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1、第五章馈线自动化,一、馈线自动化的作用和基本功能馈线自动化的作用：正常运行时检测线路状态，如电流、电压、开关状态及进行相关操作；当线路发生故障时，能准确确定故障所在线路，跳开故障线路开关，使故障线路被隔离，并恢复非故障线路的供电；通过网络重构实现负荷控制和降低网络损耗。,第一节 概述,2023/4/1,第2页,沈阳工程学院,站内馈线开关数据的采集和监视，由站内RTU来完成。,对正常状态和事故状态的监控,故障区域自动判断、指示与自动隔离；故障消除后迅速恢复供电功能。,对安装在线路上的无功补偿电容器组的自动投切控制。,在电网正常运行过程中投、切馈线开关，并能带负荷遥控投、切馈线环网开关和负荷开关以
2、及遥控调整变压器的分接头位置。,2023/4/1,第3页,沈阳工程学院,1减少停电时间，提高供电可靠性2提高供电质量3节省总体投资4减少电网运行与检修费用,二、实现馈线自动化的优点,2023/4/1,第4页,沈阳工程学院,（一）简易模式简易模式是指在配电线上必要的节点处装设故障指示器。这是一种投资少见效快的简易模式。（二）基于重合器模式基于重合器模式是以每一条馈线为单元，就地控制模式。在本线上自动实施故障检测、隔离及恢复供电的功能，不设专用通道，无需远方集控中心干预。（三）基于远方终端FTU模式在馈线监控点安装杆上远方终端（FTU）。通过通道与集控中心相连，进行双向通讯，可以实现遥测、遥信、遥
3、控，在国外这是当前最为流行的模式。,三、馈线自动化系统的模式,2023/4/1,第5页,沈阳工程学院,这种自动化方案是通过重合器、分段器、熔断器等配电自动化设备之间相互配合实现故障隔离、恢复对非故障区段供电的目的的。,第二节 基于重合器的馈线自动化,2023/4/1,第6页,沈阳工程学院,（一）重合器的定义 所谓重合器是具有多次重合功能和自具功能的断路器。是一种能够检测故障电流，并能在给定时间内遮断故障电流以及进行给定次数重合的控制装置。重合器具有自具功能,一、重合器,2023/4/1,第7页,沈阳工程学院,（1）按相别分：自动重合器有单相、三相式。（2）按安装方式分：可分为杆上、地面上、水下
4、或地下，可实现串联分闸、并联分闸等多功能自动分闸。（3）按灭弧介质分：可分为油重合器、真空重合器和六氟化硫重合器。（4）按控制方式分：可分为液压重合器和电子重合器两类,（二）自动重合器的分类及特点,2023/4/1,第8页,沈阳工程学院,1自动重合器的主要技术参数（1）额定电流:表征设备长期承载电流的能力，以有效值表示。设备的额定电流必须等于或大于线路最大预期负荷电流。（2）额定电压：即开关设备的标称电压。按IEC标准要求修订的新标准中，开关设备的额定电压已改为最高电压，即开关设备的额定电压应不低于系统电压。（3）最小脱扣电流：重合器的最小脱扣电流选择应使得当被保护线路出现最小的故障电流时应能
5、检测到且及时切断，不要误动作又有相应的灵敏度。（4）重合器的时间电流（t-I）特性,（三）自动重合器的主要技术参数及选用原则,2023/4/1,第9页,沈阳工程学院,快速动作曲线,慢速动作曲线,2023/4/1,10,沈阳工程学院,2重合器的选用原则（1）重合器的额定电压必须大于或等于系统电压。（2）重合器的遮断电流必须大于或等于重合地点可能出现的最大故障电流。（3）重合器的长期工作的额定电流，必须大于或等于线路的负荷电流。（4）重合器应能够检测到和遮断它所承担的保护区末端发生短路时可能出现的最小故障电流。（5）重合器与其它保护装置配合时，通过时延和操作程序的选择，应保证有选择地切除故障，将系
