配网自动化系统详解

定义：集断路器、继电保护、操动机构为一体，具 有控制和保护功能的开关，能按预定开断、重合顺 序自动操作，并可自动复位、闭锁。
2021/6/29
1. 重合器(Recloser)分类和功能－续
功能：故障后重合器跳闸，按预定动作顺序 循环分、合若干次，重合成功则自动终止后 续动作；重合失败则闭锁在分闸状，手动复 位。
主要 缺点
主要 设备
1)仅故障时起作用,正常运行时无 监控作用，不能优化运行方式。
2)调整运行方式后,需到现场修改 定值。
3)恢复健全区域供电时，无法采 取安全、最佳措施。
4)需多次重合,对设备冲击大。
重合器、分段器等
1)结构复杂。 2)建设费高。 3)需通信网络。 4)存在电源提取问题。
FTU、通信网络、区域工 作站、计算机系统。
远程通信功能：RS-232，RS-485，通信规约问题； 抗恶劣环境：雷电、环境温度、防雨、防湿、风沙、
振动、电磁干扰； 维修方便：保证不停电检修； 电源可靠：保证故障或停电时FTU有工作电源； 可选功能：电度采集（核算电费、估计线损，防窃
电）；微机保护（实现自适应保护）；故障录波（故 障分析用）。
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4.1 基于重合器的馈线自动化
原理：无需通信，根据短路时出现的短路电流， 靠多次重合闸找出故障区段并进行隔离，主要 用在辐射线路。
实现模式：重合器与重合器配合模式、重合器 与电压-时间型分段器配合模式、重合器与过流 脉冲计数型分段器配合模式。
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1. 重合器(Recloser)分类和功能
aQ 1bQ 2cQ 3dQ 4e Q 5f 过 流 过 流 过 流 过 流 未 过 流
2）闭环运行的环状网：根据故障功率方向判断故障区段。 故 障 功 率 方 向故 障 功 率 方 向故 障 功 率 方 向
aQ 1 bQ 2 c Q 3 dQ 4e Q 5f
过 流过 流过 流过 流过 流
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水平； SOE和对时功能：保证SOE的准确性，与系统时钟一
致； 事故记录：记录事故发生时的最大故障电流和事故前
（1min）负荷，便于确定故障区段； 定值远方修改和召唤定值：适应配网运行方式变化； 自检和自恢复功能：设备故障时报警、干扰时自复位；
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FTU的性能要求(2)
远方控制闭锁和手动操作功能：检修线路或操作开关 时确保操作安全性；
适用 范围
农网、负荷密度小的偏远地区、 供电途径少于两条的电网。
城网、负荷密度大的地区、 重要工业园区、供电途径 多的网格状配网、供电可 靠性要求高的区域。
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开环运行的多电源环状网两种系统比较
I
a
b
c
d
ef
A
B
C
DgG E F J
II
H h
I
III
1)基于重合器的馈线自动化系统 若为使网上负荷均衡化，将联络开关从G调整到D，则G和
要求：一般不能开断短路故障电流。 关键部件：故障检测继电器（FDR: Fault Detecting Relay）。 根据判断故障方式的不同分类：电压－时间型，过流脉冲
记数型。
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1) 电压－时间型分段器
故障隔离原理： 根据加压、失压时间长短控制动作，失压后分闸，加压时合闸 或闭锁。用于辐射、树状、环状网。
5. 基于重合器的馈线自动化系统不足
我国馈线自动化近几年才开始，主要采用电压型 及电流型两种控制模式。
我国配电网是小接地电流系统，欧美、日本等国， 大部分是大接地电流系统。
我国配网设备状况、管理要求不同于国外，照搬 国外电流型或电压型模式，推广用于城网必然带 来问题。
基于重合器能够准确地判断故障区段，并能自动 隔离故障区段。
各开关动作时序图
A重合器： 第一次重合 =15S，第二 次重合=5S B、C、D 分段器： X=7S， Y=5S E分段器： X=45S， Y=5S
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4.重合器与重合器配合实现故障区段隔离
发生过流或低电压时重合器动作。 出线重合器：一快二慢，失压3S后分断；中间重合器：二 慢，失压10S后关闭重合功能，并改为一次分闸后闭锁；联络 重合器：一慢，两侧失压后15S合闸。 2021/6/29
E 14s e
(g)
