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国网公司馈线自动化选型及典型案例分析 2017年10月 国网公司馈线自动化选型及典型案例分析 1 工作背景 2017年9月国网运检部召集了冀北 河北 山东 山西 上海 江苏 湖南 重庆等省网公司 中国电科院 国网经研院 南瑞 许继 科林 浩源慧能 赫兹曼等设备厂家集中编制馈线自动化两份规范 馈线自动化选型技术原则 馈线自动化典型设计案例 用于指导整个国网公司配电自动化建设 编制目的 指导各网省公司馈线自动化选型 合理制定馈线自动化改造方案 统一建设标准 统一设计方案 统一设备选型 发挥典型设计方案示范引领作用 持续提升配电自动化实用化水平 2 馈线自动化模式概述 馈线自动化是利用自动化装置或系统 监视配电网的运行状况 及时发现配电网故障 进行故障定位 隔离和恢复对非故障区域的供电 馈线自动化实现故障处理可采用集中型和就地型模式 应根据供电可靠性需求 结合配电网网架结构 一次设备现状 通信基础条件等情况 合理选择故障处理模式 并合理配置主站与终端 故障监测模式只能实现故障定位 无故障隔离 恢复供电能力 不属于馈线自动化范畴 2 馈线自动化模式概述 1 集中型馈线自动化应用模式 集中式馈线自动化适用于城 农网供电可靠性要求较高的各类型网架结构 如 辐射型 单联络或多联络的架空 架混或电缆线路 能够对永久故障 瞬时故障 接地故障等各种故障类型进行处理 并完成就地式馈线自动化的信息收集和事后追忆 馈线自动化处理策略应能适应配电网运行方式和负荷分布的变化 集中式馈线自动化事故处理根据网架的复杂程度 信息收集和故障处理的时间会有所不同 优点 1 灵活可靠 适应性强 2 信息丰富 功能全面 3 可一次性确定故障处理方案 开关操作次数少 缺点 1 对通信可靠性 实时性要求高 2 通过远方遥控实现故障隔离 非故障区域快速恢复供电需要敷设光纤或者专网 处理指标 从收集完成相应的故障信号 故障推出方案时间为分钟级 全自动模式下故障处理时间小于3分钟 单相接地故障定位结果推送时间小于5分钟 适用范围 性能指标 1 集中型馈线自动化应用模式 对于配电线路关键性节点 如主干线联络开关 分段开关 进出线较多的节点 配置三遥配电终端 非关键性节点如分支开关 无联络的末端站室等 可不配三遥配电终端 集中型馈线自动化功能对网架结构以及布点原则的要求较低 一般可适应绝大多数情况 下面仅针对两种典型网架结构提供布点建议 1 架空型配电自动化终端配置布点示意图 架空线 布点原则 1 集中型馈线自动化应用模式 2 电缆型城区配电自动化终端配置布置示意图 电缆 出线开关应配置断路器 具备故障跳闸功能 如自动化设备不能实现全覆盖 则以尽量保证联络开关的布点 主干线尽可能多的布点为原则 布点原则 1 集中型馈线自动化应用模式 配电线路开关类型可采用断路器或负荷开关 具备配电自动化接口 三相电流 零序电流 可选配 三相电压或线电压 电动操作机构 1 具备测量 控制 保护出口 过流检测 接地故障检测 故障录波功能 2 要求与主站具备实时通信 能够将现场故障信号 事故总信号 开关变位信号等上送主站 3 后备电源能保证终端运行一定时间 免维护阀控铅酸蓄电池 保证完成分 合 分操作并维持配电终端及通信模块至少运行4小时 超级电容 保证分闸操作并维持配电终端及通信模块至少运行15分钟 宜采用光纤通信方式 EPON或工业以太网交换机 将开关动作信息 故障信息上传主站 对于不具备光纤通道条件 可考虑采用无线专网通信方式 当配电自动化实施区域内 部署以配电自动化主站为中心的集中式馈线自动化时 集中式馈线自动化与就地保护的配合方式应根据馈线开关类型及其布点来确定 配套开关选用 配套终端选用 配套通信选用 保护配置选用 2 重合器式馈线自动化应用模式 适用于A B C类区域以及部分D类区域 以架空线路应用为主 根据原理可分为 电压 时间型 电压电流 时间型 自适应综合型 电压 时间型 失压分闸 来电延时合闸 以电压时间为判据 依靠设备自身的逻辑判断功能 自动隔离故障 恢复非故障区域供电 自适应综合型 在电压时间型基础上 