1、第四章 饋線自動化,基于重合器的饋線自動化 基于FTU的饋線自動化系統(tǒng) 配電網簡化模型 配電網絡重構 配電網故障判斷與隔離 饋線自動化的電源問題 饋線自動化的若干技術問題,饋線自動化的概念：就是監(jiān)視饋線的運行方式和符合，指配電線路的自動化，是配電網自動化的重要內容之一。 作用：在正常狀態(tài)下，實時監(jiān)視饋線分段開關與聯(lián)絡開關的狀態(tài)和虧線電流、電壓情況，實現(xiàn)線路開關的遠方或就地合閘與分閘操作；在故障時，獲得故障記錄，并能自動判斷和隔離饋線故障區(qū)段，迅速恢復非故障區(qū)域供電。,分類： 基于自動化開關設備的饋線自動化系統(tǒng)。 基于RTU、通信網絡、SCADA計算機系統(tǒng)配網自動化系統(tǒng),4.1 基于重合器的饋線

2、自動化,一、饋線自動化的概念：就是監(jiān)視饋線的運行方式和符合，指配電線路的自動化，是配電網自動化的重要內容之一。 作用：在正常狀態(tài)下，實時監(jiān)視饋線分段開關與聯(lián)絡開關的狀態(tài)和虧線電流、電壓情況，實現(xiàn)線路開關的遠方或就地合閘與分閘操作；在故障時，獲得故障記錄，并能自動判斷和隔離饋線故障區(qū)段，迅速恢復非故障區(qū)域供電。,一、基于重合器的饋線自動化：指利用配電自動化開關設備的相互配合關系，不需要建設通信通道，就能夠達到隔離故障區(qū)域和恢復健全區(qū)域供電功能的系統(tǒng)。 二、配電自動化的開關設備 1、重合器：是一種自具控制及保護功能的開關設備，它能按預定的開斷和重合順序自動進行開斷和重合操作，并在操作后自動復位或者

3、閉鎖。,4.1 基于重合器的饋線自動化,功能： 在線路正常運行時起到斷路器的作用。在線路故障時，如果重合器經歷了超過設定值的故障電流，則重合器跳閘，并按預先整定的動作順序做若干次合、分閘的循環(huán)操作，若重合成功則自動終止后續(xù)的動作，并經一段時間后恢復到預先的整定狀態(tài)，為下一次故障做好準本。若重合失敗則閉鎖在分閘狀態(tài)，只有通過手動復位才能解除閉鎖。,分類：,2、分段器：是一種提高配電網自動化程度和可靠性的一種設備，它必須和電源側前級主保護開關相配合，在失壓或無電流的情況下自動分閘。 功能：在電路發(fā)生永久性故障時，分段器在預定次數(shù)的分合操作后閉鎖于分閘狀態(tài)，從而達到隔離故障線路區(qū)段的目的。若分段器未

4、完成預定次數(shù)的分合操作，故障就被其他設備切除了，則其保持在合閘狀態(tài)，并經一定時間后恢復到預先的整定狀態(tài)。,分類：根據(jù)判斷故障方式的不同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。 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，加壓后合閘或閉鎖。 X時限：分段器電源側加壓開始，到該分段器合閘的時延，也稱為合閘時間。,Y時限：又稱為故障檢測時間，是指分段器合閘后在未超過Y時限的時間內又失壓，則該分段器分閘并被閉鎖在分閘狀態(tài)，等到下一次再得電時也不自動閉合。 作用是：當分段器關合后，如果在Y時限內一直可檢測到電壓，則Y時間之后發(fā)生失壓分閘，分段器不閉鎖，重新來電時會合

