配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)

DistributionAutomationTechnology電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院郭謀發(fā)第6章配電網(wǎng)饋線(xiàn)自動(dòng)化6.1饋線(xiàn)自動(dòng)化模式6.2基于重合器的饋線(xiàn)自動(dòng)化6.2.1重合器的分類(lèi)和功能6.2.2分段器的分類(lèi)和功能6.2.3重合器與電壓-時(shí)間型分段器配合6.2.5重合器與過(guò)流脈沖計(jì)數(shù)型分段器配合6.2.6基于重合器的饋線(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)的不足6.3基于饋線(xiàn)監(jiān)控終端的饋線(xiàn)自動(dòng)化6.3.1系統(tǒng)概述6.3.2饋線(xiàn)故障區(qū)段定位算法簡(jiǎn)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(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6.4.2硬件設(shè)計(jì)6.4.3軟件設(shè)計(jì)6.1饋線(xiàn)自動(dòng)化模式饋線(xiàn)自動(dòng)化FA（FeederAutomation）是指在正常情況下，遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)視饋線(xiàn)分段開(kāi)關(guān)與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)和饋線(xiàn)電流、電壓情況，并實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路開(kāi)關(guān)的遠(yuǎn)方合閘和分閘操作以?xún)?yōu)化配網(wǎng)的運(yùn)行方式，從而達(dá)到充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備容量的目的；在故障時(shí)獲取故障信息，并自動(dòng)判別和隔離饋線(xiàn)故障區(qū)段以及恢復(fù)對(duì)非故障區(qū)域的供電，從而達(dá)到減小停電面積和縮短停電時(shí)間的目的；在單相接地等異常情況下,對(duì)單相接地區(qū)段的查找提供輔助手段。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(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信現(xiàn)地隔離故障，故障信息上傳2.遠(yuǎn)方集中監(jiān)控模式遠(yuǎn)方集中監(jiān)控模式由變電站出線(xiàn)斷路器、各柱上負(fù)荷開(kāi)關(guān)、饋線(xiàn)監(jiān)控終端、通信、配調(diào)中心站組成。每個(gè)開(kāi)關(guān)或環(huán)網(wǎng)柜的饋線(xiàn)監(jiān)控終端要與配調(diào)中心站通信，故障隔離操作由饋線(xiàn)自動(dòng)化主站以遙控方式進(jìn)行集中控制。6.1饋線(xiàn)自動(dòng)化模式6.2基于重合器的饋線(xiàn)自動(dòng)化采用配電網(wǎng)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)設(shè)備的饋線(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)，不需要建設(shè)通信通道，利用開(kāi)關(guān)設(shè)備的相互配合，實(shí)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(shí)間型分段器配合模式及重合器和過(guò)流脈沖計(jì)數(shù)型分段器配合模式。一、重合器的功能當(dāng)故障發(fā)生后，若重合器監(jiān)測(cè)到超過(guò)設(shè)定值的故障電流，則重合器跳閘，并按預(yù)先整定的動(dòng)作順序做若干次合、分的循環(huán)操作。若重合成功則自動(dòng)終止后序動(dòng)作，并經(jīng)一段延時(shí)后恢復(fù)到預(yù)先整定狀態(tài)，為下一次故障做好準(zhǔn)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(guò)手動(dòng)復(fù)位才能解除閉鎖。二、分段器的分類(lèi)和功能分段器是一種與電源側(cè)前級(jí)開(kāi)關(guān)（如重合器等）配合，在失壓或無(wú)電流的情況下自動(dòng)分閘的開(kāi)關(guān)設(shè)備，一般不能斷開(kāi)短路故障電流。