01-简单配电网—刘健-[兼容模式]

简单配电网刘健陕西电力科学研究院总工程师教授，博士生导师，博士，SeniorMember,IEEE国务院政府特殊津贴专家、百千万人才工程国家级人选国家电网公司科技领军人才主要内容•问题的提出•怎样才能简单•不正确的做法•总结1问题的提出配电网具有点多面广的特点，解决配电网问题宜尽量采取简单的方法，因为简单才能可靠、可靠才能实用。上个世纪末我国开展的那一轮大规模配电自动化建设高潮昀后以失败告终的主要教训之一就在于将原本应当简单化的问题复杂化。“简单”，是指建设简单、运行简单和维护简单，但是并不容易，更需要对具体问题进行深入的研究。2怎样才能简单（举例）•规模小的系统不仅投资和建设工作量少，而且因装置数量少，使适当加大每台装置的资金投入以尽量提高其性能和耐久性成为可能，投运后的故障率和维护工作量都可大幅降低。规模小的系统更简单深入研究：怎样才能规模小？法国配电自动化的启示DAS程度故障发生后进行的工作情况无任何自动化设备1）故障定位需要很长时间和跑很多路，还受交通阻塞等因素影响；2）在查找线路的整个时间内，故障所在馈线都处于停电状态；3）为了进行故障定位需要合/分操作过多的开关。仅安装了故障指示器(第一阶段)1）根据故障指示很容易定位故障，但是仍需要进行现场勘察；2）进行故障定位只需要操作故障区域相邻的开关和联络开关即可，仍需要赴现场操作。故障指示器上传信息(第二阶段)1）可实现故障迅速定位；2）只须进行很少的现场勘察；3）进行故障定位只需要操作故障区域相邻的开关和联络开关即可，但仍需要赴现场操作。少量“三遥”≤4台开关/线(第三阶段)1）可实现故障迅速定位；2）故障区域隔离可以采取远方控制方式；3）可以采用网络重构自动恢复受故障影响的健全区域供电；4）进行故障定位只需要操作故障区域相邻的开关和联络开关即可，且不需要赴现场操作。5）故障时双电源用户可迅速切换到备用供电途径。 国家电网公司导则推荐供电区域终端配置方式A+三遥，必要时配置自动装置A三遥或二遥或故障指示器B以二遥或故障指示器为主，联络开关和特别重要的分段开关也可配置三遥C原则上二遥或故障指示器,确需三遥时需经过充分论证DE故障指示器或暂不建设9决定终端类型和数量的因素1）只计及故障因素造成停电的可靠性要求AFset（减少计划停电可使该指标放宽）2）在故障定位指引下由人工进行故障区域隔离所需时间t2（提高作业技能、管理提升改善）3）故障修复所需时间t3（提高作业技能、管理提升改善）4）馈线年故障率F(绝缘化可改善，主干线故障率可以通过在部分分支安装具有本地保护功能的动作型两遥终端『看门狗』降低)5）网架结构是否满足N-1准则（优化网架设计可改善）以网架结构满足N-1的情形为例例如：对于满足N-1准则的情况下：某区域目前每年户均停电时间为130分钟，其中预安排停电占85分钟，故障停电占45分钟。该区域为A类区域，要求的供电可用率为99.99%，允许的每年户均停电时间不超过52分钟。通过运维管理提升，可望将预安排停电时间将大幅度降低到35分钟。因此，还需要将每年户均故障停电时间降低到17分钟以下，每条馈线只需要布置2台可以实现“三遥”的分段开关，把馈线分割成3个馈线段，故障时将在修复期间停电的范围减少到目前的三分之一即可以将每年户均故障停电时间从目前的45分钟降到15分钟。12典型参数馈线年故障率F由馈线单位长度的年故障率与馈线长度的乘积确定。据2000年至2010年的统计数据，配电网（对应A+、A类、B类和C类区域）架空裸线的单位长度年故障率取0.1次//km•年，电缆的单位长度年故障率取0.04次/km•年，电缆-架空混合馈线和绝缘架空线的单位长度年故障率取0.07次//km•年。13典型参数据2000年至2010年的统计数据，故障修复时间t3取4小时/次，在故障定位指引下由人工进行故障区域隔离所需时间t2，取1小时/次。