配電網(wǎng)自動化技術(shù)機電與自動化學(xué)院

何朝陽第6章配電網(wǎng)饋線自動化6.1饋線自動化模式6.2基于重合器的饋線自動化6.2.1重合器的分類和功能6.2.2分段器的分類和功能6.2.3重合器與電壓-時間型分段器配合6.2.5重合器與過流脈沖計數(shù)型分段器配合6.2.6基于重合器的饋線自動化系統(tǒng)的不足6.3基于饋線監(jiān)控終端的饋線自動化6.3.1系統(tǒng)概述6.3.2饋線故障區(qū)段定位算法簡介6.3.3基于網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩陣的定位算法6.3.4基于網(wǎng)形結(jié)構(gòu)矩陣的定位算法6.4饋線自動化系統(tǒng)設(shè)計6.4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6.4.2硬件設(shè)計6.4.3軟件設(shè)計第六章配電網(wǎng)饋線自動化6.1饋線自動化模式饋線自動化FA（FeederAutomation）是指在正常情況下，遠方實時監(jiān)視饋線分段開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)的狀態(tài)和饋線電流、電壓情況，并實現(xiàn)線路開關(guān)的遠方合閘和分閘操作以優(yōu)化配網(wǎng)的運行方式，從而達到充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備容量的目的；在故障時獲取故障信息，并自動判別和隔離饋線故障區(qū)段以及恢復(fù)對非故障區(qū)域的供電，從而達到減小停電面積和縮短停電時間的目的；在單相接地等異常情況下,對單相接地區(qū)段的查找提供輔助手段。第六章配電網(wǎng)饋線自動化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）利用點對點通信現(xiàn)地隔離故障，故障信息上傳2.遠方集中監(jiān)控模式遠方集中監(jiān)控模式由變電站出線斷路器、各柱上負荷開關(guān)、饋線監(jiān)控終端、通信、配調(diào)中心站組成。每個開關(guān)或環(huán)網(wǎng)柜的饋線監(jiān)控終端要與配調(diào)中心站通信，故障隔離操作由饋線自動化主站以遙控方式進行集中控制。6.1饋線自動化模式第六章配電網(wǎng)饋線自動化6.2基于重合器的饋線自動化采用配電網(wǎng)自動化開關(guān)設(shè)備的饋線自動化系統(tǒng)，不需要建設(shè)通信通道，利用開關(guān)設(shè)備的相互配合，實現(xiàn)隔離故障區(qū)域和恢復(fù)健全區(qū)域供電。重合器和重合器配合模式，重合器和電壓-時間型分段器配合模式及重合器和過流脈沖計數(shù)型分段器配合模式。第六章配電網(wǎng)饋線自動化一、重合器的功能當(dāng)故障發(fā)生后，若重合器監(jiān)測到超過設(shè)定值的故障電流，則重合器跳閘，并按預(yù)先整定的動作順序做若干次合、分的循環(huán)操作。若重合成功則自動終止后序動作，并經(jīng)一段延時后恢復(fù)到預(yù)先整定狀態(tài)，為下一次故障做好準備。若經(jīng)若干次合、分的循環(huán)操作后重合失敗則閉鎖在分閘狀態(tài)，只有通過手動復(fù)位才能解除閉鎖。第六章配電網(wǎng)饋線自動化二、分段器的分類和功能分段器是一種與電源側(cè)前級開關(guān)（如重合器等）配合，在失壓或無電流的情況下自動分閘的開關(guān)設(shè)備，一般不能斷開短路故障電流。分段器的關(guān)鍵部件是故障檢測裝置(FaultDetectingDevice，F(xiàn)DD)。根據(jù)故障判斷方式的不同，分段器可分為電壓-時間型分段器和過流脈沖計數(shù)型分段器兩類。第六章配電網(wǎng)饋線自動化1.電壓-時間型分段器電壓-時間型分段器是憑借加壓、失壓的時間長短來控制其動作的，失壓后分閘或閉鎖，加壓后合閘，一般由帶微處理器的分段器故障檢測裝置根據(jù)饋線運行狀態(tài)控制其分閘、合閘及閉鎖。