6、统中瞬时遮断和长期中止供电的范围尽量缩小，并且与其后续线路的保护设备相配合。,2023/4/1,第11页,沈阳工程学院,（一）分段器的概念及作用线路自动分段器(Automatic line sectionalizer)简称分段器，是一种与电源侧前级开关设备相配合，在无电压或无电流的情况下自动分闸的开关设备。作用：它广泛地应用在配电网线路的分支线或区段线路上，用来隔离永久性故障。,二、分段器,2023/4/1,第12页,沈阳工程学院,分段器的结构类型,2023/4/1,第13页,沈阳工程学院,（1）必须使分段器的额定电压等于或大于系统最高工作电压。（2）分段器必须串联使用在自动重合器的负荷侧，其
7、额定长期工作电流应等于或大于预期的负荷电流；额定瞬时电流必须等于或大于可能出现的最大故障电流。（3）分段器的热稳定电流必须等于或大于使用场合的最大短路电流，其动、热稳定时间必须大于上级保护的开断时间。（4）分段器的最小动作电流应该为电源侧保护装置最小跳闸电流的80,（二）分段器的选用原则,2023/4/1,第14页,沈阳工程学院,过流脉冲计数型分段器通常与前级开关设备（重合器或断路器）配合使用，它不能开断短路故障电流，但具有“记忆”前级开关设备开断故障电流动作次数的能力。在预定的记录次数后，当前级开关设备将线路从电网短时切除的无电流间隙内分段器才分闸，隔离故障线路段，使前级开关设备如重合器或断
8、路器可重合到无故障线路，恢复线路运行。如果故障是瞬时的或未达预定记忆次数，分段器在一定的复位时间之后会“忘记”其所作的记忆而恢复到预先整定的初始状态，为新的故障发生准备另一次循环操作。,（三）过流脉冲计数型分段器,2023/4/1,第15页,沈阳工程学院,图5-2 过流脉冲记数型分段器工作示例,2023/4/1,16,沈阳工程学院,电压一时间型分段器是凭借加压、失压的时间长短来控制其动作的，失压后分闸，加压后合闸或闭锁。电压一时间型分段器既可用于辐射状网和树状网，又可用于环状网。三个重要参数：（1）x时限：为延时合闸时限，即指从分段器电源侧加电压至该分段合闸的时间。（2）y时限：又称为故障检测
9、时间或延时分闸时限，其含义是：若分段器合闸后在未超过y时限的时间内又失压，则该分段器分闸并被闭锁在分闸状态，待下一次再得电时也不再自动重合。（3）z时限：闭锁合闸时限。为分段器从失压到自动跳闸之间的短暂延时。若设重合器或断路器的保护动作时间为t，为使分段器可靠工作，对于x，y，z时限的整定必须满足如下关系：（t+z）yx。,（四）电压一时间型(重合式)分段器,2023/4/1,第17页,沈阳工程学院,应用于放射式供电网的重合式分断器动作过程,(1)设故障发生在第五区段，这时，位于变电所的断路器或重合器在保护动作时间t秒后跳闸，使所有重合式分段器都因断电而分闸，所有区段供电暂停。,(2)断路器(
10、或重合器)在一定的时间间隔(如05s)后第一次重合，而各个重合式分段器Q01Q04，按预先设定的合闸顺延时差(x时限)依次合闸送电。如图上所标明的Q01在lOs后，Q02在10+10=20s后，QO3在10+10+10=30s后，Q04在10+30=40s后依次关合，向其后的线路段送电。,(3)若第五区段故障依然存在，则因Q04关合在故障线路上而使断路器(或重合器)再度跳闸，所有区段又再度停电，所有分段器又都分闸，不过这时因为Q04的控制器在检测时限(y时限)内检测到又失去电压，因而将Q04闭锁在分闸状态，待下次再得电时也不再自动重合。,(4)断路器(或重合器)第二次重合后，Q01、Q02、Q
