3(袁欽成)智能配電網(wǎng)的故障處理自動化技術(shù).ppt

智能配電網(wǎng)的故障處理自動化技術(shù)袁欽成 中國電力科學(xué)研究院北京科銳配電自動化股份有限公司2010 08 21 主要內(nèi)容 一 概述二 網(wǎng)絡(luò)式保護技術(shù) 解決配網(wǎng)保護快速性和選擇性的矛盾三 分布式智能技術(shù) 故障自動隔離 負(fù)荷自動轉(zhuǎn)供的可靠性更高四 故障點自動定位技術(shù) 解決查找故障點的效率問題 一 概述 智能電網(wǎng)的特點是 自愈 安全 經(jīng)濟 清潔 能夠提供適應(yīng)未來社會經(jīng)濟發(fā)展需要的優(yōu)質(zhì)電力與服務(wù) 自愈 實時掌控電網(wǎng)運行狀態(tài) 及時發(fā)現(xiàn) 快速診斷和消除故障隱患 在盡量少的人工干預(yù)下 快速隔離故障 自我恢復(fù) 避免大面積停電的發(fā)生 提升電網(wǎng)運行的可靠性 配電系統(tǒng)故障處理自動化技術(shù) 解決配電網(wǎng)故障的自動切除 故障區(qū)段的自動隔離 非故障區(qū)域的自動恢復(fù)供電 故障點的自動定位問題 提高供電可靠性 配電系統(tǒng)的故障處理過程的三個階段 1 故障發(fā)生瞬間 故障的開斷和清除 一般在毫秒級時間內(nèi)完成 問題 選擇性和快速性的矛盾 一般技術(shù)只能是變電站出口斷路器跳閘 擴大了停電范圍 2 故障處理的第二階段 故障區(qū)段的隔離和非故障區(qū)域的恢復(fù)供電 持續(xù)時間一般是秒級至分鐘 一般采用集中控制方案 存在缺陷 可靠性不高 3 故障處理的第三個階段是故障點的定位和排除故障 通常需要數(shù)十分鐘至若干小時 配電網(wǎng)故障點精確定位困難 故障查找時間一般占故障處理時間的50 供電可靠性的提高受到限制 二 網(wǎng)絡(luò)式保護技術(shù) 解決配網(wǎng)保護快速性和選擇性的矛盾 傳統(tǒng)電流保護的問題 現(xiàn)象 城市配網(wǎng)線路短 多開關(guān)串聯(lián) 短路電流差別小 保護的電流定值配合困難 用時間配合 會造成出口保護的動作時間太長 因此一般都是變電站出口跳閘 停電時間長 停電范圍擴大 原因 傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)電流保護其實質(zhì)是一個獨立的單元保護 它只檢測流過所監(jiān)測開關(guān)的電流而決定保護的動作與否及動作延時 而不關(guān)心相鄰開關(guān)的保護動作情況 這是造成相鄰保護相互配合困難的主要原因 網(wǎng)絡(luò)式保護的原理 保護監(jiān)測的范圍由一個點擴大到相聯(lián)開關(guān)甚至串聯(lián)的一組開關(guān) 則上下級保護的配合可以理解為保護的內(nèi)部協(xié)調(diào) 現(xiàn)代計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 使得我們借助于網(wǎng)絡(luò)通信實現(xiàn)保護之間的協(xié)調(diào)而成為可能 不同地點的模擬量在當(dāng)?shù)貦z測完成 只是將檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)信息 保護判別結(jié)果的狀態(tài)信息 開關(guān)狀態(tài)信息等通過網(wǎng)絡(luò)由不同保護進行共享 以達到不同地點保護之間協(xié)調(diào)和配合 網(wǎng)絡(luò)式保護的核心目標(biāo) 實現(xiàn)保護的快速性和選擇性的統(tǒng)一 兩種模式 基于主從式通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)式保護和基于對等式通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)式保護 f 傳統(tǒng)保護問題 保護配合困難網(wǎng)絡(luò)式保護 任一點故障均可以有選擇性的速斷跳閘特點 解決了選擇性和快速性的矛盾 網(wǎng)絡(luò)式保護在架空線路的應(yīng)用 網(wǎng)絡(luò)式保護技術(shù)在變電站的應(yīng)用 