第六章配電網(wǎng)饋線自動化電壓-時間型分段器有兩個重要參數(shù)：X時限和Y時限需整定。X時限，從分段器電源側(cè)加壓至該分段器合閘的時延；Y時限，又稱為故障檢測時間，若分段器合閘后在未超過Y時限的時間內(nèi)又失壓，則該分段器分閘并閉鎖在分閘狀態(tài)，待下一次再得電時也不再自動重合。分段器故障檢測裝置一般有兩套功能。第一套是應(yīng)用于常閉狀態(tài)的分段開關(guān)；第二套是應(yīng)用于處于常開狀態(tài)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)?？赏ㄟ^參數(shù)配置實現(xiàn)兩套功能的切換。1.電壓-時間型分段器第六章配電網(wǎng)饋線自動化對于輻射狀饋線，將分段器的故障檢測裝置設(shè)置為第一套功能。當(dāng)分段器的故障檢測裝置監(jiān)測到分段器電源側(cè)得電后起動X計時器，在經(jīng)過X時限規(guī)定的時間后，令分段器合閘；同時起動Y計時器，若在計滿Y時限規(guī)定的時間以內(nèi)，該分段器又失壓，則該分段器分閘并閉鎖在分閘狀態(tài)，待下一次再得電也不再自動重合。1.電壓-時間型分段器第六章配電網(wǎng)饋線自動化安裝于處處于常開開狀態(tài)的的聯(lián)絡(luò)開開關(guān)處的的分段器器故障檢檢測裝置置要設(shè)置置在第二二套功能能。安裝于聯(lián)聯(lián)絡(luò)開關(guān)關(guān)處的分分段器故故障檢測測裝置要要對兩側(cè)側(cè)的電壓壓進行監(jiān)監(jiān)測，當(dāng)當(dāng)監(jiān)測到到任一側(cè)側(cè)失壓時時起動XL計數(shù)器，，規(guī)定時時間XL時限后，，使分段段開關(guān)合合閘。同同時起動動Y計時器，，若在計計滿Y時限規(guī)定定的時間間以內(nèi)，，該分段段器同一一側(cè)又失失壓，則則該分段段器分閘閘并閉鎖鎖在分閘閘狀態(tài)，，待下一一次再得得電也不不再自動動重合。。1.電壓-時間型分分段器第六章配配電網(wǎng)饋線自自動化2.過電流脈沖計計數(shù)型分段器器過電流脈沖計計數(shù)型分段器器通常與前級的的重合器或斷斷路器配合使使用，它不能能開斷短路故故障電流。但但在一段時間間內(nèi)，能記憶憶前級開關(guān)設(shè)設(shè)備開斷故障障電流動作次次數(shù)。在預(yù)定的記憶憶次數(shù)后，在在前級的重合合器或斷路器器，將線路從從電網(wǎng)中短時時切除的無電電流間隙內(nèi)，，分段器分閘閘，隔離故障障。若前級開關(guān)設(shè)設(shè)備開斷故障障電流動作次次數(shù)未達到分分段器預(yù)設(shè)的的動作次數(shù)，，分段器在一一定的復(fù)位時時間后會清零零動作次數(shù)并并恢復(fù)到預(yù)先先整定的初始始狀態(tài)，為下下一次故障做做好準備。第六章配配電網(wǎng)饋線自動化化三、重合器與與電壓-時間型分段器器配合A為重合器，整整定為一慢二二快，即第一一次重合時間間為15s，第二次重合合時間為5s。B和D采用電壓-時間型分段器器，X時限均整定為為7s。C和E采用電壓-時間型分段器器，X時限均整定為為14s。所有分段器的的故障檢測裝裝置的Y時限均整定為為5s。分段器均設(shè)置置在第一套功功能。1.輻射狀網(wǎng)故障障區(qū)段隔離第六章配配電網(wǎng)饋線自動化化三、重合器與與電壓-時間型分段器器配合1.輻射狀網(wǎng)故障障區(qū)段隔離第六章配配電網(wǎng)饋線自動化化A采用重合器，，整定為一慢慢二快，即第第一次重合時時間為15s，第二次重合合時間為5s。B、C和D采用電壓-時間型分段器器并且設(shè)置在在第一套功能能，X時限均整定為為7s，Y時限均整定為為5s。E也是采用電壓壓-時間型分段器器，但設(shè)置在在第二套功能能，其XL時限整定為45s，Y時限整定為5s。三、重合器與與電壓-時間型分段器器配合2.環(huán)狀網(wǎng)開環(huán)運運行時的故障障區(qū)段隔離第六章配配電網(wǎng)饋線自動化化三、重合器與與電壓-時間型分段器器配合2.