（电路与系统专业论文）馈线自动化技术和ftu的研制.pdf

p 日 曾硕士论丈 馈线自动化技术和f 1 u 的研制 摘要 f 1 2 3 5 t 近几年来 大规模集成电路技术和通信技术的迅猛发展 给配电自动化技 术水平的提高 注入了新的活力 实现配电综合自动化 能够全面提高配电的技 术水平 提高运行的可靠性和管理水平 配电自动化发展到今天 其内容大致可 以分为4 个方面 一是用户自动化 即用户需求侧管理自动化 二是馈线自动化 即配电线路自动化 三是变电站综合自动化 它常常是输电和配电的结合部 四 是配电管理自动化 其中包括网络分析 在这4 个层次中 馈线自动化对于提高 供电的可靠性 降损节能 改善供电质量来讲至关重要 而在馈线自动化系统中 f t u 又是一个至关重要的单元 目前 电力系统自动化在我国全面推行 但由 于各种概念 方案并无统一标准 对馈线自动化方案也有很多种理解 而对f t u 应实现的功能也处于探索阶段 本丈在参阅了大量文献资料 参考了各种馈线自 动化方案和f t u 的设计方案后 阐述了自己对馈线自动化的理解 详尽地论述 了f t u 研制的总体设计 通信协议选择 算法设计和抗干扰设计 f t u 的设计 研制应是属于电力系统自动化方面的一个问题 但其中的电路设计问题 通信问 题 抗干扰等问题也是电子工程专业所研究的问题 本文从弱电控制强电的角度 将f t u 的研制看成是电子系统设计的一个应用 是从一个新的设计视角来研究 它的制作 本文是在与余姚高压开关厂合作开发f t u 的实践基础上写就的 该 f t u 的研制已经到了挂杆实验的阶段 并已在余姚高压开关厂的试验场地上试 运行 声 j z 妒硕士论丈馈线自动化技术和f t u 的研制 a b s t r a c t r e c e n t l y t h ed e v e l o p m e n t o ft h e t e c h n o l o g y o f i n t e g r a t e d c i r c u i ta n d c o m m u n i c a t i o nt o o ku saf r e s hl o o ka tt h es y s t e mo fd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n d a a n dr a i s e dao v e r w h e l m e di m p a c to ni t t h es y s t e mo fd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o nc a n i m p r o v et h er u n n i n gr e l i a b i l i t ya n dt h em a n a g e m e n to fp o w e rd i s t r i b u t i o n m o d e m c o n c e p t i o no fd i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n d a m e a n si nf o u ra s p e c t s f i r s to fa l l i ti s c u s t o m i z a t i o n w h i c he x a c t l ym e a n st h ei n t e r f a c eo fm a n a g e m e n ti sc u s t o m i z e df o r u s e r s s e c o n d i tm e a n sf e e d e r a u t o m a t i o n t h i r d i ti st r a n s f o r m s u b s t a t i o n i n t e g r a t e d a u t o m a t i o nt h a ti st h ei n t e r c o n n e c t i o no ft r a n s p o r t a t i o na n d d i s t r i b u t i o n l a s tb u tn o tt h el e a s t i ti sp o w e rd i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n ta u t o m a t i o n t h o u g h f e e d e ra u t o m a t i o ni s t h ec r u c i a l k e yt oi m p r o v i n gr e l i a b i l i t y o fp o w e r s u p p l y r e d u c ed i s s i p a t i o na n dh e i g h t e n i n gq u a l i t yo fd i s t r i b u t i o n m o r e o v e r f e e d e r t e r m i n a lu n i t f t u i sa ne s s e n t i a lp a ni nt h es y s t e mo