配电系统故障管理.doc

配电系统的故障管理CIRED工作组 WG03故障管理小组的最终报告序言本文包含了CIRED第三工作组“故障管理”的最终报告。该工作组建于1995年11月，由EDF的Yves Harmand先生发起，他是先前的“配电自动化”工作组的召集人。作为CIRED的代表，德国的Frank Otto,Stadtwerke Dresden博士支持并监督这项工作。WG03小组的成员有：Matti Lehtonen博士,VTT Energy,芬兰(召集人)Damian Cortinas博士,EDF（秘书）Rino Anelli先生, ENEL, 意大利Jean-Paul Krivine先生, EDF 法国Inaki Ojanguren先生, Iberdrola, 西班牙 Philippe Perusset,先生 Electriciti Neuchateloise, 瑞士Peter Schegner教授, TU Dresden, 德国Philip Tempelaere先生, Electrabel, 比利时Walter Tenschert博士, OKA, 奥地利Antonio Gomes Varela先生, Electricidade de Lisboa, 葡萄牙对我们良好愉快的合作，及为使本报告在故障管理小组发布所作的工作，我衷心感谢所有的工作组成员及Otto 博士。Matti Lehtonen 1998年11月22日于芬兰Espoo引言在配电系统中，故障管理的主要功能是减少停电时间。 为此，不同国家采用了不同的方法。本文试图评估这些方法的现状并对已有的解决方案提出改进建议。本报告采用的方法是找出依赖于不同的网络结构、保护体系和其他环境的不同故障管理技术和各种解决方案。介绍各种方法，并比较优缺点以及费用和效益。一个主要问题是用于故障定位及故障识别的技术。为此，不同的设备和功能都将予以考虑。在电网操作中所使用的各种计算机系统也是极为重要的。为了分析这些技术的现状，对所介绍的SCADA 系统的性能也给出了详尽的分析。在报告的后一部分，有两个特殊问题需要考虑。一个是故障统计和故障指示的不同解决方案的比较；第二个课题是对故障管理解决方案经济可行性评估的各种方法。缩写列表AMAutomatic mapping 自动绘图DCCDistribution control centre配电控制中心DLCDistribution line carrier配电线路载波DMSDistribution data management system配电数据管理系统ENDEnergy not deliveredFM Facilities management资产管理GIS Graphic information system图形信息系统HV High voltage 高压( 60 kV)LV Low voltage 低压(2.4a 15 11 3 5 26b 7 11 8 3 31c 14 11 14 2 19d 9 14 8 7 22e 24 19 7 1 9f 21 20 5 7 72.3 检测接地故障的方法本章对当前所采用的接地故障定位方法作简要的评述。用零序电压或零序功率继电器检测高阻抗接地故障的传统方法存在严重的问题，尤其在中性点补偿的系统中更是如此。为缓解这个问题，正在研究几种技术。对此给出了几个例子。2.3.1 最重要的接地故障检测方法11瞬态残余电压和电流法瞬间接地故障的识别在接地故障燃弧期间，故障相的一个电流脉冲和伴随的暂态振荡（“燃弧振荡”）甩掉负荷，同时非故障相负荷起它们。而燃弧振荡的振幅大小依赖于接地故障初始相位角。在这一高频过程期间，由于自身的高自感，消弧线圈是无效的。因此接地故障的方向由残余电流和残余电压之间相位位置的出口角决定。