（电气工程专业论文）馈线自动化技术在油田配电网的应用研究.pdf

浙江犬学硕士学位论文 y8 璁姜5 藕要 甏毫鼷塞魂纯技零逐年来在国悫、乡 褥鬓了块速鹣发震耧广泛懿攘广应鼷。 国外，羡国、日本、韩国、新加坡、英国、芬兰等的威用比较早、比较典型。国 内，蠡筠蓬缌年代戮来迄褥妥了戆猛靛袭震，嚣蓦蓍经鸯上委个豢级毫稻进 行了推广应用绒部分线路的试验。但怒从目前的应用情况来看，绝大部分的配电 阏自渤纯都是应用在城市配亳阏上，而且大郡是以重食器、分段器、计数器等设 备的相互配合求实现的。配电网自动化技术在油田电嘲上的应用还不多见。由于 油田电网与城市电网肖着极大的差别，所以不能将城网自动化完全搬到油阏上 来。油鼹实现囊动倪懿意义嗽域网更深远。 本文结合油田配电网的实际情况，设计了套馈线自动化方案，并就目前馈 线自动化技术中的难赢进行了一些研究，提出了自己笳看法，作出了部分设计。 其主要内容包括：透讯方式、小电流接地系统雄相接地闻题、二次设备电源提取 问题、故障定位、隔离与恢复供电问题等。g p r s 作为近年来剐刚发展起来的一 耪赣懿通讯方式，毒诲多逶台予澶疆魄鼹懿特点，文中详细耀述其在濑墨电瓣瓣 应用方法、原理。小电流接地系统故障定位问题设计了一种改进型的倍号注入法 遴 亍敬簿定鬣。二次浚备宅滚麴供给翊瑟，撵蹬了新豹思路，鞠瑶宅容器绪簸， 为跳台闸线圈提供能爨，用蓄电池为其它设备提供电源。并设计了一种从电流厦 感器中提取电源的方法。故障定位与隔离在比较了多种方案之后，提出用改进矩 阵法，并且详细的叙述了其原理及方法。 最后就实现馈线自动化的目的意义及未来展望进行简单叙述。 浙莲天学矮士学叠论文 英文攘要 a b s t r a c l 黼埭i b u 如na u t o m 攫娃0 n 回a ) h 嬲b 妣n 燃雌哦d 啦粕dd e v 畦蟑酿q u i c y 薹懿鑫b 瀚d 基珏d 趣量谨弧警e e 姻t y 德r 支t 蠹e 魏p 瓣l e 蠢畦。建缱d 轰薹se 嬲y a 疆d 鼍y 舜蕊 i i lu n l t e ds t a t e s ，j a p 锄，黼r 魄，s i i i g a p o r e ，e n g l 粕d8 n d 歪铡锄d 埘c i ta i h a s b e 蚰d e v e l o p e d 如c e1 9 蛐，si l ic i 、r i l a tn o w d ah 嬲b e 蛐砷p u e di no v e r 蛐e h 咖d r e do fc o 眦t i 鹤s o m e0 fc o 唧虹憾o n l yd ot e s ti l ls o m ep o w 盯l i n e s h o w e v e 巧 d a 主s 疆p p l 耋e 畦m o s 耄l y 至珏a 锣酶拉i b u l 差黼n e 懈钟毽踞d 渤s lo f 攮e 黻器e 愆越耋z e d 醅c p e r a 耄i o no f 翮 p 蛾p 灏f i 毫轴ns 辑诹蠡，辍l b 瓣c 昧ms w i 主c h 翘dc o 燃婚旺暾。d a 强 鼬l d o mu s e di i lo n 丘d dp o w e rn e t w o r kb e c a 懒eo ft h ed i 趱盯嘲c eb e 协啪。撒i e l d d i s t r i b u t i o nn e t w o r ka n dc i 姆d i s 打i b u t i o nn e t w o r k ，w ec a n ta p p 坶d at oo 衄e l d 聃铆删kw 主l ht h em o d eo fc 妇d i s 酗b u 蛀o nn e 糯瓣k 。b e c a 瑾滩。鲑嚣e l dd i s t r i b u 蛞o l l 矗e t w 艚耘括m o r e 嘲魏疼拣绦硅弧e 秘痤l s 拉氆珏l i 黼黼细o r 捶e 印p | 耋蘸畦o n 耋s 描。弹 s i 割梢c 粕tn i a nb e 璐e d 薹nc i t yd i s t r i b u 6 0 n 喊w o r k t l i i sp a p e r ，ap r o j e c to ff ac o m b i l l e dw i t ht h ea c t u a ic 妇c u m s t a n c eo f o 姓巍e l 娃d i s 拄i b h t i 曲n e t w o 旅i sp u tf 砸w 矗d 。s o m er e s e a r c h e s 撇恤ed i 壤c 1 1 l t p o 甄耄s 醴薹t 矗a r e 莲。辩。t 魏em 8 穗e 豫捆l 专s 这蠛毪娃嚣：t h e 臻珏煳i c 鑫鼍耋。硅描e 重l 挎d ， t h e n 科ep h a 船g r o u n d i n gd e f a l | l t 抽s n m hc u r r e n tn e u 拉a lg r o h l l m n gp o w e r s y s t e m ，p o w 盯s u p p l yt 0s e c o n de q u i p m 吼t s ，f a i l i ti i n ed e t e c t i o n ，f a l l l tp o s i 埴o n i o c a 帕曲na n df h m tb r a n c h e si s o l a 畦帆e t c a san e wc o 瑚m m n 主c 球t i o nm e t h o d 。 