就地式智能馈线自动化实现方法.doc

就地式智能馈线自动化实现方法摘要关键词0引言就地式智能馈线自动化实现方法安向阳,陈历.,李传健(1.广东电网公司茂名供电局,广东茂名525000;2.广东电网公司电力科学研究院,广州I510600)针对传统就地式馈线自动化的缺点,提出一种能实现通信和紧急控制功能下放的就地式智能馈线自动化实现方法.该方法将馈线自动化系统分为设备层,终端层,子站层和主站层,并将故障隔离功能下放到终端层.终端之间通过无线通信进行信息交换,子站和主站依据网络运行情况制定故障恢复策略,经过各环节的有效配合,最终实现故障的快速隔离和非故障区域的可靠复电.馈线自动化就地式智能故障隔离恢复无线通信馈线自动化是实现配电自动化的基础,是保证配电可靠经济运行的重要手段.我国馈线自动化起步较晚,起步标志是2O世纪80年代石家庄和南通所引进的日本户上制作赠送的配电网自动化设备l_1.经过了三十多年的发展,我国馈线自动化技术有了长足的进步,但其实现方式(集中型或就地型)仍是国内学者强烈探讨的话题l2.随着配网技术的快速发展,将配电自动化的紧急控制功能尽可能下放到馈线终端装置上实现,强调保护功能(故障识别,故障隔离)的独立性和完整性成了馈线自动化的主要发展趋势.目前,典型的就地式馈线自动化系统采用重合器与分段器相互配合的模式,通过开关功能和保护时间配合,按事先确定的故障处理逻辑实现故障识别,故障隔离和故障恢复.这种模式不需要网络通信,就能在一定程度上满足馈线自动化的要求,但是要与上一级开关配合,导致故障处理时间长,恢复供电慢.对于永久故障,该模式需要重合2次,使线路及开关设备受到2次短路电流冲击,且对于手拉手供电方式,会波及线路对侧用户,造成短时陪停电.针对上述问题,本文引入无线通信网络,利用测控终端的采集数据,结合断路器和负荷开关,构造一种就地式智能馈线自动化系统.该系统通过无线通信交换节点信息进行故障定位,仅需一次重合闸就可进行故障隔离和故障恢复,减少故障电流对线路和开关设备的冲击,并快速恢复供电,提高了供电可靠性.1总体框架馈线自动化是以变电站围墙外到用户电表之间的配电线路为研究对象m,通过自动化装置或系统监视配电线路的运行状况,及时发现线路故障,迅速诊断出故障区问并隔离,快速恢复对非故障区间的供电.由于配电网结构复杂,点多面广,因而馈线自动化系统设备繁多,装置结构收稿日期:20111l15作者简介:安向阳(1982一),工程师,从事输,配电运行管理工作.68lWWW.I电工技术不统一,功能差异较大.根据设备功能的不同,馈线自动化系统可以分为设备层,终端层,子站层和主站层,如图1所示.站子站终端设备图1就地式智能馈线自动化系统总体框架图设备层为配电网的物理层,由配电网的一次设备组成;终端层是安装在一次设备运行现场的自动化装置,主要用于监视和控制一次设备,实现就地馈线保护功能;子站层是主站与终端的中间层,具有广域协调性,实现全局与局部的速度协调和功能协调,一般用于通信汇集,也可以根据需要实现区域监控;主站层是数据处理,存储,人机联系和实现各种应用功能的核心,主要完成馈线自动化系统的全局管理和优化.2系统结构就地式智能馈线自动化系统结构如图2所示.该系统将配电网按逻辑概念分为若干个子网络.每个子网络都由一个配电子站和若干测控终端组成,终端之间,终端与子站之间通过无线网络进行相互通信和保护配合.子站之间,子站与主站之间通过光纤网或者工业以太网进行信息交换.当配电网发生故障时,测控终端通过无线网络相互通信配合,确定故障区域,实现故障就地隔离,并将信息发往子站;子站收到终端送来的处理信息后,对本子网络容量进行判断,确定子网络内的转供方案并发往主站或直接请求主站帮助;主站根据运行工况和优化技术,确定全局恢复供电策略,并下达执行.变电站3o联络开关一断路器?负荷图2馈线自动化网络拓扑结构示意图每个终端都具有线路及开关的电气量测量功能.