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1、会计学1配电网馈线自动化配电网馈线自动化第第3章章 配电网馈线自动配电网馈线自动化化n n3.1 3.1 馈线自动化模式馈线自动化模式n n3.2 3.2 就地控制方式的馈线自动化就地控制方式的馈线自动化n n3.2.1 3.2.1 重合器的分类和功能重合器的分类和功能n n3.2.2 3.2.2 分段器的分类和功能分段器的分类和功能n n3.2.3 3.2.3 重合器与电压重合器与电压-时间型分段器配合时间型分段器配合n n3.2.5 3.2.5 重合器与过流脉冲计数型分段器配合重合器与过流脉冲计数型分段器配合n n3.2.6 3.2.6 基于重合器的馈线自动化系统的不足基于重合器的馈线自动
2、化系统的不足n n3.3 3.3 远方控制方式的馈线自动化远方控制方式的馈线自动化n n6.3.1 6.3.1 系统概述系统概述n n6.3.2 6.3.2 馈线故障区段定位算法简介馈线故障区段定位算法简介n n6.3.3 6.3.3 基于网基结构矩阵的定位算法基于网基结构矩阵的定位算法n n6.3.4 6.3.4 基于网形结构矩阵的定位算法基于网形结构矩阵的定位算法n n3.4 3.4 馈线自动化系统设计馈线自动化系统设计n n6.4.1 6.4.1 系统结构系统结构n n6.4.2 6.4.2 硬件设计硬件设计n n6.4.3 6.4.3 软件设计软件设计第1页/共39页3.1 馈线自动化
3、模式馈线自动化模式馈线自动化FA（Feeder Automation）是指在正常情况下，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的目的；第2页/共39页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；在单相接地等异常情况下,对单相接地区段的查找提供辅助手段。第3页/共39页配电网馈线自动化的作用是提高供电可靠性和质量，减少配电网运行和检修的费用；在馈线自动化的所有功能中，故障区域定位、隔离及恢复非故障区域供电是一个主要
4、的功能。第4页/共39页 馈线自动化方案：馈线自动化方案：n n1.就地控制方式n n2.远方控制模式第5页/共39页3.2当地控制方式的馈线当地控制方式的馈线自动化自动化n n定义：依靠智能配电开关设备间的相互配合来实现馈线自动化n n分类：n n电流型方案：采用重合器、过流脉冲型分段器、熔断器相配合，以检测馈线电流来控制和保护。n n电压型方案：采用重合器与电压时间型分段器配合，以检测馈线电压为依据进行控制和保护。第6页/共39页3.2.13.2.13.2.13.2.1电压型方案电压型方案电压型方案电压型方案 1.1.重合器与电压重合器与电压重合器与电压重合器与电压-时间型分段器配合时间型
5、分段器配合时间型分段器配合时间型分段器配合 如下图，如下图，A A为重合器，整定为一慢二快，即第一次重为重合器，整定为一慢二快，即第一次重合时间为合时间为15s15s，第二次重合时间为，第二次重合时间为5s5s。B B和和DD采用电压采用电压-时时间型分段器，间型分段器，X X时限均整定为时限均整定为7s7s。C C和和E E采用电压采用电压-时间型时间型分段器，分段器，X X时限均整定为时限均整定为14s14s。所有分段器的故障检测装。所有分段器的故障检测装置的置的Y Y时限均整定为时限均整定为5s5s。分段器均设置在第一套功能。分段器均设置在第一套功能。(1).简单辐射状网故障区段隔离过程
6、简单辐射状网故障区段隔离过程第7页/共39页第8页/共39页2023/5/2A重合器：一慢二快，第一次重合重合器：一慢二快，第一次重合=15S，第二次重合，第二次重合=5S；B、D分段器：分段器：X=7S，Y=5S；C、E分段器：分段器：X=14S，Y=5SAecEDBdbaCAecEDdbaCA29secED 7sB7sdbaCA36secEDB7sdba闭锁闭锁C14sA15secEDBdbaCA22secEDB7sdbaCA69secE 14sD 7sB7sdba闭锁闭锁C(a)(f)(e)(d)(c)(b)(g)B第9页/共39页n n各开关动作时序图lA重合器：重合器：第一次重合时第
