1、智能配电网的故障处理自动化技术主要内容一、概述概述二、网络式保护技术二、网络式保护技术解决配网保护快速解决配网保护快速 性和选择性的矛盾性和选择性的矛盾三、分布式智能技术三、分布式智能技术故障自动隔离、负故障自动隔离、负 荷自动转供的可靠性更高荷自动转供的可靠性更高四、故障点自动定位技术四、故障点自动定位技术解决查找故障解决查找故障点的效率问题点的效率问题一、概述智能电网的特点智能电网的特点是“自愈、安全、经济、清洁自愈、安全、经济、清洁，能够提供适应未来社会经济发展需要的优质电力与服务”。自愈自愈实时掌控电网运行状态，及时发现、快速诊断和消除故障隐患；在尽量少的人工干预下，快速隔离故障、自我2、恢复，避免大面积停电的发生，提升电网运行的可靠性。配电系统故障处理自动化技术配电系统故障处理自动化技术：解决配电网故障的自动切除、故障区段的自动隔离、非故障区域的自动恢复供电、故障点的自动定位问题，提高供电可靠性。配电系统的故障处理过程的三个阶段：n n1 1、故障发生瞬间，故障的开断和清除。、故障发生瞬间，故障的开断和清除。一般在毫秒级时间内完成。问题：选择性和快速性的矛盾。一般在毫秒级时间内完成。问题：选择性和快速性的矛盾。一般技术一般技术只能是变电站出口断路器跳闸，扩大了停电范围。只能是变电站出口断路器跳闸，扩大了停电范围。n n2 2、故障处理的第二阶段：故障区段的隔离和非故障区域的恢3、复供电。、故障处理的第二阶段：故障区段的隔离和非故障区域的恢复供电。持续时间一般是秒级至分钟。持续时间一般是秒级至分钟。一般采用集中控制方案，存在缺陷，可一般采用集中控制方案，存在缺陷，可靠性不高。靠性不高。n n3 3、故障处理的第三个阶段是故障点的定位和排除故障。、故障处理的第三个阶段是故障点的定位和排除故障。通常需要数十分钟至若干小时。通常需要数十分钟至若干小时。配电网故障点精确定位困难，故障查配电网故障点精确定位困难，故障查找时间一般占故障处理时间的找时间一般占故障处理时间的5050，供电可靠性的提高受到限制，供电可靠性的提高受到限制。二二、网网络式式保保护技技术解解决决配配网网保保护4、快快速速性性和和选择性性的的矛矛盾盾传统电流保护的问题：传统电流保护的问题：l现象：城市配网线路短、多开关串联，短路电流现象：城市配网线路短、多开关串联，短路电流差别小，保护的电流定值配合困难。用时间配合，差别小，保护的电流定值配合困难。用时间配合，会造成出口保护的动作时间太长，因此一般都是会造成出口保护的动作时间太长，因此一般都是变电站出口跳闸，停电时间长，停电范围扩大。变电站出口跳闸，停电时间长，停电范围扩大。l原因：传统的配电系统电流保护其实质是一个独原因：传统的配电系统电流保护其实质是一个独立的单元保护，它只检测流过所监测开关的电流立的单元保护，它只检测流过所监测开关的电流而决定保护的5、动作与否及动作延时，而不关心相而决定保护的动作与否及动作延时，而不关心相邻开关的保护动作情况，这是造成相邻保护相互邻开关的保护动作情况，这是造成相邻保护相互配合困难的主要原因。配合困难的主要原因。网络式保护的原理n n保保护护监监测测的的范范围围由由一一个个点点扩扩大大到到相相联联开开关关甚甚至至串串联联的的一一组组开开关关，则则上上下下级级保保护护的的配配合合可可以以理理解解为为保保护护的的内内部部协协调调。n n现现代代计计算算机机技技术术和和网网络络技技术术的的发发展展，使使得得我我们们借借助助于于网网络络通通信信实实现现保保护护之之间间的的协协调调而而成成为为可可能能。