优点：l 燃弧电流的振幅大，但可变缺点：l 如果接地故障出现在电压过零（如由于外部影响）附近，燃弧振幅将非常小l 测量是唯一的（燃弧振荡）l 在两个接地故障过程中断开一个之后，不可能检测余下的接地故障重要参数：l 燃弧幅值l 网络中L/C 的分布备注：l 依赖于接地故障出现时的相位角l 确定燃弧频率和阻尼残余电压接地故障检测继电器基于不对称相对地电压，残余电压不再为零。过电压继电器检测残余电压。其门限设定在正常电压的30%左右。如果残余电压超过这一设定值，就给出一个状态信号。优点： l 接地故障的检测与故障位置无关。因此整个电网中的接地故障都可以检测到。缺点：l 在接地故障检测时不可能选择馈线；对于高电阻故障存在问题。重要参数：l 网络容性不对称性l 故障接地电阻备注：l 巨大的容性不对称性加上较低的网络阻尼或消弧线圈的谐振会导致正常操作过程中出现高残余电压。 l 在高电阻接地故障中的残余电压较小残余电流电容器切换造成的补偿变化(脉冲方式)该设备工作方式已经在本章的开始部分做了描述。优点：l 对测出残余电流的大小没有要求缺点：l 需要中心辅助设备l 开关电容器的大小依赖于电网的大小残余电压和电流接地故障功率的检测故障点的残余电流由电阻性和电抗两分量组成。在谐振接地网中电抗分量依赖于补偿水平，所以在这种网络中故障接地功率继电器仅用电阻分量作故障定位。电阻分量有三分之二为消弧线圈的损耗，三分之一为接地故障回路中线路的损耗。小电阻分量的大小与传感器的误差相同。因此出现接地故障后辅助线圈的电阻将接通，从而提高电阻分量，改进继电器的工作性能。优点：l 电阻分量恒定缺点：l 在分裂运行的网状网络或分相运行的并联线路中可能出现错误指示l 对电流传感器的相位精度的要求非常高l 电缆型电流互感器应该为三个单相电流互感器重要参数：l 消弧线圈的损耗l 接地故障检测消弧线圈上辅助线圈的最大电流负荷备注：l 确定可用的信号水平l 限定信号水平无功功率继电器 在中性点绝缘网络中，用电抗分量用于接地故障检测。继电器用所谓的sin排列工作。优点：l 独立于中央辅助装置l 通常有较高的信号水平缺点：l 电抗分量的信号水平依赖于网络未发生接地故障的部分重要参数：l 容性接地故障电流t谐波分量 补偿网络中残余电流和电压的谐波与中性点绝缘网络中的基波信号具有同样的特征。由于对谐波的自感高，消弧线圈是无效的。声频遥控系统（AF 遥控）可用于自然的五次谐波状态。该系统在接地故障期间接通。AF 遥控系统的频率应在250 Hz附近。残余电流和电压的估算最好用电流继电器或方向继电器，并将它们调整到AF 遥控系统的频率。.优点：l 用于五次谐波时独立于中央装置。特别是在电缆系统中电流大，采用这些继电器会得到好的结果。缺点：l 五次谐波水平的波动会导致在某些使用电流继电器的网络中出现调整问题（使用接地故障方向继电器时很少出现）l 由于零系统中不适当的电容和电感分布，可能作出错误的指向决定，例如，在采用了集中布置电容（电缆系统部分）的扩展架空电网中。重要参数：l 谐波水平l 残余不平衡电流（对地）状态l 分支线数量l 网络中 L/C的分布备注：l 例：谐波水平依赖于负荷l 谐波信号水平与不平衡残余电流成正比l 电流继电器的灵敏度随分支线路的数量而增加l 确定燃弧频率和阻尼馈线残留磁场和电场五次谐波的大小 工作原理类似于五次谐波继电器。设备处理的测量信号不是直接的残余电流和电压信号，而是它们产生的电磁场。即残余电流的磁场和残余电压的电场。清晰的场条件仅在在架空线周围，而不是在开关基础中或地下。优点：l 独立于中央装置l 使用五次谐波缺点：l 五次谐波水平的波动可能会导致网络中出现某些调整问题l 由于零序系统中不适当的电容和电感分布，可能作出错误的指向决定，例如，在采用了集中布置电容（电缆系统部分）的扩展架空电网中。