配电网线路故障快速自愈技术

1配电线路快速故障自愈技术2什么是配电线路故障自愈？什么是配电线路故障自愈？指不需要或仅需少量的人为干预，利用先进的保护、控制手段，出现故障后能够快速隔离故障、自我恢复，不影响非故障用户的正常供电或将对其影响降至最小。3目前故障自愈的控制技术就地控制技术利用重合器与分段器的配合，进行顺序重合控制，实现故障隔离与恢复供电。有电压型、电流型、电压电流型三种型式不需要通信条件，投资小，易于实施。4目前故障自愈的控制技术集中控制技术由控制主站集中处理馈线终端（FTU）的故障检测信息进行故障定位，遥控实现隔离故障与非故障区段恢复供电。能够提高系统供电可靠性，在一定程度上缩短停电时间。WAN终端柱上开关DERLAN主站环网柜DFACTS5存在的问题就地控制方式多次重合到永久故障上，对系统多次冲击，造成电压骤降，且不能用于电缆线路。需要多次重合，故障隔离和供电恢复时间长，停电时间较长。集中控制方式利用主站判断故障位置、隔离故障，响应时间长，供电恢复时间在分钟级。两种方式均无法避免短时停电，且供电恢复时间长，不能满足对供电质量要求高的特殊行业用户的要求。比如半导体制造、PLC控制、电力电子控制敏感设备用户，哪怕是短时的停电都会给敏感用户带来大量的经济损失。6解决问题的思路通过智能终端之间的对等通信，交换信息，采用分布式智能控制决策，不需要主站参与，实现配电线路的故障快速自愈。7关键技术研发多功能、开放式智能配电终端平台硬件设计模块化，易于扩展。软件设计分层化，数据与应用分离，提供应用程序接口（API），支持各种保护控制应用程序的即插即用。支持IP通信，支持终端间对等通信。应用软件主进程（系统初始化、参数库、系统维护）分布式智能控制相量测量其他应用计划孤岛控制继电保护故障隔离与供电小电流接地检测短路故障检测SCADA测量支撑软件SQlite数据库Linux操作系统串行总线驱动串行接口驱动MMI驱动中断服务数据采集以太网接口驱动硬件硬件接口自定义用户标准接口（API）8关键技术智能终端间的数据快速传输技术把具有控制关联关系的站点设计在一个局域通信以太网内采用无连接方式的UDP协议（时延10ms)，应用重传机制保证UDP数据传输可靠性。9关键技术故障自愈的通用控制方法研究能够适应不同的配电网络、不同的运行状态（开环、闭环）的控制算法。研究智能终端的自适应、自组织与扩展技术，实现协同控制，提高控制响应速度。10基于分布式智能的故障自愈实现模式模式1快速故障自愈模式2无缝故障自愈11基于分布式智能的快速故障自愈技术12快速故障自愈技术快速故障自愈，即开环线路故障快速隔离与恢复供电。故障时，变电站出口开关保护跳闸，相邻FTU之间交换故障信息，确定故障点，控制故障点两侧的开关直接分闸隔离故障，然后变电站出口开关与联络开关合闸，恢复故障区段两侧环网柜供电。非故障区供电恢复时间小于3s。13快速故障自愈技术系统构成系统开环运行、分段开关采用负荷开关变电站出口保护装置（Relay）智能型FTU光纤工业以太网通信处理机（CP）电源1QF1Q11Q12Q21Q22Q32Q41Q42电源2QF2Q31光纤工业以太网RMU1RMU2RMU3RMU4控制主站CPRelayRelayPZK-360HPZK-360HPZK-360HPZK-360HF14快速故障自愈技术工作原理F点故障，在出口保护（Relay）跳闸后，检测到故障电流的FTU发起通信，向相邻的FTU请求相邻开关的故障检测信息。通过交换信息，确认故障点前FTU检测到故障信息，而故障点后的FTU没有检测到故障信息，从而确定故障点。FTU控制故障点两侧的开关分闸，在相互确认后发出“故障隔离成功”的消息；出口保护（Relay）和联络开关FTU在收到“故障隔离成功”消息后，分别控制出口开关与联络开关合闸，恢复故障区段两侧供电。