6、第六章 配电网馈线自动化

二、基于网基结构矩阵的定位算法
3.故障判断矩阵P
• 故障区段两侧的开关必定一个经历了故障电流，另一个未经 历故障电流。而且故障区段的一个没有故障信息节点的所有 相邻节点中，不存在两个以上的节点有故障信息。 • 网基结构矩阵D和故障信息矩阵G相乘后得到矩阵Q，再对矩 阵Q进行规格化后就得到了故障判断矩阵P，即
二、基于网基结构矩阵的定位算法
2.故障信息矩阵G
• 如果节点的开关经历了超过整定值的故障电流，则故障信息 矩阵G的第行第列的元素置0；反之则第行第列的元素置1；
• 故障信息矩阵G的其他元素均置0。
• 也即故障信息反映在矩阵G的对角线上。 • 如图6-4所示，节点3和节点4之间发生故障，则相应的故障 0 0 0 0 0 0 0 信息矩阵G为 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 G 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1
1. 电压-时间型分段器 • 对于辐射状馈线，将分段器的故障检测装置设置为第一套功 能。当分段器的故障检测装置监测到分段器电源侧得电后起 动X计时器，经过X时限规定的时间后，令分段器合闸； • 同时起动Y计时器，若在计满Y时限规定的时间以内，该分 段器又失压，则该分段器分闸并闭锁在分闸状态，待下一次 再得电也不再自动重合。 • 安装于处于常开状态的联络开关处的分段器故障检测装置要 设置在第二套功能。 • 安装于联络开关处的分段器故障检测装置要对两侧的电压进 行监测，当监测到任一侧失压时起动XL计数器，规定时间XL 时限后，使分段开关合闸。同时起动Y计时器，若在计满Y 时限规定的时间以内，该分段器同一侧又失压，则该分段器 分闸并闭锁在分闸状态，待下一次再得电也不再自动重合。
1. 电压-时间型分段器 • 电压-时间型分段器根据加压、失压的时间长短来控制其动 作，失压后分闸或闭锁，加压后合闸。一般由带微处理器 的分段器故障检测装置根据馈线运行状态进行控制。
TV FDD FDD TV
• 电压-时间型分段器有两个重要参数：X时限和Y时限需整定。 – X时限，从分段器电源侧加压至该分段器合闸的时延； – Y时限，又称为故障检测时间，若分段器合闸后在未超 过Y时限的时间内又失压，则该分段器分闸并闭锁在分 闸状态，待下一次再得电时也不再自动重合。 • 分段器故障检测装置一般有两套功能。第一套是应用于常 闭状态的分段开关；第二套是应用于处于常开状态的联络 开关。可通过参数配置实现两套功能的切换。
• B、C和D采用电压时间型分段器并且设 置在第一套功能，X 时限均整定为7s，Y 时限均整定为5s。 • E也是采用电压-时间 型分段器，但设置在 第二套功能，其XL时 限整定为45s，Y时限 整定为5s。
a A B b C a) a A B b C b) a A 15s B b C c) a A 15s B 7s b C d) a A 15s B 7s b 闭锁 C 7s e) c D d e c D d e a A B b c e E F D 联络开关 d c D d e A 5s a B 7s b c D d e A 5s a B 7s b 闭锁 C f) 闭锁 C g) c D d e c D d e E F 联络开关 E F 联络开关
B C
b c
e)
a A c)
B C
b c
五、基于重合器的馈线自动化系统不足
• （1）为了隔离故障，重合器和分段器要进行多次分合操 作，切断故障的时间较长，且对设备及负荷造成一定的冲 击。当采用重合器与电压－时间型分段器配合隔离开环运 行的环状网的故障区段时，要使联络开关另一侧的健全区 段所有的开关都分一次闸，造成供电短时中断，更加扩大 了事故的影响范围。 • （2）基于重合器的馈线自动化系统仅在线路发生故障时 发挥作用，而不能在远方通过遥控完成正常的倒闸操作。 • （3）基于重合器的馈线自动化系统不能实时监视线路的 负荷。 • （4）当故障区段隔离后，在恢复健全区段供电，进行 配电网络重构时，无法确定最优方案。
