探讨配网自动化中故障处理问题研究

李冲

(汉川市供电公司,湖北汉川 431600)

探讨配网自动化中故障处理问题研究

李冲

(汉川市供电公司,湖北汉川 431600)

本文主要结合作者多年工作经验对配网自动化中故障处理控制分析了三种模式:基于重合器的故障处理,通过主站遥控FTU ( Feeder Terminal Unit ) 实现的故障处理,基于馈线系统保护的故障处理在分析比较各种故障处理模式优缺点基础上,指出保护功能独立的配电网系统保护模式是最的故障处理控制模式。

配网自动化 故障 系统保护

1 引言

随着经济的快速发展,用电量也在大幅度增加。为了提高配电网供电可靠性和供电质量,国家已经投入大量资金在全国范围内进行配电网改造并实现配电网自动化,而配电管理系统(DMS)和配电网故障处理是配网自动化中最主要的两个任务。本文总结了现有的配网自动化的故障处理模式,分析了在具有良好通信条件的配网自动化中采用配网系统保护实现故障处理功能可望成为配电网紧急控制的主流方向。

2 馈线的典型供电结构

辐射网和环网是目前我国10kV馈线主要供电。随着配网自动化的发展,许多辐射网正逐步向手拉手供电的环网结构改造。所谓手拉手的线路结构,也即闭环结构、开环运行是指：一条出线经出线开关馈出后,经若干分段开关分段,到联络开关;联络开关再经若干分段开关,经另一出线开关到另一段母线,所谓闭环结构;正常情况下联络开关断开运行,所谓开环运行。

图1 应用重合器的典型系统

图2 方法1开关动作时序图

图3 方法2开关动作时序图

3 基于重合器的馈线故障处理

如图1所示,B为重合器,S为分段器,正常情况下B0断开,处于开环运行。线路短路电流由重合器切除,分段器只能关合短路电流,没有切断短路电流的能力。

3.1 重合器与过流脉冲计数型分段器配合

在这种模式中,每台开关都预先设定好重合次数,当开关的实际重合次数达到设定值并且开关处于分闸状态时,则闭锁自动合闸功能,将故障隔离。对于重合器还设有重合间隔时间t1,它是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,开关失电即分闸,来电后则合闸。

对于图2所示的配电网,B1和B2的重合次数设定为3次,B0设为2次,S1和S3设定为2次,S2和S4为1次。若F1处发生永久性故障,各开关的动作时序如图2所示。

当F1处发生短路故障时,B1先分闸切断短路电流,使得S1、S2相继失压分闸,同时B1开始计时。计时到t1,B1第一次重合,S1得压后也重合,并记重合1次。因为是永久性故障,所以线路第二次出现故障电流。于是B1和S1进行第二次分合操作,并记重合2次。因为第三次出现故障电流,B1和S1再进行第三次分闸。对于S1,由于其处于分闸状态,并且它的重合次数已达到设定值2,符合闭锁的条件,于是S1闭锁合闸,从而将故障隔离。B1再次重合,恢复B1—S1段线路的供电。经一段延时后,联络开关B0重合,恢复S2—B0段线路的供电。

3.2 重合器与电压- 时间型分段器配合

图4 方法3开关动作时序图

图5 应用馈线系统保护的典型配电系统

在这种模式中,每台开关都设有延时合闸时间t3和电流检测时间t2(此时间内下级开关不合闸)。每台开关在检测到电压信号后要延时t3才合闸;合闸后,开关在时间段t2内检测电流：若没有检测到故障电流信号,则表明故障不在其辖区;反之则说明故障在其辖区,开关置故障标志,并在随后的分闸之后闭锁合闸功能,从而隔离故障,其中,该方法中开关配合需注意的是下级开关的延时合闸时间t3应大于上级开关的电流检测时间t2,保证在上级开关的电流检测时间内下级开关不会合闸。

如图中若F1处发生永久性故障,各开关的动作时序如图3所示。

故障发生后,短路电流由B1切除,接着S1、S2失压分闸,同时B1开始计时。计时到t3后B1第一次重合(此时S1检测到电压信号并延时t3合闸),然后进行t2时间内的电流检测。发现该时间段内无故障电流出现,表明故障不在其辖区内。随后S1重合,因为出现故障电流,故S1置位故障标志。随即B1、S1第二次分闸,此时S1符合闭锁条件而闭锁合闸,将故障隔离。B1经t3后第二次合闸,恢复B1—S1段线路的供电。经一段延时后,联络开关B0重合,恢复S2—B0段线路的供电。