7、一次重合时间间=15S，第二，第二次重合时间次重合时间=5SlB、D分段器：分段器：X时限时限=7S，Y时限时限=5SlC、E分段器：分段器：X时限时限=14S，Y时限时限=5S第10页/共39页1)1)辐射状网正常工作的情形。辐射状网正常工作的情形。2)2)在在c c区段发生永久性故障后，重合器区段发生永久性故障后，重合器A A跳闸，导致线路失电压，造成分段器跳闸，导致线路失电压，造成分段器B B、C C、DD和和E E均分闸。均分闸。3)3)事故跳闸事故跳闸15s15s后，重合器后，重合器A A第一次重合。第一次重合。4)4)经过经过7s7s的的X X时限后，分段器时限后，分段器B B自动
8、合闸，将电供至自动合闸，将电供至b b区段。区段。5)5)又经过又经过7s7s的的X X时限后，分段器时限后，分段器DD自动合闸，将电供至自动合闸，将电供至d d区段。区段。6)6)分段器分段器B B合闸后，经过合闸后，经过14s14s的的X X时限后，分段器时限后，分段器C C自动合闸。自动合闸。7)7)重合器重合器A A再次跳闸后，又经过再次跳闸后，又经过5s5s进行第二次重合，分段器进行第二次重合，分段器B B、DD和和E E依次自依次自动合闸，而分段器动合闸，而分段器C C因闭锁保持分闸状态，从而隔离了故障区段，恢复了健因闭锁保持分闸状态，从而隔离了故障区段，恢复了健全区段供电。全区段
9、供电。第11页/共39页 图图3-33-3所示，所示，A A采用重合器，整定为一慢二快，即第一次重采用重合器，整定为一慢二快，即第一次重合时间为合时间为15s15s，第二次重合时间为，第二次重合时间为5s5s。B B、C C和和DD采用电压采用电压-时间型分段器并且设置在第一套功能，时间型分段器并且设置在第一套功能，X X时限均整定为时限均整定为7s7s，Y Y时限均整定为时限均整定为5s5s。E E也是采用电压也是采用电压-时间型分段器，但时间型分段器，但设置在第二套功能，其设置在第二套功能，其X XL L时限整定为时限整定为45s45s，Y Y时限整定为时限整定为5s5s。（2）环状网开环
10、运行时的故障区段隔离过程环状网开环运行时的故障区段隔离过程第12页/共39页第13页/共39页联络开关联络开关AecEDBdbaC(a)(b)F联络开关联络开关ecEDBdbaCF联络开关联络开关ecEDdbaC(c)FA15sB7s联络开关联络开关ecEDdbaC(d)FA22sBA(i)联络开关联络开关ecEDBdbaCF(e)联络开关联络开关ecEDdbaFA29sAB7sC7s闭锁闭锁联络开关联络开关EDC(f)FA41sB7s联络开关联络开关ecEDdbaC(g)FA45s(h)联络开关联络开关ecEDdbaF52sBCB7s45sA重合器：重合器：一慢二快，第一次重合一慢二快，第一
11、次重合=15S，第二次重合，第二次重合=5S；B、C、D分段器：分段器：X=7S，Y=5S；E分段器：分段器：XL=45S，Y=5S第14页/共39页各开关动作时序图lA重合器：重合器：第一次重合第一次重合=15S，第，第二次重合二次重合=5SlB、C、D分段器：分段器：X=7S，Y=5SlE分段器：分段器：X=45S，Y=5S第15页/共39页1)1)该开环运行的环状网正常工作的情形。该开环运行的环状网正常工作的情形。2)2)在在c c区段发生永性故障后，重合器区段发生永性故障后，重合器A A跳闸，导致联络开关左侧线路失电压，跳闸，导致联络开关左侧线路失电压，造成分段器造成分段器B B、C
12、C和和DD均分闸，联络开关均分闸，联络开关E E启动启动X XL L计时器。计时器。3)3)事故跳闸事故跳闸15s15s后，重合器后，重合器A A第一次重合。第一次重合。4)4)又经过又经过7s7s的的X X时限后，分段器时限后，分段器B B自动合闸，将电供至自动合闸，将电供至b b区段。区段。5)5)又经过又经过7s7s的的X X时限后，分段器时限后，分段器C C自动合闸，此时由于自动合闸，此时由于c c区段存在永久性故障区段存在永久性故障，再次导致重合器，再次导致重合器A A跳闸，从而线路失电压，造成分段器跳闸，从而线路失电压，造成分段器B B和和C C均分闸。均分闸。6)6)重合器重合器