ff e e d e ra u t o m a t i o n n o w t h ep o w e r s y s t e ma u t o m a t i o ni sp u t t i n gi n t op r a c t i c e b e c a u s eo f n os t a n d a r di nt h e c o n c e p t i o n sa n dp r o j e c t sa g r e e d l o t so fm e t h o d sa r o u s e di np r a c t i c i n gi nt h ep r o j e c t s o ff e e d e ra u t o m a t i o na n df u n c t i o n so ff t u r e q u i r e di si nt h ed i s c o v e r yp h a s e t h i s p a p e rs t u d i e dl o t s o fr e f e r e n c e sa n dr e c e n tr e s e a r c hw o r k sa n dc o n s u l t e dk i n d so f p r o j e c t s o ff aa n df t ud e s i g n s u m m a r i z e da n da r o u s e do w nd e f i n i t i o n a n d c o m p r e h e n s i o n o f f a d i s c u s s e dd e s i g n f r a m e w o r k so ff t u t h ec h o i c e so f c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l a r i t h m e t i c a n da n t i i n t e r f e r e n c ei nm o r ed e t a i l t h e e q u i p m e n to ff t uw h i c hl o o k sa st h ei m p o r t a n ta p p l i c a t i o no fe l e c t r o n i cs y s t e m d e s i g nh a sb e e nd e s i g n e db yf l e s hw a y s t h ef t ut h a td i s c u s s e di nt h i sp a p e ri s c o l l a b o r a t e dw i t hy u y a o h i g hv o l t a g es w i t c hp l a n ta n dp u ti n t op r a c t i c e a l li na l l a u t h o rm a d ee f f o r ti nr e s e a r c hw o r ko f f t u i nt h el a s ty e a r 挪 d 蹲硕士论t馈线自动4 e a t 术和f t u 的研制 第一章综述 1 1 配电自动化的内容 配电白动化 d a d i s t r i b u t i o na u t o m a t i o n 是8 0 年代末首先由美国而后到其他 业发达 四家逐步发展起来的 其内容也在不断变化 目前还没有哪一个权威机构对配电自动化r 过 严格的定义 i i o 1 2 配电是电力系统发电 输电和配电 有时也称供电利用电 中直接面向电力j l j 户的功能 由配电设备以及通信和控制设备构成一个配电系统 按一定的规则运行 以高质鼙的电能持 续地满足电力h j 户需求 4 j 因此配电自动化应该是指整个配电网并包括电力州户在内的白 动化 电力系统戍以最经济的能源消耗 最有效的运行管理 以晟合理和便宜的价格向川户 供电 配电网及其控制和川户管理也关系到供屯的经济性 因此 可以说 实现或实施配电 白动化的a 的是采州现代电子 通信和计算机等技术和装备对配电网和用户在止常运行和事 故情况r 实行监测 保护 控制和管理 提高供电质最和经济性 改善服务和提高l 作效率 配电a 动化发展到今大 其内容人致可以分为4 个方面l i l j 一是用户自动化 即刚 户需求侧管理自动化 二是馈线自动化 即配电线路自动化 三是变电站综合自动化 它常 常是输电和配电的结合部 四是配电管理自动化 其中包括网络分析 在这4 个层次中 馈 线自动化对丁提高供电的可靠性 降损节能 改善供电质阜米讲至关重要 1 2 配电自动化与电力系统综合自动化的关系 可以把上述4 个方面的内容统称为配电管理系统 d m s d i s t r i b u t i o nm a n a g e m e n t s y s t e m 也可以把上述前3 个方面的内容称为配电自动化系统 d a s d i s t r i b u t i o n a u t o m a t i o n s y s t e m 而把配电管理自动化单独看成配电管理系统 事实上 上述4 个方面的内容可以 相互独立运行 但它们之间的联系十分密切 特别是信息的搜集 