第五章——馈线自动化（高等教学）

第 五 章 馈线自动化 1严选课件 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 2严选课件站内馈线站内馈线开关数据开关数据的采集和的采集和监视，由监视，由站内站内RTURTU来完成。来完成。馈线自动化基本功能馈线自动化基本功能数据采集数据采集事故告警事故告警状态监视状态监视与故障处理与故障处理控制控制操作操作无功控制无功控制对时对时报表报表状态状态监视监视事故事故处理处理对正常状态对正常状态和事故状态和事故状态的监控的监控 故障区域自故障区域自动判断、指动判断、指示与自动隔示与自动隔离；故障消离；故障消除后迅速恢除后迅速恢复供电功能。复供电功能。对安装在线对安装在线路上的无功路上的无功补偿电容器补偿电容器组的自动投组的自动投切控制。切控制。在电网正常运行过在电网正常运行过程中投、切馈线开程中投、切馈线开关，并能带负荷遥关，并能带负荷遥控投、切馈线环网控投、切馈线环网开关和负荷开关以开关和负荷开关以及遥控调整变压器及遥控调整变压器的分接头位置。的分接头位置。3严选课件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4严选课件（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。三、馈线自动化系统的模式5严选课件（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、馈线自动化系统的模式6严选课件（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7严选课件第二节 基于重合器的馈线自动化8严选课件 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。9严选课件（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、重合器它自带控制和操作电源 它的操作不受外界继电器控制，而由微处理器控制。10严选课件（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、水下或地下，可实现串联分闸、并联分闸等多功能自动分闸。（二）自动重合器的分类及特点 11严选课件（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。12严选课件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。（三）自动重合器的主要技术参数及选用原则13严选课件（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检测到且及时切断，不要误动作又有相应的灵敏度。14严选课件)(st0)(AIABC0tI1t2t3t4t5t6t7t事事故故电电流流正正常常负负荷荷电电流流电电流流开开断断）特特性性电电流流（重重合合器器的的时时间间It ）特特性性曲曲线线（It 重重合合器器循循环环动动作作示示意意图图快速动快速动作曲线作曲线慢速动慢速动作曲线作曲线（4）重合器的时间电流（t-I）特性15严选课件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。16严选课件（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。17严选课件（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18严选课件分段器的结构类型 结构类型结构类型按介质区分按介质区分 六六氟氟化化硫硫分分段段器器 按控制功能分按控制功能分真真空空分分段段器器 油油分分段段器器 电电子子控控制制分分段段器器 空空气气分分段段器器 液液压压控控制制分分段段器器 按识别故障原理分按识别故障原理分过过流流脉脉冲冲记记数数型型电电压压|时时间间型型 19严选课件（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。（二）分段器的选用原则20严选课件（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。21严选课件 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。（三）过流脉冲计数型分段器 22严选课件 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。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。23严选课件 图5-2 过流脉冲记数型分段器工作示例 24严选课件 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。（四）电压一时间型(重合式)分段器25严选课件 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。26严选课件（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。27严选课件应用于放射式供电网的重合式分断器动作过程应用于放射式供电网的重合式分断器动作过程第第二二区区段段第第三三区区段段第第四四区区段段01QQF第第一一区区段段区区段段显显示示器器变电站变电站s1002Q03Qs10s1004Qs30）断断路路器器（重重合合式式分分断断器器第五区段第五区段(1)(1)设故障发生在第五区段，这时，位于变电所的断路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器或重合器在保护动作时间t t秒后跳闸，使所有重合式秒后跳闸，使所有重合式分段器都因断电而分闸，所有区段供电暂停。分段器都因断电而分闸，所有区段供电暂停。(2)(2)断路器断路器(或重合器或重合器)在一定的时间间隔在一定的时间间隔(如如0 05 5s)s)后第一次重合，而后第一次重合，而各个重合式分段器各个重合式分段器Q01Q01Q04Q04，按预先设定的合闸顺延时差按预先设定的合闸顺延时差(x x时限时限)依依次合闸送电。如图上所标明的次合闸送电。如图上所标明的Q01Q01在在lOslOs后，后，Q02Q02在在10+10=2010+10=20s s后，后，QO3QO3在在10+10+10=3010+10+10=30s s后，后，Q04Q04在在10+30=4010+30=40s s后依次关合，向其后的线路段后依次关合，向其后的线路段送电。送电。(3)(3)若第五区段故障依然存在，则因若第五区段故障依然存在，则因Q04Q04关合在故障线路上而使断路器关合在故障线路上而使断路器(或重合器或重合器)再度跳闸，所有区段又再度停电，所有分段器又都分闸，再度跳闸，所有区段又再度停电，所有分段器又都分闸，不过这时因为不过这时因为Q04Q04的控制器在检测时限的控制器在检测时限(y y时限时限)内检测到又失去电压，内检测到又失去电压，因而将因而将Q04Q04闭锁在分闸状态，待下次再得电时也不再自动重合。闭锁在分闸状态，待下次再得电时也不再自动重合。(4)(4)断路器断路器(或重合器或重合器)第二次重合后，第二次重合后，Q01Q01、Q02Q02、Q03Q03按设定的时间差按设定的时间差又依次相继合闸，直到第四区段供电正常。又依次相继合闸，直到第四区段供电正常。Q04Q04因处于闭锁状态，因而因处于闭锁状态，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。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。