11、03按设定的时间差又依次相继合闸，直到第四区段供电正常。Q04因处于闭锁状态，因而将有故障的第五区段与电网隔离。与此同时，设置在变电所的故障区段指示器与断路器联动，按时间的长短显示出故障在第五区段。,2023/4/1,18,沈阳工程学院,各开关设备的动作时序图,2023/4/1,第19页,沈阳工程学院,短路故障指示器是利用电磁原理，依靠指示牌转动位置的变化、颜色的变化或灯光的闪动来指示故障的发生，这些指示器当指示后，可以依靠人工手动复归或经过延时后自动复归，有些是利用线路恢复正常后通过负荷电流来自动复归。,三、故障指示器,2023/4/1,第20页,沈阳工程学院,若设重合器或断路器的保护动作时
12、间为t，为使分段器可靠工作，对于x，y，z时限的整定必须满足如下关系：（t+z）yx。当线路发生故障时，各开关的信息由各自的FTU经配电系统通讯网络上传到上级控制中心（SCADA），由控制中心根据各开关的信息，判断出故障点所在段之后，下发命令至相应的FTU，由FTU跳开故障段两侧开关、闭合出线开关和联络开关。二、对FTU（现场终端装置）的性能要求如果故障是瞬时的或未达预定记忆次数，分段器在一定的复位时间之后会“忘记”其所作的记忆而恢复到预先整定的初始状态，为新的故障发生准备另一次循环操作。第五层：SCADADMS主站1自动重合器的主要技术参数第四节 基于FTU模式下的故障区段的判断和隔离在预定
13、的记录次数后，当前级开关设备将线路从电网短时切除的无电流间隙内分段器才分闸，隔离故障线路段，使前级开关设备如重合器或断路器可重合到无故障线路，恢复线路运行。1减少停电时间，提高供电可靠性（5）重合器与其它保护装置配合时，通过时延和操作程序的选择，应保证有选择地切除故障，将系统中瞬时遮断和长期中止供电的范围尽量缩小，并且与其后续线路的保护设备相配合。故障区域自动判断、指示与自动隔离；简易模式是指在配电线上必要的节点处装设故障指示器。（二）分段器的选用原则三、馈线自动化系统的模式（2）重合器的遮断电流必须大于或等于重合地点可能出现的最大故障电流。第一步为初选，采用相对值原理(在现行运行方式下，取采
14、样值前三个中最大的)。（4）重合器的时间电流（t-I）特性FA控制主站的功能主要是提供人机接口，自动处理来自线路的FTU的数据，对故障点进行定位，并遥控线路开关，实现故障点的自动隔离及恢复供电。,一、概述基于FTU的馈线自动化系统:是通过在变电所出口断路器及户外馈线分段开关处安装柱上FTU以及在配电变压器处安装TTU，并建设可靠的通信网络将它们和配电网控制中心的SCADA系统连接再配合相关的处理软件所构成的高性能系统。作用：该系统在正常情况下，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和降低
15、线损的目的；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。,第三节 基于FTU的馈线自动化系统,2023/4/1,第21页,沈阳工程学院,典型基于FTU的馈线自动化的组成,断路器,联络开关,分段开关,控制线,通信线,第一层：一次设备（负荷开关、分段器等）,第二层：FTU控制箱主要由开关操作控制电路、不间断供电电源、控制箱体等部件组成。各FTU分别采集相应柱上开关的运行情况，如负荷、电压、功率和开关当前位置、贮能完成情况等，并将上述信息由通信网络发向远方配电网自动化控制中心。各FTU还可以接受配网自动化控制中心下达的命令进