传递 存储 利 l j 以及这 些信息经过处理作出的决策和控制是相互影响的 因此 从这个意义上讲这四方面是一个集 成系统 它又可以与e m s e n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e m m i s m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m 等构成一个人的集成系统i i 用r 省调度中心的能每管理系统 e m s 主要针对发电和输电系统 其主要功能是数据收 集与监控 s c a d a s u p e r v i s o r y c o n t r o l a n d d a t a a c q u i s i t i o n 能量管理 发电控制及发电计 划 网络分析 而用丁配电调度中心的配电管理系统 d m s 主要针对配电和川电系统 其 主要功能是s c a d a 负荷管理及控制 网络分析 e m s 与d m s 最主要的区别在丁一个 1 丁发电和输电 一个用丁配电和负荷i i 1 l 7 1 从电力系统的发 输 配 用电纵向层次来看 分别有州于发电侧的能鼙交易 e n e r g y t r a d i n g 系统 用丁 输电网的e m s 用丁 配电网的d m s 变电站综合自动化 馈线白动化系 统 用丁h j 电侧的需求方管理 d s m 系统 横向层次上d m s 还要与地理信息系统 g i s l i j 户信息系统 c i s 管理信息系统 m i s 等集成 整个系统可以用下图来表示 lo j j 靖顶壬论炙馈线自动化技术和f t u 的研制 发电 输电 g i s 配电 纵向集成 能量交易 e m s f d m sc i sm i s 变电装茬合白 横向桑成 馈线自动化f 用电d s m 图11 电力系统自动化结构图 本文所要研究的是配电自动化四个层次中的馈线自动化 且主要是馈线自动化中的 f t u 的研制 冈此我们再对馈线自动化作一介绍 1 3 馈线自动化的定义 在l 业发达国家的配电网中 r 泛采用安装在户外馈电线路上的柱上开关 分段器 重合器 无功补偿电容器等设备 以减少占地面积与投资 是高供电的质量 可靠性及灵活 性 现在在我国各供电部fj 止也愈来愈多地采j l j 线路上的设备 这些线路上的早期设各臼动 化程度低 一般都是人工操作控制 随着现代电子技术的进步 人们开始研究如何虑用计算 机及通信技术对这些线路上的设备实现远方实时监视 协调控制 这样就产生了馈线白动化 技术 馈线自动化 义称配电线路自动化 按照国际电气电子j 程师协会 i e e e 对配电白 动化的定义 馈线白动化系统 f a s f e e d e r a u t o m a t i o ns y s t e m 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 o 1 广义地说 馈线自动化应包括配电网的高压 中压和低压3 个电压等级范围内线路的 白动化 它是指从变电站的变压器二次侧出线口到线路上的负荷之间的配电线路 对 高压 配电线 其负荷一般是一次降压变电站 对于中压配电线 其负荷可能是人电力州户或是配 电变压器 对r 低压配电线 其负荷是广大的心户 各电压等级馈线自动化有其自身的技术 特点 特别是低压馈线 从结构到一次 二次设备和功能 与高 中压有很人的区别 闪此 目前在论述馈线自动化时是指中 高压馈线自动化 而且特别是指中压馈线自动化 在我国 尤其是指1 0k v 馈线 因此我们所要讨论的馈线自动化就是指此范同 1 4 馈线自动化的功能 馈线白动化主要有以卜4 个功能 1 运行状态监测 它又可分为止常状态和事故状态f 的监测 止常状态监测的鼍主要有电压幅值 电流 有功功率 无功功率 功率因数 电每等和开关设备的运行状态 监测茸是实时的 监测装 置一般称为线路终端 f t u f e e d e r t e r m i n a lu n i t 在有数据传输设备时 这些箍可以送到某 一级的s c a d a 系统 在没有传输设备时 可以选择某些可以保存或指示的耸加以监测 装有f t u 的配电网 同样可以完成事故状态f 的监测 没有装设f t u 的地点也可以装 发故障指示器 通常它装在分支线路和人用户入口处 具有一定的抗干扰能力和定时臼复何 2 馈线自动化技术和f t u 的研制 功能 如果故障指示器有触点 也可以经过通信设备把故障信息送刮某一级s c a d a 系统 2 控制功能 它又分为远方控制和就地控制 这与配电网中可控设备 主要是开关设备 的功能有关 如果开关设备是电动负荷开关 并有通信设备 那就可以实现远方控制分闸或合闸 如果开 关设备是重合器 分段器 重合分段器 它们的分闸或合闸是由这些设备被设定的自身功能 所控制 这称为就地控制 远方控制又可以分为集中式和分散式两类 所谓集中式 是指由s c a d a 系统根据从 f t u 获得的信息 经过判断作山控制 可以称为主从式 分散式是指f t u 向馈线中相关的 开关控制设备发出信息 各控制器根据收到的信息综合判断后实施对所控开关设备的控制 也称为p e e r l o p e e r 方式 除了上述事故状态f 的控制以外 在正常运行时还可以实行优化控制 譬如选择线损 