14A类区域(网架满足N-1准则)表3网架结构满足N-1准则时，A类区域每条馈线所需划分的“三遥”或“二遥”分段数量（即k3+1或k2+1）电缆馈线架空裸线架空绝缘线（或电缆-架空混合馈线）线路长度（km）全“三遥”终端全“二遥”终端“三遥”与“二遥”终端混合全“三遥”终端全“二遥”终端“三遥”与“二遥”终端混合全“三遥”终端全“二遥”终端“三遥”与“二遥”终端混合2121+2;1+3;221+21+3121+21+35221+2;1+3;3103+22+3242+2;2+3;10362+2;2+3;6—5+2;4+3;4—3+2;3+3;205—2+4;3+3;12——;—8—6+2;5+3注：“三遥”与“二遥”终端混合方案在计算时分别取h=1和h=2，计算结果以“a+b”的形式表示，其中“a”表示“三遥”分段数，“b”表示在每个“三遥”分段中划分的“二遥”分段数。15B类区域(网架满足N-1准则)表4网架结构满足N-1准则时，B类区域每条馈线所需划分的“三遥”或“二遥”分段数量（即k3+1或k2+1）线路长度（km）电缆馈线架空裸线架空绝缘线（或电缆-架空混合馈线）全“二遥”终端每条线路上1个“三遥”终端，“二遥”终端均匀安插在2个“三遥”分段内全“二遥”终端每条线路上1个“三遥”终端，“二遥”终端均匀安插在2个“三遥”分段内全“二遥”终端每条线路上1个“三遥”终端，“二遥”终端均匀安插在2个“三遥”分段内222+222+222+2522+232+222+21022+252+242+22042+292+362+2注：“三遥”与“二遥”终端混合方案计算时取k3=1，结果以“a+b”的形式表示，其中“a”表示“三遥”分段数，“b”表示在每个“三遥”分段中划分的“二遥”分段数。16C类区域(网架满足N-1准则)表6网架结构满足N-1准则时，C类区域每条馈线所需划分的“二遥”分段数量（即k2+1）线路长度（km）电缆馈线架空裸线架空绝缘线（或电缆-架空混合馈线）22225222102222026317D类区域(网架满足N-1准则)表8网架结构满足N-1准则时，D类区域每条馈线所需划分的“二遥”分段数量（即k2+1）线路长度（km）电缆馈线架空裸线架空绝缘线（或电缆-架空混合馈线）102222023230253•提高一次设备的可靠性，而不过于依赖二次设备。•超级电容替代蓄电池储能。•取消户外装置的液晶显示器。•不停电安装、拆卸和维护。•自恢复和自诊断。•。。。。。。维护少的系统更简单深入研究：上述相关问题不控制就能满足要求是“上策”：油田配电网无功补偿、固定电容无功补偿（或少许人工投切）、架空电缆替代法解决农网电压问题、“大马拉小车”自由消纳分布式电源。。。。。。能利用自然适应性解决的就不进行控制深入研究：怎样才能利用自然适应性？20051015-100102030t/sS/(kVA),P/kW,Q/kvarSQP本地控制不依赖通信和其他装置，是“中策”：发挥继电保护的作用实现“丢卒保车”、发挥重合闸和备自投的作用实现快速故障处理、采用本地控制提高分布式电源的消纳能力。。。。。。能通过本地控制解决的就不进行广域协调控制深入研究：怎样才能避免广域协调控制？特点：供电半径长、分支多、架空为主、分段较少继电保护配合：采取3段式电流保护可以实现一定的选择性若非辐射网，可设方向过流保护，不同方向电流整定值有所差异配备过流保护的开关采用断路器可配备一次自动重合闸功能农村配电网特点：供电半径短、导线截面粗、电缆为主、分段较多继电保护配合：电流定值整定困难：馈线沿线短路电流差别不大,CT难以准确分辨运行方式多变进一步加大整定困难延时时间整定困难：难以实现太多级差城市配电网多级级差配合多级级差配合的可行性•对于供电半径短的城市配电网，电流、阻抗定值都难以整定以实现选择性，只有依赖级差配合来实现选择性•变电站10kV断路器的保护配置:•瞬时电流速断保护/延时电流速断保护•过流保护•一次重合闸可不装设瞬动的电流速断保护的条件•当线路短路使发电厂厂用母线或重要用户母线电压不低于额定电压的60%•线路导线截面不过小，线路的热稳定允许带时限切除短路•过电流保护的时限不大于0.5s~0.7s•无配合上要求两级级差继电保护配合的可行性•馈线开关的动作时间：弹跳机构、继电器驱动、常规算法：20ms(检测)+20ms(继电器驱动)+80ms(开关动作)120ms永磁机构更快•两级保护配合：•第1级（分支开关或用户开关）：0s•第2级（变电站出线开关）：0.25~0.3s延时两级保护FA配合典型设计•主干线采用负荷开关（经济）、“三遥”终端和通道•分支线开关（或用户开关）采用断路器、“两遥”终端和通道•分支线开关（或用户开关）与变电站出线开关实现两级保护配合（分支线故障不影响主干线，减少停电用户数）•依靠集中智能FA进行修正性控制（处理主干线故障、决定分支线是否需要重合）•瞬时故障与永久故障判别简单，瞬时故障时只须0.5sec.