障信息主要包括:1)故障电流、电压值2)小电流接地故障电流3)故障方向(2)可编程逻辑控制（PLC）实际工程应用中，要求DTU能够不依赖于主站的指令就地完成一些控制功能，如DTU能够进行备用电源自投与线路故障的自动隔离、能够根据电压与无功变化自动控制无功补偿电容的投切，这就要求DTU具备可编程逻辑控制（PLC）功能。,97,(3)电源DTU外部电源一般取自开闭所、箱变内的交流220V自用电源（用于开关操作），在自用电源中断时，使用交流不间断电源（UPS）。在个别没有设计备用电源的开闭所里，DTU也要自备蓄电池，实现不间断供电。可采用和FTU类似的技术。(4)断路器在线监测一般开闭所的进线开关采用断路器，在母线或出现短路时跳闸，切断故障电流。为避免线路故障时引起非故障线路停电，往往开闭所的出线也采用配备了保护的断路器。在对供电质量要求特别高的场合，配电环网分段开关也采用断路器，通过线路上配电终端之间交换故障检测信息，快速确定故障的位置并切除故障区段，避免引起非故障区段停电。用于断路器监控的配电终端通过检测记录断路器累计切断故障电流的水平、动作时间、动作次数可以监视断路器触头受电腐蚀的程度以及断路器的机械性能，为评估断路器运行状态并实施状态检修提供依据。,98,7.4.4.配电子站(区域站),配电自动化系统中,配电监控终端设备点多面广，为了减少主站计算机系统的处理负担和合理利用通信资源,不拟将所有的终端单元直接连到主站系统,在配电主站与配电终端层之间设置配电子站,通过配电子站实现信息的分层集结,即配电子站为配电自动化系统的中间集结层。根据分层控制思想,在配电子站层采集所管辖的终端信息,并经分析处理后上送配电主站，同时配电主站的命令通过配电子站下达到配电终端单元,实现配电主站与终端之间的数据传输和交换。配电子站还可以实现所辖配电区域的配电管理,通过和主站进行信息交换,协助主站处理配电系统的运行管理；进行所辖区域配电网的故障诊断、隔离、恢复处理。,99,7.4.4.配电子站(区域站),配电子站一般设置于变电站或开闭所内。根据功能可将配电子站分为汇集型和监控功能型。汇集型的基本功能是实现信息集结，转发到调度，下行命令下达到FTU、TTU、DTU。监控功能型除具有汇集型的功能外，能实现管理区域设备的网络拓扑分析、故障诊断和故障恢复。一般的配电子站用一台标准的工控PC机为核心，外扩多通道串行卡或其它现场总线卡,配置以态网络接口。由于配电系统中的柱上开关数量少，但数据传输的实时性要求高，配电变压器数量多，但数据传输的实时性要求低，将FTU和TTU分别集结到不同的通道。,100,1.配电子站通信集结方式,重要功能之一实现配电自动化系统中的终端设备的数据集结。,图7-27FTU、TTU采用现场总线集结到配电子站,101,2.配电子站通信集结功能,配电子站的通信集结主要完成命令的响应，即当用户（调试者、主站系统前置机）向配电子站发送各种命令时，配电子站应快速可靠的作出响应，将主站需要的数据快速发送到主站。配电子站为了正确完成以上任务,在系统投运或系统扩容或系统维护过程中,需要一些辅助功能,实现系统的配置,系统接入单元的测试等。配电子站和通信集结相关的功能描述如下：(1)对配电子站的相关参数进行配置(2)配电子站运行信息(3)自适应启动(4)主站和配电子站通信(5)终端测试功能,102,3.配电子站的高级分析功能,能实现所辖区域的配电网故障诊断和故障隔离及恢复。现场的FTU将检测的配电系统故障信息上传给配电子站,由配电子站根据开关状态信息进行配电网络拓扑动态跟踪,按照一定的算法进行故障定位,然后将判断结果通知主站,同时下达命令给相关的FTU进行故障隔离。此后,配电子站和主站配合,根据配电网络过负荷,网损的大小确定恢复方案,进行故障的恢复操作。配电子站涉及各类算法要求有高的效率和高的稳定性。,103,4.配电子站的结构和对性能的要求,目前国内的配电子站在结构和功能上各个厂家有所不同,核心处理机多选择工业嵌入式低功耗PC硬件平台,平台上配置多个现场总线接口，以及RS232（RS485）异步串行通信口和以太网接口。例如：具有2个10M以太网接口和8个串行口，4个CAN接口，并可按要求灵活扩充。配电子站一般将处理机、显示器以及电源等组装在标准机柜中，安装在变电站或开闭所。配置嵌入式操作系统。操作系统选择WindowsCE或VxWorks等操作系统。配电子站运行后系统可能频繁接入各种终端设备，由于终端设备规约的多样性，造成新终端接入系统时，需要进行现场联合调试。因此要求配电子站有强的可维护性、可扩充性。配电子站实现几十到上百台配电终端、变电站、开闭所信息的接入,需要处理的遥测量、遥信量的个数为数百到上千，遥控点在200300个左右，这些信息需要在秒级时间内进行处理，然后转发到主站。转发主站的命令到各个终端。为了保证数据采集和发送到主站数据的实时性，配电子站运行时,处理信息效率有高的要求。配电子站的功能之二，实现所辖区域的配电网的故障定位、和故障恢复决策。这一功能要求配电子站处理事务有高的执行效率和响应速度。,104,7.5馈线自动化系统,就地控制模式的好处是系统简单、可靠，但功能有限，只适合于较为简单的树型配电馈线或手拉手配电馈线，对复杂的配电网，例如多分段多联络，这种方案显得力不从心。并且恢复过程无法优化、无法校核方案的合理性，供电的过程缺乏灵活性。,105,7.5馈线自动化系统,远方控制馈线自动化方式：故障隔离和恢复的另一种方式是通过通信网络把FTU、DTU通过配电子站进行集结，和控制中心的DMS系统连接起来，由计算机软件分析后，确定故障区域和最佳恢复方案，最后以遥控方式隔离故障区域，恢复正常供电。这种馈线故障隔离和恢复方式极大的提高了馈线自动化的能力。这种通过通讯网络和FTU、DTU连接实现的馈线自动化，又称为集中式馈线自动化。,106,7.5馈线自动化系统,集中式馈线自动化系统，是由各类馈线终端单元和通信系统组成信息采集系统，由配电自动化主站（子站）根据所采集的信息，