1、第5章 馈线自动化,主讲人：韩国政,内容,5.1 基本概念5.2 顺序重合控制模式5.3 基于主站和终端的模式5.4 分布式智能模式5.5 小电流接地故障,5.1 基本概念,馈线自动化,馈线自动化 利用自动化装置或系统，监视配电线路的运行状况，及时发现线路故障，迅速诊断出故障区间并将故障区间隔离，快速恢复对非故障区间的供电。Feeder Automation，FAFault Location, Isolation and Service Restoration ，FLIR两种模式作用一个独立的系统存在集成到DAS中是运行在DSCASA系统（平台）之上的一个高级应用软件是配网自动化的一个关键技术
2、内容,馈线自动化的作用（1/2）,提高供电可靠性缩小停电范围减小故障停电时间根据韩国统计，实施FA后，故障处理平均时间从76分钟缩短到6分钟减小故障发生概率在线监测线路和设备绝缘状态，及时发现并消除故障隐患目前，我国电网因施工、检修原因造成停电时间还占比较大的比例。 随着计划停电时间减少，故障停电时间比例增大，配电自动化作用会更加明显。最直接、最核心的作用按照广州的统计，2008年 99.797 (1040分钟) 2013年 99.986（72分钟）99.996（21分钟）深圳 2008年 99.924 （389分钟）,馈线自动化的作用（2/2）,提高用户服务质量减小用户停电范围、停电时间故障
3、后，及时告知用户故障位置、原因、停电范围以及大致的恢复时间提高管理效率及时确定线路故障位置和原因，节约大量的人工现场巡查和操作劳动力提高资产利用率，推迟基建投资设备故障时，可由其它变电所代为供电，减小了对本所设备的备用容量要求根据东京电力公司统计：三分割三连接时，负荷率可达75%；六分割三连接时，负荷率可达85%,实施馈线自动化的条件,用户对供电可靠性(大于99.99%，51分钟)、供电质量提出了较高要求电网建设、运行、管理达到一定水平。一次网架结构满足要求：环网供电、线路合理分段，回路负荷可以转移。一次设备技术性能与指标满足要求拥有一支具有较高技术素质的自动化系统运行、管理及维护队伍,馈线自
4、动化的故障检测,短路故障检测原理：过电流FTU检测容易应用普及整体效果：较好接地故障检测原理：多种多样FTU检测困难应用较少整体效果：效果较差,简易模式故障指示器顺序重合控制模式以每一条馈线为单元，就地控制模式。重合器、分段器基于配电主站和终端的模式配电主站、配电终端三遥：遥测、遥信、遥控分布式智能型 快速自愈,馈线自动化系统的模式,故障指示器,检测故障电流指示故障不带通信的，人工巡线带通信的 故障自动定位,应用实例,5.2 顺序重合控制模式,顺序重合,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。就地模式根据就地信号的不同，分为电压就地控制
5、型电流就地控制型电压电流就地控制型,重合器,具有多次重合功能和自具功能的断路器。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自带控制和操作电源操作不受外界继电器控制，而由微处理器控制。,自动重合器分类,按相别分：自动重合器有单相、三相式。按安装方式分：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。按灭弧介质分：油重合器真空重合器六氟化硫重合器按控制方式分：液压重合器电子重合器,主要技术参数,额定电流:额定电流必须等于或大于线路最大预期负荷电流。额定电压：开关设备的标称电压。开关设备的额定电压应不低于系统电压。最小脱扣电流