增加了故障信息记忆和来电合闸延时自动选择功能 电压电流时间型 在电压 时间型基础上 增加了故障电流辅助判据以及首次失压不分闸功能 2 重合器式馈线自动化应用模式 电压时间型 1 适用于供电可靠性要求不高于99 99 的城市 城郊 电网 农村电网的架空线路 变电站出口需配置2次重合闸 2 适用于网架结构为单辐射 单联络线路 3 适用于大电流接地方式的配电线路 但不适于小电流接地方式且站内不具备接地选线跳闸功能的线路 优点 1 不依赖与通信和主站 就地完成故障定位和隔离 故障定位及隔离时间通常比较短 缺点 1 配电线路运行方式改变后 为确保馈线自动化正确动作 需对终端定值进行调整 2 电压时间型开关不适用于处理小电流接地系统中的单相接地故障 适用范围 性能指标 2 重合器式馈线自动化应用模式 电压时间型 1 变电站出线开关到联络点的干线分段及联络开关 均可采用电压时间型成套开关作为分段器 一条干线的分段开关宜不超过3个 2 对于大分支线路原则上仅安装一级开关 配置与主干线相同开关 3 布点示例典型多分段单联络线路布点示例 布点原则 1 配套开关可选用具备来电延时合闸 失压分闸的电磁操作机构类型开关 也可选用普通的弹操机构开关 选用弹操开关需要配电终端配合完成来电延时合闸 失压分闸功能 2 变电站出线开关应为断路器 配置过流保护和二次重合闸 若变电站出线开关无法配置二次重合闸 将线路靠近变电站首台开关的来电延时时间延长以躲过变电站出线开关的合闸充电时间 按照国网最新的配电终端技术规范要求 二遥动作型应用于分段模式为带馈线自动化功能的配电终端 因此选用二遥动作型FTU 后备电源同样按照国网最新的配电终端技术规范执行 故障处理过程不依赖于主站系统和通信方式 可采用无线通信方式 分段开关可配置过流告警功能 不配置保护出口功能 变电站出线断路器通常设速断保护 限时过流保护 重合闸保护 当线路发生短路故障时 可保护跳闸并重合 2 重合器式馈线自动化应用模式 电压时间型 配套开关选用 配套终端选用 配套通信选用 保护配置选用 典型应用示例 2 重合器式馈线自动化应用模式 电压时间型 线路正常供电 F1点发生故障 变电站出线断路器CB1检测到线路故障 保护动作跳闸 线路1所有电压型开关均因失压而分闸 1s后 变电站出线开关CB1第一次重合闸 7s后 线路1分段开关F001合闸 7s后 线路1分段F002合闸 因合闸于故障点 CB1再次保护动作跳闸 同时 开关F002 F003闭锁 完成故障点定位隔离 变电站出线开关CB1第二次重合闸 恢复CB1至F001之间非故障区段供电 7s后 线路1分段开关F001合闸 恢复F001至F002之间非故障区段供电 通过远方遥控 需满足安全防护条件 或现场操作联络开关合闸 完成L1至F003之间非故障区段供电 3 重合器式馈线自动化应用模式 自适应综合型 1 适用于供电可靠性要求不高于99 99 的城市 城郊 电网 农村电网的架空线路 架混线路或电缆线路 变电站出口需配置2次重合闸 2 网架结构为单辐射 单联络或多联络的复杂线路 3 适用于大电流或小电流接地方式的配电线路 可完成单相接地故障就地处理 优点 1 不依赖与通信和主站 就地完成故障定位和隔离 故障定位及隔离时间通常比较短 2 具备处理短路故障和不同接地系统接地故障的能力 3 多联络线路运行方式改变后 无需对终端定值进行调整 缺点 4 相比电压时间型和电压电流时间型馈线自动化 非故障区域恢复供电时间较长 适用范围 性能指标 3 重合器式馈线自动化应用模式 自适应综合型 1 变电站出线开关到联络点的干线分段及联络开关 均可采用自适应综合型成套开关作为分段器 一条干线的分段开关宜不超过3个 2 对于大分支线路原则上仅安装一级开关 配置与主干线相同开关 3 布点示例典型多分段多联络线路布点示例 布点原则 1 配套开关可选用具备来电延时合闸 失压分闸的电磁操作机构类型开关 也可选用普通的弹操机构开关 选用弹操开关需要配电终端配合完成来电延时合闸 失压分闸功能 2 变电站出线开关应为断路器 配置过流保护和二次重合闸 若变电站出线开关无法配置二次重合闸 