以上两种方式都属于重合器和分段器相配合的方式。这种基于重合器和分段器配合的馈线自动化系统具有结构简单、建设费用低廉的优点,而且不需要建设通信网络,所有设备均是自备的,因此不存在电源问题。

3.3 重合器与重合器配合

近年来,重合器的价格呈逐渐下降的趋势,与分段器的价格差距不断减小,这就为馈线自动化的实现提供了一种新的可能。我们可以用重合器来代替分段器,重合器和重合器的配合是通过它们的动作曲线时间差。这样就可以做到在发生故障时,由距其最近的开关来切除,缩小了停电范围和停电时间。

此外,配网中的故障大多为瞬时性故障,一次重合成功率为85%,二次可达90%左右。因此我们可以将重合器的重合次数整定为2次,提高重合成功率。

在图1中,所有分段开关都用重合器代替,假如永久性故障发生在F1处,开关动作时序如图4所示。

故障发生时,S1首先分闸切除故障,S2失压而分闸。计时t1后S1重合到故障上,随第二次分闸。由于瞬时性故障的一次重合成功率仅为85%,第二次重合还能提高成功率,因此开关还应给予第二次重合的机会。S1第二次进行如上操作后将故障隔离。经一段延时后,联络开关B0重合,恢复S2—B0段线路的供电。

4 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。

5 基于系统保护的馈线故障处理

系统保护模式是一种崭新的馈线紧急控制模式,它是利用良好的网络通信和分散安装的配电终端实现的具有特殊原理的全线速动式区域性馈线保护。

5.1 基本原理

在馈线网络上发生相间故障或三相故障后,安装在各开关处的FTU立刻起动,并判断自身的功率方向,然后通过快速现场总线与相邻FTU通信,综合比较后确定出发生故障的区段,跳开该区段两端的开关,完成故障隔离。

5.2 典型故障处理

如图5所示,该系统采用断路器作为分段开关。当F1处发生永久性故障时,UR1、UR2、UR3立即起动,并计算自身状态。由图中故障位置可知,UR1、UR2过流且功率方向为正,UR3失压且无流。

为了确保通信的可靠性、实时性,由各FTU依次向其相邻的FTU发送自身的故障状态信息。

t=T0时,UR1→R2

t=T0+△T时,UR1←UR2→UR3

t=T0+2△T 时,UR2←UR3→UR4

UR1本身故障状态为过流且功率方向为正,并收到UR2的过流且功率方向为正的报文,判断出故障不在A、B之间,于是将A闭锁。

UR2本身故障状态为过流且功率方向为正,并收到UR1和UR3的状态报文,UR1的状态为过流且功率方向为正,UR3的状态为失压且无流,因此UR2判断出故障发生的B、C之间,于是瞬时跳开B。

UR3本身故障状态为失压且无流,收到的UR2的故障状态信息为过流且功率方向为正,判断出故障发生在B、C之间,但因为UR3自身故障状态为失压且无流,所以它并不立刻跳开C。

UR2跳开B后,经一很短延时使其重合。因为故障仍然存在故UR2加速跳开B并将其闭锁,然后再向C发令,使其跳开,完成故障隔离。

FTU识别故障时间为20~25ms,FTU相互通信时间为20~50ms,断路器动作时间为40~100ms,故障隔离的总计时间为80~175ms。

C跳开后,UR3向UR4发合闸报文,这时UR4可根据故障前C、E两处的负荷情况判别是否合上联络开关D,恢复CD段供电。

6 结语

本文讨论了配电网故障处理的三种控制模式,经过分析比较认为：配电网系统保护模式是一种最优的控制模式。配电网系统保护提供了一种通过分散安装的保护装置之间的快速通信实现的协同控制功能,该模式同样适用于配电网中的另一个关键问题----小电流接地故障的识别与查找,本文讨论内容的后续工作将探讨如何更好地在配网自动化的平台上实现小电流接地故障处理。