6、：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。重合器的时间电流（t-I）特性,快速动作曲线,慢速动作曲线,选用原则,重合器的额定电压必须大于或等于系统电压。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。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。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。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,分段器,线路自动分段器(Au
7、tomatic 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。,分段器的结构类型,必须使分段器的额定电压等于或大于系统最高工作电压。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。 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。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,分段器的选用原则
8、,与前级开关设备（重合器或断路器）配合使用，不能开断短路故障电流，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。,过流脉冲计数型分段器,短路故障的重合器FA模式(1/2),利用重合器和分段开关的时序配合，自动隔离故障重合器（R1，R2）：自具控制和保护功能的开关设备按照预定的开断、重合
9、顺序进行操作，其后复位或闭锁分为瞬动（快速动作）特性和延时动作（慢速动作）特性通常：一快二慢，二快二慢，一快三慢原理和动作特性一致分段开关（Q1Q3，L）：与电源侧前级开关配合，在失压或无流时自动分闸的设备永久故障时，在预定次数分合操作后闭锁于分闸状态，隔离故障未完成预定次数的分合操作，说明故障被其他设备切除，保持合闸状态，恢复预先整定状态。不同类型、不同原理,短路故障的重合器FA模式,电流控制方式分段开关根据检测到的过电流次数动作电压时间控制方式分段开关根据两侧电压变化并结合时间配合动作电压电流控制方式分段开关同时根据电压和过电流动作,电流控制方式（1/2）,分段开关的结构特点负荷开关开关安
10、装CT，可检测到过流仅可用于辐射网络，不能用于环状网分段开关的工作过程正常运行时为常闭状态在一定时间内，累计重合器开断故障电流的次数达到预定次数后，在重合器再次断开后，跳闸并闭锁未达到预定次数，在一定时间后清零,电流控制方式（2/2）,Q1，Q2累计次数整定为2，R1累计次数整定为3永久故障的隔离过程设线路区段II发生永久性短路故障重合器R1检测到过流，跳闸Q1累计1次开断故障信息，Q2未感受到过电流重合器R1第一次重合，合闸到故障并立即再次跳闸Q1累计2次开断故障信息，跳闸并闭锁重合器R1第二次重合，恢复区段I和III供电类似过程，可以处理瞬时性故障分段开关不能级联过多重合器的快、慢两种时限
11、与熔断器配合，也可隔离故障,1,1,0,2,2,0,电压时间控制方式（1/5）,分段开关的结构特点为负荷开关可断开负荷电流可合闸到故障不能开断故障电流开关两侧均安装PT（变压器）提供电源检测线路是否有电即可用于辐射网络，又可用于环状网分段开关的状态常闭状态：用于普通分段开关常开状态：用于联络开关,电压时间控制方式中的分段开关,电压时间控制方式（2/5）,普通分段开关的工作过程正常运行时为常闭状态两侧均失压后跳闸一侧有压、一次无压后，经过延迟时间T1后合闸合闸后，在T2时间内再次两侧失压，则跳闸并闭锁闭锁后再次一侧有压不合闸闭锁需要人工解锁T2时限称为故障检测时间合闸后，在T2时间以外再次两侧失