分段器的關(guān)鍵部件是故障檢測(cè)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(shí)間型分段器和過(guò)流脈沖計(jì)數(shù)型分段器兩類(lèi)。1.電壓-時(shí)間型分段器電壓-時(shí)間型分段器是憑借加壓、失壓的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)控制其動(dòng)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(cè)裝置根據(jù)饋線(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)控制其分閘、合閘及閉鎖。電壓-時(shí)間型分段器有兩個(gè)重要參數(shù)：X時(shí)限和Y時(shí)限需整定。X時(shí)限，從分段器電源側(cè)加壓至該分段器合閘的時(shí)延；Y時(shí)限，又稱(chēng)為故障檢測(cè)時(shí)間，若分段器合閘后在未超過(guò)Y時(shí)限的時(shí)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(shí)也不再自動(dòng)重合。分段器故障檢測(cè)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(kāi)關(guān)；第二套是應(yīng)用于處于常開(kāi)狀態(tài)的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)?？赏ㄟ^(guò)參數(shù)配置實(shí)現(xiàn)兩套功能的切換。1.電壓-時(shí)間型分段器對(duì)于輻射狀饋線(xiàn)，將分段器的故障檢測(cè)裝置設(shè)置為第一套功能。當(dāng)分段器的故障檢測(cè)裝置監(jiān)測(cè)到分段器電源側(cè)得電后起動(dòng)X計(jì)時(shí)器，在經(jīng)過(guò)X時(shí)限規(guī)定的時(shí)間后，令分段器合閘；同時(shí)起動(dòng)Y計(jì)時(shí)器，若在計(jì)滿(mǎn)Y時(shí)限規(guī)定的時(shí)間以?xún)?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(dòng)重合。1.電壓-時(shí)間型分段器安裝于處于常常開(kāi)狀態(tài)的聯(lián)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)處的的分段器故障障檢測(cè)裝置要要設(shè)置在第二二套功能。安裝于聯(lián)絡(luò)開(kāi)開(kāi)關(guān)處的分段段器故障檢測(cè)測(cè)裝置要對(duì)兩兩側(cè)的電壓進(jìn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)當(dāng)監(jiān)測(cè)到任一一側(cè)失壓時(shí)起起動(dòng)XL計(jì)數(shù)器，規(guī)定定時(shí)間XL時(shí)限后，使分分段開(kāi)關(guān)合閘閘。同時(shí)起動(dòng)動(dòng)Y計(jì)時(shí)器，若在在計(jì)滿(mǎn)Y時(shí)限規(guī)定的時(shí)時(shí)間以?xún)?nèi)，該該分段器同一一側(cè)又失壓，，則該分段器器分閘并閉鎖鎖在分閘狀態(tài)態(tài)，待下一次次再得電也不不再自動(dòng)重合合。1.電壓-時(shí)間型分段器器2.過(guò)電流脈沖計(jì)計(jì)數(shù)型分段器器過(guò)電流脈沖計(jì)計(jì)數(shù)型分段器器通常與前級(jí)的的重合器或斷斷路器配合使使用，它不能能開(kāi)斷短路故故障電流。但但在一段時(shí)間間內(nèi)，能記憶憶前級(jí)開(kāi)關(guān)設(shè)設(shè)備開(kāi)斷故障障電流動(dòng)作次次數(shù)。在預(yù)定的記憶憶次數(shù)后，在在前級(jí)的重合合器或斷路器器，將線(xiàn)路從從電網(wǎng)中短時(shí)時(shí)切除的無(wú)電電流間隙內(nèi)，，分段器分閘閘，隔離故障障。若前級(jí)開(kāi)關(guān)設(shè)設(shè)備開(kāi)斷故障障電流動(dòng)作次次數(shù)未達(dá)到分分段器預(yù)設(shè)的的動(dòng)作次數(shù)，，分段器在一一定的復(fù)位時(shí)時(shí)間后會(huì)清零零動(dòng)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(zhǔn)備。