n n不不同同地6、地点点的的模模拟拟量量在在当当地地检检测测完完成成，只只是是将将检检测测结结果果的的数数据据信信息息、保保护护判判别别结结果果的的状状态态信信息息、开开关关状状态态信信息息等等通通过过网网络络由由不不同同保保护护进进行行共共享享，以以达达到到不不同同地地点点保保护护之之间间协协调调和和配配合合，n n网网络络式式保保护护的的核核心心目目标标：实实现现保保护护的的快快速速性性和和选选择择性性的的统统一一。n n两两种种模模式式：基基于于主主从从式式通通信信网网络络的的网网络络式式保保护护和和基基于于对对等等式式通通信信网网络络的的网网络络式式保保护护。CB1 S1 S2 S3S4 S5CB2 F7、传统保护问题：保护配合困难传统保护问题：保护配合困难网络式保护：任一点故障均可以有选择性的速断跳闸网络式保护：任一点故障均可以有选择性的速断跳闸 特点：解决了选择性和快速性的矛盾。特点：解决了选择性和快速性的矛盾。网络式保护在架空线路的应用网络式保护技术在变电站的应用n利用CAN总线进行高速数据交换，可以实现站内网络式保护，保证任一点故障时，能实现故障的快速隔离n n利用利用CANCAN总线进行高速数据交换，可以实现站内网络总线进行高速数据交换，可以实现站内网络式保护，式保护，保证任一点故障时，能实现故障的快速隔离保证任一点故障时，能实现故障的快速隔离保证任一点故障时，能实现故障的快速隔离保证8、任一点故障时，能实现故障的快速隔离35kV母线所用变主变35 kV进线35 kV进线PT避雷器10kV母线I10kV母线避雷器 主变出线出线K1:4222K3:4222K2:4226K4:4251K5:4253K6:4241K7:4231K8:4231K9:4231K10:4231K11:4241F6F8F7F9F11F10F3F4F1F2正方向K13:42214221K14:422542714222功能：限时速断、三相三段、方向、低压、负序、三段过负荷、测控4221功能：差动、速断保护、差动保护带谐波制动和斜率制动4253功能：三相三段式保护、测控、备投、功率方向4226功能：限时速断、三相9、三段、方向、低压、负序、过负荷、测控、备投4225功能：电压电流功率测量4231功能：2相三段、测控、低周、重合闸、反时限4241功 能：3相三段、低压、过压、不平衡电压、测控、反时限4271功能：PT测量、解并列K17:4232K16:42324232功能：三相三段、方向、低压、低周、重合闸、同期、测控智能环网柜组成的电缆环网方案F1F2F3F4F5S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4RDCU-3A控制器控制器三、分布式10、智能技三、分布式智能技术故障自故障自动隔离、隔离、负荷自荷自动转供的可靠性更高供的可靠性更高（1 1）现有的故障隔离和转供的集中控制方式：）现有的故障隔离和转供的集中控制方式：对通信通道和主站依赖性太强，控制可靠性低对通信通道和主站依赖性太强，控制可靠性低（2 2）传统的分段器和重合器方案，不利用信）传统的分段器和重合器方案，不利用信道交换信息，动作效率不高道交换信息，动作效率不高电压分段器工作原理 CB1 S1 S2 S3S4 S5CB2 F特点：不需要主站和通信缺点：只检测电压、动作次数多应用状况：日本应用较多电流计数型分段器工作原理 CB1 S1 S2 S3S4 S5CB2 F特点：不需11、要主站和通信缺点：只检测电流、不适合主环路应用状况：一般与重合器配合使用重合器工作原理 CB1 S1 S2 S3S4 S5CB2 