配電網(wǎng)故障處理關(guān)鍵技術(shù)解讀課件

配電網(wǎng)故障處理

關(guān)鍵技術(shù)

劉健教授、博士生導(dǎo)師、博士、SeniorMember,IEEE百千萬人才工程國家級人選、國務(wù)院政府特殊津貼專家國家電網(wǎng)公司優(yōu)秀工程技術(shù)專家、陜西電力科學(xué)研究院總工程師主要內(nèi)容

配電自動化概述繼電保護(hù)與配電自動化協(xié)調(diào)配合模式化故障處理大面積斷電快速恢復(fù)自愈式故障處理備用電源小結(jié)1、配電自動化概述

電力系統(tǒng)及其自動化35kV/10kV/6kV/0.4kV配電系統(tǒng)自動化的難度輸電網(wǎng)自動化配電網(wǎng)自動化工作環(huán)境室內(nèi)戶外惡劣環(huán)境：高低溫，濕度、防雨、防雷、防風(fēng)沙、防振動、抗電磁干擾等站點(diǎn)數(shù)量少，<100多，幾百、幾千甚至上萬電源獲取方便困難量測數(shù)據(jù)充足嚴(yán)重缺乏我國配電自動化系統(tǒng)的發(fā)展1995年東芝、Cooper產(chǎn)品進(jìn)入中國1997年銀川DAS、上海金滕開發(fā)區(qū)DAS1998年大規(guī)模試點(diǎn)，部分地區(qū)過于豪華，指標(biāo)追求過于高（不必要！）、攤子過于大（不必要?。╉n國、法國、日本……（注重投入產(chǎn)出）2004年反省2005年制定標(biāo)準(zhǔn)2009智能電網(wǎng)。。。我國配電自動化的5種模式簡易型（自動開關(guān)配合、故障指示器）實(shí)用型（兩遙、無FA）標(biāo)準(zhǔn)型（SACDA+FA）集成型（標(biāo)準(zhǔn)型+信息交換總線）智能型（集成型+自愈+經(jīng)濟(jì)運(yùn)行<分布電源+微網(wǎng)>）配電自動化的核心問題配電網(wǎng)故障處理配電網(wǎng)故障處理研究意義配電自動化對于提高供電可靠性具有重要意義配電自動化式智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分國網(wǎng)公司系統(tǒng)北京、杭州、廈門、銀川、上海、南京、寧波、青島、大連、太原、西安、唐山、蘭州、西寧、天津、武漢、重慶、成都、石家莊、長沙、合肥、福州、鄭州23個城市開展配電自動化試點(diǎn)工程南網(wǎng)公司系統(tǒng)廣州、深圳等也開展配電自動化工程故障處理是配電自動化的核心功能之一配電網(wǎng)故障類型永久故障和瞬時性故障相間短路和單相接地用戶故障、分支線故障和主干線故障饋線故障和中壓母線故障造成配電網(wǎng)大面積停電的災(zāi)害性故障。。。。。。配電網(wǎng)故障處理的困難性開關(guān)級聯(lián)個數(shù)多分支多中性點(diǎn)非直接接地戶外（惡劣條件、備用電源）設(shè)備分散分布式電源接入面臨的實(shí)際問題饋線開關(guān)選型？

斷路器?負(fù)荷開關(guān)?怎樣充分利用繼電保護(hù)資源？與

FA協(xié)調(diào)配合?怎樣有效提高配電設(shè)施的利用率？

模式化接線?怎樣實(shí)現(xiàn)“自愈”?

只有重合器模式嗎?哪種儲能手段最適合于配電自動化？只有電池?

。。。。。。設(shè)計(jì)不當(dāng)會導(dǎo)致造價高復(fù)雜不可靠設(shè)備利用率低維護(hù)工作量大逐漸被廢棄本報告…討論上述問題給出一些建議2、繼電保護(hù)與配電自動化

協(xié)調(diào)配合

繼電保護(hù)的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：切除故障的速度快對健全區(qū)域不會造成停電

問題:造價高.需要配斷路器對于配電網(wǎng)，選擇性難以實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的困難電流定值整定困難

饋線沿線短路電流差別不大,CT難以準(zhǔn)確分辨含分支饋線整定困難延時時間整定困難

難以實(shí)現(xiàn)太多級差.不好的配合Multi-trippingBypasstripping

trippedtrippedtrippedtrippedoutageoutageoutageoutageoutage不好的恢復(fù)Multi-tripping

trippedLoopedswitchoutage多級保護(hù)配合的可行性對于供電半徑短的城市配電網(wǎng)，電流、阻抗定值都難以整定以實(shí)現(xiàn)選擇性，只有依賴級差配合來實(shí)現(xiàn)選擇性變電站10kV后備保護(hù)（母線進(jìn)線開關(guān)過流保護(hù)）延時時間一般整定為0.5s，因此10kV線路保護(hù)只能在此時間段內(nèi)進(jìn)行級差配合兩級保護(hù)配合的可行性饋線開關(guān)的動作時間：彈跳、繼電器驅(qū)動、常規(guī)算法：20ms(檢測)+20ms(繼電器驅(qū)動)+80ms(開關(guān)動作)<120ms兩級保護(hù)配合：第1級（分支開關(guān)或用戶開關(guān)）：0s、速斷