2. 过电流脉冲计数型分段器 • 过电流脉冲计数型分段器通常与前级的重合器或断路器配 合使用，它不能开断短路故障电流。但在一段时间内，能 记忆前级开关设备开断故障电流动作次数。 • 在预定的记忆次数后，在前级的重合器或断路器，将线路 从电网中短时切除的无电流间隙内，分段器分闸，隔离故 障。 • 若前级开关设备开断故障电流动作次数未达到分段器预设 的动作次数，分段器在一定的复位时间后会清零动作次数 并恢复到预先整定的初始状态，为下一次故障做好准备。
1
过流
2
过流
3
过流 断路器
4
f
联络开关
5
6
7
图6-8 一个简 单的配电网
分段开关
0 1 0 D 0 0 0 0
1 0 1 0 0 0 0
0 1 0 1 0 0 0
0 0 1 0 1 0 0
0 0 0 1 0 1 0
0 0 0 0 1 0 1
0 0 0 0 0 1 0
分段开关
0 1 0 D 0 0 0 0
1 0 1 0 0 0 0
0 1 0 1 0 0 0
0 0 1 0 1 0 0
0 0 0 1 0 1 0
0 0 0 0 1 0 1
0 0 0 0 0 1 0
二、基于网基结构矩阵的定位算法
1. 网基结构矩阵D • 网基结构矩阵D描述了配电网的潜在联接方式,它取决于配 电线路的架设。
6.1 馈线自动化模式
1. 就地控制方式
（1）利用重合器和分段器
（2）利用重合器和重合器 （3）利用点对点通信,现地隔离故障，故障信息上传
2. 远方集中监控模式
远方集中监控模式由变电站出线断路器、各柱上负荷开
关、馈线监控终端、通信、配调中心站组成。
每个开关或环网柜的馈线监控终端要与配调中心站通信， 故障隔离操作由馈线自动化主站以遥控方式进行集中控制。
6.2 基于重合器的馈线自动化
二、分段器的分类和功能
• 分段器是一种与电源侧前级开关（如重合器等）配合，在 失压或无电流的情况下自动分闸的开关设备，一般不能断 开短路故障电流。
• 分段器的关键部件是故障检测装置 (Fault Detecting Device，FDD)。根据故障判断方式的不同，分段器可分 为电压-时间型分段器和过流脉冲计数型分段器两类。
3.重合器与电压-时间型分段器配合的整定方法
四、重合器与过流脉冲计数型分段器配合
1.隔离永久故障区段
a A a) a A b) C C B B b c A d) C 闭锁 a B b c
2.隔离暂时性故障区段
a A a) a
a B C 闭锁 b c
B C B b) C
b c
b c A
b c
A
a A c)
D d C c
B 7s 闭锁 C c 14s f) a b E e 7s 14s D d c
D d C c
E e
A 5s
B 7s 闭锁 C g)
三、重合器与电压-时间型分段器配合
2. 环状网开环运行时的故障区段隔离
• A采用重合器，整定 为一慢二快，即第一 次重合时间为15s， 第二次重合时间为5s。
移动服务器
馈线监控终端
馈线监控终端
馈线监控终端
一、系统概述
• 当配电网发生故障后，各相关馈线监控终端将相应的分段开 关及联络开关处的实时信息通过数据通信传到主站系统，主 站系统根据一定的故障区段定位算法自动定位出故障所在区 段，并下发命令给相关馈线监控终端操作开关设备将故障区 段隔离，并恢复非故障区段供电。 • 对于辐射网、树状网和处于开环运行的环状网，故障区段定 位只需要判断沿线的各个开关是否流过故障电流。 • 假如线路出现单一故障，沿电源到负荷的方向最后一个经历 了故障电流和第一个没有经历故障电流的开关之间为故障区 段。 • 为了确定开关上是否流过故障电流，需要对安装于其上的各 台馈线监控终端进行整定，由于不是通过对各个开关整定值 的区别来定位故障区段，所以这种整定较方便。 • 配电网故障区段定位最基本的问题就是如何用合理的数学方 式来描述故障区段定位问题，并快速求解。
三、重合器与电压-时间型分段器配合
1. 辐射状网故障区段隔离