環(huán)狀網(wǎng)開環(huán)運運行時的故障障區(qū)段隔離第六章配配電網(wǎng)饋線自動化化（1）分段器的時時限整定。分段器的Y時限一般可以以統(tǒng)一取為5s；分段器的X時限的整定。。第一步：確定定分段器合閘閘時間間隔，，并從聯(lián)絡(luò)開開關(guān)處將配電電網(wǎng)分割成若若干以電源開開關(guān)為根的樹樹狀（輻射狀狀）配電子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。第二步：在各各配電子網(wǎng)絡(luò)絡(luò)中，以電源源節(jié)點合閘為為時間起點，，分別對各個個分段器標(biāo)注注其相對于電電源點合閘時時刻的絕對合合閘延時時間間，并注意不不能在任何時時刻有一臺以以上的分段開開關(guān)同時合閘閘。第三步：某臺臺分段器的X時限等于該開開關(guān)的絕對合合閘延時時間間減去其父節(jié)節(jié)點分段器的的絕對合閘延延時時間。三、重合器與與電壓-時間型分段器器配合3.重合器與電壓壓-時間型分段器器配合的整定定方法第六章章配配電網(wǎng)饋線線自動動化（2）聯(lián)聯(lián)絡(luò)開開關(guān)的的時限限整定定“手拉拉手””的環(huán)環(huán)狀配配電網(wǎng)網(wǎng)只有有一臺臺聯(lián)絡(luò)絡(luò)開關(guān)關(guān)參與與故障障處理理時，，分別別計算算出與與該聯(lián)聯(lián)絡(luò)開開關(guān)緊緊鄰的的兩側(cè)側(cè)區(qū)域域故障障時，，從故故障發(fā)發(fā)生到到與故故障區(qū)區(qū)域相相連的的分段段開關(guān)關(guān)閉鎖鎖在分分閘狀狀態(tài)所所需的的延時時時間間TL（左））TR和（右右），，取其其中較較大的的一個個記作作Tmax，則XL時限的的設(shè)置置應(yīng)大大于Tmax。這樣樣整定定是允允許在在故障障后重重合過過程中中可從從任一一側(cè)進進行按按順序序的依依次合合閘。。3.重合器器與電電壓-時間型型分段段器配配合的的整定定方法法第六章章配配電網(wǎng)饋線線自動動化3.重合器器與電電壓-時間型型分段段器配配合的的整定定方法法第六章章配配電網(wǎng)饋線線自動動化例6-1對于圖圖6-4所示的的配電電網(wǎng)，，S1、S2和S3代表具具有兩兩次重重合功功能的的變電電站出出口重重合器器，第第一次次重合合時間間為15s，第二二次重重合時時間為為5s。B、C、D、F、G和M代表線線路上上的電電壓-時間型型分段段開關(guān)關(guān)，設(shè)設(shè)置在在第一一套功功能，，X時限均均整定定為7s。E和H為聯(lián)絡(luò)絡(luò)開關(guān)關(guān)；實實心符符號代代表該該開關(guān)關(guān)處于于合閘閘狀態(tài)態(tài)，空空心符符號代代表該該開關(guān)關(guān)處于于分閘閘狀態(tài)態(tài)。假假設(shè)相相鄰兩兩臺分分段開開關(guān)合合閘時時間間間隔為為7s。要求求整定定：（1）虛線線框內(nèi)內(nèi)的網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中中，各各臺分分段開開關(guān)的的X時限及及聯(lián)絡(luò)絡(luò)開關(guān)關(guān)E的XL時限；；（2）整個個網(wǎng)絡(luò)絡(luò)中，，兩臺臺聯(lián)絡(luò)絡(luò)開關(guān)關(guān)E、H均參與與故障障處理理的情情況下下，分分別整整定聯(lián)聯(lián)絡(luò)開開關(guān)E、H的XL時限。。3.重合器器與電電壓-時間型型分段段器配配合的的整定定方法法第六章章配配電網(wǎng)饋線線自動動化3.重合合器器與與電電壓壓-時間間型型分分段段器器配配合合的的整整定定方方法法第六六章章配配電網(wǎng)饋饋線線自自動動化化3.重合合器器與與電電壓壓-時間間型型分分段段器器配配合合的的整整定定方方法法第六六章章配配電網(wǎng)饋饋線線自自動動化化3.