三、重合器與與電壓-時(shí)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(shí)間間為15s，第二次重合合時(shí)間為5s。B和D采用電壓-時(shí)間型分段器器，X時(shí)限均整定為為7s。C和E采用電壓-時(shí)間型分段器器，X時(shí)限均整定為為14s。所有分段器的的故障檢測(cè)裝裝置的Y時(shí)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)段隔離三、重合器與與電壓-時(shí)間型分段器器配合1.輻射狀網(wǎng)故障障區(qū)段隔離A采用用重重合合器器，，整整定定為為一一慢慢二二快快，，即即第第一一次次重重合合時(shí)時(shí)間間為為15s，第第二二次次重重合合時(shí)時(shí)間間為為5s。B、C和D采用用電電壓壓-時(shí)間間型型分分段段器器并并且且設(shè)設(shè)置置在在第第一一套套功功能能，，X時(shí)限限均均整整定定為為7s，Y時(shí)限限均均整整定定為為5s。E也是是采采用用電電壓壓-時(shí)間間型型分分段段器器，，但但設(shè)設(shè)置置在在第第二二套套功功能能，，其其XL時(shí)限限整整定定為為45s，Y時(shí)限限整整定定為為5s。三、、重重合合器器與與電電壓壓-時(shí)間間型型分分段段器器配配合合2.環(huán)狀狀網(wǎng)網(wǎng)開(kāi)開(kāi)環(huán)環(huán)運(yùn)運(yùn)行行時(shí)時(shí)的的故故障障區(qū)區(qū)段段隔隔離離三、、重重合合器器與與電電壓壓-時(shí)間間型型分分段段器器配配合合2.環(huán)狀網(wǎng)開(kāi)開(kāi)環(huán)運(yùn)行行時(shí)的故故障區(qū)段段隔離（1）分段器器的時(shí)限限整定。。分段器的的Y時(shí)限一般般可以統(tǒng)統(tǒng)一取為為5s；分段器的的X時(shí)限的整整定。第一步：：確定分分段器合合閘時(shí)間間間隔，，并從聯(lián)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)關(guān)處將配配電網(wǎng)分分割成若若干以電電源開(kāi)關(guān)關(guān)為根的的樹(shù)狀（（輻射狀狀）配電電子網(wǎng)絡(luò)絡(luò)。第二步：：在各配配電子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，，以電源源節(jié)點(diǎn)合合閘為時(shí)時(shí)間起點(diǎn)點(diǎn)，分別別對(duì)各個(gè)個(gè)分段器器標(biāo)注其其相對(duì)于于電源點(diǎn)點(diǎn)合閘時(shí)時(shí)刻的絕絕對(duì)合閘閘延時(shí)時(shí)時(shí)間，并并注意不不能在任任何時(shí)刻刻有一臺(tái)臺(tái)以上的的分段開(kāi)開(kāi)關(guān)同時(shí)時(shí)合閘。。第三步：：某臺(tái)分分段器的的X時(shí)限等于于該開(kāi)關(guān)關(guān)的絕對(duì)對(duì)合閘延延時(shí)時(shí)間間減去其其父節(jié)點(diǎn)點(diǎn)分段器器的絕對(duì)對(duì)合閘延延時(shí)時(shí)間間。三、重合合器與電電壓-時(shí)間型分分段器配配合3.重合器與與電壓-時(shí)間型分分段器配配合的整整定方法法（2）聯(lián)絡(luò)絡(luò)開(kāi)關(guān)的的時(shí)限整整定“手拉手手”的環(huán)環(huán)狀配電電網(wǎng)只有有一臺(tái)聯(lián)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)關(guān)參與故故障處理理時(shí)，分分別計(jì)算算出與該該聯(lián)絡(luò)開(kāi)開(kāi)關(guān)緊鄰鄰的兩側(cè)側(cè)區(qū)域故故障時(shí)，，從故障障發(fā)生到到與故障障區(qū)域相相連的分分段開(kāi)關(guān)關(guān)閉鎖在在分閘狀狀態(tài)所需需的延時(shí)時(shí)時(shí)間TL（左）TR和（右）），取其其中較大大的一個(gè)個(gè)記作Tmax，則XL時(shí)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(guò)過(guò)程中中可從從任一一側(cè)進(jìn)進(jìn)行按按順序序的依依次合合閘。。3.重合器器與電電壓-時(shí)間型型分段段器配配合的的整定定方法法3.重合器器與電電壓-時(shí)間型型分段段器配配合的的整定定方法法例6-1對(duì)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(shí)間間為15s，第二二次重重合時(shí)時(shí)間為為5s。