13、A A再次跳闸后，又经过再次跳闸后，又经过5s5s进行第二次重合，进行第二次重合，7s7s后分段器后分段器B B自动合闸，自动合闸，而分段器而分段器C C因闭锁保持分闸状态。因闭锁保持分闸状态。7)7)重合器重合器A A第一次跳闸后，经过第一次跳闸后，经过45s45s的的X XL L时限后，联络开关时限后，联络开关E E自动合闸，将电供至自动合闸，将电供至d d区段。区段。第16页/共39页8)8)又经过又经过7s7s的的X X时限后，分段器时限后，分段器DD自动合闸，此时由于自动合闸，此时由于c c区段存在永久性故障区段存在永久性故障，导致联络开关右侧线路的重合器跳闸，从而右侧线路失电压，造
14、成其上面，导致联络开关右侧线路的重合器跳闸，从而右侧线路失电压，造成其上面的所有分段器均分闸。的所有分段器均分闸。9)9)联络开关以及右侧的分段器和重合器又依顺序合闸，而分段器联络开关以及右侧的分段器和重合器又依顺序合闸，而分段器DD因闭锁保因闭锁保持分闸状态，从而隔离了故障区段，恢复了健全区段供电。持分闸状态，从而隔离了故障区段，恢复了健全区段供电。第17页/共39页n n（1 1）分段器的时限整定。）分段器的时限整定。n n分段器的分段器的Y Y时限一般可以统一取为时限一般可以统一取为5s5s；n n分段器的分段器的X X时限的整定。时限的整定。n n第一步：确定分段器合闸时间间隔，并从联
15、络开关第一步：确定分段器合闸时间间隔，并从联络开关处将配电网分割成若干以电源开关为根的树状（辐处将配电网分割成若干以电源开关为根的树状（辐射状）配电子网络。射状）配电子网络。n n第二步：在各配电子网络中，以电源节点合闸为时第二步：在各配电子网络中，以电源节点合闸为时间起点，分别对各个分段器标注其相对于电源点合间起点，分别对各个分段器标注其相对于电源点合闸时刻的绝对合闸延时时间，并注意不能在任何时闸时刻的绝对合闸延时时间，并注意不能在任何时刻有一台以上的分段开关同时合闸。刻有一台以上的分段开关同时合闸。n n第三步：某台分段器的第三步：某台分段器的X X时限等于该开关的绝对合闸时限等于该开关的
16、绝对合闸延时时间减去其父节点分段器的绝对合闸延时时间。延时时间减去其父节点分段器的绝对合闸延时时间。（3）.重合器与电压重合器与电压-时间型分段器配合的整定方法时间型分段器配合的整定方法 第18页/共39页n n（2 2）联络开关的时限整定联络开关的时限整定“手拉手手拉手”的环状配电网只有一台联络开关参与故的环状配电网只有一台联络开关参与故障处理时，分别计算出与该联络开关紧邻的两侧障处理时，分别计算出与该联络开关紧邻的两侧区域故障时，从故障发生到与故障区域相连的分区域故障时，从故障发生到与故障区域相连的分段开关闭锁在分闸状态所需的延时时间段开关闭锁在分闸状态所需的延时时间T TL L（左）（左
17、）T TR R和（右），取其中较大的一个记作和（右），取其中较大的一个记作T Tmaxmax，则，则X XL L时限的设置应大于时限的设置应大于T Tmaxmax 。这样整定是允许在故障。这样整定是允许在故障后重合过程中可从任一侧进行按顺序的依次合闸。后重合过程中可从任一侧进行按顺序的依次合闸。第19页/共39页第20页/共39页n n例例3-1 3-1 对于图对于图3-43-4所示的配电网，所示的配电网，S1S1、S2S2和和S3S3代表具有两次代表具有两次重合功能的变电站出口重合器，第一次重合时间为重合功能的变电站出口重合器，第一次重合时间为15s15s，第二次重合时间为第二次重合时间为5
18、s5s。B B、C C、DD、F F、GG和和MM代表线路上代表线路上的电压的电压-时间型分段开关，设置在第一套功能，时间型分段开关，设置在第一套功能，X X时限均时限均整定为整定为7s7s。E E和和HH为联络开关；实心符号代表该开关处于为联络开关；实心符号代表该开关处于合闸状态，空心符号代表该开关处于分闸状态。假设相合闸状态，空心符号代表该开关处于分闸状态。假设相邻两台分段开关合闸时间间隔为邻两台分段开关合闸时间间隔为7s7s。要求整定：。要求整定：n n（1 1）虚线框内的网络中，各台分段开关的）虚线框内的网络中，各台分段开关的X X时限及联络时限及联络开关开关E E的的XLXL时限；时