12、压，则跳闸不闭锁联络开关的工作过程正常运行时为常开状态一侧有压、一次无压后，经过延迟时间T3后合闸合闸后，在T2时间内再次两侧失压，则跳闸并闭锁合闸后，在T2时间以外再次两侧失压，则跳闸不闭锁时限整定要合理T1T2重合器跳闸时间T3T1*N(失压侧分段开关个数)+重合器跳闸时间,电压时间控制方式（3/5）,放射性线路中永久故障的隔离过程设线路区段III发生永久性短路故障重合器R1检测到过流，跳闸Q1，Q2两侧失压，跳闸重合器R1重合，区段I带电Q1一侧有电，经过T1后合闸Q2一侧有电，经过T1后合闸，合闸到故障R1立即再次跳闸Q1，Q2两侧失压跳闸，Q2闭锁R1重合，区段I带电Q1一侧有电，经
13、过T1后合闸Q2一侧有电，但不再合闸,电压时间控制方式（4/5）,放射性线路中瞬时性故障的处理过程设线路区段III发生瞬时性短路故障重合器R1检测到过流，跳闸，故障点恢复Q1，Q2两侧失压，跳闸重合器R1重合，区段I带电Q1一侧有电，经过T1后合闸，区段II带电Q2一侧有电，经过T1后合闸，区段III带电系统恢复正常运行,电压时间控制方式（5/5）,环形线路中永久故障的隔离过程设线路区段II发生永久性短路故障左侧的处理过程与放射性线路时相同联络开关L经过时延T3后重合，区段III带电Q2一侧有电，经过T1后合闸，合闸到故障R2感受到故障电流，立即跳闸Q2，Q3和L两侧失压跳闸，Q2闭锁R2重合
14、，区段V带电Q3一侧有电，经过T1后合闸L一侧有电，经过T1后合闸Q2一侧有电，但不再合闸,电压电流控制方式（1/2）,分段开关的结构特点断路器：可开断故障电流开关安装CT，两侧安装PT（变压器），即可用于辐射网络，又可用于环状网分段开关的工作过程正常运行时为常闭（普通分段开关）或常开（联络开关）状态两侧均失压后跳闸一侧有压、一次无压后，经过延迟时间T1后合闸合闸后，在T2时间内检测到故障电流，则跳闸并闭锁合闸后，在T2时间以外检测到故障电流，则不跳闸,电压电流控制方式中的分段开关,电压电流控制方式（2/2）,环形线路中永久故障的隔离过程设线路区段II发生永久性短路故障重合器R1检测到过流，跳
15、闸Q1，Q2两侧失压，跳闸重合器R1重合，区段I带电Q1一侧有电，经过T1后合闸，合闸到故障，立即跳闸并闭锁联络开关L经过时延T3后重合，区段III带电Q2一侧有电，经过T1后合闸，合闸到故障，立即跳闸并闭锁重合器和分段开关的动作时限要配合好动作次数少处理时间短,5.3 基于主站和终端的模式,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
16、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。,35,短路故障的集中智能FA模式(1/6),系统组成现场开关监控终端（FTU）
17、通信网：主从式通信控制主站（子站）监控终端（FTU）能检测到故障电流，环网供电时需要检测故障电流方向向主站（子站）报告故障信息主站（子站）判断故障位置，给出优化的故障隔离和恢复方案并实施,短路故障的集中智能FA模式(2/6),故障区段的判断原理单电源时，故障区段位于从电源到末梢方向，最后一个经历故障电流和第一个未经历故障电流的开关之间双电源（闭环运行的环网）时：故障位于两侧开关检测到故障电流流向相反的区段两侧电流均流入该区段,短路故障的集中智能FA模式(3/6),架空环网的方案故障处理流程k点发生故障，断路器QF1跳闸，重合后再跳闸Q11开关检测到两次过电流信息，上报主站主站判断故障位于S11
18、与S12之间主站遥控拉开S11和S12，隔离故障区段主站遥控闭合CB1和联络开关St，恢复健全区段供电,短路故障的集中智能FA模式(4/6),电缆环网的方案环网柜进线采用电动负荷开关，出线采用负荷开关加熔断器一般只监控环网柜进线开关故障处理流程设k点发生故障断路器QF1跳闸Q11，Q12开关检测到过电流信息，上报主站主站判断故障位于Q12与Q21之间主站遥控拉开Q12和Q21，隔离故障区段主站遥控闭合QF1和联络开关Qt，恢复所有负荷供电环网柜出线故障时，通过延时配合由熔丝隔离故障,短路故障的集中智能FA模式(5/6),开闭所的方案进线采用断路器并配有保护，出线采用电动负荷开关监控所有进线和出