16、行相应的远方倒闸操作。,第三层：通信子系统,第四层：FA控制主站FA控制主站的功能主要是提供人机接口，自动处理来自线路的FTU的数据，对故障点进行定位，并遥控线路开关，实现故障点的自动隔离及恢复供电。,FTU应满足的基本要求是：数据传输的完整性；时间响应的快速性；不同的数据传输的优先级和不同响应时间。,第五层：SCADADMS主站 SCADADMS主站与馈线自动化控制主站相连，可完成配电线路的SCADA监控以及更高级的配电管理功能。,2023/4/1,22,沈阳工程学院,FTU是整个馈线自动化系统的基础控制单元，起到联接开关与数据采集、控制系统(SCADA)的桥梁作用，用于实现配电网监控，对配
17、电负荷开关(架空线)或环网柜(地下电缆)进行监控的自动化设备。FTU主要由主控制器部分、开关量输入输出(IO)部分、调制解调器(MODEM)、电压电流形成等四部分组成。,二、对FTU（现场终端装置）的性能要求,2023/4/1,第23页,沈阳工程学院,来自线路的电压、电流,开关量输入/输出（I/O）部分,开关量引入,控制开关,MODEM,与主站通信,FTU内部结构,2023/4/1,24,沈阳工程学院,FTU一般应具有下列功能：(1)遥信功能。FTU应能对柱上开关的当前位置、通信是否正常、贮能完成情况等重要状态量进行采集。若FTU自身有继电保护功能的话，还应对保护动作情况进行遥信。(2)遥测功
18、能。FTU最重要的遥测功能是采集正常运行时和故障瞬间开关经历的电流，此外还可增加采集电压、有功功率及无功功率等模拟量的功能。,二、对FTU的性能要求,2023/4/1,第25页,沈阳工程学院,(3)遥控功能。FTU应能接受远方命令控制柱上开关合闸和跳闸。(4)统计功能。FTU还应能对开关遮断故障电流的次数和动作时间进行统计。(5)对时功能。FTU应能接受主系统的对时命令，以便和系统时钟保护一致。(6)事件顺序记录(SOE)。记录状态量发生变化的时刻和先后顺序。,2023/4/1,第26页,沈阳工程学院,(7)事故记录：记录事故发生时的最大故障电流和事故前一段时间(一般是1分钟)的平均负荷，以便
19、分析事故，确立故障区段，并为恢复健全区段供电时进行负荷重新分配提供依据。(8)定值远方修改和召唤定值。(9)自检和自恢复功能。FTU应具有自检测功能，并在设备自身故障时及时告警；FTU应具有可靠的自恢复功能，一旦受干扰造成死机，应能通过监视定时器(WDT)重新复位系统恢复正常运行。(10)远方控制闭锁与手动操作功能。(11)抗恶劣环境,2023/4/1,第27页,沈阳工程学院,(12)具有良好的维修性。(13)可靠的电源。(14)电度采集。这是一项可选功能，对于实行分片管理的供电部门，安装在联络开关处的FTU一般应具有双向电度采集功能，这对于电能核算和线损估计有意义。,2023/4/1,第28
20、页,沈阳工程学院,基于重合器的馈线自动化 优点：具有无需通信网络，无需远方控制中心进行干预，结构简单，有利于降低建设投资费用缺点：对开关断开能力要求高，为找到故障点而需要多次重合，对设备冲击大，随网络运行方式的变化，需要到现场修改定值，且不能对运行参数进行监控，故障信息不能及时上报配调中心等。,三、两种馈线自动化方案比较,2023/4/1,第29页,沈阳工程学院,(3)若第五区段故障依然存在，则因Q04关合在故障线路上而使断路器(或重合器)再度跳闸，所有区段又再度停电，所有分段器又都分闸，不过这时因为Q04的控制器在检测时限(y时限)内检测到又失去电压，因而将Q04闭锁在分闸状态，待下次再得电
21、时也不再自动重合。在预定的记录次数后，当前级开关设备将线路从电网短时切除的无电流间隙内分段器才分闸，隔离故障线路段，使前级开关设备如重合器或断路器可重合到无故障线路，恢复线路运行。在本线上自动实施故障检测、隔离及恢复供电的功能，不设专用通道，无需远方集控中心干预。（2）保护装置都应有CPU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。简易模式是指在配电线上必要的节点处装设故障指示器。作用：它广泛地应用在配电网线路的分支线或区段线路上，用来隔离永久性故障。图5-10 故障区段自动识别及隔离的面保护原理图5-2 过流脉冲记数