• A为重合器，整定为一慢 二快，即第一次重合时 间为15s，第二次重合时 间为5s。 • B和D采用电压-时间型分 段器，X时限均整定为7s。 • C和E采用电压-时间型分 段器，X时限均整定为 14s。 • 所有分段器的故障检测 装置的Y时限均整定为5s。
二、基于网基结构矩阵的定位算法
• 通过网基结构矩阵D和故障信息矩阵G的运算，得到一个故 障判断矩阵P，根据故障判断矩阵P判断和隔离故障区段。 1. 网基结构矩阵D • 网基结构矩阵D描述了配电网的潜在联接方式,它取决于配 电线路的架设。
1
过流
2
过流
3
过流 断路器
4
f
联络开关
5
6
7
图6-8 一个简 单的配电网
第 6 章
配电网馈线自动化
6.1 馈线自动化模式
馈线自动化FA（Feeder Automation）是指在正 常情况下，远方实时监视馈线分段开关与联络开 关的状态和馈线电流、电压情况，并实现线路开 关的远方合闸和分闸操作以优化配网的运行方式， 从而达到充分发挥现有设备容量的目的； 在故障时获取故障信息，并自动判别和隔离馈线 故障区段以及恢复对非故障区域的供电，从而达 到减小停电面积和缩短停电时间的目的； 在单相接地等异常情况下, 对单相接地区段的查找 提供辅助手段。
6.2 基于重合器的馈线自动化
• 采用配电网自动化开关设备的馈线自动化系统，不需要建 设通信通道，利用开关设备的相互配合，实现隔离故障区 域和恢复健全区域供电。 • 重合器和重合器配合模式，重合器和电压-时间型分段器 配合模式及重合器和过流脉冲计数型分段器配合模式。
一、重合器的功能
• 当故障发生后，若重合器监测到超过设定值的故障电流， 则重合器跳闸，并按预先整定的动作顺序做若干次合、分 的循环操作。 • 若重合成功则自动终止后序动作，并经一段延时后恢复到 预先整定状态，为下一次故障做好准备。 • 若经若干次合、分的循环操作后重合失败则闭锁在分闸状 态，只有通过手动复位才能解除闭锁。
6.3基于馈线监控终端的馈线自动化
• 系统由馈线监控终端、通信网络及主站系统构成。
综合应用层 可视化 拓扑分析 配电网馈线故障定位系统主站 馈线故障 定位 终端管理 报表管理 告警信息 管理 系统管理
数据管理层 故障定位系统数据库 数据采集层 前置通信服务器A
其他系统接口
前置通信服务器B 防火墙
通信接入设备 GPRS网络
• 分段器均设置在第一套 功能。
a A B a) a A B b) a A 15s B c) a A 15s B 7s d) b b b b D d C c D d C c E e E e a A 15s b 7s D d E e E e a A 15s B 7s e) b 7s D d C c E e
E F 联络开关
E F 联络开关
a A B
b
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闭锁 C
c
闭锁 D
d
e
E F 联络开关
h) 闭锁 c 闭锁 e d E F C D 联络开关 i)
E F 联络开关
E F 联络开关
三、重合器与电压-时间型分段器配合
3.重合器与电压-时间型分段器配合的整定方法
• • • （1）分段器的时限整定。 分段器的Y时限一般可以统一取为5s； 分段器的X时限的整定。 – 第一步：确定分段器合闸时间间隔，并从联络开关处将配电网分割成若干以电源 开关为根的树状（辐射状）配电子网络。 – 第二步：在各配电子网络中，以电源节点合闸为起点，分别对各个分段器标注其 相对于电源点合闸时刻的绝对合闸延时时间，并注意任何时刻不能有一台以上的 分段开关同时合闸。 – 第三步：某台分段器的X时限等于该开关的绝对合闸延时时间减去其父节点分段 器的绝对合闸延时时间。
• （2） 联络开关的时限整定 • “手拉手”的环状配电网只有一台联络开关参与故障处理时，分别计 算出与该联络开关紧邻的两侧区域故障时，从故障发生到与故障区域 相连的分段开关闭锁在分闸状态所需的延时时间TL（左）TR和（右）， 取其中较大的一个记作Tmax，则XL时限的设置应大于Tmax 。这样整定 是允许在故障后重合过程中可从任一侧进行按顺序的依次合闸。