A重合器：一慢一快，第一次重合=15S，第二次重合=5S； B、D分段器：X=7S，Y=5S；C、E分段器2：021X/6/2=914S，Y=5S
各开关动作时序图
A重合器：
第一次重合时 间=15S，第二 次重合时间 =5S B、D分段器： X时限=7S，Y 时限=5S C、E分段器： X时限=14S， Y时限=5S
功能，装重合器后，需改造为多次重合型。 8）重合器保护与出线开关保护配合难度大，要靠时限配合。 9）不具备“四遥”功能，无法进行配电网络优化等工作。
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自动重合器
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4.2 基于FTU的馈线自动化系统
1. 基于FTU的馈线自动化系统D的组成
配电网自动化控制中心计算机网络（SCADA）
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网络描述矩阵与故障信息矩阵举例
CC
I
I I
1 2 3 4 567
联 络 开 关
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存在缺陷
1）切断故障时间较长，动作频繁，减少开关寿命。 2）故障由重合器或变电所断路器分断，系统可靠性降低；
多次短路电流冲击、多次停送电，对用户造成严重影响。 3）重合器或断路器拒动时，事故进一步扩大。 4）环网时使非故障部分全停电一次，扩大事故影响。 5）不能寻找接地故障。 6）无断线故障判断功能，一相、多相断线，重合器不动作。 7）变电站出线开关需改造，目前出线开关具有一次重合闸
FDR功能： 前级开关开断过电流电流动作计数与记忆。当记忆次数=设 定次数时，分段器闭锁。
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3. 重合器与分段器配合实现故障区段隔离 重合器与电压－时间型分段器配合 情况。（重点掌握） 重合器与过流脉冲计数型分段器配 合情况类似（自学）。
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1）辐射状网故障区段隔离过程
a b Dd
AB
c C
a b DdABc C源自abAB15s
ab
A
B
15s 7s
Dd c
C
Dd Cc
Ee (a)
Ee (b)
Ee (c)
Ee
(d)
ab
AB 15s 7s
D 7s d c
C
a b Dd
A
B 闭锁 c
15s 7s
C
14s
a b D 7s d
A 5s
B 7s
c
闭锁 C
Ee (e)
Ee (f)
TTU的主要功能： 1）实现对配电变压器实现远方监视。 2）采集变压器的I、U、P、Q、cos、分时电量、
电压合格率等数据。 3）根据监视的负荷曲线，准确计算线损、用户电
量核算、防窃电。 4）通过低压配电线载波实现对本台区低压用户进
行抄表数据的远传。 结构特点：与FTU类似，但增加低压载波、输出
动作特性：根据动作时间-电流特性分快速动 作特性（瞬动特性）、慢速动作特性（延时 动作特性）两种。
动作特性整定：“一快二慢”、“二快二 慢”、“一快三慢”。
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2. 分段器(Sectionalizer)分类和功能
定义：与电源侧前级开关配合，失压或无电流时自动分闸 的开关设备。
功能：永久故障时，分合预定次数后闭锁在分闸状，隔离 故障区段；若未完成预定分合次数，故障已被其他设备切 除，则保持在合闸状（经一段延时后恢复到预定状态，为 下次故障作准备）。
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3. FTU的组成和结构
一种典型的FTU系统框图
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4. 区域工作站
特点：1）一 般采用工业 PC、多路串 行口扩展板构 成，采用通用 规约，允许多 台FTU共用同 一通道；2） 一般设置在主 变电所，并设 UPS。
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5. 配变远方测控单元（TTU）
D均应重新到现场整定。 b区发生永久性故障时，分段开关B、C分闸后，联络开关G、
E究竟合哪个，无法选择。 2)基于FTU的馈线自动化系统：可很方便地解决以上问题。
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4.3 故障区段判断和隔离
1. 基本原理 1）辐射、树状网、开环运行的环状网：根据最后一
个有故障电流和第一个无故障电流两个开关的电流 变化判断故障区段。
