配网自动化相关技术探讨

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　　摘要：配电网是电力系统的重要组成部分,其安全可靠性将直接影响着国民经济发展和人民生活水平。本文就配电网中3种故障处理模式、系统的故障诊断、隔离和供电恢复(FDDR)原理及集成组合化等相关技术做简单探讨。
　　关键词：电力工程；配网自动化技术
　　前言
　　 配电自动化系统将通信技术、现代电子技术、网络技术及计算机与电力设
　　备相结合，将配电网在正常及事故情况下的控制、监测保护和供电部门的工作管理有机地融合在一起，能够改进供电质量，与用户建立更密切更负责的关系。按照系统的结构，配电自动化可分为配电管理系统自动化、变电站自动化(DMS主站)、馈线自动化(FA)、用户自动化(需方管理DSM)IN个层次的内容。其中馈线自动化是配电网自动化最主要的任务之一，是保障供电可靠性和供电质量的最直接最有效的技术手段。
　　1配电网中3种故障处理模式
　　 在配电网中，配电网自动化采用的控制模式决定着配电主站、配电子站、配电终端故障的处理，采用何种控制模式实现故障处理对配网自动化的性能有很大影响。
　　下面主要介绍该配网结构中的3种故障处理模式：基于重合器的故障处理模式、基于主站监控的故障处理模式以及基于系统保护的故障处理模式。
　　1.1基于重合器的馈线故障处理模式
　　配电系统发生故障后，该模式通过安装在馈线上的重合器与分段器的动作配合实现故障的判断、隔离与恢复非故障线路的供电，整个故障处理过程无需通讯与子站／主站系统的参与。根据故障判断原理的不同，该模式又可分为以下两种：
　　①重合器与过流脉冲计数型分段器配合。在这种模式中，需要预先设定好每台开关的重合次数，当开关实际重合次数达到设定值且开关处于分闸的状态时，故障被隔离。对于重合器还设有重合器每次分合操作的时间间隔；分段器的分合操作决定于线路电压。
　　②重合器与电压一时间型分段器配合。在这种模式中，需要设定好每台开关的延时合闸时间及电流检测时间。当开关在检测到系统电压信号后需要延时一定的时间才能够合闸；合闸后，开关在一段时间内检测到电流，没有检测到故障的电流信号，表明故障不在其辖区；反之说明故障在其辖区，此时开关设置故障标志，隔离被故障。
　　以上两种方式都属于把重合器和分段器相配合的方式。这种系统结构简单、建设费用低廉，所有的设备都是自具的，则不存在电源的问题。但这种方式亦有不足：正常情况下，不能监视线路的负荷，因此用户的用电规律无法掌控，难以优化且改变运行方式；在发生单相接地的情况时，无法为单相接提供相关辅助信息。
　　1.2基于主站遥控FTU的馈线故障处理
　　 在这种模式中，需要在各开关上装设馈线终端单元(FTU)。在故障发生时，各 FTU记录下故障前及故障时的重要信息，如最大故障电流和故障前的负荷电流、最大故障功率等。并将上述信息传至控制中心，经计算机系统分析后确定故障区段和最佳供电恢复方案最终以遥控方式隔离故障区段、恢复健全区段供电。
　　
　　
　　
　　参见图1所示系统，这种模式的基本原理为：当在开关S1和开关S2之间发生故障F1（非单相接地)时，线路出口保护使断路器B动作，将故障线路切除。装设在S1处的FTU检测到故障电流，而装设在开关S2处的FTU没有故障电流 流过，此时自动化系统将确认该故障发生在S1与 S2之间，遥控跳开S1和 S2实现故障隔离并遥控合上线路出口的断路器B1，最后合上联络开关B0。完成向非故障区域的恢复供电。
　　这种基于主站遥控FTU的馈线故障处理方案以集中控制为核心，能够快速切除故障，在几秒到几十秒的时间内实现故障隔离，在几十秒到几分钟内实现恢 复供电。该方案是目前配网自动化的主流方案，从故障切除、故障隔离、恢复供 电方面都有效地提高了供电可靠性。
　　但是，该方案对配电网通信的依赖性强，当通信系统发生故障或控制中心故 障，则不可避免地导致整个控制系统瘫痪，失去故障隔离、恢复供电的功能。
　　1.3基于系统保护的馈线故障处理
　　当在馈线的网络上发生了相问故障或者三相故障以后，在各开关处安装FTU立即起动，且同时判断自身的功率方向，再经快速现场总线实现跟相邻的FTU通信。通过综合比较后，确定发生故障区段，此时跳开该区段两端的开关，故障被隔离。它具有以下优点：
　　①一次性快速处理故障，提高了供电的可靠性；
　　②直接将故障隔离在故障区段，不影响非故障区段；