将线路靠近变电站首台开关的来电延时时间延长以躲过变电站出线开关的合闸充电时间 按照国网最新的配电终端技术规范要求 二遥动作型应用于分段模式为带馈线自动化功能的配电终端 因此选用二遥动作型FTU 后备电源同样按照国网最新的配电终端技术规范执行 故障处理过程不依赖于主站系统和通信方式 可采用无线通信方式 分段开关可配置过流告警功能 不配置保护出口功能 变电站出线断路器通常设速断保护 限时过流保护 重合闸保护 当线路发生短路故障时 可保护跳闸并重合 3 重合器式馈线自动化应用模式 自适应综合型 配套开关选用 配套终端选用 配套通信选用 保护配置选用 典型应用示例 FS2和FS3之间发生永久故障 FS1 FS2检测故障电流并记忆 CB保护跳闸 自适应综合型 CB在2s后第一次重合闸 FS1一侧有压且有故障电流记忆 延时7s合闸 FS2一侧有压且有故障电流记忆 延时7s合闸 FS4一侧有压但无故障电流记忆 启动长延时5 50s 由于是永久故障 CB再次跳闸 FS2失压分闸并闭锁合闸 FS3因短时来电闭锁合闸 CB二次重合 FS1 FS4 FS5 FS6依次延时合闸 主干线短路故障处理 3 重合器式馈线自动化应用模式 自适应综合型 典型应用示例 YS1之后发生短路故障 FS1 FS4 YS1记忆故障电流 CB保护跳闸 FS1 FS6失压分闸 YS1无压无流后分闸 自适应综合型 CB在2s后第一次重合闸 FS1 FS7依次延时合闸 用户分支短路故障处理 3 重合器式馈线自动化应用模式 自适应综合型 典型应用示例 安装前设置FS1为选线模式 其余开关为选段模式 FS5后发生单相接地故障 FS1 FS4 FS5依据暂态算法选出接地故障在其后端并记忆 自适应综合型 FS1延时保护跳闸 20s FS1在延时2s后重合闸 主干线接地故障 小电流接地 处理 FS4 FS5一侧有压且有故障记忆 延时5s合闸 FS2无故障记忆 启动长延时 FS5合闸后发生零序电压突变 FS5直接分闸 FS6感受短时来电闭锁合闸 FS2 FS3依次合闸恢复供电 3 重合器式馈线自动化应用模式 自适应综合型 4 重合器式馈线自动化应用模式 电压电流时间型 1 适用于供电可靠性要求不高于99 99 的城市 城郊 电网 农村电网的架空线路 架混线路或电缆线路 变电站出口需配置3次重合闸 2 网架结构为单辐射 单联络或多联络的复杂线路 3 仅适用于大电流接地方式的配电线路 但不适用于小电流接地方式的配电线路 优点 1 不依赖与通信和主站 就地完成故障定位和隔离 故障定位及隔离时间通常比较短 优点 1 需要变电站出线开关配置三次重合闸 如果只能配置两次 那么瞬时性故障按照永久故障处理或仅能实现故障隔离而无法实现上游非故障区间供电恢复 如果只能配置一次 需要站外首级开关采用重合器 并配置两次重合闸 2 多联络线路运行方式改变后 为确保馈线自动化正确动作 需对终端定值进行调整 3 非故障路径的用户也会感受多次停复电 适用范围 性能指标 1 变电站出线开关到联络点的干线分段及联络开关 均可采用电压时间型成套开关作为分段器 一条干线的分段开关宜不超过3个 2 对于大分支线路原则上仅安装一级开关 配置与主干线相同开关 3 布点示例典型单联络线路布点示例典型多分段多联络线路布点示例 布点原则 4 重合器式馈线自动化应用模式 电压电流时间型 1 配套开关通常选用弹操机构开关或永磁机构开关 失压分闸 来电延时合闸功能通过配电终端配合完成 2 变电站出线开关应为断路器 配置过流保护和三次重合闸 如果变电站仅配置一次或两次重合闸 需要站外首级开关采用重合器或通过遥控CB实现重合 3 开关内置三相组合式CT 具备提供Ia Ib Ic 3I0信号 若需使用小电流接地故障处理功能 需配套零序PT 4 后备电源选用蓄电池和超级电容均可 按照国网最新的配电终端技术规范要求 二遥动作型应用于分段模式为带馈线自动化功能的配电终端 因此选用二遥动作型FTU 后备电源同样按照国网最新的配电终端技术规范执行 故障处理过程不依赖于主站系统和通信方式 可采用无线通信方式 分段开关可配置过流告警功能 不配置保护出口功能 变电站出线断路器通常设速断保护 限时过流保护 当线路发生短路故障时 