故障处理完成，通过通信处理机（CP）将故障处理信息上报主站。CB1CB2S1S2S3S4S5S6S7S8LoadLoadLoadLoadLAN15快速故障自愈技术智能FTU通过光纤工业以太网，快速交换信息，协同控制，不依赖主站或子站的控制在数秒内完成故障隔离与恢复供电，进一步提高了供电可靠性。对于环网柜出线上的短路故障，在出线上不安装快速熔断器的情况下，FTU在故障切除后打开负荷开关隔离故障，并向电源出口断路器处的Relay发出合闸命令，恢复主干线路供电。技术指标故障隔离时间：＜300ms恢复供电时间：＜3s供电中断时间：＜3sWAN终端柱上开关DERLAN主站环网柜DFACTS16快速故障自愈的其它技术美国佐治亚理工大学采用无线通信技术，FTU数据通过串行口接入无线对等通信网络，控制速度慢，10s。美国S&C电气公司根据网络结构，将FTU（分段开关）分成若干个控制分组（team），由分组的领衔FTU（Coach）收集该小组内FTU信息，实现故障自愈控制。整定配置过程复杂。FTU采用RS-232串行口，通过网络通信模块实现对等通信，控制速度慢。加拿大阿尔伯特省ENMAX电力公司2004年3月在其19条25kV线路上投运了该系统，到当年9月份，共为用户减少了862,000分钟停电时间，获得了2004年美国输配电杂志的自动化项目奖。17思明供电分局快速故障自愈项目科汇公司与福建电力公司合作开发的基于分布式智能的快速故障自愈系统已在厦门电业局思明供电分局电缆环网工程中获得应用。厦门电业局思明供电分局于2010年11月，在由4座环网柜组成的环网线路上运行了分布智能型快速故障自愈项目。系统构成光纤工业以太网智能环网柜监控终端：PZK-360H（按6回路配置）通信处理机：DPS-100DPZK-360H18思明供电分局快速故障自愈项目该电缆环网供电线路电源侧采用经小电阻接地，其湖西立交环网柜进线官任线901、滨南污水环网柜进线滨南变901处开关为断路器，其余开关为负荷开关。官任变911公园Ⅰ回湖滨南变917西堤Ⅰ回湖西立交环网柜湖西污水环网柜湖西海湾1#环网柜滨南污水环网柜官任线901滨南变90119思明供电分局快速故障自愈项目现场试验环网柜出线故障，开环点为湖西海湾#1环网柜906环网柜进线故障，开环点为湖西海湾#1环网柜903端设备失压无流故障模拟试验故障类型故障点动作过程端口分闸时间故障隔离时间端口合闸时间联络合闸时间单相接地（a相接地）F1湖西立交901分闸——湖西立交906分闸——湖西立交901合闸0.787s0.834s1.103sF2湖西立交901分闸——湖西立交902分闸——湖西海湾#1901分闸—湖西立交环901合闸0.742s0.991s1.230s失压F3湖西立交901分闸——湖西海湾#1903合闸1.402s1.852s现场试验结果证明系统可在2秒内完成恢复供电。20基于分布式智能的无缝故障自愈技术21无缝故障自愈技术应用基于分布式智能控制的网络保护，在闭环运行线路故障时直接跳开故障区段两侧断路器切除故障，使非故障区段用户的供电不受影响，实现无缝故障自愈。22无缝故障自愈技术系统构成系统闭环运行，分段开关采用断路器；为避免出线环流，电源取自同一母线；选择其中一环网柜的一条出线与其他变电站出线联络，作为主供电源停电时的备供。变电站出口保护装置（Relay）智能型FTU光纤工业以太网通信处理机（CP）光纤工业以太网QF1RMU1QF2RMU2RMU3RMU4区段1区段2区段3QF11QF12QF21QF22QF31QF32QF41QF42FI11I21I21I22控制主站CPRelayRelayPZK-360HPZK-360HPZK-360HPZK-360H23无缝故障自愈技术工作原理电源出口保护配限时速断保护，作为网络保护的后备保护。