电力系统配网自动化

时间：2022-10-07 15:34:42 电气自动化毕业论文我要投稿

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电力系统配网自动化

　　电力系统配网自动化【1】

　　摘要：配电自动化系统能够进供电质量，与用户建立更密切更负责的关系，是电力系统的重要组成部分，同时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。

　　本文就配网自动化技术进行探讨，供参考。

　　关键词：电力工程;配网自动化技术

　　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。

　　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。

　　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。

　　电力系统配网自动化的研究【2】

　　摘要：电力系统配电网自动化在不同地区不同环境下的用途是不同的，但是无论在什么地区，电力系统配网自动化都能够有效地提高人民的生活质量水平，能够科学、有效地促进社会的全面协调、稳定发展，有利于社会的可持续发展，随着社会的发展和进步，电力系统配网自动化的科技也会越来越尖端，电力系统配网自动化就会在全国范围内实现。

　　关键词：电力系统配网自动化研究

　　下文主要讲述了电力系统合理规划配电网;电力系统配电网选择合理开关设备;各个开关或者断路器与控制中心之间的通信数据网络;电力系统配电网的自动化的实用化模式。

　　1、电力系统合理规划配电网

　　电力系统自动化配电网的原理：分段的开关将配电网的线路分割成不同的供电区域，配电网的线路是环网结构并且是开环运行的，当电力系统的某个区域出现电力方面的故障时，要及时地将开关在中间跳开，必须是采用分割这个供电区域的开关，将出现故障的供电区域进行隔离，但是没有因为发生电力故障但是没有完全失去电力的电力区域要及时地将电供应，以免给他人的生活造成不必要的困扰。

　　如果一段区域内电力系统发生故障，但是其他的区域没有发生电力故障，则其他区域内的电力系统仍然能够持续供电，这就避免了因为一段电路出现故障而致使全部的电路都跟着失去电力的现象，停电的范围就会相应地缩小，这样极大地提高了供电区域的可靠性和持续性，也就完成了电力系统配电网自动化的目标：

　　电力系统供电区域的线路和电力要结成网状，环形的网状，而且至少有两个电源，对于供电比较密集的区域，要采用多个电源一起供电的形式，要考虑电源的数量形成电力系统的意义、作用和价值。

　　电力系统的供电的线路分支的干线要进行分段，分段的目的就是为了避免因为一条线路不能够供电而导致的整条线路都不能够连续供电的现象，如果一条线路出现故障而导致其他的供电区域都跟着不能连续供电的话，会给人们的生活带来很大的不便，给人们的生活质量造成不必要的损失。

　　也就是说如果分段能够避免其他区域受不供电干扰的话，那么电力系统就达到了目的，没有出现故障的供电区域就能够持续地供电，没有发生故障的区域就会转移电负荷。

　　电路分段的原则是：要根据电力系统的实际情况，按照电力系统的供电用户的数量、按照线路的长短是否相等、按照线路的负荷相等等原则，而且从实际的经济效益出发，要充分、全面地考虑线路的长短等因素产生的经济损失和浪费，线路的长短在三千米之内的应该分成三段，而且如果电力系统的线路超过三千米的情况下，分段最多不能够超过五段。

　　如果电力系统的分段开关使用的是负荷开关，而不是断路器，就能够很有效地节省一部分线路设备的投资，而且能够实现经济效益的最大化，分段的开关，它的主要的应用不是为了将出现故障的电流切开，而是为了隔离出现故障的电路区域，当电力系统发生故障以后，变电站内的十千伏的出口断路器就会自动地分开，就会及时地切除出现故障的电流，这样，将发生故障的区域开关进行划分，分段开关自动跳闸就会有效地隔离故障，但是这时候发生故障的电流已经被我们切除了。

　　电力系统的分段开关可以使用断路器。

　　随着社会的发展和进步，人们的生活质量水平不断地提高，人们的追求也在不断地提升高度，人们越来越重视电力系统中的高科技问题，因为电力系统是我们生活中赖以生存的一部分，与我们的生活息息相关，现在我们国家已经有很多的开关生产厂家生产分合的负荷电流、十千伏短路电流的户外真空的断路器，数据传输中断的设备和计算机遥控技术能够与这种设备相连接，能够科学、有效地实现遥控的操作和控制，电力系统的数据信息能够实现通讯等等。

　　2、电力系统配电网选择合理开关设备

　　电力系统配电网应该合理选择开关设备，开关设备是配断网自动化关键的设备，开关设备目前在我国的生产厂家很多，但是能够生产出数据传输终端的设备与计算机遥控技术相连接，实现数据信息之间的通讯和遥控操作控制等功能开关设备生产厂家却几乎没有，因为这种是比较高科技的电力系统所需要的开关设备，我国目前许多的地区还没有使用这种高尖端的开关设备，而且还没有几家生产厂家能够将这种开关设备安全地生产出来，真正能够实现高尖端功能的开关设备少之又少。