5、閘，如果在Y時間內檢測不到電壓，則分電器將發(fā)生分閘閉鎖，即斷開后來電也不再閉合。,過流脈沖計數(shù)型分段器：通常與前級的重合器或斷路器配合使用，在一段時間內，記錄前級開關設備開斷故障電流動作次數(shù)，在預定的記錄次數(shù)后，在前級的重合器或斷路器將線路從電網中短時切除的無電流間隙內，分段器分閘，達到隔離故障區(qū)段的目的，若前級開關設備未達到預定的動作次數(shù)，則分段器在一定的復位時間后會清零并恢復到預選整定的初始狀態(tài)，為下一次故障做準備。,四、重合器與分段器配合實現(xiàn)故障區(qū)段隔離 1、重合器與電壓時間型分段器配合 例1：輻射狀網故障區(qū)段隔離,例2：環(huán)狀網開環(huán)運行時的故障區(qū)段隔離,2、重合器與過流脈沖計數(shù)器型分段器

6、配合 例1：重合器與過流脈沖計數(shù)器型分段器配合隔離永久性故障區(qū)域,例2：重合器與過流脈沖計數(shù)器型分段器配合處理暫時性故障區(qū)域,五、重合器與重合器配合實現(xiàn)故障區(qū)段隔離 六、重合器與電壓時間型分段器配合的整定方法 原則：重合器與電壓時間型分段器配合方式的整定的關鍵條件是不能在同一時刻有兩臺以上的分段開關同時合閘，只有這樣才能判斷出故障區(qū)域，避免對故障的誤判。,整定步驟 分段器的整定： 分段器的Y時限一般統(tǒng)一選為5s。 分段器X時限的整定： 第一步：確定分段器合閘時間間隔，并從聯(lián)絡開關出將配電網分割成如干以電源開關為根的樹狀配電子網絡。 第二步：在各配電自網絡中，以電源節(jié)點合閘為時間起點，分別對各個

7、分段器標注其絕對合閘延時時間，并注意不能在任何時刻有一臺以上的分段開關同時合閘。,第三步：某臺分段器的X時限等于該開關的絕對合閘延時時間減去作為其父節(jié)點的分段器的絕對合閘延時時間。 例：圖示配電網S1、S2、S3代表變電站出口斷路器，B、C、D、E、F、G、H、M代表分段開關，E和H為聯(lián)絡開關，實心符號代表開關處于合閘狀態(tài)，空心符號代表開關處于分閘狀態(tài)。,X時限整定： 第一步：確定分段器開關合閘時間間隔為7s，并從聯(lián)絡開關處將配電網分割成三個輻射狀配電子網絡： S1、 B、C、D、E、G、H， S2、 F、 E和S3 、 M 、H 。 第二步：對于自網絡S1、 B、C、D、E、G、H， 其各臺

8、分段器的絕對合閘延時時間分別為：Xa(B)=7s， Xa(c)=14s， Xa(D)=21s， Xa(G)=28s；,同理，對于子網絡S2、 F、 E有Xa(F)=7s；對于子網絡S3 、 M 、H 有Xa(M)=7s. 第三步：某臺分段器的X時限等于該開關的絕對合閘延時時間減去作為其父節(jié)點的分段器的絕對合閘延時時間，于是有： X(B)= Xa(B)-0=7s， X(c)= Xa(c)- Xa(B) =14-7=7s， X(D)= Xa(D)- Xa(c)= 21-14=7s， X(G)= Xa(G)- Xa(c)= 28-14=14s， X(F)= Xa(F)-0= 7s， X(M)= Xa

9、(M)-0= 7s,聯(lián)絡開關的XL時限的確定 只有一臺聯(lián)絡開關參與故障處理時：分別計算出假設該聯(lián)絡開關兩側與該開關相連接的區(qū)域故障時，從故障發(fā)生到與故障區(qū)域相連的分段器閉鎖在分閘狀態(tài)所需的延時時間tmax（左）和 tmax（右）取其中較大的一個記作tmax，則XL時限設置應大于tmax。,七、基于重合器的饋線自動化的不足 1、采用重合器或斷路器與電壓時間型分段器配合，當線路故障時，分段開關不能立即分斷，而要依靠重合器或斷路器的保護跳閘，在饋線失壓后，分段開關才能分斷。采用重合器或斷路器與過流脈沖計數(shù)型分段器配合時，也要依靠重合器或斷路器的保護跳閘，導致饋線失壓后，分段開關才能分斷。,2、基于重

