智能配电网的故障处理自动化技术

智能配电网的

故障处理自动化技术主要内容一、概述二、网络式保护技术－解决配网保护快速性和选择性的矛盾三、分布式智能技术－故障自动隔离、负荷自动转供的可靠性更高四、故障点自动定位技术－解决查找故障点的效率问题一、概述智能电网的特点是“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——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：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：

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。一般技术只能是变电站出口断路器跳闸，扩大了停电范围。2、故障处理的第二阶段：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。一般采用集中控制方案，存在缺陷，可靠性不高。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。配电网故障点精确定位困难，故障查找时间一般占故障处理时间的50％，供电可靠性的提高受到限制。二、网络式保护技术－解决配网保护快速性和选择性的矛盾传统电流保护的问题：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。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。网络式保护的原理保护监测的范围由一个点扩大到相联开关甚至串联的一组开关，则上下级保护的配合可以理解为保护的内部协调。现代计算机技术和网络技术的发展，使得我们借助于网络通信实现保护之间的协调而成为可能。不同地点的模拟量在当地检测完成，只是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网络由不同保护进行共享，以达到不同地点保护之间协调和配合，网络式保护的核心目标：实现保护的快速性和选择性的统一。两种模式：基于主从式通信网络的网络式保护和基于对等式通信网络的网络式保护。

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F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特点：解决了选择性和快速性的矛盾。网络式保护在架空线路的应用网络式保护技术在变电站的应用利用CAN总线进行高速数据交换，可以实现站内网络式保护，保证任一点故障时，能实现故障的快速隔离利用CAN总线进行高速数据交换，可以实现站内网络式保护，保证任一点故障时，能实现故障的快速隔离35kV母线所用变主变Ⅰ35kV进线35kV进线PT避雷器10kV母线I10kV母线Ⅱ避雷器

主变Ⅱ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、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、测控智能环网柜组成的电缆环网方案F1F2F3F4F5S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4RDCU-3A控制器三、分布式式智能技术术－故障自自动隔离、、负荷自动动转供的可可靠性更高高（1）现有的故故障隔离和和转供的集集中控制方方式：对通信通道道和主站依依赖性太强强，控制可可靠性低（2）传统的分分段器和重重合器方案案，不利用用信道交换换信息，动动作效率不不高电压分段器器工作原理理

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F特点：不需需要主站和和通信缺点：只检检测电压、、动作次数数多应用状况：：日本应用用较多电流计数型型分段器工工作原理

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F特点：不需需要主站和和通信缺点：只检检测电流、、不适合主主环路应用状况：：一般与重重合器配合合使用重合器工作作原理CB1S1S2S3S4S5CB2F特点：不需需要主站和和通信，可可以自己切切断故障，，增加环网网功能后可可以进行故故障隔离和和供电转供供缺点：保护护配合比较较困难综合型分布布智能模式式综合检测电电流电压综合了电压压分段器、、电流分段段器和重合合器的优点点不依赖通信信，但可以以利用通道道提高效率率与各种开关关集成构成成智能柱上上开关适合在主环环路或分支支回路综合型分布布智能模式式