最小或较小的运行方式对开关设备进行的控制 在某些设备检修状态或事故后状态f 进行网 络重构的控制等 3 故障区隔离 负荷转供及恢复供电 在配电网中 若发生永久性故障 通过开关设备的顺序动作实现故障区隔离 在环网 运行或环网结构 开环运行的配电网中实现负荷转供 恢复供电 这一过程是臼动进行的 在发生瞬时性故障时 通常冈切断故障电流后 故障自动消失 可以由开关自动重合而恢复 对负荷的供电 酉己电网按导线区分有架空线和电缆线 按结构分有环网和树状网 环网的运行方式义 可以有闭环和开环两种 因此 故障区隔离的过程因配电网中采j l 的开关设备 继电保护设 备的不同而荐不相同 一般 对于远郊区或j 大农村 若无重要用户 环网供电成本太高 经济上不合算时 可用树状网 在分支线路上 可装设分段器和熔断器 弗安置故障指示器 在城区配电网 以双电源或多电源的环网结构开环运行为好 线路的分段和开关设备类型的 选择可以有多种方案 一般配电线分段的方法可以通过优化设计 根据供电可靠率指标 比 较投资 运行费用与失电损火后确定 或以某种准则 如等负荷等 而确定 对丁特别重要的 地区 则可以闭环运行 并配置合适的继电保护装置 总之 这一功能对丁提高供电可靠率 有着十分重要的作 因此住设计时要进行多方案比较 4 无功补偿和调压 配电网中无功补偿设备主要有安装在变电站和川户端两种 前者在变电站自动化中加 以控制和调节 后者一般为就地控制 但是在小容量配变难以实现就地补偿的情况f 在中 压的配电线路上进行无功补偿仍有 泛的应用 通常采用自动投切开关或安装控制器两种方 法加以实施 配电网内无功补偿设备的投切一般不作全网络的无功优化计算 而是以某个控 制点 通常是补偿设备的接入点 的电压幅值为控制参数 有的还采用线路或变乐器潮流的功 率冈数和电压幅值两个参数的组合为控制参数 这一功能旨在保持电压水平 提高电压质茸 升可减少线损 1 5 馈线自动化的作用 馈线自动化的作用在丁 j 1 减少停电时间 提高供电可靠性 故障及计划检修是造成川户停电的两个主要原因 配电网的传统结构一般采川辐射形 配电方式 线路中间没有分段开关 当线路上某一处故障或进行线路检修时 会造成全线停 电 现住城市供电网的发展方向是采用环网 手拉手 供电方式 并用负荷开关将线路分段 这样可以做剑分段检修 避免因线路检修造成全线停电 而利用馈线自动化系统 实现线路 m j 土曾硕士论叉馈线自动化技术和f t u 的研制 故障 段的白动定能 隔离 及健康线路的自动恢复供电 可缩小故障停电范用 减少对用 户的停电时间 提高供电可靠性 分段器s l s 2fs 3 c b ll 络开关 c b2 乞 j 图1 2 馈线自动化系统的故障处理 在上削所示的一个典型的两条线路 手拉手 环网中 当线路中的f 点发生故障时 在变电站内的源端断路器c b l 两次重合检测出永久故障后 馈线自动化系统可以确定故障 区段 自动地或由调度人员手动遥控拉开故障点两侧负荷开关s 2 s 3 接着合上变电站内 的源端断路器 再合上环网上的联络开关s t 恢复全部健康线路供电 故障停电时间可压 缩剑一 二分钟之内 长期以米我国在配电线路上的投资不足 由于配电线路薄弱 不合理 即使在发电量 充足的情况r 也会出现不必要的长时间停电 使供电可靠性得不到保证 远低丁发达国家 的水平 采用配电线路自动化系统后可显著地改善这一状况 现在我国电力部已明确提出使 供电可靠性达到9 9 9 6 的要求 故应积极实施馈线自动化技术 以提高供电可靠性 在配电自动化的许多功能中 故障定位 隔离及自动恢复供电是一个土要的采 l 传 统手段难以实现的功能 2 提高供电质量 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高 刚户对电能质量的要求愈来愈高 馈线 白动化系统可以实时监视线路电压和频率的变化 自动调节变压器输出电压或投切无功补偿 电容器组 保证川户电压符合要求 计算线路的谐波含茸 抑制有害谐波成份 3 仃省总体投资 馈线白动化的投资是大家比较关一t l 的 单纯从一条线路的角度看 投资是比较人的 但从总体上来看 可节省投资 以前 为保证重要用户的供电可靠性 一般采用由变电站直接向用户双路或多路供电 互为备州的做法 这种方式设备利用率低 需要的线路较多 尤其是电力电缆投资很高 而 实施馈线自动化后 合理地安排网络结构 在给用户供电的线路故障退出运行后 通过操作 联络开关 由其它的健康线路供电 囡此在保证同样可靠性的前提f 与传统的做法相比 馈线自动化可充分地发挥设备的潜力 显著地节省了在线路上的投资 4 减少电网运行与检修费用 馈线自动化系统对配电线路及设备运行状态进行实时监视 为实现设备的及时检修创 造了条什 这样除了可以减少不必要的停电时间外 也减少了检修费 l j 利用馈线自动化提 供的数据与资料 可以及时确定线路故障点及原冈 缩短故障修复时间 竹省修复费 l j 1 6 配电自动化技术的发展过程 3 8 1 分立元件的自动装置阶段 为了保证电力系统的止常运行 研究单何和制造厂家 长期以来陆续生产山各种功能 的自动装置 如 臼动重合闸装置 低频自动减负荷装置 备川电源自投和各种继电保护装 4 p 自 蜉碗士论t 馈线自动化技术和f t u 的研制 置等 电力部fj 可根据需要 分别选择配置 7 0 年代以前 这些自动装置主要采州模拟电 