可保护跳闸并重合 配套开关选用 配套终端选用 配套通信选用 保护配置选用 4 重合器式馈线自动化应用模式 电压电流时间型 典型应用示例 FS2和FS3之间发生瞬时故障 其中 CB为带时限保护和二次重合闸功能的10kV馈线出线断路器 FS1 FS6 LSW1 LSW2为UIT型智能负荷分段开关 联络开关 YS1 YS2为用户分界开关 FS1 FS2 FS3 FS5 FS6的延时合闸时间X1配置7s FS4延时合闸时间X2配置21s CB保护跳闸 FS1 FS6失压1次 FS1 FS6在CB快速重合闸之前保持合闸状态 电压电流时间型 CB快速重合闸 0 2s 成功 主干线瞬时短路故障 4 重合器式馈线自动化应用模式 电压电流时间型 典型应用示例 FS2和FS3之间发生永久故障 CB保护跳闸 FS1 FS6失压一次 FS1 FS2过流计数1次 FS1 FS6在CB快速重合闸之前保持合闸状态 电压电流时间型 CB在15s后第二次重合闸 主干线永久短路故障 CB快速重合闸 0 2s 合于故障 FS1 FS6失压2次 FS1 FS2过流计数2次 因失压计数2次 FS1 FS6均分闸 YS1和YS2为分界断路器 不具备失电分闸功能 FS1在得电X时限后合闸 且合闸后Y时限内并未检测到故障电流 闭锁分闸 FS2 FS4同时得电 FS2先合闸 合于故障 CB保护跳闸 FS2在Y时限内失压并检测到故障电流 跳闸并闭锁合闸 FS3由于感受短时来电 闭锁反向来电合闸 FS4合闸后Y时限内检测到失压但未检测到故障电流则分闸 但不闭锁 CB第三次重合闸 FS4 FS5 FS6得电后依次延时X时限后合闸且Y时限内未检测到故障电流 保持合闸并闭锁分闸 至此 上游非故障区域恢复供电 4 重合器式馈线自动化应用模式 电压电流时间型 重合器式馈线自动化应用模式 5 分布式馈线自动化应用模式 分布式馈线自动化 以下简称 分布式FA 主要应用于对供电可靠性要求较高的城区电缆线路 适用于辐射式 单环网 双环网 N供一备等多电源 多联络 多分支线路开环运行网架 以及花瓣式环网 双环网闭环 分布式电源接入的配电网络 适用范围 1 速动型分布式FA可快速定位 隔离故障 在变电站 开关站出口断路器保护动作前完成故障隔离 故障点上游的非故障区段无停电 故障影响范围最小 故障隔离的时间最短 速动型分布式FA需全线间隔均配置断路器 且变电站 开杆站出口断路器保护动作时限至少需要0 3s及以上的延时 速动型分布式FA的性能指标如下 a 通信传输延时时间 对等通信故障信息交互通信处理传输延时时间 20ms b 故障处理时间 故障上游侧开关隔离完成时间 150ms 非故障区域恢复时间 5s c 信号上送时间 分布式FA遥信信号上送配电主站时间 3s d 网络负载率 正常运行方式下网络负载率 10 线路故障时网络负载率 30 2 缓动型分布式FA在变电站 开关站出口断路器保护动作完成后进行故障隔离 故障隔离时间缩短至几秒 变电站 开关站出口断路器保护时限无需延时配置 缓动型分布式FA是必须等待变电站 开关站出口断路器保护动作后隔离故障 故障隔离时间比速动型分布式FA长 故障点上游的非故障区段受到停电干扰 缓动型分布式FA的性能指标如下 a 信息交互时间 对等通信故障信息交互报文延迟时间 1s b 故障处理时间 故障上游侧开关隔离完成时间 10s 非故障区域恢复时间 30s c 信号上送时间 分布式FA遥信信号上送配电主站时间 3s d 网络负载率 正常运行方式下网络负载率 10 线路故障时网络负载率 30 性能指标 5 分布式馈线自动化应用模式 1 采用光纤通信 2 配电线路开关全部为断路器 且变电站 开关站出口断路器保护满足延时配合条件 出口保护延时0 3s及以上 可配置速动型分布式FA 3 配电线路开关全部为负荷开关时 或变电站 开关站出口断路器保护不满足分布式FA优先隔离故障的配合条件 出口保护延时小于0 3s 配置缓动型分布式FA 4 通过分布式FA实现联络互投的线路 应采用同一种类型 速动型 缓动型 同一厂家的配电终端 布点原则 5 分布式馈线自动化应用模式 典型网架与配置 a 手拉手单环开环运行 