探討配網(wǎng)自動化中故障處理問題研究

李沖

(漢川市供電公司,湖北漢川 431600)

探討配網(wǎng)自動化中故障處理問題研究

李沖

(漢川市供電公司,湖北漢川 431600)

本文主要結(jié)合作者多年工作經(jīng)驗對配網(wǎng)自動化中故障處理控制分析了三種模式:基于重合器的故障處理,通過主站遙控FTU ( Feeder Terminal Unit ) 實現(xiàn)的故障處理,基于饋線系統(tǒng)保護的故障處理在分析比較各種故障處理模式優(yōu)缺點基礎(chǔ)上,指出保護功能獨立的配電網(wǎng)系統(tǒng)保護模式是最的故障處理控制模式。

配網(wǎng)自動化 故障 系統(tǒng)保護

1 引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,用電量也在大幅度增加。為了提高配電網(wǎng)供電可靠性和供電質(zhì)量,國家已經(jīng)投入大量資金在全國范圍內(nèi)進行配電網(wǎng)改造并實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化,而配電管理系統(tǒng)(DMS)和配電網(wǎng)故障處理是配網(wǎng)自動化中最主要的兩個任務(wù)。本文總結(jié)了現(xiàn)有的配網(wǎng)自動化的故障處理模式,分析了在具有良好通信條件的配網(wǎng)自動化中采用配網(wǎng)系統(tǒng)保護實現(xiàn)故障處理功能可望成為配電網(wǎng)緊急控制的主流方向。

2 饋線的典型供電結(jié)構(gòu)

輻射網(wǎng)和環(huán)網(wǎng)是目前我國10kV饋線主要供電。隨著配網(wǎng)自動化的發(fā)展,許多輻射網(wǎng)正逐步向手拉手供電的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)改造。所謂手拉手的線路結(jié)構(gòu),也即閉環(huán)結(jié)構(gòu)、開環(huán)運行是指：一條出線經(jīng)出線開關(guān)饋出后,經(jīng)若干分段開關(guān)分段,到聯(lián)絡(luò)開關(guān);聯(lián)絡(luò)開關(guān)再經(jīng)若干分段開關(guān),經(jīng)另一出線開關(guān)到另一段母線,所謂閉環(huán)結(jié)構(gòu);正常情況下聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開運行,所謂開環(huán)運行。

圖1 應(yīng)用重合器的典型系統(tǒng)

圖2 方法1開關(guān)動作時序圖

圖3 方法2開關(guān)動作時序圖

3 基于重合器的饋線故障處理

如圖1所示,B為重合器,S為分段器,正常情況下B0斷開,處于開環(huán)運行。線路短路電流由重合器切除,分段器只能關(guān)合短路電流,沒有切斷短路電流的能力。

3.1 重合器與過流脈沖計數(shù)型分段器配合

在這種模式中,每臺開關(guān)都預(yù)先設(shè)定好重合次數(shù),當(dāng)開關(guān)的實際重合次數(shù)達到設(shè)定值并且開關(guān)處于分閘狀態(tài)時,則閉鎖自動合閘功能,將故障隔離。對于重合器還設(shè)有重合間隔時間t1,它是重合器每次分合操作的時間間隔;分段器的分合操作決定于線路電壓,開關(guān)失電即分閘,來電后則合閘。

對于圖2所示的配電網(wǎng),B1和B2的重合次數(shù)設(shè)定為3次,B0設(shè)為2次,S1和S3設(shè)定為2次,S2和S4為1次。若F1處發(fā)生永久性故障,各開關(guān)的動作時序如圖2所示。