F特点：不需要主站和通信，可以自己切断故障，增加环网功能后可以进行故障隔离和供电转供缺点：保护配合比较困难综合合型型分分布布智智能能模模式式n综合检测电流电压n综合了电压分段器、电流分段器和重合器的优点n不依赖通信，但可以利用通道提高效率n与各种开关集成构成智能柱上开关n适合在主环路或分支回路综合型分布智能模式在架空网中的应用n柱上开关可使用负荷开关或断路器n实现故障自动隔离、自动转移供电n支持两电源或三电源、四电源系统n没有通信通道也可以实现故障隔离和电源转供及供12、电恢复n有通信时可自动升级实现远程自动化功能n故障就地处理：可靠性高、速度快n适应不同阶段的自动化要求 F1F2CB1S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12S13S14S15CB2CB3CB4CB5CB6开闭所开闭所2#变电站变电站1#变变电电站站自动隔离故障分支故障自动隔离和转供RDCU-1A控制器控制器分布式智能模式在电缆网应用n智能环网柜进出线开关可使用负荷开关或断路器n出线故障只跳出线n内部故障自己隔离n主环故障时自动隔离故障区段、自动转移供电n不依赖通信实现自动化功能l有有通通信信时时自自动动实实现现远远程程自自动动化化 智能环网柜组成的电缆环网方案F1F2F3F4F13、5S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4RDCU-3A控制器控制器工程应用n以分布式智能技术为基础的故障隔离和转供方案，由于不依赖通信道和主站会使得控制方案更可靠；n由于可以逐步升级，因此适合分步实施。n利用该技术设计的智能柱上开关和智能环网柜已经在工程中广泛应用。智能环网柜特点：特点：1 1、GRCGRC外壳外壳、纯户外设纯户外设计计、共箱式共箱式结构结构2 2、进出线开关断路器和、进出线开关断路器和负荷负荷开关可选开关可14、选3 3、实现、实现网络式保护网络式保护功能，功能，故障就地快速切除故障就地快速切除4 4、分布式智能控制分布式智能控制功能：功能：自动隔离故障区段，自动隔离故障区段，自动转移供电自动转移供电5 5、FTUFTU功能功能内置：实现内置：实现四遥和配电自动化四遥和配电自动化智能重合器、断路器特点：特点：特点：特点：1 1 1 1、永磁操作机构永磁操作机构永磁操作机构永磁操作机构，稳定、可，稳定、可，稳定、可，稳定、可靠、寿命长靠、寿命长靠、寿命长靠、寿命长2 2 2 2、可安装在变电站、可安装在变电站、可安装在变电站、可安装在变电站出线出线出线出线、线、线、线、线路路路路分段分段分段分段、线路、15、线路、线路、线路分支分支分支分支处处处处3 3 3 3、实现、实现、实现、实现网络式保护网络式保护网络式保护网络式保护功能，故功能，故功能，故功能，故障就地快速切除障就地快速切除障就地快速切除障就地快速切除4 4 4 4、分布式智能控制分布式智能控制分布式智能控制分布式智能控制功能：自功能：自功能：自功能：自动隔离故障区段，自动转动隔离故障区段，自动转动隔离故障区段，自动转动隔离故障区段，自动转移供电移供电移供电移供电5 5 5 5、FTUFTUFTUFTU功能功能功能功能内置：可实现实内置：可实现实内置：可实现实内置：可实现实现四遥和配电自动化现四遥和配电自动化现四遥和配电自动化现四遥和配电16、自动化四、故障点自四、故障点自动定位技定位技术解决解决查找故障找故障点的效率点的效率问题1、短路故障指示器的原理和应用2、故障指示器的最新发展 （1）单相接地故障检测和指示 （2）带通信的故障远程指示和故障自动定位系统故障指示器原理、现状、分类1、故障指示器：一种安装在配电线路上指示故障、故障指示器：一种安装在配电线路上指示故障电流通路的智能装置。电流通路的智能装置。