各间隔均为断路器 配置 各间隔均配置断路器 变电站保护出口延时0 3s及以上 各配电站根据间隔数量分别配置1台具备分布式FA功能的站所终端 采用速动型FA方式 各环进环出间隔配置故障检测功能 各出线间隔配置速断跳闸功能 5 分布式馈线自动化应用模式 典型网架与配置 b 手拉手单环开环运行 各间隔均为负荷开关 配置 各间隔均配置为负荷开关 变电站保护出口速断无延时 各站根据间隔数量分别配置1台具备分布式FA功能的站所终端 采用缓动型FA方式 各环进环出间隔配置故障检测功能 各出线间隔配置过流失压跳闸功能 5 分布式馈线自动化应用模式 典型网架与配置 c 手拉手单环开环运行 环进环出间隔为负荷开关 出线间隔为断路器 配置 环进环出间隔为负荷开关 出线间隔为断路器 各配电站根据间隔数量分别配置1台具备分布式FA功能的站所终端 采用缓动型FA方式 各环进环出间隔配置故障检测功能 若变电站保护出口延时0 3s及以上 则各出线间隔配置速断跳闸功能 若变电站保护出口速断无延时 则各出线间隔配置过流失压跳闸功能 5 分布式馈线自动化应用模式 典型网架与配置 d 手拉手单环闭环运行 间隔为断路器 配置 各间隔均配置为断路器 变电站保护出口延时0 3s及以上 各配电站根据间隔数量分别配置1台具备分布式FA功能的站所终端 采用速动型FA方式 各环进环出间隔配置故障检测功能 各出线间隔配置速断跳闸功能 5 分布式馈线自动化应用模式 典型网架与配置 e 三电源单环开环运行 间隔为断路器 配置 各间隔均配置为断路器 变电站保护出口延时0 3s及以上 各配电站根据间隔数量分别配置1台具备分布式FA功能的站所终端 采用速动型FA方式 各环进环出间隔配置故障检测功能 各出线间隔配置速断跳闸功能 5 分布式馈线自动化应用模式 典型网架与配置 f N供一备单环开环运行 间隔为断路器 配置 各间隔均配置为断路器 变电站保护出口延时0 3s及以上 各配电站根据间隔数量分别配置1到台具备分布式FA功能的站所终端 采用速动型FA方式 各环进环出间隔配置故障检测功能 各出线间隔配置速断跳闸功能 5 分布式馈线自动化应用模式 典型网架与配置 g 手拉手双环环开环运行 间隔为断路器 配置 各间隔均配置为断路器 变电站保护出口延时0 3s及以上 各配电站根据间隔数量分别配置1台具备分布式FA功能的站所终端 采用速动型FA方式 各环进环出间隔配置故障检测功能 各出线间隔配置速断跳闸功能 5 分布式馈线自动化应用模式 典型网架与配置 h 花瓣型网络闭环运行 间隔为断路器 配置 各间隔均配置为断路器 变电站保护出口延时0 3s及以上 各配电站根据间隔数量分别配置1到N台具备分布式FA功能的站所终端 采用速动型FA方式 各环进环出间隔配置故障检测功能 各出线间隔配置速断跳闸功能 在某个花瓣电源侧全失电或开环状态发生故障后 可根据预设条件 将部分负荷通过花瓣间联络线转供到其他花瓣 5 分布式馈线自动化应用模式 典型网架与配置 i 分布式电源接入的三电源单环开环运行 间隔为断路器 配置 各间隔均配置为断路器 变电站保护出口延时0 3s及以上 各配电站根据间隔数量分别配置1到N台具备分布式FA功能的站所终端 采用速动型FA方式 各环进环出间隔配置故障检测功能 各出线间隔配置速断跳闸功能 5 分布式馈线自动化应用模式 1 速动型分布式FA对环网箱的要求如下 a 开关为断路器 b 开关具备三相保护TA 零序TA 可选配 c 环网箱配置母线TV d 断路器分闸动作时间 60ms 2 缓动型分布式FA对环网箱的要求如下 a 进线为负荷开关 出线为负荷开关或断路器 b 开关具备三相保护TA 零序TA 可选配 c 环网箱配置母线TV 1 终端间的通讯网络宜采用工业光纤以太网 也可采用EPON光纤网络 2 速动型分布式FA对等通信的故障信息及控制信息交互时间 20ms 3 分布式FA通信与主站通信使用单独信道 互不干扰 4 分布式配电终端应满足国家电网对配电终端的信息安全要求 5 分布式配电终端应具备至少2个独立物理地址的网口 1个用于与配电主站通信 另1个用于分布式FA信息交互 用于分布式FA信息交互的网口不允许使用TC