第2級（變電站出線開關(guān)）：0.2~0.25s延時速斷三級保護(hù)配合的可行性饋線開關(guān)的動作時間：永磁、繼電器IGBT驅(qū)動、快速算法：10ms(檢測)+2ms(繼電器驅(qū)動)+30ms(開關(guān)動作)<50ms兩級保護(hù)配合：第1級開關(guān)：0s、速斷

第2級開關(guān)：0.15~0.2s、速斷第3級（變電站出線開關(guān)）：0.25~0.35s延時速斷兩級保護(hù)FA配合典型設(shè)計(jì)主干線采用負(fù)荷開關(guān)分支線開關(guān)（或用戶開關(guān)）采用斷路器分支線開關(guān)（或用戶開關(guān)）與變電站出線開關(guān)實(shí)現(xiàn)兩級保護(hù)配合依靠FA進(jìn)行修正性控制Example1:overheadfeeder

LSLSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBCBApermanentfaultonabranch

LSLSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBCBApermanentfaultonabranchExample1:overheadfeederExample1overheadfeeder

LSLSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBCBAtemporaryfaultonthetrunkExample1overheadfeeder

LSLSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBCBAtemporaryfaultonthetrunkExample1overheadfeeder

LSLSLSLSLSRe-closingCBCBCBCBCBCBCBCBAtemporaryfaultonthetrunkExample1overheadfeeder

LSLSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBCBApermanentfaultonthetrunkExample1overheadfeeder

LSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBApermanentfaultonthetrunkFailofre-closingExample1overheadfeeder

LSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBApermanentfaultonthetrunkModifiedrestorationbyFA(telecontrol)Example1overheadfeeder

LSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBApermanentfaultonthetrunkModifiedrestorationbyFA(telecontrol)Example1overheadfeeder

LSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBApermanentfaultonthetrunkModifiedrestorationbyFA(telecontrol)Example2:

cables

RingmainunitRingmainunit優(yōu)點(diǎn)經(jīng)濟(jì)分支線或用戶故障不影響主干線.級差整定方便瞬時故障時只須

0.5sec.就可以恢復(fù)瞬時故障與永久故障判別簡單配電自動化邏輯簡單3、模式化故障處理典型模式化接線“手拉手”環(huán)狀網(wǎng)多分段多連接多供一備電纜網(wǎng)46接線……

一條饋線需要留有能帶動對側(cè)全部負(fù)荷的備用容量，因此正常情況下配電資源的利用率小于50%.“手拉手”環(huán)狀網(wǎng)50%

Eachfeederisdividedintotwoparts.Thetwopartsofafeederarelinkedtotwodifferentfeeders,respectively.Eachfeederonlyhastoconsideronehalfoftheback-uploadingoftheotherfeederbesidesitsownloading.Thus,theefficiencycanbeimprovedto67%inthenormalsituation.2分段2連接67%

Eachfeederisdividedintothreeparts.Thethreepartsofafeederarelinkedtothreedifferentfeeders,respectively.Eachfeederonlyhastoconsideronethirdoftheback-uploadingoftheotherfeederbesidesitsownloading.Thus,theefficiencycanbeimprovedto75%inthenormalsituation.3分段3連接75%3供1備電纜網(wǎng)Threecablesinservicearelinkedtoonecable.Eachcablemayreachitsloadinglimitationinthenormalsituation.Thus,theaveragedefficiencymaybe75%.75%注意模式化接線可以提高配電設(shè)備的利用率.但是：

必須采取模式化故障處理才能達(dá)到上述目的?。∧Ｊ交收咸幚聿襟E對于多分段多聯(lián)絡(luò)模式化接線，永久故障發(fā)生后，F(xiàn)A將故障所在饋線分為多段，每段分別由不同的電源恢復(fù)。對于多供一備模式，故障后健全區(qū)域的恢復(fù)一律由備用電纜實(shí)現(xiàn)。即使負(fù)荷很輕、一個電源就可以完成全部健全區(qū)域恢復(fù)的情形，也嚴(yán)格執(zhí)行上述步驟。因一成不變，配電自動化系統(tǒng)的故障處理邏輯將容易實(shí)現(xiàn)

Example1

Afaultoccursonthefirstsectionofafeeder.ThemainCBtrips,reclosesandtrips,again.Thus,thefaultisidentifiedasapermanentfault.Example1

Thetwohealthysectionareseparatedandrestoredbyitscorrespondingfeeders,respectively,evenwhentheloadingissosmallthatF2canrestorebothofthehealthysections.Example1F1F2Example2Apermanentfaultoccursonthefirstsectionofafeeder.Example2Afterthefaultisisolated,thehealthypartisrestoredbytheback-upcable,evenwhentheloadingissosmallthatS2orS3candothesamejob.參見：

