智能配电网之故障处理自动化技术

1、智能电网的特点智能电网的特点是“自愈、安全、经济、清洁自愈、安全、经济、清洁，能够提供适应未来社会经济发展需要的优质电力与服务”。自愈自愈实时掌控电网运行状态，及时发现、快速诊断和消除故障隐患；在尽量少的人工干预下，快速隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生，提升电网运行的可靠性。配电系统故障处理自动化技术配电系统故障处理自动化技术：解决配电网故障的自动切除、故障区段的自动隔离、非故障区域的自动恢复供电、故障点的自动定位问题，提高供电可靠性。配电系统的故障处理过程的三个阶段： n 1、故障发生瞬间，故障的开断和清除。 一般在毫秒级时间内完成。问题：选择性和快速性的矛盾。n 2、故障处理的第二

2、阶段：故障区段的隔离和非故障区域的恢复供电。 持续时间一般是秒级至分钟。集中控制方案存在缺陷。n 3、故障处理的第三个阶段是故障点的定位和排除故障。 通常需要数十分钟至若干小时。配电网故障点定位困难。l现象：城市配网线路短、多开关串联，短路电流差别小，保护的电流定值配合困难。用时间配合，会造成出口保护的动作时间太长，因此一般都是变电站出口跳闸，停电时间长，停电范围扩大。l原因：传统的配电系统电流保护其实质是一个独立的单元保护，它只检测流过所监测开关的电流而决定保护的动作与否及动作延时，而不关心相邻开关的保护动作情况，这是造成相邻保护相互配合困难的主要原因。l设置一个核心主控单元l借助于核心控制

3、单元和网络，故障时上下级联的多级开关互相通讯l根据级联关系，在感受到故障电流的开关中进行仲裁，让离故障点最近的开关速断跳闸，其余开关转为后备l仲裁是基于各保护的“启动状态”，因此只需要简单的数字通讯，对纵向级联的各保护的“启动状态”进行逻辑比较l适合在配电线路上使用 CB1 S1 S2 S3S4 S5CB2 F传统保护问题：保护配合困难传统保护问题：保护配合困难网络式保护：任一点故障均可以有选择性的速断跳闸网络式保护：任一点故障均可以有选择性的速断跳闸 特点：解决了选择性和快速性的矛盾。特点：解决了选择性和快速性的矛盾。35kV母线所用变主变35 kV进线35 kV进线PT避雷器10kV母线I

4、10kV母线避雷器 主变出线出线K1: 4222K3: 4222K2:4226K4:4251K5:4253K6:4241K7:4231K8:4231K9:4231K10:4231K11:4241F6F8F7F9F11F10F3F4F1F2正方向K13: 42214221K14: 422542714222功能：限时速断、三相三段、方向、低压、负序、三段过负荷、测控4221功能：差动、速断保护、差动保护带谐波制动和斜率制动4253功能：三相三段式保护、测控、备投、功率方向4226功能：限时速断、三相三段、方向、低压、负序、过负荷、测控、备投4225功能：电压电流功率测量4231功能：2相三段、测控

5、、低周、重合闸、反时限4241功能：3相三段、低压、过压、不平衡电压、测控、反时限4271功能：PT测量、解并列K17: 4232K16: 42324232功能：三相三段、方向、低压、低周、重合闸、同期、测控日本模式：日本模式：电压型分段器，通过检测线路电压，分段开关失压电压型分段器，通过检测线路电压，分段开关失压分闸、有电延时合闸，合闸后延时期内有故障则分闸闭锁分闸、有电延时合闸，合闸后延时期内有故障则分闸闭锁, ,或联或联络开关失压延时合闸等功能达到隔离故障络开关失压延时合闸等功能达到隔离故障, ,恢复供电的目的恢复供电的目的美国模式：美国模式：电流计数型分段器：电流脉冲计数型，对通过开关

6、的故障电流电流计数型分段器：电流脉冲计数型，对通过开关的故障电流脉冲进行计数，当计数值达到设定值后，自动分闸。它需要上脉冲进行计数，当计数值达到设定值后，自动分闸。它需要上、下级开关在计数设定值不一样，才能选择故障区段。、下级开关在计数设定值不一样，才能选择故障区段。 重合器：自具保护和重合闸功能的断路器，可就地开断短路电重合器：自具保护和重合闸功能的断路器，可就地开断短路电流，也可通过失压延时分闸或合闸实现故障隔离和电源转供。流，也可通过失压延时分闸或合闸实现故障隔离和电源转供。一般保护配合比较困难。一般保护配合比较困难。 CB1 S1 S2 S3S4 S5CB2 F特点：不需要主站和通信缺

7、点：只检测电压、动作次数多应用状况：日本应用较多 CB1 S1 S2 S3S4 S5CB2 F特点：不需要主站和通信缺点：只检测电流、不适合主环路应用状况：一般与重合器配合使用 CB1 S1 S2 S3S4 S5CB2 F特点：不需要主站和通信，可以自己切断故障，增加环网功能后可以进行故障隔离和供电转供缺点：保护配合比较困难F1F2CB1S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15CB2CB3CB4CB5CB6开闭所开闭所2#变电站变电站1#变变电电站站自动隔离故障分支故障自动隔离和转供RDCU-1A控制器控制器l有通信时自动实现远程自动化 F1F2F3F4F5S1