利用can總線進行高速數(shù)據(jù)交換 可以實現(xiàn)站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)式保護 保證任一點故障時 能實現(xiàn)故障的快速隔離 利用can總線進行高速數(shù)據(jù)交換 可以實現(xiàn)站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)式保護 保證任一點故障時 能實現(xiàn)故障的快速隔離 智能環(huán)網(wǎng)柜組成的電纜環(huán)網(wǎng)方案 f3 f5 s1 s2 t1 t2 t3 s3 t4 rdcu 3a控制器 三 分布式智能技術(shù) 故障自動隔離 負(fù)荷自動轉(zhuǎn)供的可靠性更高 1 現(xiàn)有的故障隔離和轉(zhuǎn)供的集中控制方式 對通信通道和主站依賴性太強 控制可靠性低 2 傳統(tǒng)的分段器和重合器方案 不利用信道交換信息 動作效率不高 電壓分段器工作原理 f 特點 不需要主站和通信缺點 只檢測電壓 動作次數(shù)多應(yīng)用狀況 日本應(yīng)用較多 電流計數(shù)型分段器工作原理 f 特點 不需要主站和通信缺點 只檢測電流 不適合主環(huán)路應(yīng)用狀況 一般與重合器配合使用 重合器工作原理 cb1 s1 s2 s3 s4 s5 cb2 f 特點 不需要主站和通信 可以自己切斷故障 增加環(huán)網(wǎng)功能后可以進行故障隔離和供電轉(zhuǎn)供缺點 保護配合比較困難 綜合型分布智能模式 綜合檢測電流電壓綜合了電壓分段器 電流分段器和重合器的優(yōu)點不依賴通信 但可以利用通道提高效率與各種開關(guān)集成構(gòu)成智能柱上開關(guān)適合在主環(huán)路或分支回路 綜合型分布智能模式在架空網(wǎng)中的應(yīng)用 柱上開關(guān)可使用負(fù)荷開關(guān)或斷路器實現(xiàn)故障自動隔離 自動轉(zhuǎn)移供電支持兩電源或三電源 四電源系統(tǒng)沒有通信通道也可以實現(xiàn)故障隔離和電源轉(zhuǎn)供及供電恢復(fù)有通信時可自動升級實現(xiàn)遠程自動化功能故障就地處理 可靠性高 速度快適應(yīng)不同階段的自動化要求 自動隔離故障分支 故障自動隔離和轉(zhuǎn)供 rdcu 1a控制器 分布式智能模式在電纜網(wǎng)應(yīng)用 智能環(huán)網(wǎng)柜進出線開關(guān)可使用負(fù)荷開關(guān)或斷路器出線故障只跳出線內(nèi)部故障自己隔離主環(huán)故障時自動隔離故障區(qū)段 自動轉(zhuǎn)移供電不依賴通信實現(xiàn)自動化功能有通信時自動實現(xiàn)遠程自動化 智能環(huán)網(wǎng)柜組成的電纜環(huán)網(wǎng)方案 f3 f5 s1 s2 t1 t2 t3 s3 t4 rdcu 3a控制器 工程應(yīng)用 以分布式智能技術(shù)為基礎(chǔ)的故障隔離和轉(zhuǎn)供方案 由于不依賴通信道和主站會使得控制方案更可靠 由于可以逐步升級 因此適合分步實施 利用該技術(shù)設(shè)計的智能柱上開關(guān)和智能環(huán)網(wǎng)柜已經(jīng)在工程中廣泛應(yīng)用 智能環(huán)網(wǎng)柜 特點 1 grc外殼 純戶外設(shè)計 共箱式結(jié)構(gòu)2 進出線開關(guān)斷路器和負(fù)荷開關(guān)可選3 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)式保護功能 故障就地快速切除4 分布式智能控制功能 自動隔離故障區(qū)段 自動轉(zhuǎn)移供電5 ftu功能內(nèi)置 實現(xiàn)四遙和配電自動化 智能重合器 斷路器 特點 1 永磁操作機構(gòu) 穩(wěn)定 可靠 壽命長2 可安裝在變電站出線 線路分段 線路分支處3 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)式保護功能 故障就地快速切除4 分布式智能控制功能 自動隔離故障區(qū)段 自動轉(zhuǎn)移供電5 ftu功能內(nèi)置 可實現(xiàn)實現(xiàn)四遙和配電自動化 四 故障點自動定位技術(shù) 