重合合器器與與電電壓壓-時間間型型分分段段器器配配合合的的整整定定方方法法第六六章章配配電網(wǎng)饋饋線線自自動動化化3.重合合器器與與電電壓壓-時間間型型分分段段器器配配合合的的整整定定方方法法第六六章章配配電網(wǎng)饋饋線線自自動動化化四、、重重合合器器與與過過流流脈脈沖沖計計數(shù)數(shù)型型分分段段器器配配合合1.隔離離永永久久故故障障區(qū)區(qū)段段第六六章章配配電網(wǎng)饋饋線線自自動動化化四、、重重合合器器與與過過流流脈脈沖沖計計數(shù)數(shù)型型分分段段器器配配合合1.隔離離暫暫時時性性故故障障區(qū)區(qū)段段第六六章章配配電網(wǎng)饋饋線線自自動動化化五、、基基于于重重合合器器的的饋饋線線自自動動化化系系統(tǒng)統(tǒng)不不足足（1）為為了了隔隔離離故故障障，，重重合合器器和和分分段段器器要要進進行行多多次次分分合合操操作作，，切切斷斷故故障障的的時時間間較較長長，，且且對對設(shè)設(shè)備備及及負負荷荷造造成成一一定定的的沖沖擊擊。。當(dāng)當(dāng)采采用用重重合合器器與與電電壓壓－－時時間間型型分分段段器器配配合合隔隔離離開開環(huán)環(huán)運運行行的的環(huán)環(huán)狀狀網(wǎng)網(wǎng)的的故故障障區(qū)區(qū)段段時時，，要要使使聯(lián)聯(lián)絡(luò)絡(luò)開開關(guān)關(guān)另另一一側(cè)側(cè)的的健健全全區(qū)區(qū)段段所所有有的的開開關(guān)關(guān)都都分分一一次次閘閘，，造造成成供供電電短短時時中中斷斷，，更更加加擴擴大大了了事事故故的的影影響響范范圍圍。。（2）基基于于重重合合器器的的饋饋線線自自動動化化系系統(tǒng)統(tǒng)僅僅在在線線路路發(fā)發(fā)生生故故障障時時發(fā)發(fā)揮揮作作用用，，而而不不能能在在遠遠方方通通過過遙遙控控完完成成正正常常的的倒倒閘閘操操作作。。（3）基基于于重重合合器器的的饋饋線線自自動動化化系系統(tǒng)統(tǒng)不不能能實實時時監(jiān)監(jiān)視視線線路路的的負負荷荷。。（4）當(dāng)當(dāng)故故障障區(qū)區(qū)段段隔隔離離后后，，在在恢恢復(fù)復(fù)健健全全區(qū)區(qū)段段供供電電，，進進行行配配電電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)重重構(gòu)構(gòu)時時，，無無法法確確定定最最優(yōu)優(yōu)方方案案。。第六六章章配配電網(wǎng)饋饋線線自自動動化化6.3基于于饋饋線線監(jiān)監(jiān)控控終終端端的的饋饋線線自自動動化化系統(tǒng)統(tǒng)由由饋饋線線監(jiān)監(jiān)控控終終端端、、通通信信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)及及主主站站系系統(tǒng)統(tǒng)構(gòu)構(gòu)成成。。第六章配配電網(wǎng)饋線自自動化一、系統(tǒng)統(tǒng)概述當(dāng)配電網(wǎng)網(wǎng)發(fā)生故故障后，，各相關(guān)關(guān)饋線監(jiān)監(jiān)控終端端將相應(yīng)應(yīng)的分段段開關(guān)及及聯(lián)絡(luò)開開關(guān)處的的實時信信息通過過數(shù)據(jù)通通信傳到到主站系系統(tǒng)，主主站系統(tǒng)統(tǒng)根據(jù)一一定的故故障區(qū)段段定位算算法自動動定位出出故障所所在區(qū)段段，并下下發(fā)命令令給相關(guān)關(guān)饋線監(jiān)監(jiān)控終端端操作開開關(guān)設(shè)備備將故障障區(qū)段隔隔離，并并恢復(fù)非非故障區(qū)區(qū)段供電電。第六章配配電網(wǎng)饋線自自動化對于輻射射網(wǎng)、樹樹狀網(wǎng)和和處于開開環(huán)運行行的環(huán)狀狀網(wǎng)，故故障區(qū)段段定位只只需要判判斷沿線線的各個個開關(guān)是是否流過過故障電電流。