B、C、D、F、G和M代表線(xiàn)線(xiàn)路上上的電電壓-時(shí)間型型分段段開(kāi)關(guān)關(guān)，設(shè)設(shè)置在在第一一套功功能，，X時(shí)限均均整定定為7s。E和H為聯(lián)絡(luò)絡(luò)開(kāi)關(guān)關(guān)；實(shí)實(shí)心符符號(hào)代代表該該開(kāi)關(guān)關(guān)處于于合閘閘狀態(tài)態(tài)，空空心符符號(hào)代代表該該開(kāi)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(tái)分分段開(kāi)開(kāi)關(guān)合合閘時(shí)時(shí)間間間隔為為7s。要求整定定：（1）虛線(xiàn)框內(nèi)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)中中，各臺(tái)分分段開(kāi)關(guān)的的X時(shí)限及聯(lián)絡(luò)絡(luò)開(kāi)關(guān)E的XL時(shí)限；（2）整個(gè)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)中，兩臺(tái)臺(tái)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)關(guān)E、H均參與故障障處理的情情況下，分分別整定聯(lián)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)E、H的XL時(shí)限。3.重合器與電電壓-時(shí)間型分段段器配合的的整定方法法3.重合器與電電壓-時(shí)間型分段段器配合的的整定方法法3.重合器與電電壓-時(shí)間型分段段器配合的的整定方法法3.重合器與電電壓-時(shí)間型分段段器配合的的整定方法法3.重合器與電電壓-時(shí)間型分段段器配合的的整定方法法四、重合器器與過(guò)流脈脈沖計(jì)數(shù)型型分段器配配合1.隔離永久故故障區(qū)段四、重合器器與過(guò)流脈脈沖計(jì)數(shù)型型分段器配配合1.隔離暫時(shí)性性故障區(qū)段段五、基于重重合器的饋饋線(xiàn)自動(dòng)化化系統(tǒng)不足足（1）為了隔離離故障，重重合器和分分段器要進(jìn)進(jìn)行多次分分合操作，，切斷故障障的時(shí)間較較長(zhǎng)，且對(duì)對(duì)設(shè)備及負(fù)負(fù)荷造成一一定的沖擊擊。當(dāng)采用用重合器與與電壓－時(shí)時(shí)間型分段段器配合隔隔離開(kāi)環(huán)運(yùn)運(yùn)行的環(huán)狀狀網(wǎng)的故障障區(qū)段時(shí)，，要使聯(lián)絡(luò)絡(luò)開(kāi)關(guān)另一一側(cè)的健全全區(qū)段所有有的開(kāi)關(guān)都都分一次閘閘，造成供供電短時(shí)中中斷，更加加擴(kuò)大了事事故的影響響范圍。（2）基于重合合器的饋線(xiàn)線(xiàn)自動(dòng)化系系統(tǒng)僅在線(xiàn)線(xiàn)路發(fā)生故故障時(shí)發(fā)揮揮作用，而而不能在遠(yuǎn)遠(yuǎn)方通過(guò)遙遙控完成正正常的倒閘閘操作。（3）基于重合合器的饋線(xiàn)線(xiàn)自動(dòng)化系系統(tǒng)不能實(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)視線(xiàn)線(xiàn)路的負(fù)荷荷。（4）當(dāng)故障區(qū)區(qū)段隔離后后，在恢復(fù)復(fù)健全區(qū)段段供電，進(jìn)進(jìn)行配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)時(shí)時(shí)，無(wú)法確確定最優(yōu)方方案。6.3基于饋線(xiàn)監(jiān)監(jiān)控終端的的饋線(xiàn)自動(dòng)動(dòng)化系統(tǒng)由饋線(xiàn)線(xiàn)監(jiān)控終端端、通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)及主站站系統(tǒng)構(gòu)成成。一、系統(tǒng)概概述當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)發(fā)生故障后后，各相關(guān)關(guān)饋線(xiàn)監(jiān)控控終端將相相應(yīng)的分段段開(kāi)關(guān)及聯(lián)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)處處的實(shí)時(shí)信信息通過(guò)數(shù)數(shù)據(jù)通信傳傳到主站系系統(tǒng)，主站站系統(tǒng)根據(jù)據(jù)一定的故故障區(qū)段定定位算法自自動(dòng)定位出出故障所在在區(qū)段，并并下發(fā)命令令給相關(guān)饋饋線(xiàn)監(jiān)控終終端操作開(kāi)開(kāi)關(guān)設(shè)備將將故障區(qū)段段隔離，并并恢復(fù)非故故障區(qū)段供供電。