10、合器的饋線自動化系統(tǒng)只能在線路發(fā)生故障時發(fā)揮作用，而不能在遠方通過遙控完成正常的倒閘操作。 3、基于重合器的饋線自動化系統(tǒng)不能實時監(jiān)視線路的負荷，因此，無法掌握用戶用電規(guī)律，也難于改進運行方式，當故障區(qū)域隔離后，在恢復健全區(qū)域供電，進行配電網重構時，也無法確定最優(yōu)方案。,4.2 基于FTU的饋線自動化系統(tǒng),一、基于FTU的饋線自動化系統(tǒng)的組成,二、FTU:是一種具有數(shù)據(jù)采集和通信功能的柱上開關控制器。 作用：各個FTU分別采集相應柱上開關的運行情況，如負荷、電壓、功率和開關當前的位置、貯能完成情況等，并將上述信息由通信網絡發(fā)給配電網的控制中心；接收配電網自動控制中心的命令進行相應的倒閘操作；故

11、障時記錄下故障前和故障時的重要信息，如最大故障電流和故障前的負荷電流、最大故障功率等，并將上述信息發(fā)送給控制中心，經計算機系統(tǒng)分析后確定故障區(qū)段和最佳供電恢復方案，最終以遙控方式隔離故障區(qū)段、恢復健全區(qū)段供電。,FTU的性能： 遙信功能對柱上開關的當前位置、通信是否正常、貯能完成情況等狀態(tài)量進行采集。 遙測功能采集線路的電壓、開關經歷的負荷電流、有功和無功功率的等模擬量，監(jiān)視電源電壓和蓄電池剩余容量等。 遙控功能接收遠方命令控制柱上開關合閘和分閘，以及啟動貯能過程等。 統(tǒng)計功能對開關的動作次數(shù)、動作時間和累計切斷電流的水平進行監(jiān)視。 對時功能接受主系統(tǒng)的對時指令，以便和系統(tǒng)時鐘保持一致,事件順

12、序記錄記錄狀態(tài)量發(fā)生變化的時刻和先后順序。 事故記錄記錄事故發(fā)生時的最大故障電流和事故前一段時間的平均負荷，以便分析事故，隔離故障區(qū)域，恢復健全區(qū)域供電和進行負荷重新分配。 定值遠方修改和定值召喚能接收控制中心的指令修改整定值，并使控制中心可以隨時召喚FTU的當前整定值。使整定值可以隨著配電網運行方式的改變而改變。,自檢和自恢復功能具有自檢和自恢復功能，故障時報警，死機時可以重新復位。 遠方控制閉鎖與手動操作功能在進行檢修線路或開關時，相應的FTU應有遠方控制閉鎖的功能，確保操作安全。同時應具有手動合閘/分閘功能，可以實現(xiàn)手動操作。 遠程通信功能具有遠程通信功能，提供必要的標準通信接口。 抗惡

13、劣環(huán)境功能安裝在戶外，要求惡劣環(huán)境下仍能正常工作。包括雷電、環(huán)境溫度、防雨防潮、風沙、振動、電磁干擾等。,良好的可維修性可以實現(xiàn)不停電維修，更換方便。 可靠的工作電源當故障和其它原因導致電路停電時，F(xiàn)TU應保持有工作電源。 其他功能電度采集、微機保護、故障錄波。,三、區(qū)域工作站：是一個通道集中器和轉發(fā)裝置，它將眾多分散的采集單元集中起來和控制中心聯(lián)系，并將采集單元的面向對象的通信規(guī)約轉換成為標準的遠動規(guī)約。 四、配變遠方測控單元（TTU）：結構和功能與FTU類似，目的是為了對配電變壓器進行遠方監(jiān)視，采集配電變壓器的電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、分時電量和電壓合格率等數(shù)據(jù)，并以這些運