假如線路路出現(xiàn)單單一故障障，沿電電源到負負荷的方方向最后后一個經(jīng)經(jīng)歷了故故障電流流和第一一個沒有有經(jīng)歷故故障電流流的開關(guān)關(guān)之間為為故障區(qū)區(qū)段。為了確定定開關(guān)上上是否流流過故障障電流，，需要對對安裝于于其上的的各臺饋饋線監(jiān)控控終端進進行整定定，由于于不是通通過對各各個開關(guān)關(guān)整定值值的區(qū)別別來定位位故障區(qū)區(qū)段，所所以這種種整定較較方便。。配電網(wǎng)故故障區(qū)段段定位最最基本的的問題就就是如何何用合理理的數(shù)學(xué)學(xué)方式來來描述故故障區(qū)段段定位問問題，并并快速求求解。一、系統(tǒng)統(tǒng)概述第六章配配電網(wǎng)饋線自自動化二、基于于網(wǎng)基結(jié)結(jié)構(gòu)矩陣陣的定位位算法通過網(wǎng)基基結(jié)構(gòu)矩矩陣D和故障信息息矩陣G的運算，得得到一個故故障判斷矩矩陣P，根據(jù)故障障判斷矩陣陣P判斷和隔離離故障區(qū)段段。第六章配配電網(wǎng)饋線自動動化1.網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩矩陣D網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩矩陣D描述了配電電網(wǎng)的潛在在聯(lián)接方式式,它取決于配配電線路的的架設(shè)。圖6-8一個簡單的的配電網(wǎng)二、基于網(wǎng)網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩矩陣的定位位算法第六章配配電網(wǎng)饋線自動動化2.故障信息矩矩陣G如果節(jié)點的的開關(guān)經(jīng)歷歷了超過整整定值的故故障電流，，則故障信信息矩陣G的第行第列列的元素置置0；反之則第第行第列的的元素置1；故障信息矩矩陣G的其他元素素均置0。也即故障信信息反映在在矩陣G的對角線上上。二、基于網(wǎng)網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩矩陣的定位位算法第六章配配電網(wǎng)饋線自動動化如圖6-4所示，節(jié)點點3和節(jié)點4之間發(fā)生故故障，則相相應(yīng)的故障障信息矩陣陣G為第六章配配電網(wǎng)饋線自動動化3.故障判斷矩矩陣P故障區(qū)段兩兩側(cè)的開關(guān)關(guān)必定一個個經(jīng)歷了故故障電流，，另一個未未經(jīng)歷故障障電流。而而且故障區(qū)區(qū)段的一個個沒有故障障信息節(jié)點點的所有相相鄰節(jié)點中中，不存在在兩個以上上的節(jié)點有有故障信息息。二、基于網(wǎng)網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩矩陣的定位位算法第六章配配電網(wǎng)饋線自動動化網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩矩陣D和故障信息息矩陣G相乘后得到到矩陣Q，再對矩陣陣Q進行規(guī)格化化后就得到到了故障判判斷矩陣P，即其中代代表表規(guī)格化處處理第六章配配電網(wǎng)饋線自動動化三、基于網(wǎng)網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩矩陣的定位位算法如果矩陣D中的元素為為1（表示節(jié)點點與與節(jié)點相相鄰）；；矩陣G中的元素即即節(jié)點j無故障；并且對應(yīng)的的矩陣G中的元素至至少少有兩個為為0（表示有兩兩個以上與與節(jié)點相相鄰的節(jié)節(jié)點有故障障信息）；；則節(jié)點j一定不是構(gòu)構(gòu)成故障區(qū)區(qū)段的節(jié)點點；必須對矩陣陣Q進行規(guī)格化化處理，也也就是將矩矩陣Q中第j行和第j列的元素全全置為0。第六章配配電網(wǎng)饋線自動動化如果故障判判斷矩陣P中的元素（（XO