在架空空网中的应应用柱上开关可可使用负荷荷开关或断断路器实现故障自自动隔离、、自动转移移供电支持两电源源或三电源源、四电源源系统没有通信通通道也可以以实现故障障隔离和电电源转供及及供电恢复复有通信时可可自动升级级实现远程程自动化功功能故障就地处处理：可靠靠性高、速速度快适应不同阶阶段的自动动化要求F1F2CB1S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15CB2CB3CB4CB5CB6开闭所2#变电站1#变电站自动隔离故故障分支故障自动隔隔离和转供供RDCU-1A控制器分布式智能能模式在电电缆网应用用智能环网柜柜进出线开开关可使用用负荷开关关或断路器器出线故障只只跳出线内部故障自自己隔离主环故障时时自动隔离离故障区段段、自动转转移供电不依赖通信信实现自动动化功能有通信时自自动实现远远程自动化化智能环网柜柜组成的电电缆环网方方案F1F2F3F4F5S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4S1S2T1T2T3S3T4RDCU-3A控制器工程应用以分布式智能能技术为基础础的故障隔离离和转供方案案，由于不依依赖通信道和和主站会使得得控制方案更更可靠；由于可以逐步步升级，因此此适合分步实实施。利用该技术设设计的智能柱柱上开关和智智能环网柜已已经在工程中中广泛应用。。智能环网柜特点：1、GRC外壳、纯户外设计计、共箱式结构2、进出线开开关断路器器和负荷开关可选3、实现网络式保护护功能，故障障就地快速速切除4、分布式智能能控制功能：自动动隔离故障障区段，自自动转移供供电5、FTU功能内置：实现现四遥和配配电自动化化智能重合器器、断路器器特点：1、永磁操作机机构，稳定、可可靠、寿命命长2、可安装在在变电站出线、线路分段、线路分支处3、实现网络式保护护功能，故障障就地快速速切除4、分布式智能能控制功能：自动动隔离故障障区段，自自动转移供供电5、FTU功能内置：可实实现实现四四遥和配电电自动化四、故障点点自动定位位技术－解解决查找故故障点的效效率问题1、短路故障障指示器的的原理和应应用2、故障指示示器的最新新发展（1）单相接地地故障检测测和指示（2）带通信的的故障远程程指示和故故障自动定定位系统故障指示器器原理、现现状、分类类1、故障指示示器：一种种安装在配配电线路上上指示故障障电流通路路的智能装装置。2、批批量量安安装装故故障障指指示示器器是是一一种种最实实用用的的配配电电自自动动化化方方案案3、不不需需要要开开关关和和智智能能控控制制器器就就能能实实现现实实现现故故障障定定位位，，因因而而更更经经济济4、与与用用开开关关和和智智能能控控制制器器进进行行故故障障区区段段定定位位和和隔隔离离不不同同，，由由于于故故障障指指示示器器成成本本低低，，因因而而安安装装数数量量可可以以更更多多，，故故障障区区段段定定位位可可以以更更精精确确，，从从而而大大大大缩缩短短故故障障巡巡查查时时间间短路路故故障障指指示示器器原原理理和和应应用用6kV-35kV架空空线线导导线线电缆缆母排排用于于指指示示短短路路故故障障电电流流通通路路，，确确定定故故障障分分支支和和故故障障点点适用用范范围围功能能工作作原原理理过流流动动作作的的指指示示原原理理类似似于于过过流流继继电电器器，，当当线线路路中中流流过过的的电电流流大大于于其其设设定定值值时时，，故故障障指指示示器器给给出出动动作作信信号号。自动动适适应应负负荷荷变变化化的的故故障障指指示示器器原原理理ItIsItTI该原原理理获获得得国国家家发发明明专专利利：：指示示器器自自动动适适应应负负荷荷变变化化，，指指示示器器是是否否动动作作动动作作主主要要取取决决于于故故障障电电流流分分量量而而不不是是总总电电流流。。智智能能化化程程度度高高，，判判据据比比较较全全面面，，可可以以大大大大减减少少误误动动的的可可能能性性；；。架空线型型故障指指示器2、故障指指示器的的最新发发展（1）单相接接地故障障检测和和接地故故障指示示器单相接地地故障检检测方案案方案（2）故障信信号远传传、故障障自动定定位系统统（1）单相接接地故障障检测、、选线和和定位技技术单相接地地故障检检测是世世界难题题对于中性性点非直直接接地地的配电电系统来来说，配配电线路路上单相相接地故故障点的的定位是是世界难难题目前大多多数产品品主要用用在变电电站接地地选线配电线路路上单相相接地故故障点定定位是供供电部门门迫切需需要解决决的问题题传统的接接地故障障检测方方法的局局限性1、零序电电流和零零序电压压的检测测方法不不适合在在架空线线路上的的故障指指示器使使用2、需用比比较各出出线和各各分支的的检测结结果的方方法不适适合在故故障指示示器上直直接使用用3、随系统统结构变变化而变变化、随随接地情情况变化化而变化化的故障障特征不不适合用用在在故故障指示示器上作作为故障障检测判判据所以需要要设法产产生一个个容易检检测的故故障特征征信号在变电站站接地变变压器的的中性点点对地之之间接入入可控的的中电阻阻（100多欧姆））。故障障时在变变电站接接地变的的中性点点上（无无中性点点时可接接在母线线上）的的动态阻阻性负载载信号源源自动短短时投入入,在变电站站和现场场接地点点之间产产生特殊殊的小的的编码信信号电流流，通过过对信号号源对地地电阻的的编码控控制，产产生叠加加在负载载电流上上的编码码信号电电流。