對(duì)于輻射網(wǎng)網(wǎng)、樹(shù)狀網(wǎng)網(wǎng)和處于開(kāi)開(kāi)環(huán)運(yùn)行的的環(huán)狀網(wǎng)，，故障區(qū)段段定位只需需要判斷沿沿線(xiàn)的各個(gè)個(gè)開(kāi)關(guān)是否否流過(guò)故障障電流。假如線(xiàn)路出出現(xiàn)單一故故障，沿電電源到負(fù)荷荷的方向最最后一個(gè)經(jīng)經(jīng)歷了故障障電流和第第一個(gè)沒(méi)有有經(jīng)歷故障障電流的開(kāi)開(kāi)關(guān)之間為為故障區(qū)段段。為了確定開(kāi)開(kāi)關(guān)上是否否流過(guò)故障障電流，需需要對(duì)安裝裝于其上的的各臺(tái)饋線(xiàn)線(xiàn)監(jiān)控終端端進(jìn)行整定定，由于不不是通過(guò)對(duì)對(duì)各個(gè)開(kāi)關(guān)關(guān)整定值的的區(qū)別來(lái)定定位故障區(qū)區(qū)段，所以以這種整定定較方便。。配電網(wǎng)故障障區(qū)段定位位最基本的的問(wèn)題就是是如何用合合理的數(shù)學(xué)學(xué)方式來(lái)描描述故障區(qū)區(qū)段定位問(wèn)問(wèn)題，并快快速求解。。一、系統(tǒng)概概述二、基于網(wǎng)網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩矩陣的定位位算法通過(guò)網(wǎng)基結(jié)結(jié)構(gòu)矩陣D和故障信息息矩陣G的運(yùn)算，得得到一個(gè)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。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(xiàn)路的的架設(shè)。圖6-8一個(gè)簡(jiǎn)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2.故障信息矩矩陣G如果節(jié)點(diǎn)的的開(kāi)關(guān)經(jīng)歷歷了超過(guò)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(duì)角線(xiàn)上上。二、基于網(wǎng)網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩矩陣的定位位算法如圖6-4所示，節(jié)點(diǎn)點(diǎn)3和節(jié)點(diǎn)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3.故障判斷矩矩陣P故障區(qū)段兩兩側(cè)的開(kāi)關(guān)關(guān)必定一個(gè)個(gè)經(jīng)歷了故故障電流，，另一個(gè)未未經(jīng)歷故障障電流。而而且故障區(qū)區(qū)段的一個(gè)個(gè)沒(méi)有故障障信息節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的所有相相鄰節(jié)點(diǎn)中中，不存在在兩個(gè)以上上的節(jié)點(diǎn)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(duì)矩陣陣Q進(jìn)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(diǎn)點(diǎn)與與節(jié)點(diǎn)相相鄰）；；矩陣G中的元素即即節(jié)點(diǎn)j無(wú)故障；并且對(duì)應(yīng)的的矩陣G中的元素至至少少有兩個(gè)為為0（表示有兩兩個(gè)以上與與節(jié)點(diǎn)相相鄰的節(jié)節(jié)點(diǎn)有故障障信息）；；則節(jié)點(diǎn)j一定不是構(gòu)構(gòu)成故障區(qū)區(qū)段的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)；必須對(duì)矩陣陣Q進(jìn)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。如果故障判判斷矩陣P中的元素（（XOR表示異或）），則故障障發(fā)生在饋饋線(xiàn)上的第第i節(jié)點(diǎn)和第j節(jié)點(diǎn)之間的的區(qū)段，三、基于網(wǎng)網(wǎng)基結(jié)構(gòu)矩矩陣