19、限；n n（2 2）整个网络中，两台联络开关）整个网络中，两台联络开关E E、HH均参与故障处理均参与故障处理的情况下，分别整定联络开关的情况下，分别整定联络开关E E、HH的的XLXL时限。时限。第21页/共39页第22页/共39页第23页/共39页第24页/共39页第25页/共39页3.2.2电流型方案电流型方案2、重合器与过流脉冲计数型分段器配合、重合器与过流脉冲计数型分段器配合（1）.隔离永久故障区段过程隔离永久故障区段过程 图3-5重合器与过电流脉冲计数型分段器配合隔离永久性故障区段的过程a)正常运行bd)故障隔离过程e)故障隔离第26页/共39页1)1)该辐射状网正常工作的情形。该
20、辐射状网正常工作的情形。2)2)在在c c区段发生永久性故障后，重合器区段发生永久性故障后，重合器A A跳闸，分段器跳闸，分段器C C计过电流一次，由于未计过电流一次，由于未达到整定值达到整定值2 2次，因此不分闸而保持在合闸状态。次，因此不分闸而保持在合闸状态。3)3)经一段延时后，重合器经一段延时后，重合器A A第一次重合。第一次重合。4)4)由于再次合到故障点处，重合器由于再次合到故障点处，重合器A A再次跳闸，并且分段器再次跳闸，并且分段器C C的过电流脉冲计的过电流脉冲计数值达到整定值数值达到整定值2 2次，因此分段器次，因此分段器C C在重合器在重合器A A再次跳闸后的无电流时期分
21、闸再次跳闸后的无电流时期分闸并闭锁。并闭锁。5)5)又经过一段延时后，重合器又经过一段延时后，重合器A A进行第二次重合，而分段器进行第二次重合，而分段器C C保持在分闸状态保持在分闸状态，从而隔离了故障区段，恢复了健全区段的供电。，从而隔离了故障区段，恢复了健全区段的供电。第27页/共39页（2）.隔离暂时性故障区段隔离暂时性故障区段 图3-6重合器与过电流脉冲计数型分段器配合处理暂时性故障的过程a)正常运行b)故障隔离过程 c)故障消失第28页/共39页1)1)辐射状网正常工作的情形。辐射状网正常工作的情形。2)2)在在c c区段发生暂时性故障后，重合器区段发生暂时性故障后，重合器A A跳
22、闸，分段器跳闸，分段器C C计过电流一次，由于计过电流一次，由于未达到整定值未达到整定值2 2次，因此不分闸而保持在合闸状态。次，因此不分闸而保持在合闸状态。3)3)经一段延时后，暂时性故障消失，重合器经一段延时后，暂时性故障消失，重合器A A重合成功恢复馈线供电，再经重合成功恢复馈线供电，再经过一段整定的时间以后，分段器过一段整定的时间以后，分段器C C的过电流计数值清除，又恢复到其初始状的过电流计数值清除，又恢复到其初始状态。态。第29页/共39页3.2.33.2.3、基于重合器的馈线自动化系统不足、基于重合器的馈线自动化系统不足、基于重合器的馈线自动化系统不足、基于重合器的馈线自动化系统
23、不足 n n（1 1）为了隔离故障，重合器和分段器要进行多次分合操）为了隔离故障，重合器和分段器要进行多次分合操作，切断故障的时间较长，且对设备及负荷造成一定的作，切断故障的时间较长，且对设备及负荷造成一定的冲击。当采用重合器与电压时间型分段器配合隔离开冲击。当采用重合器与电压时间型分段器配合隔离开环运行的环状网的故障区段时，要使联络开关另一侧的环运行的环状网的故障区段时，要使联络开关另一侧的健全区段所有的开关都分一次闸，造成供电短时中断，健全区段所有的开关都分一次闸，造成供电短时中断，更加扩大了事故的影响范围。更加扩大了事故的影响范围。n n（2 2）基于重合器的馈线自动化系统仅在线路发生故
24、障时）基于重合器的馈线自动化系统仅在线路发生故障时发挥作用，而不能在远方通过遥控完成正常的倒闸操作。发挥作用，而不能在远方通过遥控完成正常的倒闸操作。n n（3 3）基于重合器的馈线自动化系统不能实时监视线路的）基于重合器的馈线自动化系统不能实时监视线路的负荷。负荷。n n（4 4）当故障区段隔离后，在恢复健全区段供电，进行配）当故障区段隔离后，在恢复健全区段供电，进行配电网络重构时，无法确定最优方案。电网络重构时，无法确定最优方案。第30页/共39页3.3远方控制方式的馈线远方控制方式的馈线自动化自动化n n远方控制方式远方控制方式FAFA的基础：计算机监控系统和通信网络的基础：计算机监控系