2、批量安装故障指示器是一种、批量安装故障指示器是一种最实用的配电自动最实用的配电自动化方案化方案3、不需要开关和智能控制器就能实现实现故障定、不需要开关和智能控制器就能实现实现故障定位，因而更经济位，因而更经济4、与用开关和智能17、控制器进行故障区段定位和隔、与用开关和智能控制器进行故障区段定位和隔离不同，由于故障指示器成本低，因而安装数量可离不同，由于故障指示器成本低，因而安装数量可以更多，故障区段定位可以更精确，从而大大缩短以更多，故障区段定位可以更精确，从而大大缩短故障巡查时间故障巡查时间短路故障指示器原理和应用6kV-35kV6kV-35kV 架空线导线架空线导线 电缆电缆 母排母排用于指示短路故障电流通路，确定故障分支和故障点用于指示短路故障电流通路，确定故障分支和故障点适用范围功能工作原理过流动作的指示原理类似于过流继电器，当线路中流过类似于过流继电器，当线路中流过的电流大于其设定值时，故障指示的电流大于其设18、定值时，故障指示器给出动作信号器给出动作信号。自动适应负荷变化的故障指示器原理ItIsItDTD I 该原理获得国家发明专利：该原理获得国家发明专利：指示器自动适应负荷变化，指示器是指示器自动适应负荷变化，指示器是否动作动作主要取决于故障电流分否动作动作主要取决于故障电流分量而不是总电流。智能化程度高，量而不是总电流。智能化程度高，判据比较全面，可以大大减少误动判据比较全面，可以大大减少误动的可能性；的可能性；。架空线型故障指示器架空线型故障指示器2、故障指示器的最新发展（1）单相接地故障检测和接地故障指示器 单相接地故障检测方案方案（2）故障信号远传、故障自动定位系统（1）单相接地故障相接地19、故障检测、选线和定位技和定位技术单相接地故障检测是世界难题n对于中性点非直接接地的配电系统来说，配电线路上单相接地故障点的定位是世界难题n目前大多数产品主要用在变电站接地选线n配电线路上单相接地故障点定位是供电部门迫切需要解决的问题传统的接地故障检测方法的局限性1、零序电流和零序电压的检测方法不适合在架空线路上的故障指示器使用2、需用比较各出线和各分支的检测结果的方法不适合在故障指示器上直接使用3、随系统结构变化而变化、随接地情况变化而变化的故障特征不适合用在在故障指示器上作为故障检测判据 所以需要设法产生一个容易检测的故障特征信号所以需要设法产生一个容易检测的故障特征信号在变电站接地变压器的20、中性点对地之间接入可控的中电阻（100多欧姆）。故障时在变电站接地变的中性点上（无中性点时可接在母线上）的动态阻性负载信号源自动短时投入,在变电站和现场接地点之间产生特殊的小的编码信号电流，通过对信号源对地电阻的编码控制，产生叠加在负载电流上的编码信号电流。变电站出线和线路分支点处安装的接地故障指示器，检测这个电流信号，可自动动作指示，达到指示故障的目的系统组成：系统组成：信号源装置+故障检测装置主要原理：主要原理：主要原理：主要原理：变电站中阻智能接地法站中阻智能接地法接地信号源消弧线圈接地变变电站接线示意图（接在中性点）变电站接线示意图（接在中性点）变电站接线示意图（接在中性点）变电站接线21、示意图（接在中性点）北京科锐北京科锐北京科锐Jan 2007Jan 2007Jan 2007 故障发生后：故障发生后：（1）信信号号源源延延时时投投入入；（2）变变电电站站出出线线的的故故障障指指示示器器指指示示出出故故障障出出线线（k号号指指示示器器动动作作）；（3）选选线线装装置置自自动动显显示示和和记记录录故故障障出出线线（4）线线路路上上故故障障通通路路上上的的的故障指示器的故障指示器k1-k3自动翻牌，给出红色指示。自动翻牌，给出红色指示。