14、行參數(shù)作為考核和經濟運行分析的依據(jù)。,五、兩種饋線自動化系統(tǒng)的比較 采用配電自動化設備相互配合的饋線自動化系統(tǒng)和基于饋線終端設備（FTU）的饋線自動化系統(tǒng)目前國內外均大量使用，它們的比較和適用范圍如下表所示：,4.3 配電網簡化建模,一、配電網的簡化處理 從負荷的角度將配電網看作是一種賦權圖可以解決配電網簡化的問題。將線路上的電源點、饋線沿線、開關、和T接點看作是節(jié)點，節(jié)點的權為流過節(jié)點的負荷。將相鄰兩個節(jié)點間的配電饋線和配電變壓器綜合看作是圖的邊，邊的權即是該條邊上所有配電變壓器供出的負荷之和。,二、配電網簡化模型的數(shù)學描述 1、網基結構鄰接表DT ： 第一列各元素描述各節(jié)點類型，其值可以取

15、0、1、2或3，分別表示該節(jié)點為普通點、T接點、源點或末梢點。 第二列元素描述各頂點是否過負荷，過負荷為1，不過負荷為0.,第三列至第五列元素描述和該頂點鄰接的各個頂點的序號，網基結構鄰接表中的空閑位置的元素填-1. 網基結構鄰接表描述配電網的潛在連接方式，決定于配電線路的架設，稱為網基。,2、弧結構鄰接表CT : 第一列元素描述個頂點所處的狀態(tài)，如頂點處于合閘狀態(tài)則為1，否則為0，第二列和第三列表示以該頂點為終點的弧的起點的序號，第四列和第五列表示以該頂點為起點的弧的終點的序號，空閑位置的元素填-1. 弧結構鄰接表描述了配電網的當前運行方式，稱這樣的圖為“網形”。,3、負荷鄰接表RT ： 第

16、一列元素描述相應的頂點的負荷，第二列至第四列元素描述以相應的頂點為端點的邊的負荷，空閑位置的元素填-1.第二列至第四列的順序與網基結構鄰接表中的第三至第五列對應的邊的順序一致。,4、額定負荷鄰接表RT ： 第一列元素描述相應的頂點的額定負荷，第二列至第四列元素描述以相應的頂點為端點的邊的額定負荷，空閑位置的元素填-0.01.表中元素的順序和負荷鄰接表中元素的順序一致。,5、歸一化負荷表鄰接表LnT ： 表中元素為,例：寫出圖示配電網的DT、 CT、 LT。,三、配電網絡拓撲： 是根據(jù)配電網架結構（DT）和開關的當前狀態(tài)（CT第一列）求出配電網的運行方式（CT其余各列）的過程，該過程稱為基形變換

17、。 連通系：具有潛在連通關系等一個子系統(tǒng)。 四、負荷間的關系： 點弧變換：已知電網中各節(jié)點的負荷，根據(jù)弧結構鄰接表CT可以計算各條弧的負荷，這個過程稱為點弧變換。 弧點變換：已知配電網中各條弧的負荷，根據(jù)弧結構鄰接表CT可以計算出各個節(jié)點的負荷，這個過程稱為弧點變換。,五、配電網簡化模型中參數(shù)的提?。?網基結構鄰接表DT中的參數(shù)提取 弧結構鄰接表CT中的參數(shù)提取 負荷鄰接表LT中的參數(shù)提取 額定負荷鄰接表RT中的參數(shù)提取,4.4 配電網絡重構,網絡重構啟動的條件： 1. 連通系優(yōu)化、饋線偶內優(yōu)化 2. 歷史、現(xiàn)在、未來等運行情況 3. 輕載時重構閾值 4. 設置優(yōu)化控制閾值 5. 執(zhí)行確認制度