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2) 过流脉冲计数型分段器
故障隔离原理： 记忆前级开关开断故障电流动作次数，达到预定记忆次数时， 在前级开关跳闸的无电流间隙内，分段器分闸，隔离故障区 段。前级开关开断故障电流动作次数未达到预定记忆次数时， 分段器经一定延时后计数清零，复位至初始状态。
FDR整定参数： 前级开关过流开断次数。
要 3)不需建通信网络。
优 点
4)无电源提取问题。
1)故障时隔离故障区域，正常 时监控配网运行，可优化运行 方式，实现安全经济运行。
2)适应灵活的运行方式。
3)恢复健全区域供电时，可采 取安全和最佳措施。
4)可与MIS、GIS等联网，实 现全局信息化。
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两种馈线自动化系统的比较(续表)
FDR整定参数： X时限：分段器电源侧加压至该分段器合闸的时延。 Y时限：分段器合闸后未超过Y时限的时间内又失压，则该分 段器分闸并被闭锁在分闸状，下一次再得电时不再自动重合 。 Y时限又称故障检测时间 。
FDR功能： 第一套功能：用于常闭状态的分段开关，用于辐射、树状网； 要求X时限>Y时限>电源端断路器跳闸时间。 第二套功能：用于常开状态的联络开关，用于环网联络开关常 开状态。
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2）环状网开环运行时的故障区段隔离
a b cd e
A
B
C
D
EF
联络开关
(a)
a bc d e
A
B
C
D
EF
联络开关
(b)
a bc d e
A 15s
BC
D
EF
联络开关
(c)
a bc d e
A 15s
BC
7s
D
EF
联络开关
(d)
a bc d e
A 15s
BC 7s 7s
D
EF
联络开关
(e)
第4章 馈线自动化
馈线自动化是配电自动化的重要组成部分。 目的：对馈出线路进行数据采集和监控（SCADA
功能），故障时，及时准确地确定故障区段，迅速 隔离故障区段并恢复健全区段供电。 主要功能：配网馈线运行状态监测、控制、故障诊 断、故障隔离、网络重构。 实现：一种是基于重合器的馈线自动化系统；另一 种是基于馈线终端设备(FTU)的馈线自动化系统。
故障时，FTU将记录的故障电流、时间等上报，供 分析使用。
区域工作站：通道集中器和转发装置，并将各单元 通信规约转换为标准远动规约。
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2. FTU的性能要求(1)
遥信功能：开关位置、贮能完成情况、通信完好性； 遥测功能：U、I、P、Q等； 遥控功能：远方对柱上开关分合、贮能等； 统计功能：开关动作次数、动作时间、累计切断电流
控制为补偿功率因数的电容器。
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一种典型的配变测控终端单元组成
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6. 两种馈线自动化系统的比较
基于重合器、FTU的馈线自动化系统国外大量使用。
两种馈线自动化系统的比较
基于重合器开关设备配 基于FTU和通信网络的馈线自
合的馈线自动化系统
动化系统
1)结构简单。
主 2)建设费用低。
区域工作站
区域工作站
区域工作站
RTU
RTU
FTU
联络开关
断路器
分段开关
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系统特点
配网实时信息通过就地FTU采集，传送到区域集控 或变电站集中，上报配电调度中心。
配电调度中心控制命令通过区域集控或变电站转发 给FTU执行。
FTU采集柱上开关运行情况，将信息上传到配网控 制中心，或接受控制中心命令进行远方操作。
2. 故障区段判断和隔离算法
采用矩阵算法来实现判断、隔离故障区段。 1）网络描述矩阵D 断路器、分段开关、联络开关作为节点（N），可
构N×N维方阵； 若第i、j节点间存在馈线，则第i行、第j列元素，
第j行、第i列元素均置1；不存在馈线的节点对应 元素置0。 2）故障信息矩阵G 若第i个节点的开关故障电流超过整定值，则第i行 第i列元素置0，反之置1，矩阵的其他元素均置0。 也是N×N维方阵。
闭锁
A 5s
BC
7s
D
EF
联络开关
(f)
a
c b
d 45s e
A 5s
BC
7s
D
EF
联络开关
(g)
a bc d e
A
B
C
D
EF
联络开关
(h)
a bc d e A BC DE F
联络开关 (i)
A重合器：一慢一快，第一次重合=15S，第二次重合=5S； B、C、D分段器：X=7S，Y=5S；E分段器2：021X/6/2=945S，Y=5S