路 由品体管等分立元件组成 对提高配电的自动化水平 保证系统的安全运行 发挥r 一 定的作川 但这些自动装置 相互之问独立运行 且不相干 而且缺乏智能 没有故障白诊 断的能力 住运行中若自身出现故障 不能提供告警信息 有的甚至会影响电网运行的安全 同时 分立j a f l 的装置可靠性不高 经常需要维修 且体积人 冈此需要有更高性能的装置 代替 2 微处理器为核心的智能自动装置阶段 8 0 年代 随着国家改革方针的进展 微处理器技术开始引入我国 并且吸引了许多为 电力行业服务的科技1 二作者 他们都把注意力放在如何将大规模集成电路技术和微处理器技 术席h r 电力系统各个领域上 在配电自动化方面 首先将原米由晶体管等分立元件组成的 白动装置逐步由人规模集成电路或由微处理机代替 由 丁采用了数字电路 统一数字信号电 平 缩小了体积 明显地显示山优越性 特别是由微处理器构成的白动装置 利州微处理器 的智f 韭 l i 计算能力 可以应州和发展新的算法 提高测量的准确度和控制的可靠性 还扩充 了新的功能 尤其是装置本身的故障自诊断能力 对提高自动装置自身的可靠性和缩短维修 时间是很有意义的 这些微机型的自动装置 虽然提高了系统自动控制的能力和可靠性 但在8 0 年代 基 本上还是维持原有功能利逻辑关系的框框 只是组成的硬什结构由微处理器及其接口电路代 替 扩展了一些简单的功能 多数仍然是各自独立运行 不能互相通信 不能共享资源 实 际上形成了一些变电站的白动化孤岛 冈此仍然解决不了配电白动化设计和运行中存在的所 有问题 随着数字技术和微机技术的发展 变电站内白动化孤岛问题引起了国内外科技i 作 者的关注 并对其开展研究和寻求解决的途径 3 配电综合自动化系统的发展阶段 国外配电综合自动化的研究i 作始于7 0 年代 根据1 9 8 1 年5 月在英国召开的第6 届 国际供电会议资料报道 英国 意大利 法国 西德 澳人利亚等国 丁7 0 年代末 新装 的远动装置都是微机型的 个别有用1 6 位小型计算机的 且监控系统的功能有扩人的趋势 供电网的监控功能正以综合自动化为目标迅速发展 曰本在微处理器府川丁电力系统方面的 研究l 作 虽然略晚丁欧美 但后来居上 丁1 9 7 5 年在关曲电子公司和二菱电气有限公司 的协助f 开始研究用于配电变电站的数字控制系统 t 1 9 7 9 年9 月完成样机 8 0 年代以 f 亓 研究配电综合自动化系统的国家和大公司越来越多 例如 德国西 j 子公司 a b b 公 司 a e g 公司 美国g e 公司 西屋公司 法国阿尔斯通公司等都有自己的综合白动化系 统的产品 我国配电综合自动化的研究上作开始丁8 0 年代中期 1 9 8 7 年 清华人学电机i 程系研 制成功第一个符合国情的变电站综合自动化系统 在山东威海望岛变电站成功地投入运行 8 0 年代后期 投入配电综合自动化研究的高等院校 研究单位和生产厂家逐步增加 9 0 年 代 配电综合自动化已成为热门话题 研究单位和产品发展越来越多 规模比较人的有南瑞 公司 四方公司 科锐公司等 配电自动化系统的研究和生产 作之所以会引起这么多的科技上作者和生产厂家的注 意 其根本原因在于实现配电综合自动化 能够全面提高配电的技术水平 提高运行的可靠 性平 管理水平 近儿年来 大规模集成电路技术和通信技术的迅猛发展 给配电自动化技术 水平的提高 注入了新的活力 1 6 位 3 2 位单片机及网络技术 现场总线等的出现 人人 加快了配电自动化技术的发展 因此 近儿年米研究配电综合自动化进入了高潮 其功能利 性能也不断完善 柏 土曹硕士论更馈线自动化技术和f t u 的研制 第二章馈线自动化技术 住第一章巾我们已经简要地对馈线自动化作了一个介纠 本文i 要要研究的就是馈线 白动化和其中的馈线白动化终端f t u 的研制 我们在这一章再对馈线自动化作一深入了解 2 1 准备知识 我们是从弱电的角度来了解电力系统的 冈此有必要对所涉及的 些名词平 术语先作 介纠 使我们对所研究的系统有全面的了解 重合器 断路器 分段器 负荷开关 都是配电线路上的开关 电力系统运行积累的资料表明 电力线路9 5 的故障 在起始时是暂时性 士要是由 丁雷电 风 雨 雪 树或导线的摆动造成的 采用具有多次自动重合闸功能的线路设备 即可使暂时性故障不致发展成永久性故障 因而能够极大地提高供电连续性 重合器是一种能够按照预先确定的分断和重合顺序 在电路中自动进行开断和重合操 作 并在其后白动复何或闭锁的自我控制设备 断路器也是一种能开断故障电流的设备 但 两者义有明显的不同 在开断故障电流的功能上 重合器与断路器相似 但在控制和保护特 性上 重合器比断路器的 智能 高得多 与断路器相比 重合器有两个明显的特点 一是 白具功能 即本身具备过电流检测和操作顺序控制与执行功能 无需附加设备 适合户外和 野外安装 是多次重合功能 即线路发生短路故障时 可自动连续进行多次开断 可4 次 平 重合操作 从而显著提高供电的可靠性 重合器与断路器的不同 有以r 儿个方面 1 作州不同 重合器作用强调开断 重合操作顺序 复位和 j 锁 而断路器的作h j 仅强调开断 荚合和载流 2 结构不同 重合器的结构一般由灭弧室 操作机构 控制系统和高压合闸线圈等 四部分组成 而断路器的结构通常仅由灭弧室和操作机构两部分组成 3 控制方式不同 