g 翻媾耋s 臻皤。鞠融矗曩粕馘l 斑l o t s 醴黟争馘辆，w 珏浊d 愀嘲删攒y 趣r e c 明l y e 8 董孰媳妇童p 抛审e d 辨鞠l 抽d e c 蛙强m e 穗o d 耋s 幽粥i g 黼d 。an e wt h o n g h 据a b 妇啦t p o w 材觚即l yf o r 僦咖de q 咖m 蚰t si sp u tf o l m a r d ，w m c hi s 瑚岫c 叩a c i t o r 协 k p 枞l e r 锣f o ro p 蚴c o n s 粕dd o 辨- 删l s 蚰db y 鹏如喀s 蛔a g ek t t e 岍t 0p r o v i d e t h e 鞠雠醑f 扭e q n 蜀删te l 蛾a 豳do f m e 嫩o i lo f 嚣t 畦晖s p p l yp o w 睇蠡琳 c t 耋s 纛磙g 魏d a 巍皤唧醒耋s 旺锄驾v 瓣轴稻确嬲翻燃，繇纽明l 薛醴 m a 糖i xa 1 9 0 r i t h m 重sp 毗硒r w a r d 抽t l 掩e n d ，t h es j g n 进c 黼t 粕d t h e 舡t l 玳o f e a a p p i i 酣i n o n 洲d n e t w o r k i s d e p i i 凇d 。 2 浙江大学硕士学位论文 符号说明 符号说明 r 1 1 u ( t r a n s f o m 埘t e 彻i n a lu n i t ) 配电变压器监测终端 d t u ( d i s 砸b 嘶0 nt e 册i n a lu h i d 配电终端单元 m ( h l t 唧e tp r o t o c 0 1 ) m p w m ( p i l l s ew i d t l lm o d u l a d o n ) 脉冲编码调制 d m s ：( d i s 仃i b u t i o nm 肌a g e m e n ts y s t e m ) 配电管理系统 e m s ：( e n e 唱ym a n a g e r n e n ts y s t e m ) 能量管理系统 s i s ：( s u p e r v i s o r ym 嘶n a t i o ns y s t e m ) 监控信息系统 m i s ：( m a i l a g e m e n t h l f 0 彻a d o ns y s t e m ) 管理信息系统 p a s ：( p o w e r a p p l i c a t i o ns o f h a r e ) 电力分析应用软件 g p s ：( g l o b a lp o s i d o ns y s t e m ) 全球定位系统。 a m ，f m g i s ：( a u t o m a t i cm 印p i n g f a c i l “ym a l l a g e m e n t ，g e o g m p 1 i ch l = f o 舢d o n s y s t e m ) 自动绘图设备管理，地理信息系统。 s c a d a ：( s y s t e m o f c o n 廿d l a n d d a t a a c q u i s i t i o n ) 数据采集和监视控制 c ，s ： ( a i e n “s e r v e t ) 客户机，服务器模式 b s ： ( b r o w 酬s e r v e r ) w 曲浏览器，服务器模式 s a ：( s u b s t a 虹o n a u t o m d o n ) 变电站自动化 r 1 ：( 鼬穗o c e t e m i n a lu n i t ) 站内远方终端 e a ( f e e d 盯a u t o m d o n ) 馈线自动化 聊：( f e e d e ft e m l i i l a lu i l i t ) 馈线监控终端 d a ：( d i s t r i b 砸o na u t o m a t i o n ) 配电自动化 a m r ：( a m d m a 血m e s s a g er e c o r d i n g ) 自动抄表 浙扛大学硕士学使论文 馈线自动化技术在油田配电网的应用研究 第一章绪论 近年来，夔整我莓章主会经济瓣浃遥发震，对石漆躺鼹求目益延盛，瀚瓣产量黟式 日趋紧张。作为国内第二大油困的胜利油田为稳定国民经济的发展，提出了“油气当 量重上3 0 0 0 万吨”的口号，对电力供应的要求越来越简。电力是油田生产蠼为关键的 一环，原油生产的每一个环节都离不开电力，电费成本穗经占到了原油生产成本的l ，3 。 然蔼，囊予膛利油墨遗处黄河三角潲，漓区大多缝子沿海滩涂、灞浠蟪沓。酒区 内河流、沟粱纵横，水网密布，芦苇丛生，地理环境十分恶劣。