就可以恢复。例1:架空线LSLSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBCB分支上发生永久故障例1:架空线LSLSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBCB分支上发生永久故障例2:架空线LSLSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBCB主干线上发生永久故障例2:架空线LSLSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBCB主干线上发生永久故障重合失败例2:架空线LSLSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBCB主干线上发生永久故障DAS主站控制例2:架空线LSLSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBCB主干线上发生永久故障DAS主站控制例2:架空线LSLSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBCB主干线上发生永久故障DAS主站控制例2:架空线LSLSLSLSLSCBCBCBCBCBCBCBCBCB主干线上发生永久故障DAS主站控制•变电站出线断路器（0.4~0.6s）,“三遥”终端和通道—分支断路器（0.2~0.3s）,“两遥”终端和通道—用户(或次分支)断路器（0s）,“两遥”终端和通道•用户故障不影响分支线，分支线故障不影响主干线•瞬时故障时只须0.5sec.就可以恢复•瞬时故障与永久故障判别简单•配电自动化执行修正性控制，且逻辑简单三级级差继电保护配合瞬时电流速断保护的情形•瞬时速断保护定值按躲过线路末端昀大三相短路电流和励磁涌流整定，可靠系数一般大于1.3。•在配电网上发生的相间短路故障中，绝大部分是两相相间短路故障。•馈线可分为两个部分，上游部分不具备多级级差保护配合的条件；下游部分发生两相相间短路故障时，将不引起变电站出线开关瞬时电流速断保护动作，具备多级级差保护配合的条件。瞬时电流速断保护的情形理念：•配电网继电保护配合不能追求100%。•集中智能配电自动化本地智能继电保护与自动化装置协调配合三段式过流保护配合改进方法：两相相间短路和三相相间短路差异化定值整定法。4344配电网继电保护的模式模式1：单纯3段式过流保护配合模式所需延时时间级差：总共只需要一个延时时间级差，I段tI=0,II段tII=T。变电站出线断路器昀短动作延时时间：0s。变电站出线断路器昀长动作延时时间：T。优点：可实现主干线上多级保护配合。缺点：选择性较差，故障停电用户多。模式2：单纯延时时间级差全配合模式可配合级数：一般不超过3级。所需延时时间级差：变电站须采用延时速断保护，2级配合需要1个延时时间级差，变电站出线断路器t1=T,分支断路器t0=0；3级配合需要2个延时时间级差，变电站出线断路器t2=2T,分支断路器t1=T；次分支或用户断路器：t0=0；变电站出线断路器昀短动作延时时间：T（2级配合），2T（3级配合）。变电站出线断路器昀长动作延时时间：T（2级配合），2T（3级配合）。优点：两相相间短路和三相相间短路时都能全面配合，分支故障不影响主干线，次分支/用户故障不影响分支（3级配合时），故障停电用户少。缺点：变电站须采用延时速断保护。模式3：单纯延时时间级差部分配合模式可配合级数：一