19、线开关故障处理流程1设k1点发生故障上级断路器保护动作，进线断路器QF1检测到失压跳闸备用电源自投装置动作，联络开关Qt闭合，开闭所恢复供电,短路故障的集中智能FA模式(6/6),开闭所的方案故障处理流程2设k2点发生故障进线断路器QF1保护动作，跳闸QF1和Q3检测故障电流，上报主站主站判断故障位于Q3，遥控打开q3，隔离故障线路主站遥控QF1闭合，恢复其它线路供电,短路故障的半自动FA模式,系统结构和集中智能模式相同 通信网相同FTU可能不需要遥控机构主站判断出故障区段故障隔离和恢复主站不给出故障隔离和恢复方案，或者给出隔离和恢复方案供参考对于具有遥控功能的开关，由人工通过主站下发遥控命令
20、实现对不具有遥控功能的开关，由人工到现场操作实现处理速度较慢,5.4 分布式智能模式,短路故障的分布智能FA模式(1/5),总体结构与传统集中智能模式类似系统结构的不同之处分段开关为能够遮断短路电流的断路器相邻FTU之间能够通过通道实现快速数据交换（通信网具有对等通信条件）同时出线断路器的跳闸时间需要适当延长技术特点故障定位与控制决策均由FTU自身完成故障信息和决策信息也仅在一个区段相邻的几个FTU之间传递在出线断路器动作之前切除故障整个故障处理过程中，无需配电主站/子站参与协调与控制FTU只需事后将故障处理的结果上报给配电主站/子站,短路故障的分布智能FA模式(2/5),OES是工业通信以太
21、网交换机, 通过光纤介质相连形成双环自愈环网；CP是通信处理机FTU与CP通过OES的10M/100M电接口接入以太网，采用TCP/IP协议实现互相之间的对等(Peer-to-Peer)通信,一个典型的分布智能模式FA系统,短路故障的分布智能FA模式(3/5),短路故障快速故障处理流程对架空线路需要先重合检测到过流信息的各FTU分别与两侧各相邻FTU交换故障电流检测结果单电源系统（开环供电）中故障区段的判断故障区段：有且只有一个监控点感受到故障电流（注入型）健全区段：有两个监控点感受到故障电流（贯穿型）双电源系统（闭环供电）中故障区段的判断故障区段：有两个监控点感受到故障电流，且方向相反（均注
22、入区段）健全区段：有两个监控点感受到故障电流，且方向相同（贯穿型）,短路故障的分布智能FA模式(4/5),短路故障快速故障处理流程（续）如果监测点两侧均为健全区段则不做任何操作如果监测点有一侧为故障区段直接跳闸并闭锁通知故障区段相邻开关跳闸相邻联络开关则跳闸并闭锁未被闭锁的联络开关闭合，恢复故障下游健全区段供电,短路故障的分布智能FA模式(5/5),优点可以减少故障停电范围单电源时，故障点上游非故障区段不需要停电双电源时，所有非故障区段不需要停电快速隔离故障和恢复供电200ms内隔离故障单电源时，1.2s内恢复故障点下游健全区段供电双电源时，没有需要恢复的供电区段更高的可靠性减小对主站（子站）
23、和区域外通信网的要求适用短路故障和小电流接地故障进一步改善了电能质量，满足特殊负荷的更高要求。有多种实现模式一个区域内由一个FTU代替主站（子站）功能,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 。,采用面保护技术进行故障处理,必须有可靠的通信系统保护装置都应有CPU 必须具有并行处理能力。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。,实现面保护技术的必要条件,面保护基本原理,根据保护自身检
24、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。,基于馈线差动技术的FA,问题提出：当地方式馈线自动化多次重合，处理时间长； 远方主站方式也需一分钟以上；对于某些重要负荷（微电子、生物工程等），不满足要求应用 香港中华电力馈线差动技术：馈线上所有分段开关均为断路器，故障时可动作切断故障电流，相应的 FTU 均具有保护功能，保护动作基于故障点两侧信息判断FTU