重合器是自我控制设备 本身具有过电流检测 操作顺序选择 开断和重合特性的调整等功能 其操作电源直接取白高压线路 无需附加装置 这些功能在 设计上是统一考虑的 而断路器与其控制系统在设计上是分别考虑 其操作电源亦另外提供 冈此 属丁分离控制设备 4 开断特性不同 重合器的开断特性有两个特点 即反时限和双时性 所谓敬时性 指重合器有快慢两种安一秒曲线 通常有一条快速曲线 多条慢速曲线 通常它的第一次 开断都整定在快速曲线 使其在o 0 3 0 0 4 秒内切断额定短路电流 以币各次开断 可根据 保护配合需要选择不同的安一秒曲线 而断路器所配继电器虽有定时限与反时限之分 但无 舣时特性 一般继电保护常用的速断和过流保护 也有不同的开断时延 但这种时延只与保 护范同有关 与操作顺序无关 故与重合器的双时性不同 白动分段器 负荷开关 是配电网中隔离故障线段的自动保护装置 分段器不能开断 线路的故障电流 止常情况需与后备的自动重合器或断路器配合使州 它记录线路故障期间 后备装置操作的次数 在预定的电流开断操作次数后 当后备装置分开时 分段器分闸 隔 离故障线路段 供后备重合器重合到剩r 卜的无故障线路段 这样恢复线路运行 假设故障是 暂时的 分段器将白动复位 为新的故障发生准备另一完整的操作循环 6 j z 掌硕士论文 馈线自动化技术和f t u 的研制 2 2 馈线自动化技术的基本要求 配电网馈线自动化 f e e d e r a u t o m a t i o n 简称为f a 是配电网自动化系统的士要功能 馈线白动化技术的应用从甲期的单个电力环路 双电源 逐步扩人剑多个电力环路 多个备 川电源 电力环路有架空馈线手拉手 地r 电缆环网柜电力环路或架空 电缆混合型电力环 路 开刚所之间手拉手电力环路 配屯网一次接线的网络结构越来越复杂 系统对配电网馈 线白动化的要求也越来越高 f a 处理主要包括 故障白动检测与故障识别 故障a 动定能与自动隔离 网络重构和 快速恢复供电 拯个f a 处理过稃的基本要求如r 1 9 i 1 故障检测要准确 故障a 动定位的判据 来源于配电终端 f t u 检测的故障信息 冈此f t u 故障检测 信号是否准确是馈线a 动化故障处理的基础 这就要求f t u 故障检测功能必须与馈线山线 开关的保护相匹配 当馈线发生故障时 f t u 必须在出线开关保护动作之前捕捉故障信号 否则故障信号会丢火 导致f a 处理失败 为保证f t u 检测故障的准确性 f t u 识别是否 有故障 不仅判别故障电流幅值 同时还要检测该故障持续的时间 以防l 米a 外界各种瞬 间信号的干扰 引起误判 要求故障电流整定值和故障持续时问可以人为整定 以满足不同 配电网的需求 2 故障隔离要快速 配电子站或主站系统 接收来自环路上各个f t u 故障信息 经过f a 软件 网络建模 综合分析 逻辑判断 很快定位出故障所在区段 并卜 达相应的遥控命令 实现故障白动隔 离功能 为保证故障隔离的快速性 采取能在底层处理尽量在底层处理 底层处理不了则逐 级上报 由上一级处理的原则 以提高f a 处理的时机 3 网络重构要慎重 网络重构戍慎重 以保证馈线健全区段的安全可靠供电 考虑网络重构基本要素 确认故障隔离己准确完成 网络重构以备用电源不超载为前提 网络优化以系统线损最 小为原则 各 l j 电源供电正常 以上条件同时具备的情况下 才能将所选择的开环点开关 合上 完成网络重构过程 否则都将可能引起事故扩大 影响非故障区段的供电 2 3 馈线自动化技术解决方案 2 3 1 馈线自动化技术的发展 艮期以来 配电网的短路故障处理一直依靠变电站出线保护和人j 方式 技术十分落 后 直剑现在 我国儿乎所有城市电网中 除了已经实现配电自动化的局部区域 短路故障 处理还是按照如f 步骤进行 变电站出线开关跳闸 配电调度根据j j 户电话或变电站信息派 人去现场查找故障点 配电调度根据故障点位置和配电网接线方式 卜达隔离故障点 恢复 1 r 故障区域供电的倒闸命令 倒闸完成后 变电站山线开关合闸送电 庄日本八十年代中期 开了并安装了重台器 它依靠线路短路故障时的过流信息与开 关的动作时间配合 实现自动隔离故障区段 并恢复故障区段上游的供电 美国也在八十年 代开发了重合器 与日本不同 美国采州电压型重合器 以故障电压作为判据 而日本的是 电流型重合器 以故障电流作为判据 在这个时期就产生了重合器方式的短路故障处理技术 在九十年代 随着配电a 动化的实施 出现了故障的集中处理模式 该模式将线路分 段开关的电流信息全部收集到一台计算机中 在该计算机中 对收集到的电流人小进行比较 7 柏 漕硕士论t 馈线自动化技术和f t u 的研制 判断 奇出故障区段 然后r 令跳开故障区段两侧的开关 合上变电站出线开关及相应分段 联络开关 恢复1 f 故障区段供电 由丁我国的配电自动化的实施起步较晚 目前还处r 发展阶段 各种处理技术还没有 种达剑完善的地步 闪而迫切需要有一种能适合我国国情的自动化模式 2 3 2 馈线自动化故障处理方式 馈线自动化基本原理是将环网结构开环运行的配电网线路通过分段开犬把供电线路分 割成各个供 h 区域 当某区域发生故障时 及时将分割该区域的开关跳开 隔离故障区域 随后 将冈线路发生故障而失电的非故障区域迅速恢复供电 从而避免了冈线路山现故障而 导致整条线路连续火电 人人减小停电范围 