故障指示器故障指示器故障指示器故障指示器配电自动化配电自动化配电自动化配电自动化北京科锐北京科锐北京科锐Jun.2001Jun.2001Jun.222、001将故障指示器的动作状态通过适当的通信方式送到控制中心的以将故障指示器的动作状态通过适当的通信方式送到控制中心的以GIS为为基础的计算机监控系统，实现在地理图上的故障自动定位基础的计算机监控系统，实现在地理图上的故障自动定位 接地故障信息处理过程 GSMGSM通信网通信网架空探头n探测短路和接地信号n利用翻牌给出故障指示n利用无线信号传输故障信息n无线发射频率419MHzn66位加密码，有效防止误动n工作温度：-45C85C架空系统故障指示器安装示意图正常状态动作状态架空子站n接收探头发射的故障信息调制的无线信号并进行解调n对解调后的信号进行解密计算并判断是否正确n将故障信息以短消息的方式23、发送给主站系统n定期报告子站运行状态n对后备电源的充放电进行管理架空子站架空系统指示器和子站配置示意图架空系统子站安装示意图电缆系系统故障指示器故障指示器 该产品适用于小电流接地系统或小电阻接地系该产品适用于小电流接地系统或小电阻接地系统的故障定位。由三部分组成：统的故障定位。由三部分组成：1 1、三个安装在相线上的故障检测探头，检测相间、三个安装在相线上的故障检测探头，检测相间、三个安装在相线上的故障检测探头，检测相间、三个安装在相线上的故障检测探头，检测相间短路故障。短路故障。短路故障。短路故障。2 2、一个接地故障指示器（检测零序电流信号）检、一个接地故障指示器（检测零序电流信号）检、一24、个接地故障指示器（检测零序电流信号）检、一个接地故障指示器（检测零序电流信号）检测接地故障。测接地故障。测接地故障。测接地故障。3 3、一个安装在开关柜面板上的故障指示器，显示、一个安装在开关柜面板上的故障指示器，显示、一个安装在开关柜面板上的故障指示器，显示、一个安装在开关柜面板上的故障指示器，显示并传输故障信号。并传输故障信号。并传输故障信号。并传输故障信号。3、面板型故障指示面板型故障指示器器2、接地故障指、接地故障指示器示器1、短路故障指、短路故障指示器示器 电缆子站电缆系统指示器和子站配置示意图环网柜 环网柜 SFI3只EFI子站SFI：短路故障指示器：短路故障指示器EFI：接地故障25、指示器：接地故障指示器故障指示器和子站安装示意图电缆型指示器和子站安装示意图子站指示器中心站功能n实现通信管理和数据集中功能。它向下与各个子站通信，负责收集现场探头的故障信息，向上与主站通信，传送所收集的数据。具备基本的通信连接、协议转换、信息收集、缓存和处理功能。具备与第三方软件接口的功能。主站 集GIS（地理信息系统）和MIS（管理信息系统）于一体，它既可用来实时监测配电网络状态和故障，并自动确定故障位置，便于电路的维护和事故抢修，又可用来对配电网设施进行管理，便于设施信息的录入、查询和统计 主站n实时搜集故障指示器动作信息和网络拓扑实时搜集故障指示器动作信息和网络拓扑数据数据 故障指示器26、的动作信息和网络拓扑数据的一致性原则故障指示器的动作信息和网络拓扑数据的一致性原则 n故障通路和故障点的查找故障通路和故障点的查找 n纠错和补漏纠错和补漏nGIS支撑平台支撑平台 n将故障点发给中心站将故障点发给中心站n配电网图形编辑配电网图形编辑 创建和修改配电网网络图创建和修改配电网网络图,包括电力线路、杆塔、包括电力线路、杆塔、开关、变电站、开闭所和故障指示器开关、变电站、开闭所和故障指示器基于GIS的故障定位基于主接线图的故障定位在故障定位系统基础上升级的二遥系统n目的：实现实现故障的快速定位，减少故障巡查和故障处理时间；实时监测电流和开关状态，实现对电网的基本监测n设备：故障指示器监27、测终端n特点：不需要改造现有一次设备、投资省、见效快、容易实施、容易推广在故障定位系统基础上升级的二遥系统n n新型的带电流测量功能的短路故障指示器主要用于电缆线路新型的带电流测量功能的短路故障指示器主要用于电缆线路的短路故障检测及线路负荷电流的测量。