噬地处入黄河海口的 河口采油厂为例，面积6 0 处于滩涂或浅海中，涨潮时油井四周一片、汪洋，落潮时， 四周就是一片滩涂。为油井、泵撼供电的电力线路全鄢架设在滩涂中。加上辫近村民 莠鱼、葵邪添建起诲多戆港壤，线游被藏冀嚣圈在末中。这些漕嚣严熏豹影溺了毫力 供应的可靠性。河口采油厂电网每年发生的各类事故平均在2 0 0 次以一i 。恶劣的环境 造成了线路餐理的困难，巡线难度之大，无法想象。敞障查找动辄数十人，三、四个 小时，严重影响原油产量。提高供电可靠性，缩短侉电对问是一个急待解决的问题。 配电网螽麓亿技术是2 0 整纪9 镑年代蔽来在毽器藏菇蠢得裂推广瘟掰戆一矮薪按 术。随着经济的持续发展和人民物质文化生活水平的不断提高，广大电力用户对电力 的依赖性越来越强，对供电质量釉供电可靠性的要求越来越高。在这样的需求下，配 电网自动化技术应运面生。应该说，现代电力电子、计冀枫、通讯、自动控制技术的 飞速发震，怒瑟逮自羲凭鼓拳爨爨瓣黪厦基旗，势戆潢这些技术豹发展褥不颤发震完 善，电力用户的需求是配电网自动化技术发展的动力。 将配电网囱动化技术应用到油雕电网中，意义非凡，必将给油田电网的管理带来 一次革命，墩必定会带来巨大的缀济效益。 1 1 国内外配电自动诧技术发震情况 配电自动化的发展大致分为三个阶段 1 l ：第一阶段怒基于自动化开荣设备，如重合 濒菹犬攀疆士学整论文 器、分段器、脉冲计数器等的栩置配合的自渤化阶段。不需要建立通讯网络和计算机 系统，其主要功能是在故障时踟自动化设备樱互配合实现故障隔离和健全区域的恢复 供奄，这一阶段静主要特点应该说就是完全瓣馕线蠡裁徒。第二隆骏瓣懿电网鸯动纯 系统旗子通讯网络、馈线终端单元( 刖) 和后台计算机网络的配合。它在电网正常 运行孵起到监视配电网运行状况觏遥控改变遂行方式的作用，故障时能够及时发现， 峦诵嶷员逶过遥控黼蓠敌障区壤帮恢复健全酝域供电。遮一除段遣没蠢脱离馈线爨凌 化的影子。第三代配电网自动化系统是随着计算机技术的发展，在第二代的基础上增 加了诲多控制功熊( 人工智能) ，由计算机是渤完成故障处理。另外，形成了集配电魁 s c a d a 、g i s 、d s m 、调度员彷奏系统、故障呼嘲等琏熊予一体的综合鸯动纯系统。 国外曰本、美国在2 0 世纪5 0 年代就已经开始应用笫一代配电网翻动化系统，猩 6 0 鞠年代发震到了第二代；黟鬻、获热较、芬兰等国家技8 0 年芪哮；嚣麓氇陆续礤燕、 实施谱已电网自动化技术，例如韩国有4 5 线路实现了自动化，新加坡6 6 k v 配电网自 动化鼹经覆盖4 0 0 0 多个站。国外著名的电力、电气设备制造厂家也都涉足配电网自动 纯领域，女霪；嚣门予、麓霹德、薄援梦整、a 墨b 、c p 熬r 、东芝、璇代等魏寿叁己 的配电网自动化产品。 鞫蠹妻2 0 壁鳃9 0 年代以泉，嚣毫疆蠡麓纯发震速度瞧缓浃，已经蠢诲多城区憩 网、居民小区、露级电业局实施了配网自动化。如：宁疑银川城区、广州电力局、上 海市东供电局、绍兴等都实现了一定规模的黼网自动化，也有部分电业局进行了试点。 藿悫瞧骞不少厂豢磷裁、生产鬃逮夔塞动健设蚕，懿：爆套东方毫予、毒璇、西方牮 能、镶能积成、许继、浙江华藏科技等。产龋从柱上开关、馈线终端单元( f r u ) 、变 电所终端( r 1 u ) 、变压器监测终端( 聊) 剿通讯设备，如数传电台、载波机、g p r s 逶舔模块、竞骧狡簿。 无论国内、还是国外，馈线自动化技术目前仍然处于发展完善阶段。还有许多问 题嚣簧解决，有谗多功能罴要进一步完善_ 靼提高。 l 、从通讯方戏蓍，尚没有一种通讯技术宪全可以很好的满足配电网自动化的备个 层次【l 】f 2 】，满足不阔类型的配电网，尤其对油田这样的线长面广的电网来说。 2 、柱上牙关、翔v 、遘舔浚餐静毫源援凝游蘧。 浙江丈学硬士学位论文 绪论 3 、小电流接地系统按地选线与定位问磁。 4 、赦障判断、隔离，健康隧域恢复供魄，嬲络简化建模、重构河题等。 1 2 馈线自动化技术 馈线塞魂纯( 懿，鼢a h 潍a 垃。矗) 燕配电疆蠢动纯孛戆一瑷毁墼要翳臻鼹， 实际上在配电网融渤化以前就融经发展并逐步完善起来，瞄此在一定意义上可以说配 电网自动化指的就是馈线自动化 2 1 ，不管是圈内还是国外，在实施配电网自动化时，也 确蜜帮是蕊实燕馈线壹动纯牙始瓣。 只是到近几年，随着网络技术、计算机技术的发展，才使得配电网囱勘化技术内容 更加事塞起来，现在配电网囊动他一般包括：调度壹动化、变电站自动他、馈线自动 纯、黻遣管理自动傀( d m s ) 、醚电网图资系统( 触澎f m 越舔) 、需方餍嘏管理( d s m ) 、 配电系统高级应用软件( d p a s ) 、远方抄表镣等。其各个概念间的关系如图l 一1 【1 1 ： 醚电管理系统( m 醛 ，谶缓监控 l 畿宅站垂动纯 f5 c a d a 系统1 馈线自动化( f a ) i 1 配电自动他( 上) a s ) 地理信息系统( g i s 知嶷压器监测与无功补偿 l lf 囊甍釜控与营溪f 鹱鞑) 、需方管理t r 掰络拓扑l 许费自动化( a m r ) 高级应用j 潮流计算 l 露络恍弛 | 攘路电流许耸 调度员仿真调度系统烈) 客户呼叫服务系统( 卫c s ) 工捧票警避蒺统( 删) 图1 m l 配网自动化各概念问的关系圈 霹踅，馕线囊璐纯处予各令凌戆戆蕞宸瀑，是嚣电嬲蠡动纯豹最慕零瓣功熊，又 有在蜜现了这一功能之后，才能够逐步实现菸它的功能。