在无线网络中,每个网络节点只在事件条件满足时触发通信,不同的模拟量在当地检测完成后,通过就地数据处理,只将检测结果的数据信息,保护判别结果的状态信息,开关状态信息等通过无线网络供给其它终端共享,使不同地点的保护之间协调和配合,从而实现保护快速性和选择性的统一.3硬件结构3.1终端设备就地式智能馈线自动化系统的终端主要包括采集单元(由采样模块和模/数转换功能模块组成),处理单元(由嵌入式系统构成,包括CPU,存储器,嵌入式操作系统等),通信单元(由无线通信模块组成)以及电源等,结构框图如图3所示.图3终端设备硬件结构图采集单元主要通过电压/电流互感器采集线路的电压,电流数据,并将采集数据与处理单元共享.通信模块主要完成节点间以及节点与上位机间的无线通信,分享所在子网络内的配网信息.处理单元通过对采集到的电压,电流数据和通信单元接收到的邻近节点状态信息进行故障判断和故障处理,若为本区域故障,则向一次设备发出分闸命令并闭锁合闸,否则分闸不动作.电源模块通过测控终端控制器直接为设备供电,当线路失电时,则启动锂电池对设备供电,保证设备正常工作.3.2配电子站配电子站按功能分为通信汇集型子站和监控功能型.通信汇集型子站主要汇集配电终端上传的信息并向配电主站转发,同时将从配电主站接收到的控制命令下发到配电终端,实现所管辖范围内的信息整合.监控功能型子站在通信汇集型子站的基础上提供区域电网拓扑分析,非故障区域恢复供电,人机交互等功能,适用于所管辖区域内具备转供电能力或者储能的网络,可进行子区域内的非故障区域恢复供电.配电子站主要由处理单元,通信单元,电源模块和人机交互单元构成,如图4所示.:l里至l:l竺l:l竺堕II网一一一一:一I一一售图4配电子站硬件结构图3.3配电主站配电主站是馈线自动化系统实现电网分析,故障恢复的核心部分.为了保证馈线自动化的可靠性和系统性能指标,要求配电主站采用双机,双网冗余配置.配电主站的硬件结构如图5所示.4软件设计图5配电主站硬件结构图4.1终端设备每个终端都是一个独立的单元,能够主动对状态的变化做出反应,即当线路发生故障时,终端可以即刻断开断路器,消除故障.终端之间通过无线网络交换故障信息,实现就地故障隔离.终端设备的工作流程图如图6所示.终端开启后先初始化硬件,开启通信模块,确保无线通信t.Xfft,gI2012J1期I69正常,此后实时采集线路数据,当检测到线路发生故障时,经延时跳开断路器并与邻近终端交换故障信息,判断故障区域,若故障在本区域则分闸后闭锁合闸,隔离故障上报子站,否则将故障前的负荷数据和开关状态发送至子站,由子站对故障恢复作进一步处理.图6终端设备工作流程图时进入工作状态.对于监控功能型子站,当接收到终端的故障信号后,经数据处理判断是否需要转供电,若需要转供电则进一步判断在所管辖区域内是否具备转供能力,若可以,则自行处理并将结果通知主站;否则,请求主站,等待主站下达命令.4.3配电主站配电主站应具备全网的故障识别,定位,隔离和非故障区域自动恢复供电的能力,以实现全局最优的恢复供电方案,并辅助调度员进行调度决策.与配电子站相似,配电主站运行后,定期巡检子站工作状态,确保所有子站正常工作.当接收到子站上送的请求信号后,对所有子站进行数据总召唤,并依据数据对全网进行拓扑分析,在尽可能少失去负荷的前提下生成恢复策略;策略确立后下达给子站,各子站接受各自的工作任务后进行故障处理.配电主站工作流程图如图8所示.4?2配电子站5算例分析配电子站工作流程图如图7所示,通信汇集子站不具图7配电子站工作流程图备虚线方框内的功能.配电子站开启后,定期巡检每个终端节点,确保每个终端处于正常工作状态,巡检结柬后进入休眠状态;当主站下达命令或者接收到终端发来的信息701l电工技术图8配电主站工作流程图图9是一典型的3电源配电网络.下面将通过分析该网络阐述本文提出的就地式智能馈线自动化系统.当L8处发生永久性接地故障时,就地式智能馈线自动化处理过程如下:毫訾图93电源网络示意图(1)终端检测到故障电流,断路器FB2动作,断开故障电流.