故障后，相邻FTU之间交换故障电流方向检测结果，实现故障定位。非故障区段电流是穿越性的，电流方向一致，而故障区段电流由两侧注入，方向相反。确定故障点后直接跳开故障点两侧的开关，使非故障区段用户的供电不受影响，即“无缝自愈”。LANCBICB2CB11CB12CB21CB22CB42CB41CB32CB31SOURCEFDGDG24无缝故障自愈技术技术指标故障隔离时间：＜200ms恢复供电时间：＜0s供电中断时间：＜0s（无缝自愈）静模试验25无缝故障自愈技术如果环网柜出线开关也为断路器，出线上发生短路故障时，FTU检测到出线过流，直接跳开出线断路器切除故障。如果环网柜出线开关是负荷开关，则由进线断路器动作切除故障，然后跳开出线负荷开关隔离故障，再合上进线开关恢复对环网柜的供电。这种处理方式，会造成环网柜上非故障出线短时停电。26无缝故障自愈技术科汇公司正在与厦门电业局合作正在开展无缝故障自愈技术（网络差动保护）的研究静模试验试验线路CB11CB12CB21CB22CB31CB32CB41CB42环网柜1环网柜2环网柜3环网柜4F电源1CB2电源1CB1区段1区段227无缝故障自愈技术波形记录F点两相接地时区段1两侧A相电流波形F点两相接地时区段2两侧A相电流波形F点三相接地时区段1两侧A相电流波形F点三相接地时区段2两侧A相电流波形28无缝故障自愈技术试验记录故障类型故障次数区段1故障电流相位差区段2故障电流相位差故障隔离时间（s）两相故障11°180°0.1472-1°181°0.136三相故障1-2°178°0.1172-2°180°0.132试验结果表明，系统可以在150ms内实现故障隔离，同时不会造成健康区段的供电中断（无缝自愈）。29无缝故障自愈技术我国香港与新加坡中压电缆环网都采用闭环运行方式，每一段线路采用金属导引线的电流差动保护，快速切除故障，线路故障不会引起用户停电，具有非常高的供电可靠性。QF1RMU1QF2RMU2RMU3RMU4QF11QF12QF21QF22QF31QF32QF41QF42RelayRelayCRTUCRTUCRTUCRTUPRTUSCC金属双绞线30加拿大BCHydro无缝故障自愈项目温哥华市的皇家公园购物中心（ParkRoyalShoppingCentre），2002年圣诞节期间停电，导致严重经济损失。之后，BCHydro决定对该购物中心馈线进行自动化改造。项目2003年3月启动，2006年3月投入运行。31加拿大BCHydro无缝故障自愈项目安装了两套箱式环路分接开关（LTS）每套LTS内含３个真空故障断路器（VFI）6个VFI以“常闭”状态运行，采用“H”形环网拓扑把两条馈线和购物中心相连。32加拿大BCHydro无缝故障自愈项目每个LTS装置各配备一台智能保护继电器，通过光纤电缆交换故障方向、断路器状态等信息，实现快速保护。自动切除馈线故障，不会造成购物中心供电中断。将LTS内部故障对购物中心供电的影响降至最小230/60kV变电站变电站B购物中心变电站A专线28.8kbps专线28.8kbpsBCH微波通信网络OC-1广域控制中心低速MirroredBits变电站A变电站BSEL-351S2-IDEA继电器高速PeerCommDNP3.0toSCADADNP3.0数据集中器SEL-351S低速MirroredBits28.8kbps专线33加拿大BCHydro无缝故障自愈项目项目实施后用户年停电时间由3.42小时降低至0.12小时供电可靠率从99.94%提高到99.99%