28严选课件各开关设备的动作时序图 29严选课件 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30严选课件第三节 基于FTU的馈线自动化系统 31严选课件基于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。一、概述32严选课件作用：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。33严选课件典型基于典型基于FTUFTU的馈线自动化的组成的馈线自动化的组成 配电自动化控制系统配电自动化控制系统SCADASCADAFAFA控制主站控制主站配电自动化通信网络配电自动化通信网络FTUFTUFTUFTU断路器断路器联络联络开关开关分段分段开关开关控制线控制线通信线通信线第一层：一次设备（负第一层：一次设备（负荷开关、分段器等）荷开关、分段器等）第二层：第二层：FTUFTU控制箱主要由开关操作控制电路、不间断控制箱主要由开关操作控制电路、不间断供电电源供电电源 、控制箱体等部件组成。、控制箱体等部件组成。各各FTUFTU分别采集相应柱上开关的运行情况，如负荷、电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。各信息由通信网络发向远方配电网自动化控制中心。各FTFTU U还可以接受配网自动化控制中心下达的命令进行相应还可以接受配网自动化控制中心下达的命令进行相应的远方倒闸操作。的远方倒闸操作。第三层：通信子系统第三层：通信子系统第四层：第四层：FAFA控制主站控制主站FAFA控制主站的功能主要是提供人机接口，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自动处理来自线路的FTUFTU的数据，对故的数据，对故障点进行定位，并遥控线路开关，实现障点进行定位，并遥控线路开关，实现故障点的自动隔离及恢复供电。故障点的自动隔离及恢复供电。FTUFTU应满足的基本要求是：数据传输的完整性；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级和不同响应时间。第五层：第五层：SCADASCADADMSDMS主站主站 SCADASCADADMSDMS主站与馈线自动化控制主站主站与馈线自动化控制主站相连，可完成配电线路的相连，可完成配电线路的SCADASCADA监控以监控以及更高级的配电管理功能。及更高级的配电管理功能。34严选课件 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35严选课件电压、电流形成部分电压、电流形成部分来自线路的电压、电流主控制器部分主控制器部分开关量输入开关量输入/输出（输出（I/O）部分部分开关量引入控制开关MODEM与主站通信与主站通信FTU内部结构36严选课件 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。二、对FTU的性能要求37严选课件(2)遥测功能。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。(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。38严选课件 (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。39严选课件 (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。40严选课件(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。41严选课件(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。42严选课件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43严选课件基于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。44严选课件第四节 基于FTU模式下的故障区段的判断和隔离过电流过电流无过电流无过电流过电流过电流过电流过电流过电流过电流供电方向供电方向图57一段辐射状网馈线的故障区段判断 45严选课件 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。46严选课件故障功率方向故障功率方向故障功率方向故障功率方向图58 一段环网馈线闭环运行的故障区段判断 47严选课件 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。48严选课件故故障障集集中中处处理理模模式式当线路发生故障时，各开关的信息由各自当线路发生故障时，各开关的信息由各自的的FTUFTU经配电系统通讯网络上传到上级控经配电系统通讯网络上传到上级控制中心（制中心（SCADASCADA），），由控制中心根据各由控制中心根据各开关的信息，判断出故障点所在段之后，开关的信息，判断出故障点所在段之后，下发命令至相应的下发命令至相应的FTUFTU，由由FTUFTU跳开故障跳开故障段两侧开关、闭合出线开关和联络开关。段两侧开关、闭合出线开关和联络开关。49严选课件 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50严选课件（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。（一）实现面保护技术必须具备的必要条件51严选课件（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根据保护自身检测到的状态和相邻保护传来得状态和相邻保护传来得信息组成异或关系，当信息组成异或关系，当本身状态与相邻保护传本身状态与相邻保护传来的信息相同时（同时来的信息相同时（同时过流或同时不过流），过流或同时不过流），则说明故障不在本区段，则说明故障不在本区段，开关不动。开关不动。当本身状态与相邻当本身状态与相邻保护传来的信息相保护传来的信息相异时，可以判断故异时，可以判断故障就在两个相异开障就在两个相异开关之间的区段。也关之间的区段。也可以利用测量流过可以利用测量流过各保护的电流的大各保护的电流的大小，及相位关系原小，及相位关系原理来判断故障区间。理来判断故障区间。52严选课件三、配电网故障判别中存在的问题ABC消消弧弧线线圈圈故故障障点点1L2L3L非故障线路的零序非故障线路的零序电流数值等于本身电流数值等于本身对地的电容电流，对地的电容电流，由母线流向线路，由母线流向线路，即超前零序电压即超前零序电压9090；故障线路的零序电故障线路的零序电流数值等于所有非流数值等于所有非故障线路的零序电故障线路的零序电流之和流之和 图511中性点不接地系统发生单相接地在在小电流接地系统发生单相接地时，对接地故障的判小电流接地系统发生单相接地时，对接地故障的判别别分两步进行。第一步为初选，采用相对值原理分两步进行。第一步为初选，采用相对值原理(在现在现行运行方式下，取采样值前三个中最大的行运行方式下，取采样值前三个中最大的)。第二步，。第二步，在前三个信号里，采用相对相位概念，即用电流之间在前三个信号里，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。确定是前三个中哪一个故障还是母线故障。53严选课件(1)电流信号太小。(2)干扰大，信噪比小。(3)电容电流波形的不稳定。(4)其它随机因素影响的不确定。因此，传统的仅依靠故障点信息，按固定的整定值动作的继电器型产品难以正确动作。引起小接地系统故障判断误差的因素 54严选课件