馈线自动化最炭杂，类型( 嶷 现方斌) 也最多，值得发展完游的地方也最多。另外，就目前国内外实现了馈线自动 纯技零戆枣区、惫照舄、供电公嚣来说，足警全是缓嚣惑瓣，在农撵壤瓣、淫嚣惠粼 浙江大学硕士学位论文 绪论 实现馈线自动化的例子还不多。所以本论文在分析油区电网特点的基础上，结合目前 通讯、电力发展的新技术，探讨油区配电曙实现馈线自动化的方法。配电网自动化技 术的其它功能在不同类型的电网中功能基本一致，已经有许许多多成功应用的范例， 本文不作研究。但是由于馈线自动化与配电同自动化的其它功能有着紧密的联系，在 论文中不可避免的要涉及到配电网自动化的其它方面，有时甚至要就从整个配电网自 动化系统的角度考虑阿题，但是配电网自动化的其它功能不作重点讨论。 1 3 油田配电网特点 油区配电网与城区配电网首先在地理环境方面有着截然的不同，油区所处的地理 环境十分恶劣，另外受天气状况，如雷电、风、霜、雨、雪、雾等的影响极大。而且， 在电网结构方面也有相当大的区别，有着自己独特的特点： ( 1 ) 线路长，分布面广，主干线多在7 9 k m 以上，总长度多在2 0 4 0 k m ，线路 供电半径大；城网线路多在2 3 k m ，供电半径小。 ( 2 ) 线路结构复杂，分支线多，分支中又有分支、支支错错；城网分支少，一条 线路仅3 、5 处。 ( 3 ) 负荷分散，每条线路的负荷点多在3 0 4 0 处，且极其分散；城网负荷密度 大，比较集中。 ( 4 ) 线路结构不固定，变化太快。这是由油田的特点决定的，油井打到那里，线 路就要架设到那里，而且负荷的大小也无法确定，线路结构、负荷天天都在变化，无 法提前规划。某条线路只能大概确定干线方位，在很多情况下，随着支线规模的不断 扩大，支线很可能超过了干线的长度。另外，随着一些油井的桔竭，油井线路也要废 弃或拆除；城网则比较稳定。 ( 5 ) 线路结构类型多呈辐射式的树枝状，但是有的是单电源，有的具有“手拉手” 关系，而有的在线路的中间部分有联络；城网多是环网式或干线放射式。 ( 6 ) 线路全部是架空线路；城网多是电缆线路，或者架空线路与电缆线路混合。 浙江大学硕士学位论文绪论 胜利油田自2 0 0 1 年以来，部分采油厂试验性的实施了一些配网自动化系统。如： 河口采油厂的“电网实时监测系统”，在5 条线路上分别安装f i u ，作为故障监测单元， 实现故障( 包括接地) 区段定位；滨南采油厂采用东方电子的f 1 u 和柱上开关配合， 用数传电台作通讯手段，实现了3 条线路的故障判断与隔离；胜利采油厂利用山东力 创的f 1 u 与柱上开关配合，以g p r s 作通讯方式，实现5 条线路的故障判断与隔离， 都取得了一些经验，同时也发现了许多的问题。 本文从上面提到的几个方面着手，结合目前通讯、电力发展的最新技术，探讨、 研究一种适合油田电网实际情况的，切实可行的馈线自动化方案。对一些难点问题提 出自己的方法、意见、解决思路。 浙江大学硕士学位论文 馈线自动化方案 第二章馈线自动化方案研究 2 1 馈线自动化的作用 馈线自动化是配电网自动化的基础和关键，它的主要功能是对配电线路进行数据 采集和监控( s c a d a 功能) 、对配电线路进行故障检测定位、自动隔离故障区段并恢复 非故障区段的供电。它必须起到以下作用【3 1 ： 1 、减少停电时间，提高供电可靠性； 2 、提高供电质量； 3 、降低电能损耗； 4 、减少配电检修维护费用； 5 、提高设备利用率，减少基本建设投资。 所以选择一套好的馈线自动化方案是非常重要的。 2 2 传统馈线自动化方案介绍 国外的馈线自动化是从三十年代开始的州。英美等国首先生产出了液压控制的重合 器、分段器，无需通信，依靠短路时出现的短路电流，靠多次重合找出短路故障区段 并进行隔离，主要用在辐射线路上；六十年代液压控制改为电子控制，目前已发展为 单片机、微处理器等控制，并研制增加了一些附件。日本从六十年代中期开发生产了 有电即合、无电即跳的自动配电开关，它与重合器配合，当发生短路故障时，重合器 动作分闸，过一定时间后合闸，这样依靠多次跳合闸及故障检测时间来确定故障区段 并隔离。有人根据英美、日本的馈线自动化设备将其分为：电流型控制模式和电压型 控制模式，称英美的为电流型，日本的为电压型。 下面的几种方案就是利用开关设备相互配合实现的馈线自动化方案吲【6 】【7 】= l 、重合器与电压一时间型分段器配合( 见图2 1 ) ，其工作原理如下： ( 1 ) 正常工作时，联络开关d 处于打开位置，其它开关均处于闭合状态。环网联 络点两端的线路分别由变电站1 和变电站2 供电。 浙泼穴学硕士学位论文 馈线自动他商察 _ f 旦 曼生9 二 一叫 曦卜 辛 尹弋卜一一刊 f 弓 尹尹扣一刊h r - f 勺尹尹 扣一+ 剖 卜黑叫r 旦 号 c 卜一- 1 h 。o 郾 a b f 。c 、 悻卜卜鼍掣里。卜+ 一一叫h ，c 嚣 a8 毒 c 、 q 喾一剖 号譬 誊拿一吲 瞬2 1 耄套嚣与电援一时瓣势段器酝合 ( 2 ) c 鹱线路出现赦障，变电站1 出线断路器c b l 跳闸，分段开关a 、b 、c 因 必魄夏隧之分惩。