指示器正常情况下的短路故障检测及线路负荷电流的测量。指示器正常情况下监测电缆线路的负荷电流，并定时上传负荷电流数据。当线监测电缆线路的负荷电流，并定时上传负荷电流数据。当线路出现短路故障或接地故障时，指示器自动识别短路故障电路出现短路故障或接地故障时，指示器自动识别短路故障电流特征（或接地信号电流特征），并给出短路（或接地）故流特征（或接地信号电28、流特征），并给出短路（或接地）故障指示信号，同时通过塑料光纤将故障信号以及电流信息上障指示信号，同时通过塑料光纤将故障信号以及电流信息上传给光纤数据采集器及面板型指示器。传给光纤数据采集器及面板型指示器。n n二遥通信终端作为实用的配电自动化系统中的两遥（遥测、二遥通信终端作为实用的配电自动化系统中的两遥（遥测、遥信）功能的配电终端装置，安装于环网柜、开闭所内。该遥信）功能的配电终端装置，安装于环网柜、开闭所内。该终端将安装在线路上的故障指示器发送过来的线路负荷电流、终端将安装在线路上的故障指示器发送过来的线路负荷电流、故障动作信息和线路上的开关状态信息接收后进行分析、编故障动作信息和线路上的29、开关状态信息接收后进行分析、编译，通过译，通过GPRSGPRS（或其它通道）通信方式将信息发送给配网（或其它通道）通信方式将信息发送给配网主站，实现配电网的负荷监测、故障检测和定位功能。主站，实现配电网的负荷监测、故障检测和定位功能。实用的二遥配电自动化系统n通过实施实用的“二遥”故障自动定位及负荷监控系统，可以在不改造一次设备的情况下，通过有限的资金投入，实现基本的二遥功能，实现故障的快速定位，减少故障巡查和故障处理时间；实时监测电流和开关状态，实现对配电网的基本监测，符合配电自动化系统的实用化发展方向总结n配电系统故障处理自动化技术是智能电网的重要配电系统故障处理自动化技术是智能电网的重要30、技术内容之一，使用该技术可以有效地减少故障技术内容之一，使用该技术可以有效地减少故障停电时间、缩小故障停电面积、提高供电可靠性。停电时间、缩小故障停电面积、提高供电可靠性。n对于有多级开关串联的配电线路，利用网络式保对于有多级开关串联的配电线路，利用网络式保护原理可以解决传统的电流保护原理难以解决的护原理可以解决传统的电流保护原理难以解决的保护快速性和选择性的矛盾问题，保证离故障点保护快速性和选择性的矛盾问题，保证离故障点最近的的开关速断跳闸；最近的的开关速断跳闸；n以分布式智能为基础的馈线自动化方案，可以实以分布式智能为基础的馈线自动化方案，可以实现故障的自动隔离和转供，利用通道但不依赖于现31、故障的自动隔离和转供，利用通道但不依赖于通信和主站，可靠性更高。通信和主站，可靠性更高。总结（续）n故故障障指指示示器器为为基基础础的的故故障障自自动动定定位位系系统统，是是故故障障处处理理自自动动化化的的重重要要内内容容，它它大大大大提提高高了了故故障障巡巡线线的的效效率率，缩缩短短了了故故障障停停电电时时间间，也也是是最最经经济济的的馈馈线线自自动动化化方方案案之之一一。n以以故故障障指指示示器器为为基基础础的的两两遥遥的的自自动动化化方方案案满满足足了了大大多多数数配配网网监监测测需需要要，不不需需要要改改造造任任何何一一次次设设备备，容容易易实实施施，实实用用化化程程度度高高，为为配配电电自自动动化化探探索索出出了了一一个个新新的的实实用用化化方方向向。谢谢！谢谢！