22、型分段器工作示例FTU应能对柱上开关的当前位置、通信是否正常、贮能完成情况等重要状态量进行采集。,基于FTU的馈线自动化优点：为全面实现配电自动化创造了最为基本的条件，自动化程度高。缺点：对通讯通道的依赖性很强结构复杂，建设费用高。适用范围：城网、负荷密度大的地区、重要工业园区、供电途径多的网格状配电网、其它对供电可靠性要求高的区域。,2023/4/1,第30页,沈阳工程学院,第四节 基于FTU模式下的故障区段的判断和隔离,过电流,无过电流,过电流,过电流,过电流,图57一段辐射状网馈线的故障区段判断,对于辐射状网、根据馈线沿线各开关是否流过故障电流判断故障区段。假设馈线上出现单一的故障，显然
23、故障区段应当位于从电源侧到末梢方向最后一个经历了故障电流的开关和第一个未经历故障电流的开关之间的区段。,2023/4/1,第31页,沈阳工程学院,图58 一段环网馈线闭环运行的故障区段判断,对于处于闭环运行的环状网，则必须根据流经馈线沿线各开关的故障功率方向才能判断出故障区段，此时必须同时采集电流和电压信号。当分段开关流经超过其整定值的故障电流时，表明有故障发生。当与该区段相连的各开关的故障功率方向均指向该区段时，判断此段为故障区段,2023/4/1,第32页,沈阳工程学院,当线路发生故障时，各开关的信息由各自的FTU经配电系统通讯网络上传到上级控制中心（SCADA），由控制中心根据各开关的信
24、息，判断出故障点所在段之后，下发命令至相应的FTU，由FTU跳开故障段两侧开关、闭合出线开关和联络开关。,2023/4/1,33,沈阳工程学院,面保护定义：除了利用保护装置自身采集的信息外，还要利用系统中其它信息，做出故障判断和动作出口，以保证自身设备或局部系统。基于面保护原理的短路故障处理的技术关键在于：所有柱上开关是根据自身和其它开关的信息独立作出判断和动作的。,二、采用面保护技术进行故障处理,2023/4/1,第34页,沈阳工程学院,（1）必须有可靠的通信系统（2）保护装置都应有CPU（3）必须具有并行处理能力。（4）自身必须有对故障的处理和判断程序即保护程序，而不是靠上级配调来判断。,
25、（一）实现面保护技术必须具备的必要条件,2023/4/1,第35页,沈阳工程学院,（二）面保护基本原理,图5-10 故障区段自动识别及隔离的面保护原理,根据保护自身检测到的状态和相邻保护传来得信息组成异或关系，当本身状态与相邻保护传来的信息相同时（同时过流或同时不过流），则说明故障不在本区段，开关不动。,当本身状态与相邻保护传来的信息相异时，可以判断故障就在两个相异开关之间的区段。也可以利用测量流过各保护的电流的大小，及相位关系原理来判断故障区间。,2023/4/1,第36页,沈阳工程学院,三、配电网故障判别中存在的问题,非故障线路的零序电流数值等于本身对地的电容电流，由母线流向线路，即超前零序电压90；,故障线路的零序电流数值等于所有非故障线路的零序电流之和,图511中性点不接地系统发生单相接地,在小电流接地系统发生单相接地时，对接地故障的判别分两步进行。第一步为初选，采用相对值原理(在现行运行方式下，取采样值前三个中最大的)。第二步，在前三个信号里，采用相对相位概念，即用电流之间的方向或电流和电压之间的超前与滞后关系，进一步确定是前三个中哪一个故障还是母线故障。,2023/4/1,第37页,沈阳工程学院,