圆时，环网联终点受蕊开荧d ，爨一斌失电开始进行飙一时阕越融。 ( 3 ) 出线断路器c b l 跳闸后，经过熬定的延时时间自动进行第一次煎含闸。 ( 4 ) 开关a 褥电菇，经蓬x 一拜誊阕怒辩爨颧其蘩游a 无数辩爱，童麓遴行会潮。 歼哭a 合闸艚，立即进行y _ 时间题时判断其后端b 肖无故障：阍对，开关b 因得魄也 滋葶亍x 一对闻鬣露著叛数。( 逮过程对每一个牙关均秘阏) ( 5 ) 开荧b 经过x 。对间延时刿黻后自动进行合阍。其合辩屡，开关鼹帮c 同样 分鼷滋行弘盼闻察x - 隧蠲延嚣重，溜髓c 毅滋行敌簿翔断。 ( 6 ) 由予c 段是故障区，因此在第( 5 ) 步过稷中，又引起嫩线断路嚣c b l 第二 次黻阐。裰糖硒r 故障诊断控翻嚣靛番矮阚锬控翻秘缝，受蓊开芙b 述移y 翅镬( 鄂 正向闭锁) ，负荷开关c 进行x 闭锁( 即艨向闳锁) 。从而将故障区c 段进行有效的隔 褒。 ( 7 ) 出线断路器c 黔l 自动进行第= 次震合闸。内于开关b 的正向闭锬，按照上 逡避疆，霞氇、区段骧燹爨邀。 ( 8 ) 嚣随袋络点并奖d 经过龇时麓箍拜童后，遂程合耀。出予开关c 麴爱淘耀镄， 浙江大学硕士学位论文馈线自动化方案 仅d 区段恢复供电。 2 、重合器与过流脉冲计数型分段器配合 ( a ) c c ( e ) c ( b ) c 图2 2 重合器与计数分段器配合 ( d ) c 图2 2 中a 为重合器，b 和c 为过流脉冲计数型分段器，它们的整定值为2 次。 图( a ) 为正常工作的情形；图( b ) 描述b 区段发生永久性故障后，重合器a 跳闸， 分段器计过电流1 次，由于未达到整定值2 次，所以不分闸，图( c ) 描述经一段延时后， 重合器a 第一次重合；图( d ) 描述由于再次重合到故障点处，重合器a 再次跳闸，并且 分段器b 的过流脉冲计数值达到正定值2 次，因此分段器b 在重合器a 再次跳闸后的 无电流时期分闸；图( e ) 描述了又经过一段延时后，重合器进行第二次重合，而分段 器b 保持分闸状态，隔离了故障区段恢复了健全区段。 3 、重合器与重合器配合 变电所断路器出线重合器中间重合器变电所断路器出线重舍器中间重合器 变电所断路器出线重台器中间重合器 变电所断路器出线重合器中间重合器 【劬 ( b ) 图2 - 3 重合器与重合器配合 图2 3 ( a ) 是一个典型的有5 台重合器构成的环状配电网，每条线路一台出线重 浙江大学硕士学位论文 馈线自动化方案 合器、一台中间重合器，两条线路通过一个常开联络重合器相连。这些重合器在发生 过电流或低电压时动作。如果在出线重合器和中间重合器之间( f l 处) 发生永久性故障， 则： ( 1 ) 出线重合器按快速曲线分闸，而后重合； ( 2 ) 出线重合器按慢速曲线再次分闸，而后重合； ( 3 ) 出线重合器按慢速曲线再次分闸，而后闭锁在分闸位置； ( 4 ) 中间重合器在检测到失压l o s 后将最小分闸电流整定值调节为2 8 0 a ，并将熏 合功能关闭，改为一次分闸后闭锁； ( 5 ) 联络重合器在检测到失压1 5 s 后合闸； ( 6 ) 另一端出线重合器分闸，而后重合； ( 7 ) 中间重合器分闸，然后闭锁，从而将故障隔离在出线重合器与中间重合器之 间。如图2 3 ( b ) 所示。 随着自动化新设备的出现，科研人员的不断深入研究，还有很多其它方案也得到 了应用，在此不再一一介绍。 以上的方案都是基于重台器的馈线自动化方案，也都是就地控制方式。这些模式 存在着以下不足或缺陷： 1 、动作频繁，这会缩短开关寿命，增加维修频率。 2 、多次短路电流冲击，多次停送电，对电网安全不利，对用户造成影响。 3 、恢复供电时间长，约几十秒至上百秒，这是多次带时限分合的必然结果。 4 、只适用于配电网络相对比较简单，而且网络运行方式相对稳定的系统。 5 、小电流接地系统单相接地故障无法查找，国外设计的重合器是按照中性点不接 地来考虑的。 6 、无断线故障判断功能，一相断线、多相断线，重合器不会动作。我国配电网断 线故障还是发生频率比较高的。 游辽大学硬士学位论文馈线自动拢方案 7 、变电所中的重合闸保护装置需要改动，因为目前变电所的重合闸只有一次，黉 进行多次重合必须改造重合闸装麓。 8 、变电所的保护与密线开燕静保护配会、重合器与黧合器之闯的配合以及重会器 与分段开关之间的首己合难度大、定值设定复杂，因为要靠时限配合，目前出线开关的 保护时羧已经压至o 。s l s ，露热重合翅，孵浆级差增秀辩2 3 个，难以办至。 9 、不具备“四遥”功能。电流型及电雁型控制模式的最大优点时不需要通信，这 也就带来了它的最大的缺点，即无法实现线路正常运行状况的监测、负荷调整、无功 伐纯、鼗薅痿惠上壤以及其它熬邀管理衰缀疲糯较舞( p a s ) 等等。戈了克l 受这一不怒， 现在许多基于熏合器的馈线自动化都增加了通讯功能，假是其还是不舆备s c a d a 功能 及高层在线和离线管理功能。 2 3 新型馈线自动纯方案 随着用户对供电质量要求的不断提高( 先进的供电系统目前已经骚求供电可靠举 这囊g 。