解決查找故障點的效率問題 1 短路故障指示器的原理和應(yīng)用2 故障指示器的最新發(fā)展 1 單相接地故障檢測和指示 2 帶通信的故障遠程指示和故障自動定位系統(tǒng) 故障指示器原理 現(xiàn)狀 分類 1 故障指示器 一種安裝在配電線路上指示故障電流通路的智能裝置 2 批量安裝故障指示器是一種最實用的配電自動化方案3 不需要開關(guān)和智能控制器就能實現(xiàn)實現(xiàn)故障定位 因而更經(jīng)濟4 與用開關(guān)和智能控制器進行故障區(qū)段定位和隔離不同 由于故障指示器成本低 因而安裝數(shù)量可以更多 故障區(qū)段定位可以更精確 從而大大縮短故障巡查時間 短路故障指示器原理和應(yīng)用 6kv 35kv架空線導(dǎo)線電纜母排 用于指示短路故障電流通路 確定故障分支和故障點 適用范圍 功能 工作原理 過流動作的指示原理 類似于過流繼電器 當(dāng)線路中流過的電流大于其設(shè)定值時 故障指示器給出動作信號 自動適應(yīng)負(fù)荷變化的故障指示器原理 該原理獲得國家發(fā)明專利 指示器自動適應(yīng)負(fù)荷變化 指示器是否動作動作主要取決于故障電流分量而不是總電流 智能化程度高 判據(jù)比較全面 可以大大減少誤動的可能性 架空線型故障指示器 2 故障指示器的最新發(fā)展 1 單相接地故障檢測和接地故障指示器單相接地故障檢測方案方案 2 故障信號遠傳 故障自動定位系統(tǒng) 1 單相接地故障檢測 選線和定位技術(shù) 單相接地故障檢測是世界難題 對于中性點非直接接地的配電系統(tǒng)來說 配電線路上單相接地故障點的定位是世界難題目前大多數(shù)產(chǎn)品主要用在變電站接地選線配電線路上單相接地故障點定位是供電部門迫切需要解決的問題 傳統(tǒng)的接地故障檢測方法的局限性 1 零序電流和零序電壓的檢測方法不適合在架空線路上的故障指示器使用2 需用比較各出線和各分支的檢測結(jié)果的方法不適合在故障指示器上直接使用3 隨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化而變化 隨接地情況變化而變化的故障特征不適合用在在故障指示器上作為故障檢測判據(jù)所以需要設(shè)法產(chǎn)生一個容易檢測的故障特征信號 在變電站接地變壓器的中性點對地之間接入可控的中電阻 100多歐姆 故障時在變電站接地變的中性點上 無中性點時可接在母線上 的動態(tài)阻性負(fù)載信號源自動短時投入 在變電站和現(xiàn)場接地點之間產(chǎn)生特殊的小的編碼信號電流 通過對信號源對地電阻的編碼控制 產(chǎn)生疊加在負(fù)載電流上的編碼信號電流 變電站出線和線路分支點處安裝的接地故障指示器 檢測這個電流信號 可自動動作指示 達到指示故障的目的系統(tǒng)組成 信號源裝置 故障檢測裝置 主要原理 變電站中阻智能接地法 變電站接線示意圖 接在中性點 北京科銳 jan2007 故障發(fā)生后 1 信號源延時投入 2 變電站出線的故障指示器指示出故障出線 k號指示器動作 3 選線裝置自動顯示和記錄故障出線 4 線路上故障通路上的的故障指示器k1 k3自動翻牌 給出紅色指示 故障指示器 配電自動化 北京科銳 jun 2001 將故障指示器的動作狀態(tài)通過適當(dāng)?shù)耐ㄐ欧绞剿偷娇刂浦行牡囊詆is為基礎(chǔ)的計算機監(jiān)控系統(tǒng) 實現(xiàn)在地理圖上的故障自動定位 接地故障信息處理過程 gsm通信網(wǎng) 架空探頭 探測短路和接地信號利用翻牌給出故障指示利用無線信號傳輸故障信息無線發(fā)射頻率419mhz66位加密碼 有效防止誤動工作溫度 45 c 85 c 架空系統(tǒng)故障指示器安裝示意圖 正常狀態(tài) 動作狀態(tài) 架空子站 接收探頭發(fā)射的故障信息調(diào)制的無線信號并進行解調(diào)對解調(diào)后的信號進行解密計算并判斷是否正確將故障信息以短消息的方式發(fā)送給主站系統(tǒng)定期報告子站運行狀態(tài)對后備電源的充放電進行管理 架空子站 架空系統(tǒng)指示器和子站配置示意圖 架空系統(tǒng)子站安裝示意圖 電纜系統(tǒng)故障指示器 該產(chǎn)品適用于小電流接地系統(tǒng)或小電阻接地系統(tǒng)的故障定位 由三部分組成 1 