(2)变电站2所管辖区域内的负荷开关全部失压分闸,即s5,s6,S8和s9分闸,然后经相互通信确定故障在L8处,s5,s8,s9闭锁合闸以隔离故障,终端进行故障隔离后将故障诊断信息发至子站2.(3)FB2重合闸,S6有压合闸,恢复L5,L6负荷供电,L7和L9为需恢复供电的非故障负荷.(4)变电站2处子站接收到终端发来的故障处理信息后,通过分析所管辖区域网络,确定L7可在区域内进行转供电,于是发出指令闭合s7,恢复L7负荷供电.(5)L9在所管辖区域内不能进行转供电,子站2发送请求信息,请求主站处理.(6)主站收到子站请求信息后,对所有子站进行总召,对网络工况进行分析后,在变电站3具有供电冗余条件下闭合$10对L9进行转供电.(7)主站将恢复L9供电策略下发后,子站3执行闭合$10命令,结束后返回完成命令.(8)主站确定非故障区域恢复供电后,发出警告通知运行人员对L8处进行故障排除.上述过程中,子站2为监控功能型主站.若子站2为通信汇集型子站,则过程(4)只转发终端信息,将L7的恢复供电交由主站处理.6结束语在紧急控制功能下放和广域保护馈线自动化技术的发展趋势下,本文提出了一种就地式智能馈线自动化系统实现方法.该方法通过信息交互,可以有效隔离故障,恢复非故障区域供电,总体特征如下:(1)对系统功能进行解耦并分配到子站和终端上,单一子站区域内的故障只影响该区域,避免集中式情况下主站瘫痪导致整个系统失效.(2)通过将保护功能下放,终端经相互通信可以快速就地隔离故障,避免传统就地式馈线自动化带来的二次电流冲击,提高出线开关重合成功率.(3)终端之间以及终端与子站之间只传递故障处理结果,必要时上传故障前负载情况,降低了信息传递对通信带宽的要求.(4)对于子站所管辖区域内可进行转供电的情况,可以不依赖主站而快速对非故障区域进行复电,提高供电可靠率.t(5)当相邻子站转供电能力不能满足转供要求时,主站不会下达转供指令,避免传统就地式馈线自动化盲目转供电,造成陪停电的情况.参考文献1张建国,王晓春,吴良国.配电自动化技术的发展及系统构成J.河北电力技术,1998,6(17):27302张系中,罗少威,戴南洲.10kV电缆网馈线自动化的关键技术问题的探讨J.继电器,2007,35(8):74,75,793陈雪堞,汪政.馈线自动化及其在上海世博园区的应用J.供用电,2010,27(3):15174黎洪光.番禺供电局配电网自动化建设和应用J.广东电力,2010,23(9):86885N.Ozay,AN.Guven,ABuyuksemerci,eta1.DesignandimplementationofafeederautomationsystemfordistributionnetworksC.ElectricPowerEngineering,PowerTechBudapest99IntemationalConference,19996刘健,崔建中,顾海勇.一组合适于农网的新颖馈线自动化方案EJ.电力系统自动化,2005,29(11):82867JiirgenHecke1.SmartsubstationandfeederautomationforasmartdistributiongridC-.20IntemationalConferenceonElectricityDistribution,20098孙福杰,王刚军,李江林.配电网馈线自动化故障处理模式的比较及优化口.继电器,2001,29(8):17209吴洪勋,程法民,王伟,等.智能型馈线自动化实现方式的比较分析口.山东电力技术,2011(3):26291O张延辉,郑栋梁,熊伟.10kV馈线自动化解决方案探讨.电力系统保护与控制J.2010,38(16):150152,15611袁钦成.配电系统故障处理自动化技术M.北京:中国电力出版社,2007(上接第27页)4结束语对于500kV自耦变压器,通过在中性点加