9 9 ) 戳及窀力、逶谖、诗舞辊接术鹣发震，馕线叁动纯静臻熊放吴俸蠹容毪 在不断变化中。现代配电网自动化技术已缀越来越重视调( 调度自动化) 、配( 配电 网国勘化) 、抄( 集中抄表、电能管理) 一体化设计、建设。调度中，妇能够随时掌握 整个糙窀耀斡运露竣嚣( 正誊、事敲) ，瑟纛链够逶遗聚邀溺毫级应蔫软件( 融s ) 辩 电网负荷进行合理化调配，达到经济运行的目的。这就鬣求每个监控终端单元不仅骤 有监测、控制功熊，还要有通讯能力，另外，还要解决小喙懑系统单棚接地定位闯蹶。 霞潋鏊予重合嚣、分段器配毫阚鲁动纯方案滤经无法游熙鬻求。 逡撵，爨蠢遮寿控裁璐簸蠢鑫，基予馈线滚控终蠛( 霹器) 翡缓绫鑫麓纯方寨瞧羲纛 遴鬻囊劳显褥煎了逐猛戆靛展。嚣蓑蝌鹃凌麓已缀卡分强大，不仅粪骞鬻撬鹣数爨 采熊、监测、控制、通讯功髓，而且逐域加了许多新的功能，如保护、故障秉波、小 魄溅搂遮逡线簿驻l 。逶方羧囊l 模装邀霹分隽麟麓；分散鍪逡方整剃模式黪纂孛蘩远方浚 露l 模袋 毒】 鬟。遮嚣耱方式熬爨蒸予鼓舞壤流僚号避黪翔鬻豹。分教凝遴方控翱楼液魏蹩 棚邻f i u 之间通储，比较敞障状态信号怒磷相同，糟不同，则跳开各自开关，蹇戚敞 簿瓣舞逐程。集中麓远方按裁摸蕊燕鬓麓终矮凌蚕( 嘲) 整涮数鬻僖毒霸嚣关豹漤终 l 孽嚣，擎褥将傣患上报绘囊继，定鳇按粼窀瓣籀羚鳝稳势稀羯鼗载撩嚣毅，并下教袁令 浙江大举硕士学位论文 馈线自动化方案 给f t u 操作开关设备将故障区段隔离和恢复非故障区段供电。通过国内近几年来配电 网自动化项目应用的实际看，现在已经越来越倾向于远方控制模式犯3 1 ，绝大部分的馈 线自动化方案采用了远方控制模式或者远方与就地相结合的模式。 馈线自动化由于配电网规模庞大、网络复杂、覆益范围广泛、需要监测控制的站 点多，所以现代配电自动化系统大多采用分层集结的策略。一般可以分为三个或四个 层次【6 】。 第一层为现场设备层( 终端设备层) ，主要为f 1 u 、t r u 、r 1 u 、电量集抄器等。 这些设备统称为配电自动化终端设备。在线路上安装柱上开关( 断路器) 、电流电压互 感器等一次设备，由f r u 完成对该部分线路运行参数的采集，对柱上开关的监控。在 配电变压器处安装监测单元( t t u ) ，完成对配电变压器的运行状况的监测、低压无功 电压综合控制、分散用户抄表集中、电能核算等。在配电开闭所和配电变电站安装远 动终端单元( r t u ) ，监控整条线路的运行状况。电量集抄器安装于配电变压器附近， 用于采集分散用户的电量数据，为用电科学管理提供依据。 第二层为区域集结层，也可以叫做子站层。一般以大的变电站( 如l l o k v 变电所) 或重要枢纽变电所为中心，将配电网划分成若干区域，在各区域中心设置配电子站， 又称区域工作站，用于集结所在区域内大量分散的配电终端设备，如馈线终端单元、 配变终端单元和电量采集终端的信息。配电子站层连接着终端设备层和主站管理层， 实现局域配电网的计算机管理，并将信号上传下达，该部分根据实际馈线自动化的规 模大小，可以适当增删。 第三层为配电自动化子控制中心层，建设在县级电业局或供电分局，一般配备交 换式以太网的中档配电自动化后台系统，通过前置机收发终端设备或配电子站的信息， 并由不同功能的服务器完成数据、信息的处理、网上发布、控制等功能，往往还包括 配电地理信息系统、需方管理和客户呼叫服务系统等功能。该层根据电网规模大小， 可以与第四层合并为一个层次，叫做主站层。 第四层为配电自动化总控制中心层，建设在地市级或城市的供电局，一般配备基 于交换式以太网的高档配电自动化后台系统和大型数据库，用于管理整个城市范围内 浙江大学硕士学位论文 馈线自动化方案 的配电网。一般对于大型的配电网设置该层。 对于县级或中小型城市的配电自动化系统，一般只有前三层，而不需要第四层。 根据馈线自动化与变电站自动化之间的关系，馈线自动化又可以分为三种模式“3 】 模式一：户外设备层的信号送入配电子站层，由子站层完成部分数据处理、控制 功能( 如隔离故障) ，子站层将处理后的信息上报主站层。这种模式一般应用于配电 网系统规模较大，变电站自动化已经实现，变电站与主站之间已经建成通信通道的配 电网。 模式二：户外设备层和配电予站层( 变电站) 内的信号分别送到主站层，由主站 层统一处理，即所谓的集中管理模式。这种模式比较适合配电网系统规模不太大，如 县级电网，变电站自动化没有建设，需要进行统一规划建设的电网。 模式三：户外设备层的信号送到主站s c a d a ，子站的信息送到调度管理系统，由主 站层的s c a d a 与调度之间交换信息，即相对独立模式。新建设的配电网自动化系统， 一般都采用调、配、抄一体化设计，所以该模式只适合已经实现了变电站综合自动化， 需要建设馈线自动化系统的情况。 2 4 油田馈线自动化方案 油田馈线自动化方案必须根据油田的电网管理模式、生产经营管理模式、现有通 讯网络、电网的规模大小等实际情况来设计。 目前，胜利油田以采油厂为生产管理单位，共有1 0 个采油厂，分散在不同的地理 区域。每个采油厂一个电网，由各个采油厂自己管理。但是采油厂又只管理6 1 0 k v 线路及以下的设备及用电，而变电站由电力管理总公司管理。