　　③ 保护功能完全下放到FTU，无需配电主站、配电子站的配合，使馈线故障的处理更合理。
　　2．配电自动化系统的故障诊断、隔离和供电恢复(FDDR)原理
　　为提高配电自动化系统的总体性能指标，缩短系统停电时间，不使配电主站任务过重，配电自动化系统采取分级实现的方法。为此，在建立了一个子站系统。根据配网拓朴结构、通信网络拓朴结构和系统的运行方式，决定配电主站和子站的故障诊断、隔离和供电恢复功能的合理分布运行。当运行方式发生变化时，主站根据系统运行方式对每个子站在线发布故障诊断、隔离的约束条件。即：在子站所辖区域内的某个馈线区段上，如果子站诊断出馈线发生故障，子站必须先检测出故障线路和故障区域，然后根据主站对子站的约束条件。决定是否对子站所辖区域的故障馈线进行故障隔离和局部负荷恢复，最后将故障信息上报主站，主站根据全网信息进行分析处理。确定故障定位和隔离方案后，下发给该子站和与之相关的其他子站，各子站去执行由主站确定的隔离方案。其处理过程分为以下三个部分：
　　1）FTU对馈线故障的诊断装有三相CT和两相PT的FTU可采集三相电流、电压、有功和无功功率。当馈线相电流没有超过整定值时，FTU上报馈线正常工作信息。当馈线相电流超过整定值时，FTU主动上报馈线故障信息。
　　2）配电子站对馈线的故障诊断、定位及隔离。配电子站根据辖区的各个FTU上报的信息，综合分析故障开关的电流或功率方向、 配网拓扑结构及其通信系统拓扑结构和专家系统知识库，判断系统的运行状态。并结合主站实时下发的故 障诊断、隔离的约束条件，进行具体操作。①若所辖区域正常运行，则上报主站。②若系统发生瞬时性故障。则由变电站自动重合闸完成其瞬时故障的消除，子站 负责将事故信息上报主站。③若系统发生永久性故障，则进一步判断故障性质、故障线路和故障区段。
　　3)配电主站对配电网的故障诊断、定位、隔离。配电主站系统负责监控配电子站的工况，主要功能包括：①根据系统运行方式，向子站发布故障诊断和隔离 的约束条件。(利用配电子站提供的信息校核由配电子站所进行的故障诊断和隔 离的方案是否正确。如果诊断和隔离方案不正确。则主站利用故障信息和专家系统的知识，重新提出故障诊断、定位和隔离方案，供调度人员选择。(对于单相接地故障，主站根据变电站 RTU上报信息进行综合分析和判断后，确定最后隔 离方案并交给调度员进行人工处理或由主站自动处理。
　　3．集成组合化
　　在配电线路上，用重合器或分段器将配电线分成若干段。配电开关设备。为 达到配电自动化的目的，应配置远方终端，包括配电柱上开关监控终端 FTU、开闭所、公用及用户配电所的监控终端DTU。馈线自动化能对各区段上的电压、电流、功率和分段开关位置等进行在线监视：远方对各种开关电器进行操作；远 方采集配变的电度量及电压量：自动识别故障区段并进行隔离及恢复对正常区段 的供电等。即数据采集、远方控制、数据传输 、运行维护 、当地操作等功能。
　　为了取得配电设备运行状态和配网运行的位置信号、电气参数等数据。配电开关设备必须设置电流互感器、电压互感器。为了在配网事故即馈线全线失电的情况下，能对开关进行远方遥控操作，必须配置独立可靠的不 间断直流 电源 等，所有这些，都要求配电开关设备等高度集成。通常是，一次设备集成在主体柜内，二次(监测、控制保护等)及远动通信设备集成在一起，专用控制箱(户外型)或分布式安装在开关柜上（户内型)。在直流电源的选用上，开闭所电源通常集成为“三位一体 ”，即开关操作电源、远动电源及通信电源三位一体。
　　在实际使用中，我们发现：由于配电开关采用的是直流电动机，所以，在开关操作瞬间。有反电势叠加在直流电源上，导致远动装置死机并退出运行。典型事例是：48V直流电源，曾瞬间到达反向1IOV，必须采取“二极管续流”、“增加蓄电池容量”等相关措施予以解决 。
　　配电终端与一次设备开关密不可分，配电终端对实时数据的采集和远方控制，都要通过一次设备来实现，所以终端必须与一次设备开关的接口相匹配 。实现开关设备与二次终端的一体化设计，将使系统整体结构更紧凑、体积更小，并且可以简化内部接线，节省控制和信号电缆，减少安装调试工作量，提高系统性价比。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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