三個安裝在相線上的故障檢測探頭 檢測相間短路故障 2 一個接地故障指示器 檢測零序電流信號 檢測接地故障 3 一個安裝在開關(guān)柜面板上的故障指示器 顯示并傳輸故障信號 3 面板型故障指示器 2 接地故障指示器 1 短路故障指示器 電纜子站 電纜系統(tǒng)指示器和子站配置示意圖 sfi 短路故障指示器efi 接地故障指示器 故障指示器和子站安裝示意圖 電纜型指示器和子站安裝示意圖 子站 指示器 中心站功能 實現(xiàn)通信管理和數(shù)據(jù)集中功能 它向下與各個子站通信 負(fù)責(zé)收集現(xiàn)場探頭的故障信息 向上與主站通信 傳送所收集的數(shù)據(jù) 具備基本的通信連接 協(xié)議轉(zhuǎn)換 信息收集 緩存和處理功能 具備與第三方軟件接口的功能 主站 集gis 地理信息系統(tǒng) 和mis 管理信息系統(tǒng) 于一體 它既可用來實時監(jiān)測配電網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和故障 并自動確定故障位置 便于電路的維護和事故搶修 又可用來對配電網(wǎng)設(shè)施進行管理 便于設(shè)施信息的錄入 查詢和統(tǒng)計 主站 實時搜集故障指示器動作信息和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù) 故障指示器的動作信息和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)的一致性原則故障通路和故障點的查找糾錯和補漏gis支撐平臺將故障點發(fā)給中心站配電網(wǎng)圖形編輯 創(chuàng)建和修改配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)圖 包括電力線路 桿塔 開關(guān) 變電站 開閉所和故障指示器 基于gis的故障定位 基于主接線圖的故障定位 在故障定位系統(tǒng)基礎(chǔ)上升級的二遙系統(tǒng) 目的 實現(xiàn)實現(xiàn)故障的快速定位 減少故障巡查和故障處理時間 實時監(jiān)測電流和開關(guān)狀態(tài) 實現(xiàn)對電網(wǎng)的基本監(jiān)測設(shè)備 故障指示器 監(jiān)測終端特點 不需要改造現(xiàn)有一次設(shè)備 投資省 見效快 容易實施 容易推廣 在故障定位系統(tǒng)基礎(chǔ)上升級的二遙系統(tǒng) 新型的帶電流測量功能的短路故障指示器主要用于電纜線路的短路故障檢測及線路負(fù)荷電流的測量 指示器正常情況下監(jiān)測電纜線路的負(fù)荷電流 并定時上傳負(fù)荷電流數(shù)據(jù) 當(dāng)線路出現(xiàn)短路故障或接地故障時 指示器自動識別短路故障電流特征 或接地信號電流特征 并給出短路 或接地 故障指示信號 同時通過塑料光纖將故障信號以及電流信息上傳給光纖數(shù)據(jù)采集器及面板型指示器 二遙通信終端作為實用的配電自動化系統(tǒng)中的兩遙 遙測 遙信 功能的配電終端裝置 安裝于環(huán)網(wǎng)柜 開閉所內(nèi) 該終端將安裝在線路上的故障指示器發(fā)送過來的線路負(fù)荷電流 故障動作信息和線路上的開關(guān)狀態(tài)信息接收后進行分析 編譯 通過gprs 或其它通道 通信方式將信息發(fā)送給配網(wǎng)主站 實現(xiàn)配電網(wǎng)的負(fù)荷監(jiān)測 故障檢測和定位功能 實用的二遙配電自動化系統(tǒng) 通過實施實用的 二遙 故障自動定位及負(fù)荷監(jiān)控系統(tǒng) 可以在不改造一次設(shè)備的情況下 通過有限的資金投入 實現(xiàn)基本的二遙功能 實現(xiàn)故障的快速定位 減少故障巡查和故障處理時間 實時監(jiān)測電流和開關(guān)狀態(tài) 實現(xiàn)對配電網(wǎng)的基本監(jiān)測 符合配電自動化系統(tǒng)的實用化發(fā)展方向 總結(jié) 配電系統(tǒng)故障處理自動化技術(shù)是智能電網(wǎng)的重要技術(shù)內(nèi)容之一 使用該技術(shù)可以有效地減少故障停電時間 縮小故障停電面積 提高供電可靠性 對于有多級開關(guān)串聯(lián)的配電線路 利用網(wǎng)絡(luò)式