每个采油厂的电网相当 于一个县级电网的规模，以河口采油厂为例，有6 l 【v 线路9 1 条，线路总长度1 0 8 0 公 里。通讯系统方面，2 0 0 1 年胜利油田就已经建成了自己的计算机局域网，网络建到了 每一个采油厂( 百兆光纤网) ，目前已经逐步延伸至采油队。变电站与供电公司之间实 现了光纤通讯。 根据以上情况我设计以下的三层模式( 见图2 4 ) 。 浙我大学硬士学位沧文馕线宣动他方寨 犟早。j ? j | 图2 - 4 层次终构图 繁一层氇是瑷场设备屡，镰籍的瘫容溺主； 髂二层以采油厂电网为一个区域单位蠢接设置配电自动化控制中心，也可称为配 逛囊动纯主站，瓢鬟基于交换裁以太网粒中瘵挡式静自动纯轰台系统，由该控制中心 直接箍测、控常i 簿条线路、镶一个开关或f r u 、采集每处的电量、盆测重要的、 大容髓的变压器。 舞三震隽壤惫答理垂( 壤惑中心) ，萁烹癸凌戆在予汇总各令主懿( 采涟厂毫舞) 发送过来的电网倍息，电量倍感等，不具有控制功能只有监测功能。可以设置大型数 据服务器，大型数据库。 这释模式，密略了第二屡子菇层，释终端设备鼷瓣詹惠壹按谶入主菇层，熬 第三层和第四层的功能集结在起，建立了个新的层次信息管溅层。主要是考 虑到油田是以采沩为主，在最麓领导阶层，领导关心豹哭是毫量、线爨懿停情况、影 响藤溜生产情嚣簿总盼信惠，稀并不会去了解、管理具体的电网，奄阚的具体管理斑 各个采油厂自己的专业管理单能供电大队( 或水电讯大队) 进行舆体管理。这样 把圭燃设在采溜厂一级，藏比较合适了。另辨，每个采濑厂的毫霹规模誉舞太大，玩 较榘巾，所以把第二层的区域熊结层，氇可以称为子站屡去捧了。由户外终端设备赢 接将信息上报主站，主站对馈线直接管理。这种设计模式，从已经投遴的一些试验项 蓦寒黉是毫效瓣、落舍实骣情况豹。 浙江大学硕士学位论文 馈线自动化方案 2 5 油田馈线自动化故障定位隔离恢复供电方案 2 5 1 设计原刖 结合配电网自动化发展的最新技术，我确定了以下故障定位、隔离设计原则 ( 1 ) 经济性、适用性原则，原理简单、结构紧凑 ( 2 ) 准确性、可靠性原则，即设备要绝对可靠，一次设备一律采用断路器： ( 3 ) 少而精的原则，即一、二次设备数量要尽可能少； ( 4 ) 快速原则，故障处理及供电恢复的速度要快，这是馈线自动化技术追求的目 标，对于永久性故障，原则上能够在3 s 内处理完毕。 ( 5 ) 小电流接地系统单相接地后不停电原则，即不用拉路法或逐段停、送电的方 法定位接地区段，由f t u 检测并定位到区域( 段) 后，人工找到接地点进行带电处理 故障； ( 6 ) 不动原则，即变电站内的设备( 一次设备及二次保护装置) 尽量不改动或少 改动； ( 7 ) c t 保护、测量分开原则，c t 嵌装在断路器的套管内，测量用c t 三相a 、b 、 c ，保护用c t 两相a 、c ，共5 只c t 。 2 5 2 不改变变电站的继电保护方式、定值的方案 我们知道，配电网上发生的故障有6 0 7 0 是瞬时性故障，经过一次重合闸后， 大多能够恢复正常。所以为了减少停电时间，变电所的速断重合闸、过流重合闸都应 该保留，不能够去掉，当然也不易增加重合闸的次数，否则在发生永久性故障时，对 电力系统冲击太大，容易酿成更大的事故。馈线保护一般设遽断、过流两种保护，速 断定值设的比较大，一般只能保护线路总长度的2 3 ，不设时限，电流超过定值后，开 关立刻动作；过流定值设置比较小，一般按躲过线路最大负荷设定，延时0 5 s ，保护 出口动作，跳开关。 这样我的设计思路是：以线路长度2 3 ( 大概) 为分界点。安装在线路长度2 3 浙江大学硕士学位论文 馈线自动化方案 以外的终端单元，无论是分支上的f t u 还是干线上的f t u ，保护一律设定为速断，并设 重合闸。耵u 在监测到故障后的3 个周波后，发出跳闸命令跳开断路器，5 s 后，f t u 发命令，断路器重合一次，成功，不巡线；不成功，安排人员巡线。速断的定值先进 行理论计算，然后可根据实际情况，稍做调整，原则上是在能够躲过最大负荷电流及 涌流的情况下，越小越好。同时f t u 上报故障及开关动作情况。 安装在线路长度2 3 以内的f t u ，一般设定成不允许跳闸( 定值级差配合难度大， 如果级差较大，也可以允许跳闸、重合) 。发生瞬时性故障后，由变电所断路器跳闸， 1 s 后重合成功。永久性故障，变电所断路器跳闸，l s 后重合，不成功，再次跳闸，此 时沿线各f t u 上报故障信息至主站，主站经网络拓扑分析后，下发跳闸命令，断开相 应的断路器，隔离故障区段，合上变电所断路器，恢复正常区域供电。调度人员安排 人员巡线，查找、处理故障。故障处理结束后，巡线人员通知调度，调度从主站发送 合闸命令，恢复正常供电。 离变电所很近的分支线路，如：大北一线的干线1 0 号杆分支、3 3 号杆分支这样的 分支线路( 见图2 7 ) ，f t u 的保护也设成速断，如果这些断路器能够及时地断开该分 支上的故障，则最好，如果没能断开，而造成了变电所断路器先跳，则重合成功就是 瞬时故障，不成功，则由主站根据收集到的各个f t u 上报的信息，进行网络拓扑分析， 判断故障区域，从而下命令跳开相应的断路器，隔离故障区域，合上变电所断路器。 