25、统和通信网络 主要设备：具有数据采集和通信能力的配电主要设备：具有数据采集和通信能力的配电远方终端单位远方终端单位n n1.1.远方监控方式远方监控方式FAFA的功能：的功能：正常时：远方实时的正常时：远方实时的“4Y”4Y”功能功能 异常时（负荷不均匀时）：优化运行方式异常时（负荷不均匀时）：优化运行方式 故障时：故障时：记录的故障电流、时间等上报记录的故障电流、时间等上报SCADASCADA控制中心，控制中心，远方自动判别、隔离故障区，恢复非故障区供电远方自动判别、隔离故障区，恢复非故障区供电第31页/共39页n n2.2.远方控制方式远方控制方式FAFA系统组系统组成：成：配电网自动化控
26、制中心计算机网络（配电网自动化控制中心计算机网络（SCADA）RTURTUFTU联络开关联络开关分段开关分段开关断路器断路器区域工作站区域工作站区域工作站区域工作站区域工作站区域工作站馈线馈线控制线控制线通信线通信线第32页/共39页n n系统由馈线监控终端、通信网络及主站系统构成。系统由馈线监控终端、通信网络及主站系统构成。第33页/共39页第34页/共39页第35页/共39页配电子站结构：（1）硬件：MCU及外围电路，SDRAM和FLASH电路，双以太网，CAN总线，RS232和RS485串行口，电源、复位电路和JTAG接口，液晶显示模块和键盘输入接口。（2）软件：采用VxWorks，可以
27、大大提高系统通信的稳定性和实时性，系统具有高效的TCP/IP协议栈，可以实时与主站通信，并可以远方诊断现场装置运行情况，进行远方软件维护和升级第36页/共39页n n3.3.远方控制方式远方控制方式FAFA的的实现：实现：n n正常时正常时RMU4RMU4的的A4-2A4-2打打开（开环运行）开（开环运行）n nF F点永久性故障点永久性故障n nFTU1FTU1和和FTU2FTU2有故障电有故障电流流n nFTU3FTU3无故障电流无故障电流n nSCADASCADA系统判定故障系统判定故障点在点在A2-2A2-2和和A3-1A3-1之间之间n nSCADASCADA系统系统YKYK断开断开
28、A2-A2-2 2和和A3-1A3-1隔离故障隔离故障n nSCADASCADA系统系统YKYK关合关合A4-A4-2 2恢复正常区域供电恢复正常区域供电第37页/共39页3.43.4两种馈线自动化方式的评价及拓展两种馈线自动化方式的评价及拓展两种馈线自动化方式的评价及拓展两种馈线自动化方式的评价及拓展n n两种两种FAFA系统的评价：系统的评价：当地控制方式的馈线自动化系统当地控制方式的馈线自动化系统远方控制方式的馈线自动化系统远方控制方式的馈线自动化系统主要主要主要主要优点优点优点优点结构简单，建设费用低，不需要建设通信结构简单，建设费用低，不需要建设通信网络，不存在电源提取问题网络，不存
29、在电源提取问题故障时快速隔离故障区域，正常时监控配网运故障时快速隔离故障区域，正常时监控配网运行，可以优化运行方式，实现安全经济运行；行，可以优化运行方式，实现安全经济运行；适应灵活的运行方式；恢复健全区域供电时，适应灵活的运行方式；恢复健全区域供电时，可以采取安全和最佳措施；可以和可以采取安全和最佳措施；可以和GISGIS、MISMIS等等联网，实现全局信息化联网，实现全局信息化主要主要主要主要缺点缺点缺点缺点只在故障时起作用，正常运行时不能起监只在故障时起作用，正常运行时不能起监控作用；调整运行方式后，需要重新到现控作用；调整运行方式后，需要重新到现场修改元件整定值；恢复健全区域供电时，场
30、修改元件整定值；恢复健全区域供电时，需要经过多次重合需要经过多次重合结构复杂，建设费用高，需要建设通信网络，结构复杂，建设费用高，需要建设通信网络，存在电源提取等问题存在电源提取等问题所需所需所需所需主要主要主要主要设备设备设备设备重合器、分段器等重合器、分段器等FTUFTU、通信网络、区域工作站、配电自动化计、通信网络、区域工作站、配电自动化计算机系统算机系统适用适用适用适用范围范围范围范围农网、负荷密度小的偏远地区、供电途径农网、负荷密度小的偏远地区、供电途径少于两条的网少于两条的网城网、负荷密度大的地区、重要工业园区、供城网、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、其他对供电可靠性电途径多的网格状配电网、其他对供电可靠性要求较高的区域要求较高的区域第38页/共39页