[1]黃琪偉，劉?。潆娋W(wǎng)模式化接線優(yōu)化規(guī)劃．電力系統(tǒng)自動化，2008，32（7）．4、大面積斷電快速恢復(fù)造成配電網(wǎng)大范圍斷電故障自然災(zāi)害（臺風(fēng)、地震…）造成多個電源失去人為破壞（戰(zhàn)爭、恐怖襲擊…）造成多個電源失去超高壓線路故障，造成多個電源失去主變電站故障或檢修，造成多個電源失去10kV母線故障，造成多個電源失去……北美大面積停電近年來歐美發(fā)生的多次電網(wǎng)大停電事故，給電力工作者敲響了警鐘。盡管造成配電網(wǎng)大面積斷電的事故發(fā)生概率較小，但是若造成大面積停電的危害極大。

西安2002年初二……

正常母線故障母線全部失壓開關(guān)操作序列生成負(fù)荷轉(zhuǎn)移、避免大面積停電恢復(fù)供電恢復(fù)供電參見：

[2]劉健，徐精求，程紅麗.緊急狀態(tài)下配電網(wǎng)大面積斷電快速恢復(fù)算法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2004，24(12)：132-138.

[3]劉健，石曉軍，程紅麗等.配電網(wǎng)大面積斷電供電恢復(fù)及開關(guān)操作順序生成.電力系統(tǒng)自動化，2008，32(2)：76-79，835、自愈“自愈”是一個經(jīng)常備誤解的概念“自愈”包括:

事前：概率風(fēng)險評估與預(yù)防性控制

1）結(jié)合負(fù)荷預(yù)測進(jìn)行方式調(diào)整避免過負(fù)荷

2）結(jié)合在線檢測（溫度、局部放電）進(jìn)行相應(yīng)控制避免釀成嚴(yán)重后果

3）。。。。。。

事中：繼電保護(hù)與自動裝置事后：配電自動化修正性控制

“自愈”故障處理典型技術(shù)配電自動化開關(guān)(重合器、分段器配合等)

繼電保護(hù)與FA協(xié)調(diào)配合的集中智能DAS分布智能FA：不依賴主站進(jìn)行故障處理

1）基于Goose高速通信網(wǎng)和斷路器配置，可有效實(shí)現(xiàn)任意級任意分支配合。避免越級跳閘和多級跳閘.2）基于中低速高速通信網(wǎng)和負(fù)荷開關(guān)配置，可有效實(shí)現(xiàn)任意級任意分支配合，但會造成部分區(qū)段短暫停電。參見：

[4]劉健等.“一種快速自愈的分布智能饋線自動化系統(tǒng)”.電力系統(tǒng)自動化，2010，35（10）

6、備用電源重要性無論饋線采取何種類型開關(guān)，配電終端都必須具備可靠的備用電源，在配電終端失去主供電源時，仍能滿足配電終端和通信裝置正常工作一段時間并確保開關(guān)若干次可靠分合閘操作，以確保故障信息可靠地上傳到主站供故障判斷之用，并且在恢復(fù)健全區(qū)域供電前將故障隔離到最小范圍。

LSLSLSLSCBFailofre-closingLSLSLSLSCBModifiedrestorationbyFA(telecontrol)蓄電池的缺點(diǎn)從技術(shù)上看，蓄電池的壽命不長、對充放電管理的要求較高，工作于惡劣環(huán)境條件下時，對其性能和壽命的影響尤其突出。從管理上看，配電終端數(shù)量眾多且位置分散，更換和維護(hù)蓄電池需要花費(fèi)大量的人力和物力，為了確保可靠工作，一般一至兩年就要更換一次蓄電池，運(yùn)行成本比較高。超級電容器的優(yōu)點(diǎn)1）更高的功率密度，為蓄電池的10～100倍，能夠快速放出幾百到幾千安培的電流，這個特點(diǎn)尤其適合作為開關(guān)的操作電源。2）充電速度快，可以采用大電流充電，能在很短的時間完成充電過程。3）超長使用壽命，充放電大于50萬次，作為備用電源使用、以每天充放電20次計(jì)，壽命可達(dá)68年以上。4）使用溫度范圍廣，低溫性能優(yōu)越，其工作溫度范圍為-40～85℃。5）高可靠性，維護(hù)工作量極少。超級電容器設(shè)計(jì)Theoperatingmechanismofthefeederloadswitchisselectedtobe48VDCTheenergyneededforswitchingoperationonceisabout320J.Wedesiretheswitchtooperatetwiceinthesituationwithoutmainpowersupplying.TheratedpoweroftheFTUisabout5W.Themaximumpowerofthecommunicationdeviceisnomorethan5W.WeexpectthattheFTUhesituationwithoutmainpowersupplying.Takingaboveintoconsideration,wehaveThesupercapacitormaybedesignedtobe24F/80V參見：

[5]程紅麗,王立,劉健等.電容儲能的自動化終端備

用開關(guān)電源[J].電力系統(tǒng)保護(hù)