8、S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4RDCU-3A控制器控制器1、故障指示器：一种安装在配电线路上指示故障、故障指示器：一种安装在配电线路上指示故障电流通路的智能装置。电流通路的智能装置。2、批量安装故障指示器是一种、批量安装故障指示器是一种最实用的配电自动最实用的配电自动化方案化方案3、不需要开关和智能控制器就能实现实现故障定、不需要开关和智能控制器就能实现实现故障定位，因而更经济位，因而更经济4、与用开关和智能控制器进行故

9、障区段定位和隔、与用开关和智能控制器进行故障区段定位和隔离不同，由于故障指示器成本低，因而安装数量可离不同，由于故障指示器成本低，因而安装数量可以更多，故障区段定位可以更精确，从而大大缩短以更多，故障区段定位可以更精确，从而大大缩短故障巡查时间故障巡查时间6kV-35kV6kV-35kV 架空线导线架空线导线 电缆电缆 母排母排用于指示短路故障电流通路，确定故障分支和故障点用于指示短路故障电流通路，确定故障分支和故障点适用范围功能工作原理过流动作的指示原理类似于过流继电器，当线路中流过类似于过流继电器，当线路中流过的电流大于其设定值时，故障指示的电流大于其设定值时，故障指示器给出动作信号器给出

10、动作信号。自动适应负荷变化的故障指示器原理ItIsItDTD I 该原理获得国家发明专利：该原理获得国家发明专利：指示器自动适应负荷变化，指示器是指示器自动适应负荷变化，指示器是否动作动作主要取决于故障电流分否动作动作主要取决于故障电流分量而不是总电流。智能化程度高，量而不是总电流。智能化程度高，判据比较全面，可以大大减少误动判据比较全面，可以大大减少误动的可能性；的可能性；。a 运行结构变化，负荷变大；b 大的负荷投切，大的电动 机负荷投入，引起的负载 变化；c 短时励磁；d 投大负荷后，人为停电；e 线路发生短路故障情况bItaItcItIteItd示例ad情况下均不会动动作，只有情况e判

11、为故障电缆型分离显示的故障指示器电缆型分离显示的故障指示器有功电流分量法功率方向谐波电流暂态零序电流、电压法负序电流电流信号注入法零序导纳法残留增量法上述这些方法主要用在变电站接地选线上述这些方法主要用在变电站接地选线1、零序电流和零序电压的检测方法不适合在架空线路上的故障指示器使用2、需用比较各出线和各分支的检测结果的方法不适合在故障指示器上直接使用3、随系统结构变化而变化、随接地情况变化而变化的故障特征不适合用在在故障指示器上作为故障检测判据 所以需要设法产生一个容易检测的故障特征信号所以需要设法产生一个容易检测的故障特征信号在变电站接地变压器的中性点对地之间接入可控的中电阻（100多欧姆

12、）。故障时在变电站接地变的中性点上（无中性点时可接在母线上）的动态阻性负载信号源自动短时投入, 在变电站和现场接地点之间产生特殊的小的编码信号电流，通过对信号源对地电阻的编码控制，产生叠加在负载电流上的编码信号电流。变电站出线和线路分支点处安装的接地故障指示器，检测这个电流信号，可自动动作指示，达到指示故障的目的系统组成：系统组成：信号源装置+故障检测装置接地信号源消弧线圈接地变接地故障检测(信号源接在母线上)主变接地点EFS-2信号源FI-3A故障指示器接地故障点AC220VLN78变电站PT654123CBAN故障指示正常指示 故障发生后：故障发生后：（1）信号源延时投入；（）信号源延时投

13、入；（2）变电站出线的故障指示）变电站出线的故障指示器指示出故障出线（器指示出故障出线（k号指示器动作）；（号指示器动作）；（3）选线装）选线装置自动显示和记录故障出线（置自动显示和记录故障出线（4）线路上故障通路上的线路上故障通路上的的故障指示器的故障指示器k1-k3自动翻牌，给出红色指示。自动翻牌，给出红色指示。将故障指示器的动作状态通过适当的通信方式送到控制中心的以将故障指示器的动作状态通过适当的通信方式送到控制中心的以GIS为为基础的计算机监控系统，实现在地理图上的故障自动定位基础的计算机监控系统，实现在地理图上的故障自动定位 短路故障信号处理过程短路故障信号处理过程 GSMGSM通信

14、网通信网 接地故障信息处理过程 GSMGSM通信网通信网正常状态动作状态 FI FI FI FI FI ST ST ST FI 监控主站 中心站 GSM 网络 3、面板型故障指示面板型故障指示器器2、接地故障指、接地故障指示器示器1、短路故障指、短路故障指示器示器 特点特点1、用光纤传输信号，实现一次和二次完全隔、用光纤传输信号，实现一次和二次完全隔 离，离，确保设备及人身安全。确保设备及人身安全。 2、面板型故障指示器上设有、面板型故障指示器上设有LED显示故障信号，显示故障信号，同时具有有触点信号输出端，给同时具有有触点信号输出端，给FTU或通信终或通信终端提供故障状态信号，实现故障信息远传。端提供故障状态信号，实现故障信息远传。3、发光信号可定时自动复位兼有手动复位。、发光信号可定时自动复位兼有手动复位。4、设自检按钮，可随时检查故障指示器的工作状、设自检按钮