变变电站出出线和线线路分支支点处安安装的接接地故障障指示器器，检测测这个电电流信号号，可自自动动作作指示，，达到指指示故障障的目的的系统组成成：信号源装装置+故障检测测装置主要原理理：变电站中中阻智能能接地法法接地信号源消弧线圈接地变变电站接接线示意意图（接接在中性性点）北京科锐锐Jan2007故障发生生后：（1）信号源源延时投投入；（（2）变电站站出线的的故障指指示器指指示出故故障出线线（k号指示器器动作））；（3）选线装装置自动动显示和和记录故故障出线线（4）线路上故故障通路路上的的的故障指指示器k1-k3自动翻牌牌，给出出红色指指示。故障指示示器配电自动动化北京科锐锐Jun.2001将故障指指示器的的动作状状态通过过适当的的通信方方式送到到控制中中心的以以GIS为基础的的计算机机监控系系统，实实现在地地理图上上的故障障自动定定位接地故障障信息处处理过程程GSM通信网架空探头头探测短路路和接地地信号利用翻牌牌给出故故障指示示利用无线线信号传传输故障障信息无线发射射频率419MHz66位加密码码，有效效防止误误动工作温度度：-45ºC~85ºC架空系统统故障指指示器安安装示意意图正常状态态动作状态态架空子站站接收探头头发射的的故障信信息调制制的无线线信号并并进行解解调对解调后后的信号号进行解解密计算算并判断断是否正正确将故障信信息以短短消息的的方式发发送给主主站系统统定期报告告子站运运行状态态对后备备电源源的充充放电电进行行管理理架空子子站架空系系统指指示器器和子子站配配置示示意图图架空系系统子子站安安装示示意图图电缆系系统故故障指指示器器该产品品适用用于小小电流流接地地系统统或小小电阻阻接地地系统统的故故障定定位。。由三三部分分组成成：1、三个个安装装在相相线上上的故故障检检测探探头，，检测测相间间短路路故障障。2、一个个接地地故障障指示示器（（检测测零序序电流流信号号）检检测接接地故故障。。3、一个个安装装在开开关柜柜面板板上的的故障障指示示器，，显示示并传传输故故障信信号。。3、面板型型故障障指示示器2、接地故障障指示器1、短路故障障指示器电缆子站电缆系统指指示器和子子站配置示示意图环网柜环网柜SFI3只EFI子站SFI：短路故障障指示器EFI：接地故障障指示器故障指示器器和子站安安装示意图图电缆型指示示器和子站站安装示意意图子站指示器中心站功能能实现通信管管理和数据据集中功能能。它向下下与各个子子站通信，，负责收集集现场探头头的故障信信息，向上上与主站通通信，传送送所收集的的数据。具具备基本的的通信连接接、协议转转换、信息息收集、缓缓存和处理理功能。具具备与第三三方软件接接口的功能能。主站集GIS（地理信息系系统）和MIS（管理信息息系统）于于一体，它它既可用来来实时监测测配电网络络状态和故故障，并自自动确定故故障位置，，便于电路路的维护和和事故抢修修，又可用用来对配电电网设施进进行管理，，便于设施施信息的录录入、查询询和统计主站实时搜集故故障指示器器动作信息息和网络拓拓扑数据——故障指示器器的动作信信息和网络络拓扑数据据的一致性性原则故障通路和和故障点的的查找纠错和补漏漏GIS支撑撑平平台台将故故障障点点发发给给中中心心站站配电电网网图图形形编编辑辑———创建建和和修修改改配配电电网网网网络络图图,包括括电电力力线线路路、、杆杆塔塔、、开开关关、、变变电电站站、、开开闭闭所所和和故故障障指指示示器器基于于GIS的故故障障定定位位基于于主主接接线线图图的的故故障障定定位位在故故障障定定位位系系统统基基础础上上升升级级的的二二遥遥系系统统目的的：：实实现现实实现现故故障障的的快快速速定定位位，，减减少少故故障障巡巡查查和和故故障障处处理理时时间间；；实实时时监监测测电电流流和和开开关关状状态态，，实实现现对对电电网网的的基基本本监监测测设备备：：故故障障指指示示器器＋＋监监测测终终端端特点点：：不不需需要要改改造造现现有有一一次次设设备备、、投投资资省省、、见见效效快快、、容容易易实实施施、、容容易易推推广广在故故障障定定位位系系统统基基础础上上升升级级的的二二遥遥系系统统新型型的的带带电电流流测测量量功功能能的的短短路路故故障障指指示示器器主主要要用用于于电电缆缆线线路路的的短短路路故故障障检检测测及及线线路路负负荷荷电电流流的的测测量量。。指指示示器器正正常常情情况况下下监监测测电电缆缆线线路路的的负负荷荷电电流流，，并并定定时时上上传传负负荷荷电电流流数数据据。。当当线线路路出出现现短短路路故故障障或或接接地地故故障障时时，，指指示示器器自自动动识识别别短短路路故故障障电电流流特特征征（（或或接接地地信信号号电电流流特特征征）），，并并给给出出短短路路（（或或接接地地））故故障障指指示示信信号号，，同同时时通通过过塑塑料料光光纤纤将将故故障障信信号号以以及及电电流流信信息息上上传传给给光光纤纤数数据据采采集集器器及及面面板板型型指指示示器器。。二遥遥通通信信终终端端作作为为实实用用的的配配电电自自动动化化系系统统中中的的两两遥遥（（遥遥测测、、遥遥信信））功功能能的的配配电电终终端端装装置置，，安安装装于于环环网网柜柜、、开开闭闭所所内内。。该该终终端端将将安安装装在在线线路路上上的的故故障障指指示示器器发发送送过过来来的的线线路路负负荷荷电电流流、、故故障障动动作作信信息息和和线线路路上上的的开开关关状状态态信信息息接接收收后后进进行行分分析析、、编编译译，，通通过过GPRS（或或其其它它通通道道））通通信信方方式式将将信信息息发发送送给给配配网网主主站站，，实实现现配配电电网网的的负负荷荷监监测测、、故故障障检检测