當(dāng)F1處發(fā)生短路故障時,B1先分閘切斷短路電流,使得S1、S2相繼失壓分閘,同時B1開始計時。計時到t1,B1第一次重合,S1得壓后也重合,并記重合1次。因為是永久性故障,所以線路第二次出現(xiàn)故障電流。于是B1和S1進行第二次分合操作,并記重合2次。因為第三次出現(xiàn)故障電流,B1和S1再進行第三次分閘。對于S1,由于其處于分閘狀態(tài),并且它的重合次數(shù)已達到設(shè)定值2,符合閉鎖的條件,于是S1閉鎖合閘,從而將故障隔離。B1再次重合,恢復(fù)B1—S1段線路的供電。經(jīng)一段延時后,聯(lián)絡(luò)開關(guān)B0重合,恢復(fù)S2—B0段線路的供電。

3.2 重合器與電壓- 時間型分段器配合

圖4 方法3開關(guān)動作時序圖

圖5 應(yīng)用饋線系統(tǒng)保護的典型配電系統(tǒng)

在這種模式中,每臺開關(guān)都設(shè)有延時合閘時間t3和電流檢測時間t2(此時間內(nèi)下級開關(guān)不合閘)。每臺開關(guān)在檢測到電壓信號后要延時t3才合閘;合閘后,開關(guān)在時間段t2內(nèi)檢測電流：若沒有檢測到故障電流信號,則表明故障不在其轄區(qū);反之則說明故障在其轄區(qū),開關(guān)置故障標(biāo)志,并在隨后的分閘之后閉鎖合閘功能,從而隔離故障,其中,該方法中開關(guān)配合需注意的是下級開關(guān)的延時合閘時間t3應(yīng)大于上級開關(guān)的電流檢測時間t2,保證在上級開關(guān)的電流檢測時間內(nèi)下級開關(guān)不會合閘。

如圖中若F1處發(fā)生永久性故障,各開關(guān)的動作時序如圖3所示。

故障發(fā)生后,短路電流由B1切除,接著S1、S2失壓分閘,同時B1開始計時。計時到t3后B1第一次重合(此時S1檢測到電壓信號并延時t3合閘),然后進行t2時間內(nèi)的電流檢測。發(fā)現(xiàn)該時間段內(nèi)無故障電流出現(xiàn),表明故障不在其轄區(qū)內(nèi)。隨后S1重合,因為出現(xiàn)故障電流,故S1置位故障標(biāo)志。隨即B1、S1第二次分閘,此時S1符合閉鎖條件而閉鎖合閘,將故障隔離。B1經(jīng)t3后第二次合閘,恢復(fù)B1—S1段線路的供電。經(jīng)一段延時后,聯(lián)絡(luò)開關(guān)B0重合,恢復(fù)S2—B0段線路的供電。

以上兩種方式都屬于重合器和分段器相配合的方式。這種基于重合器和分段器配合的饋線自動化系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、建設(shè)費用低廉的優(yōu)點,而且不需要建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò),所有設(shè)備均是自備的,因此不存在電源問題。

3.3 重合器與重合器配合

近年來,重合器的價格呈逐漸下降的趨勢,與分段器的價格差距不斷減小,這就為饋線自動化的實現(xiàn)提供了一種新的可能。我們可以用重合器來代替分段器,重合器和重合器的配合是通過它們的動作曲線時間差。這樣就可以做到在發(fā)生故障時,由距其最近的開關(guān)來切除,縮小了停電范圍和停電時間。

此外,配網(wǎng)中的故障大多為瞬時性故障,一次重合成功率為85%,二次可達90%左右。因此我們可以將重合器的重合次數(shù)整定為2次,提高重合成功率。

在圖1中,所有分段開關(guān)都用重合器代替,假如永久性故障發(fā)生在F1處,開關(guān)動作時序如圖4所示。

故障發(fā)生時,S1首先分閘切除故障,S2失壓而分閘。計時t1后S1重合到故障上,隨第二次分閘。由于瞬時性故障的一次重合成功率僅為85%,第二次重合還能提高成功率,因此開關(guān)還應(yīng)給予第二次重合的機會。S1第二次進行如上操作后將故障隔離。經(jīng)一段延時后,聯(lián)絡(luò)開關(guān)B0重合,恢復(fù)S2—B0段線路的供電。