对每条馈线不同安装处的f t u 的保护定值进行计算，定值的计算原则是：( 1 ) 、躲 过保护后侧最大容曩变压器投入时的涌流，实在无法躲过的，可适当延时，但不能超 过0 5 s ；( 2 ) 、距变电所同样距离的分支f t u 定值小于干线f t u 定值；( 3 ) 、上、下级 之间由一定的差值；( 4 ) 、支线断路器的定值在满足运行条件的情况下应尽可能小，跳 闸延时时间尽可能短，在系统和设备允许的情况下应尽可能将出线断路器定值设置的 大一些。在进行“手拉手”环网运行时，各分段断路器的定值和时间应设置成一样。 下面以两条典型的油田配电线路为例说明。 l 、渤南线 该线路电压等级为6 k v ，线路总长度2 1 2 4 公里，杆基数3 5 4 ，带变压器3 9 台， 主干线的导线型号为l j 一9 5 ，支线导线型号为l j 一7 0 ，在干线的7 6 号杆处与另一变电 所( 繇三交 戆三医三线“手拉筝”连接( 觅圈2 一s ) 。线路结构复杂，酝鲶嚣境多是 芦苇、沟渠、河流等。线路简化阁风图2 6 。 渤南线安装监控终端单元7 个，联络控制单元1 个； 出口断路器及各f t u 定值设定如表2 1 。 袁2 一l 潦痛绒备f t u 定值表 丌u 编 出阳断路器 f t u f t uf t u f t u f t uf t u f r u 联络 过流速断 1234567f t u8 定值3 6 0 a 9 6 0 a7 2 0 a5 8 0 a4 0 0 a2 5 0 a2 2 0 a 2 9 0 a 2 8 0 a6 0 0 a 延嚣 0 。s 80 s0 s0 s0 s0 ，l s0 + 2 s8 2 s0 。2 s0 s 解环运精时投 重合闸投入不投不投不投投入投入投入入，台环趱彳亍时不投 不投。 圈2 5 渤南线 浙江大学硕士学位论文 馈线自动化方案 渤 2 、大北一线 该线路电压等级为6 k v ，线路总长度2 8 5 6 公里，杆基数4 7 6 ，带变压器4 0 台， 主干线的导线型号为l j - 9 5 ，支线导线型号为l j 一7 0 ，在干线的2 2 号杆处与同一变电 所的大北二线“手拉手”连接( 见图2 7 ) 。线路结构复杂，所处环境多是沿海滩涂、 养鱼池、沟渠、河流等。大北一线的简化图见图2 8 。 根据线路的结构情况，大北一线安装终端监控单元6 个，因为与大北二线在线路 首端联络，所以不安装联络开关，实际意义不大。 出口断路器及各个f t u 的定值设定如表2 2 。 表2 2 大北一线各f t u 定值表 f t u 出口断路器 f t ulf t u2f t u3f t u4f t u5f t u6 编号 过流速断 定值 2 7 6 a 6 6 0 a5 5 0 a5 0 0 a4 0 0 a3 0 0 a2 0 0 a 1 9 0 a 延时 o 5 so s0 s0 so s0 1 so 1 s0 1 s 重合闸投入不投不投不投 投入 投入投入 每一条线路基本可以将故障区段定位在方圆l l 【m 的范围内，故障处理查找保证在 2 0 3 0 分钟内完成。 塑兰查兰堡主堂堡丝苎 堡垡皂垫垡查壅 图2 7 大北一线 - 2 3 浙江大学硕士学位论文 馈线自动化方案 图2 8大北一线简化图 越级跳闸问题的解决 虽然上下级的f t u 之间设定了不同的定值，干线与支线上的f t u 设定了不同的定 值。实事上，由于c t 变比误差的大小不同，断路器机构的灵活性不同等种种原因。线 路发生故障时，未必是最后一个经历了故障电流的断路器先跳开，其它断路器后跳或 者不跳，极有可能出现越级跳闸的情况。这就要求主站具有判断误跳闸情况的能力。 首先主站不能够根据断路器的跳合闸信号确定故障区域( 段) ，而应该根据断路器是否 流过故障电流来确定是否发生了故障，这要求同一条馈线上的每一个f t u 必须设定相 同的故障判断电流定值，这里的定值与上面提到的跳闸定值是两个不同的数值，故障 判断定值比较小，一般设定为比最末一级的f t u 的跳闸定值同样大小或更小。 “ 浙江大学硕士学位论文馈线自动化方案 那么怎样判断哪个断路器是误跳，哪个没有误跳呢? 可以通过一维矩阵法来进行 判断。矩阵编写的原则是：若第i 台断路器在合闸位置，则矩阵的第i 个元素置1 ，反 之为0 。正常运行时各断路器的状态可以用矩阵a 来描述，例如对于渤南线来说： 如果在3 4 之间发生了故障，按理说，3 应该跳开，但实际情况时，由于2 的机 构比较灵活，2 跳开了，3 在故障切除后，没有跳开。此时各个f t u 将故障信息上报主 站，主站收集到各断路器的跳合闸位置信息后，首先将断路器状态矩阵改变，变为b b = 1o11 111 o 用a b ，即得至0c ， c = a b = 01ooo oo0 通过矩阵c 即可判断出2 号断路器误跳。 软件根据收集到各断路器流经故障电流的信息进行网络拓扑分析，判断出故障在 3 、4 之间，应该断开3 和4 ，发出命令跳开3 、4 ，再发出命令合上2 ，故障处理完毕。 2 5 3 、延长变电站线路重合闸时间或者去掉重合闸方案 馈线发生故障后，变电所断路器立即跳闸，在重合闸之前，各f t u 上报故障信息， 主站判断故障位置，发