　　要实现通信技术与计算机网络相连接的效果，要实现电力系统配电网自动化的操作和控制，要实现电力系统的正常运行，要实现电力系统正常运行时的故障检测和处理，配电网自动化的生产管理、选择正确的开关设备的型号、电力系统设备自动化的管理是电力系统配电网自动化研究的重中之重，也是电力系统配电网自动化正常运行的关键所在。

　　要想实现电力系统配电网自动化的目标，不但要求实现电力系统的数据通信和计算机网络相连接，实现各个分段开关的功能，还要具备完善、独立的操作电力电源系统。

　　为了获得过载电流、负荷电流以及短路时的电流量，实现遥脉、遥测、遥信的功能，要求开关电源内置的PT和CT电气设备，成为各个发生电流故障以及发生负荷故障的电气元件。

　　现在，具备以上几种功能的开关设备很少，代表型号是ZW8-12，是一种户外真空的断路器。

　　3、各个开关或者断路器与控制中心之间的通信数据网络

　　电力系统的配电网自动化对通信效率和通信系统可靠性的要求很高，因为是一种高尖端的科学技术，因此，在电力系统配电网自动化设备的研究中，成为电力系统建设最主要的也是最难的瓶颈，现在，由于我们国家开始重视电力系统配电网自动化，因此很多地方已经致力于研究电力系统配电网自动化设备和设施，但是目前，我们国家的部分地区使用的配电网自动化还是采用光纤通信、无线通信和载波通信，但是这几种通信的形式还存在很多的问题，有很多的不确定因素。

　　从相关的供电局的配电网自动化的运行和建设的经验来看，载波通信和无线通信在某些方面，某种程度上受到一些因素的制约，不是很稳定，但是因为投资比较少，因此在一些经济欠发达的城镇或者乡村还是比较实用的，但是对于一些经济比较发达或者已经达到高尖端水平的城市来讲，这两种投资比较少的配电网自动化形式不能满足人们的生活质量水平的需要。

　　因此对于一些较发达城市的电力系统配电网自动化的形式，还是采用投资比较多的光纤通信形式，光纤通信方式支持以太网多种电力系统的通信模式，具有可靠性比较高、通信传输速率比较快的特点，能够有效地满足中上等城市的人们的电力系统配电网自动化需要。

　　4、电力系统配电网的自动化的实用化模式

　　电力系统发生故障的处理形式来看，配电网的自动化可以分为集中的智能模式和分布的智能模式。

　　4.1 集中智能模式

　　(1)集中智能模式和继电保护中的备自投、重合闸以及整定等相互配合，电力系统配电网自动化本身就有自动可以切除发生故障点和自动可以判断发生故障点的功能，而且能够将发生故障点的损失降到最小的程度，能够有效地帮助人们摆脱发生故障点的困扰。

　　(2)集中智能模式能够与电压无功补偿的装置以及配变计量的检测终端相兼容，能够有效地实现典雅无功自动化的控制功能。

　　(3)集中智能模式还能够把断路器或者开关设备的电压、电流或者开关量等实际的信息数据上传到控制中心或者是调度的主站，并且能够实现对电力系统的遥控操作和控制，具有非常好的下行和上行的通信功能。

　　(4)集中智能模式在电力系统发生故障时和正常运行时都能够实现调度灵活和自动的最优化，而且集中智能模式还能够根据操作员的指令或者调度员的指令预先选择运行的方式。

　　4.2 分布智能模式

　　(1)分布智能模式指的是现场的断路器或者开关具备网络重构以及自动判断故障隔离的能力，不需要主站系统与通信系统的参与。

　　(2)需要改变变电站的重合闸的次数以及变电站的速断保护;供电恢复的速度比较慢以及故障的处理，对用户以及系统的冲击都比较大;在同一线路上下级的重合器的动作欠缺选择性。

　　(3)分布智能模式一般应用在通信条件比较艰苦、通信手段比较落后、通信环境不是很完善，网架的结构比较简单的场合，这种场合通信的可靠性比较低，分布智能模式能够有效地发挥它的用途。

　　5、结语

　　电力系统配电网自动化在现今时代还不是很完善，而且很少有生产厂家能够拥有这种高尖端的电力系统模式，但是随着社会的发展和完善，电力系统配电网自动化会越来越完善，人民的生活质量水平也会因此而不断地提高。

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