18、,4.4 配電網絡重構,網絡重構：即是配電網絡運行方式的改變，通過網絡重構可以實現(xiàn)負荷的轉移。 網絡重構的研究一般分兩類：以配電負荷均衡化為目標的網絡重構，以線損最小為目標的網絡重構。 網絡重構啟動的條件：,4.5 配電網故障與判斷,一、配電網最小配電區(qū)域： 如果一個區(qū)域的所有端點都是開關且沒有內點或所有內點都是T接點，則稱該區(qū)域為最小配電區(qū)域。當線路發(fā)生故障時最小配電區(qū)域是故障隔離的最小范圍，沒有內點的最小配電區(qū)域就是一條首尾都是開關的饋線段（?。?二、故障區(qū)域的判斷和隔離 判斷規(guī)則：如果一個最小配電區(qū)域的始點經歷了過電流，并且該區(qū)域的所有末點均未經歷過電流，則該最小配電區(qū)域內有故障。故障

19、區(qū)域判斷出來后，只需將該區(qū)域等端點斷開就可以了。,三、故障后健全區(qū)域優(yōu)化恢復供電 配電網發(fā)生故障后，控制中心可以根據(jù)配電自動化設備上報的信息及時準確的判斷故障區(qū)域，并將故障隔離在最小范圍。健全區(qū)域優(yōu)化恢復供電方案的選擇如下，首先搜索出和受故障影響的健全區(qū)域相連的所有聯(lián)絡開關，分別合上各個聯(lián)絡開關，就分別對應了一種健全區(qū)域的營救方案，然后采用計算機分別計算各個方案的主要指標，從中挑選出最佳方案。,4.6 饋線自動化的電源問題,一、饋線自動化的各個環(huán)節(jié)在停電時，應擁有可靠的備用工作電源。 對饋線自動化控制中心，可以為控制系統(tǒng)安裝大容量的UPS，以保證其在停電后仍能夠長時間安全運行。 對區(qū)域工作站，

20、也應采用較大容量的UPS，保證其安全運行。,對于開閉所和小區(qū)變的RTU，可以采用雙電源供電，并通過自動切換裝置保證當缺少任一路供電時，其電源不間斷。 對于FTU，電源獲取采取以下方法： 1、操作電源和工作電源均取自饋線：這種方法不需要蓄電池，F(xiàn)TU的工作電源和柱上開關的操作電源均取自饋線。 2、操作電源和工作電源均取自蓄電池：FTU機箱安放一個較大容量的蓄電池，工作電源和開關的操作電源均從蓄電池獲得，即使饋線停電，F(xiàn)TU和柱上開關都能工作。,3、操作電源取自饋線，工作電源取自蓄電池：FTU的工作電源取自蓄電池，柱上開關的操作電源和蓄電池的充電電源通過變壓器從饋線上取得。 4、此外還有采用不間斷

21、電源UPS為FTU提供工作電源和操作電源的方法，適合于采用220V交流操作機構和交流儲能電機的柱上開關的情形，同時UPS必須特殊制造，使其能夠滿足在惡劣條件下工作的要求。,4.7 饋線自動化的若干技術問題,一、合閘過程中的勵磁涌流 產生勵磁涌流的根源是在變壓器一側繞組受到外施電壓驟增時，基于磁鏈守恒定理，該繞組在磁路中將產生單極性的偏磁，如偏磁極性恰好和變壓器原來的剩磁極性相同時，就可能因偏磁與剩磁和穩(wěn)態(tài)磁通疊加而導致磁路飽和，從而大幅度降低變壓器繞組的勵磁電抗，進而誘發(fā)數(shù)值可觀的勵磁涌流。由于偏磁的極性及數(shù)值是可以通過選擇外施電壓合閘相位角進行控制的，可以通過控制變壓器空投時的電源電壓相位角，實現(xiàn)讓偏磁與剩磁極性相反，從而消除產生勵磁涌流的土壤磁路飽和，實現(xiàn)對勵磁涌流的抑制。,二、接點抖動和遙信