4 基于主站遙控FTU的饋線故障處理

在這種模式中,需要在各開關(guān)上裝設(shè)饋線終端單元(FTU)。在故障發(fā)生時,各FTU記錄下故障前及故障時的重要信息,如最大故障電流和故障前的負荷電流、最大故障功率等,并將上述信息傳至控制中心,經(jīng)計算機系統(tǒng)分析后確定故障區(qū)段和最佳供電恢復(fù)方案,最終以遙控方式隔離故障區(qū)段、恢復(fù)健全區(qū)段供電。

5 基于系統(tǒng)保護的饋線故障處理

系統(tǒng)保護模式是一種嶄新的饋線緊急控制模式,它是利用良好的網(wǎng)絡(luò)通信和分散安裝的配電終端實現(xiàn)的具有特殊原理的全線速動式區(qū)域性饋線保護。

5.1 基本原理

在饋線網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生相間故障或三相故障后,安裝在各開關(guān)處的FTU立刻起動,并判斷自身的功率方向,然后通過快速現(xiàn)場總線與相鄰FTU通信,綜合比較后確定出發(fā)生故障的區(qū)段,跳開該區(qū)段兩端的開關(guān),完成故障隔離。

5.2 典型故障處理

如圖5所示,該系統(tǒng)采用斷路器作為分段開關(guān)。當(dāng)F1處發(fā)生永久性故障時,UR1、UR2、UR3立即起動,并計算自身狀態(tài)。由圖中故障位置可知,UR1、UR2過流且功率方向為正,UR3失壓且無流。

為了確保通信的可靠性、實時性,由各FTU依次向其相鄰的FTU發(fā)送自身的故障狀態(tài)信息。

t=T0時,UR1→R2

t=T0+△T時,UR1←UR2→UR3

t=T0+2△T 時,UR2←UR3→UR4

UR1本身故障狀態(tài)為過流且功率方向為正,并收到UR2的過流且功率方向為正的報文,判斷出故障不在A、B之間,于是將A閉鎖。

UR2本身故障狀態(tài)為過流且功率方向為正,并收到UR1和UR3的狀態(tài)報文,UR1的狀態(tài)為過流且功率方向為正,UR3的狀態(tài)為失壓且無流,因此UR2判斷出故障發(fā)生的B、C之間,于是瞬時跳開B。

UR3本身故障狀態(tài)為失壓且無流,收到的UR2的故障狀態(tài)信息為過流且功率方向為正,判斷出故障發(fā)生在B、C之間,但因為UR3自身故障狀態(tài)為失壓且無流,所以它并不立刻跳開C。

UR2跳開B后,經(jīng)一很短延時使其重合。因為故障仍然存在故UR2加速跳開B并將其閉鎖,然后再向C發(fā)令,使其跳開,完成故障隔離。

FTU識別故障時間為20~25ms,FTU相互通信時間為20~50ms,斷路器動作時間為40~100ms,故障隔離的總計時間為80~175ms。

C跳開后,UR3向UR4發(fā)合閘報文,這時UR4可根據(jù)故障前C、E兩處的負荷情況判別是否合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)D,恢復(fù)CD段供電。

6 結(jié)語

本文討論了配電網(wǎng)故障處理的三種控制模式,經(jīng)過分析比較認為：配電網(wǎng)系統(tǒng)保護模式是一種最優(yōu)的控制模式。配電網(wǎng)系統(tǒng)保護提供了一種通過分散安裝的保護裝置之間的快速通信實現(xiàn)的協(xié)同控制功能,該模式同樣適用于配電網(wǎng)中的另一個關(guān)鍵問題----小電流接地故障的識別與查找,本文討論內(nèi)容的后續(xù)工作將探討如何更好地在配網(wǎng)自動化的平臺上實現(xiàn)小電流接地故障處理。