25、之间需要高速通信。,馈线差动FA,馈线开关应为断路器（带保护），以满足切断故障电流的要求；馈线出现故障，故障点两侧应断开；如馈线故障时，就地保护失灵，则应出口断路器挑开，由主站系统负责进行故障隔离及供电恢复。,短路故障FA的应用效果,理论上很简单，但实用效果并不十分理想影响因素不同厂家产品，配合不够默契调试不充分没有考虑事项漏报FTU处于死机等非正常状态，没有检测到故障通信系统不正常数据丢包线路结构没有及时更改复杂故障（如多个并发故障）的处理,5.5 小电流接地故障的处理,FA中的小电流接地故障检测,应用较少，效果不佳FA模式：重合器模式半自动模式集中模式分布智能模式检测原理利用故障自身信息稳
26、态信息：工频，谐波；电压信息，电流信息暂态信息：相似性、近似熵、暂态功率方向利用外加信号中电阻注入异频信号多样化，均需要进一步实践检验,注入信号分段法,实现方法通过母线PT或消弧线圈二次绕组注入特定信号注入信号沿母线、故障线路故障相、故障点通过大地返回只有故障点上游的检测装置可以感受到注入信号注入信号类型单频（特频）信号双频（特频）信号间歇性工频信号工频半波信号优点可以应用不接地和消弧线圈接地系统可以通过相电流或零序电流检测可以应用架空线路和电缆线路缺点注入信号能量较小，易受干扰弧光接地和间歇性接地时，效果下降需要信号注入设备，施工不方便应用较广泛,接地故障的电压检测方法（1/3）,属于重合器
27、模式。基本原则：故障区段被隔离后系统三相电压恢复正常，恢复故障区段供电后立即又出现接地现象；健全区段无论在被隔离或是恢复供电前后，三相电压都不会发生明显变化。 利用三相电压（虚拟3U0）的变化，依靠断路器、分段/联络开关根据不同时延的相互配合，先断开故障线路、再逐段恢复供电的方法实现故障区段隔离、健全区段恢复供电。其确定故障区段的判据是，该区段相邻开关或出线断路器合闸前没有出现、而合闸后的故障识别期内出现接地现象。,接地故障的电压检测方法（2/3）,接地故障的电压检测方法（3/3）,适用不接地、谐振接地系统。一种被动式的稳态定位法。仅根据电压变化，分段效果良好。可适用复杂线路。不需要通讯系统。
28、依赖FTU和开关配合。 健全区段需要停电。每个分段点需要4个测量相电压的TV。,利用暂态电流相似性的接地故障检测（1/3）,接地故障暂态零序电流分布,利用暂态电流相似性的接地故障检测（2/3）,故障点两侧暂态过程是独立的故障点两侧暂态电流不相似健全区段两侧暂态电流相似,利用暂态电流相似性的接地故障检测（3/3）,实现过程检测装置（FTU）记录并提取零序电流中的暂态分量各检测装置将暂态电流送主站，由主站计算相邻检测点暂态电流的相似性，确定故障区段相邻检测装置交换暂态电流，确定是否故障区段优点能适应不接地系统和消弧线圈接地系统能适应架空线路和电缆线路不需要信号注入设备，仅依靠故障本身信号可利用零序
29、电流信号，也可利用相电流信号缺点对软硬件处理能力要求高主站算法相对复杂，不同厂家产品不易配合不能获得零序电压信号，检测装置不易区分故障和扰动检测装置间需要较高的同步技术,定位系统中接入选线装置,一般定位系统存在的问题往往在故障线路选择环节即出现误判由于FTU/FI条件限制（如不能获取零序电压、对时精度低），其故障检测可靠性较低仅利用FTU/FI故障信息，故障区段判断存在盲区各条线路首个FTU到母线之间的区段为盲区无法获取零序电压信号，不能准确区分扰动和故障利用选线装置的定位过程：由选线装置对接地故障进行可靠判断，并将选线结果和其它故障信息接入主站。主站根据选线装置结果判断扰动还是故障主站以选线装置的结果确定故障线路，再利用选线装置和故障线路上各FTU相关信息确定故障区段。变电站的选线装置同时起到了各条线路首端FTU的作用。,