提高供电可靠性 一 无通信信道时的馈线自动化方案 2 4 j 主要是采川重合器 分段器 重合分段器方式 这是甲期比较酱遍的方案 无通信信 道的情况f 可实现故障的自动隔离和恢复非故障区段的供电 此类方案存在一些明显不足 夺变电站出线保护朱考虑与线路分段开关之间的配合与协调 夺已有重合器 重合分段器 智能开关的现有功能不支持信道问题解决后需具备的 s c a d a 功能及高层在线和离线管理功能 夺故障处理及供电恢复速度太慢 对系统及片j 户冲击人 夺需要改变变电站速断保护定值及重合闸次数 增加了出线保护的动作次数 不利r 设备的安全运行 夺同一线路上 下级重合器的动作缺乏选择性 在无信道的情况f 变电站或二级主站与线路上分段开关及各分段开关之间无任何信 息交换 只能采用当地控制通过逐段重合的方法来确定并隔离故障线段 故障线段与1 f 故障 线段的重要区别在丁二当重合于故障线段时会立即出现故障电气晕 而重合于1 f 故障线段时不 会芷即出现故障电气量 需等到后续故障段开关重合时 才出现故障电气最 因此可利 l j 重 合后出现故障电气量的时间差异米可靠地识别并隔离故障线段 当分段 环网开关采用断路器时的故障处理过程如f 图所示 假定馈线采用手拉手环网结构 如f 图所示 故障处理结束 图2 1 采用断路器时的故障处理过程 8 蹲顶壬论丈 馈线自动化技术和f t u 的研制 当故障为暂时性故障时 由变电站出线时限电流保护动作跳闸 故障线路火压 火压 线路各分段开关在山线重合之前全部分闸 故障点绝缘恢复 然后出线开关重合成功 各分 段开关顺序重合 在环网开关重合之前 失压线段已全部恢复止常供川 环网升关不再重合 为了使暂时性故障消除后不改变线路的远行方式 环网开关的重合时间戍人丁变电站山线保 护动作时间 重合闸时间和备分段开关重合时间之平 当故障为永久性故障n 首先由变电站山线开关c b 时限电流保护跳闸 线路火爪 火压线路分段开芙全部分闸 然后出线开关c b 重合 并短时开放重合闸后加速 分段开关 f d 逐段顺序重合 开关重合的同时进 j 故障识别 以判定是否重合丁故障线段 然历通过 变电站山线保护及白动装置的协调日b 合隔离故障线段 恢复非故障线路的供电 变电站 线 保护根据重合闸重合到再次出现故障电流的时间即可判断故障线段 并上发变电站或上级主 站 由上可见 当分段 环网开关采用断路器时 土供侧变电站出线开关只需一次重合就 能恢复健全线段的止常供电 备供侧在恢复开环点对n l l 故障线段供电的过程中 不需跳闸 年 重合 冈此供电恢复速度快 对系统及用户冲击最小 当分段 环网开关采用负荷开关时的故障处理如f 对1 暂时性相间故障的处理过程与采用断路器的情况相同 对相间永久性故障的处理 过程闪负荷开关允许重合丁故障但不能切断故障电流 必须在线路火压时隔离故障线段 相间永久性故障的处理过程如图22 所示 故障处理结束 图2 2 采用负荷开关时的故障处理过程 9 z 妒硕士论文馈线自动化技术和f t u 的研制 当分段 环网开关采h j 负荷开关时 主供侧的变电站出线开关需一次跳闸 二次重台 备供侧变电站出线开关需跳闸一次 重合一次 变电站出线保护根据重合闸第1 次重合剑再 次 l j 现故障电流的间隔时间 即可判定故障线段 并且上报主站 有通信信道时的馈线自动化方案 2 5 有信道的馈线自动化系统故障处理过程人体分2 步完成 无条件地以最快的速度消除 瞬时性故障或切除永久性故障 隔离故障线段 并寻求最优方式恢复1 f 故障线段供电 第 l 步通常由变 b 站山线保护及重合闸完成 第2 步通常要通过馈线臼动化主站或二级土站米 完成 对手拉手简单环网或不存在最优方式恢复供l h 的环网馈线 依靠现代微机保护装置及 分段开关控制器 f t u 的优异性能 灵活的功能配置和通信组网能力 故障处理过程也可 以不依赖主站或二级主站的干预而r 放到线路上独立完成 f 面所取例子的通信方式是粹 f t u 以l o n w o r k s 网相联 而到主站是r s 2 3 2 串口 实际上也可以采朋c a n 总线域其它方 式米通信 假定1 0k v 馈线跨接在同 变电站的两段母线或两相邻变电站之间 线路上殴5 个分 段点 其中一个分段点为环网开关 止常情况r 开环运行 如p 图所示 c b l f d lf d 2h wf d 3f 1 4 c b 2 甍 i r 一卜 一l 一 1 瓮 1 4 1 if t u i 叫2 l f t u 3 1f t u 4 i f j j5 b j 2 l1 图2 3 环网馈线结构及通信网络 每台保护监控装置及馈线终端均配置2 路通信口一路为l o n w o r k s 局域网专用通信口 简称l o n 口 另一路为r s 2 3 2 串口 将两侧保护及线路上所有f t u 的l o n 口连接成l o n 局域网 而两侧线路保护监控装置的串口与各自的变电站级计算机相连 作为变电站自动化 系统中的一个节点 线路保护不但完成本身s c a d a 功能 而且兼线路上各f t u 的数据转发 器 每个分段开关的f t u 只与相邻开关的f t u 及两侧变电站出线保护通信 不与其他任何 分段开关通信 故障处理过程中 相邻f t u 之间交换有无故障电流的信息以判定故障区段 而各f t u 与以侧变电站出线保护之间的通信厢于实现馈线s c a