重要参数：l 谐波水平l 不平衡残余电流l 网络中 L/C的分布备注：l 例，谐波水平依赖于负荷l 谐波信号水平与不平衡残余电流成正比l 确定燃弧频率和阻尼相电流电流继电器 在阻抗接地网络中接地故障电流的大小和线路的额定电流有相同的数量级，因此采用通常的短路选择保护技术是可能的。例如有时间继电器、接通和阻断系统或电流微分保护系统。仅用于估计残余电流的保护继电器可以附在电缆型电流互感器上。对距离保护继电器来说，必须有一套三柱式电流互感器。由于故障电流可能会低于线路上的额定电流，所以适当的启动计划是必要的。优点：l 使用已有的短路保护系统监测接地故障。缺点：l 中断供电l 采用临时阻抗接地的网络可避免断电重要参数：l 接地阻抗的大小l 小接地故障电流l 大接地故障电流备注：l 确定接地故障电流的大小l 启动问题 电磁兼容性（EMC）问题和电压闪落问题短路故障指示器该设备的工作方法在本章的开始部分已作了说明。优点：l 缩短接地故障检测时间缺点：l 故障指示器作出的记录只能直接检测或遥控重要参数：l 接地阻抗的大小l 网络结构备注：l 小短路电流的启动问题l 只有在放射状网络中故障指示器的结果才是清楚的分析接地故障距离保护 数字距离保护设备报告测出的故障距离。 如果它也记录单相接地故障，故障段就很容易快速找到。 有些研究计划研究在中性点隔离或谐振接地网络中，利用故障接地瞬态信号来确定故障位置。优点：l 快速故障定位缺点：l 可能要电力系统控制站进行集中故障定位重要参数：l 零序阻抗备注：l 该阻抗通常是未知的不同接地故障检测方法的汇总于表2.2。表2.2.接地故障定位方式综述(根据Verband der Elektrizit swerke terreichs:Sternpunktbehandlung in Mittelspa-nnungsnetzen工作组报告, 1996, ISBN3-901411-19-4 Authors: Fickert L.,Tenschert W., and others ) 11. 中 性 点 处 理方法 故障线 故障段 绝缘 谐振 阻抗 临时阻 选择 定位 接地 接地 抗接地残余电压 永久接地故障识别 无 无 有 有 无 有馈线自动断电（开或合） 有 无 有 有 无 无馈线人工断电（开或合） 有 无 有 有 无 无两变压器方法(不断电) 有 无 有 有 无 无接地故障指示器（残余电压场） 有 无 有 有 无 有暂态残余电压 瞬间接地故障识别 有 无 有 有 无 有残余电流 大小 有 无 无 无 有 有 有功分量 有 无 有 有 有 无 消弧线圈的补偿变化 有 无 无 有 无 无 开关电容的补偿变化 有 无 无 有 无 无相电流 大小 有 有 无 无 有 有 计算电抗 (馈线 I 和 U) 有 有 无 无 有 有短路指示器 有 有 无 无 有 有谐波部分 馈线残余电压和电流的五次谐波大小 有 无 有 有 无 无 电场和磁场中的五次谐波大小 有 无 有 有 无 无残余电流的五次谐波相位比较 有 无 有 有 无 无分析 馈线残余电流和电压的数字分析 有 有 有 有 无 无2.3.2 新方法 为改进对高阻抗接地故障的检测，已经开拓了新的方法。主要特点有：l 信号相关测量l 集中信号处理导纳方法在奥地利开发的导纳方法用来确定每一条馈线零序导纳的不平衡度。零序导纳的不平衡可能是由网络阻抗不平衡或由于高阻接地故障导致的。在无故障条件下具有对称阻抗的馈线其不平衡度为零。 10每20毫秒进行一次不平衡度计算。如果所有馈线的不平衡度低于一个设定值，则将该不平衡度储存作为每条馈线的参考值。连续监视每条馈线的导纳不平衡特性。如果不平衡度与参考值比较之差超过了门限值， 则检测到一次接地故障。因为用相对测量法，这一门限值可以设定得非常灵敏。电流方法（EDF的DESIR-方法）如果没有零序电压，可以监视零序电流向量相对计算参考电压的位置。接地故障电流同相分量与非故障馈线方向相反。这种方法可以用于稳