d a 及上报所感知的故障信 息 当采州断路器作为分段及环网开关时 分段开关的分闸逻辑如f 当线路故障时 首先由变电站出线开关跳闸 启动重合闸 并向l o n 网发出暂停s c a d a 通信命令 线路上各f t u 立即停止s c a d a 通信 向相邻f t u 及变电站广播故障电流1 k 标 忠 并接收相邻f t u 的1 k 标志 然后将接收到的两相邻f t u 的i k 标志进行异或运算 如果 故障段两侧f t u 中 n 有i k 标志 一侧无i k 标j 恙 则在出线开关重合后 第2 次出现故障电 流时立即分闸 从而有选择地切除故障线段 其分闸逻辑如f 图所示 上侧f f 侧f 环网开关的重合逻辑 图2 4 采用断路器时分段开关的分闸逻辑 1 0 令 吵 与 害迥 加 z 妒硕士论文 馈线自动化技术和f t u 的研制 住故障线段丽侧的分段开关分闸后 环网开关 侧无压 并且其两侧相邻f t u 均无i k 标忠 则环网开关经设定延时后重合 恢复主供侧故障线段以斤的1 r 故障线段的供电 如果 一一侧有i k 标志 则环网开关不重合 这样能可靠防 环网开关重合剑故障线段 造成对各 供侧电源及h j 户的冲击 环网开关的重合逻辑如r 幽所示 左侧 右侧 令 幽25 采用断路器时环网开关的合闸逻辑 1 k 标忠复何条4 1 出现第2 次故障电流 发出分闸命令 开关变位 发出合闸命 令 开关变位 经一个故障处理周期 故障处理过稃 a 瞬时性故障 线路发生瞬时性故障时 主供出线保护动作跳闸 重合闸前加速瞬动 线路火压 故 障点绝缘恢复 然后山线开关重合成功 恢复供电 各感受到故障电流的f t u 将电流标忠 i k 上发变电站及相邻f t u 变电站可根据备f t u 上报的故障i k 信息确定瞬时故障区段 b 永久性故障 处理要点 永久性故障由故障线段两侧的分段开关切除并隔离 健全线路由重合闸及 环网开关恢复供电 当线路发生永久性故障时 主供侧出线保护动作跳闸 重合闸前加速瞬动 线路火乐 各分段开关与变电站及相邻分段开关交换信息 火压线路f t u 根据接收到的相邻f t u 的故 障信息 没定邻近f t u 的i k 标志 有 无故障电流 经重合闸时间后 出线开关重合 冈 重合r 故障线路 启动定时限电流保护 此时故障电流流经的f t u 第2 次感受到故障电流 根据邻近f t u 的i k 标忠立即确定是否跳闸 只有 侧f t u 有1 k 标志 另一侧f t u 无1 k 标志的分段开关先于出线保护立即跳闸 因此只有故障线段两侧的分段开关分闸 切除并隔 离故障 山线电流保护返同 恢复非故障线段的止常供电 环网开关是否重合 需根据两侧f t u 的故障电流标志而定 当两侧f t u 均朱感受到故 障电流时 则重合 当任何一侧的分段开关感受到故障电流时 则不重合 保i 止环网开关不 会重合r 故障线路 例如当线路上d 点发生故障时 其处理过程如f 图所示 cb 1fd 1f d 2 h wf d3f d4 c b 2 甍 i 卜t 一专 卜一 一 眺 二二二 f j i1 9 掣ji 带i 旧叩 i 盯h 盯y 引 8 2 一 争 一 一 一 l 二二 j 卜 卜 一一j 图2 6 线路d 处故障时的处理过程 i 线路d 处发生故障 故障电流i k d 由变电站母线流向故障点 变电站出线保护跳闸 i i 感受故障电流的装置与相邻装置交换故障电流标志i k i i i 重合于永久性故障 再次出现故障电流1 k d 由母线流向故障点 洳 土曾碗士论t馈线自动 v 0 4 t 术和f t u 的研制 i v 第2 次感受到故障电流 且一侧有i k 标志 一侧无i k 标志的f t u 2 先1 山线保护动 作跳开f d 2 隔离故障线段 环网开关收到f t u 2 的i k 标志 无f t u 4 的1 k 标志 冈而不重 合 当采 负荷开关作为分段 环网开关时 处理原则 瞬时性故障由变电站出线开关消除 重合闸恢复供电 永久性故障由变电站出线开关切 除 故障线段两侧分段开关在山线开关重合不成功 线路失压状态f 门动隔离故障线段 再由山线 l 芙笫2 次重合及环网开关重合 恢复非故障线段供电 分段开关分闸逻辑 当供网容龉很人 l 孚通的柱上开关无法切除故障电流或直接选用负荷开关时 则需按 如t 规 j j 设定分段开关的分闸逻辑 必须在出线开关第1 次重合失败 再次切除故障电流之 后 线路无压条件r 故障线段两侧分段开关分闸 隔离故障线段 健全线段由山线开关第2 次重合或环网开关重合 恢复供电 分段开关的分闸逻辑如f 图所示 环网开关合闸逻辑与选州断路器情况相同 上侧f 下倾0f 令 图2 7 分段开关采州负荷开关时的分闸逻辑 分段环网开关采用负荷开关或断路器的比较 夺负荷开关价格低 一次设备投资少 夺山线开关须重合2 次 比断路器方案多重合1 次 夺供电恢复时间长 山线开关第2 次重合后才能恢复健全线路的供电 三 综合智能化方案f 2 纠 无信道方案是一种就地控制的馈线自动化方案 不需要通信 有一定的经济实 i j 性 但 是动作次数多 对系统冲击大 而且无法实现最优转移和恢复供电 有信道方案解决了无信 道时的这些缺点 但是当通信信道损坏时 馈线自动化则无法实现 卜面我们提山一种有信 道时子站优先处理 子站损坏f t u 自动转为借助信道互通信息处理 信