配电网馈线自动化

图6-4 配电网实例
6.2.4 重合器与过电流脉冲计数型分段器配合
1.隔离永久故障区段 2.隔离暂时性故障区段
1.隔离永久故障区段
1)该辐射状网正常工作的情形。 2) 在c区段发生永久性故障后，重合器A跳闸，分段器C计过电流一次，由 于未达到整定值2次，因此不分闸而保持在合闸状态。 3)经一段延时后，重合器A第一次重合。 4)由于再次合到故障点处，重合器A再次跳闸，并且分段器C的过电流脉 冲计数值达到整定值2次，因此分段器C在重合器A再次跳闸后的无电流时 期分闸并闭锁。 5)又经过一段延时后，重合器A进行第二次重合，而分段器C保持在分闸 状态，从而隔离了故障区段，恢复了健全区段的供电。
(2) 联络开关的时限整定
1)确保开环运行方式，即不会出现两台联络开关同时合闸的现象。 2)可以事先确定营救策略的优先级，比如，L1为第一方案，L2为第二方 案，…，Lm为第m方案。 3)第一方案失灵后可启动第二方案，第二方案失灵后可启动第三方案，以 此类推。 4)在采用第二方案、第三方案……或备用方案时，同样可确保开环运行方 式，即不会出现两台联络开关同时合闸的现象。
(3)利用点对点通信
采用具有电动操作机构的负荷开关或环网柜作 为馈线分段开关，同时配置具有通信功能的馈 线监控终端。在线路故障、变电站出线断路器 跳闸后，线路各分段负荷开关的馈线监控终端 间通过点对点通信交换故障信息，经馈线监控 终端分析判断，识别故障区段，并自动隔离故 障，自动恢复非故障区段的供电。
6.2.3 重合器与电压-时间型分段器配合
1.辐射状网故障区段隔离 2.环状网开环运行时的故障区段隔离 3.重合器与电压-时间型分段器配合的整定方法
1.辐射状网故障区段隔离
1)辐射状网正常工作的情形。 2)在c区段发生永久性故障后，重合器A跳闸，导致线路失电压，造成分段 器B、C、D和E均分闸。 3)事故跳闸15s后，重合器A第一次重合。 4)经过7s的X时限后，分段器B自动合闸，将电供至b区段。 5)又经过7s的X时限后，分段器D自动合闸，将电供至d区段。 6)分段器B合闸后，经过14s的X时限后，分段器C自动合闸。 7)重合器A再次跳闸后，又经过5s进行第二次重合，分段器B、D和E依次 自动合闸，而分段器C因闭锁保持分闸状态，从而隔离了故障区段，恢复 了健全区段供电。
3.其他算法
应用粗糙集理论的方法把保护和馈线监控终端 的信息作为故障分类的条件属性集，考虑了各 种可能发生的故障情况，以此建立决策表，然 后实现决策表的自动化简和约简的搜索，并利 用决策表的约简形式，区分关键信号和非关键 信号，直接从故障样本中导出诊断规则，从而 达到在不完备信息模式下的快速故障诊断。
(1)网形结构矩阵C
N节点网络，网形结构矩阵C为N×N矩阵，其元 素定义如下：如果节点i有子节点j，则cij=1，否 则cij=0。亦即，若节点i和节点j之间存在一条馈 线段且该馈线段的正方向是由节点i指向节点j， 则对应的网形结构矩阵C中的元素cij=1，而cji=0。 该网络描述矩阵C是一非对称阵，反映了网络的 实时拓扑结构。
36935-6a
主编
第6章 配电网馈线自动化
6.1 馈线自动化模式 6.2 基于重合器的馈线自动化 6.3 基于馈线监控终端的馈线自动化 6.4 馈线自动化系统设计
6.1 馈线自动化模式
1.就地控制模式 2.远方集中监控模式
1.就地控制模式
(1)利用重合器和分段器 (2)利用重合器和重合器 (3)利用点对点通信
(1)利用重合器和分段器
这是在通信技术尚不发达、配电网自动化发展 的初始阶段所采用的做法，主要方式是重合器 (断路器)加分段器。以架空环网为例，变电站出 线开关采用重合器，其他的柱上开关为分段器。
(2)利用重合器和重合器
线路上开关均采用重合器，采用重合器作为馈 线分段开关。重合器具有切断短路电流的能力， 并且自身具有保护与自动化功能。
2.隔离暂时性故障区段
图6-6 重合器与过电流脉冲计数型 分段器配合处理暂时性故障的过程
a)正常运行 b)故障隔离过程 c)故障消失
6.2.5 基于重合器的馈线自动化系统的不足
1)采用重合器或断路器与电压-时间型分段器配合时，当线路故障时，分 段器不立即分断，而要依靠重合器或位于变电站的出线断路器的保护跳闸， 导致馈线失电压后，各分段器才能分断。 2)基于重合器的馈线自动化系统仅在线路发生故障时发挥作用，而不能在 远方通过遥控完成正常的倒闸操作。 3)基于重合器的馈线自动化系统不能实时监视线路的负荷，无法掌握用户 用电规律，也难于改进运行方式。
6.3 基于馈线监控终端的馈线自动化
6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4
系统概述 馈线故障区段定位算法简介 基于网基结构矩阵的定位算法 基于网形结构矩阵的定位算法
6.3.1 系统概述
图6-7 系统结构图
6.3.1 系统概述
1)实时性。 2)容错性。
1)实时性。
故障区段定位必须在很短的时间内完成。配电 网故障的快速、准确定位，可以节省大量的人 工现场巡查及操作，及时修复系统，保证可靠 供电，对保证整个系统的安全稳定和经济运行 都有重要的作用。
1.辐射状网故障区段隔离
图6-2 辐射状网故障区段隔离的过程 a)正常运行 b)～f)故障隔离过程 g)故障隔离
2.环状网开环运行时的故障区段隔离
1)该开环运行的环状网正常工作的情形。 2)在c区段发生永性故障后，重合器A跳闸，导致联络开关左侧线路失电压， 造成分段器B、C和D均分闸，联络开关E启动XL计时器。 3)事故跳闸15s后，重合器A第一次重合。 4)又经过7s的X时限后，分段器B自动合闸，将电供至b区段。 5)又经过7s的X时限后，分段器C自动合闸，此时由于c区段存在永久性故 障，再次导致重合器A跳闸，从而线路失电压，造成分段器B和C均分闸。 6)重合器A再次跳闸后，又经过5s进行第二次重合，7s后分段器B自动合闸， 而分段器C因闭锁保持分闸状态。 7)重合器A第一次跳闸后，经过45s的XL时限后，联络开关E自动合闸，将 电供至d区段。
6.3.3 基于网基结构矩阵的定位算法
1.网基结构矩阵D 2.故障信息矩阵G 3.故障判断矩阵P
1.网基结构矩阵D
图6-8 一个简单的配电网
1.网基结构矩阵D
2.故障信息矩阵G
3.故障判断矩阵P
假设馈线上发生单一故障，故障区段显然位于从电源到末梢方向第一个未 经历故障电流的节点和最后一个经历了故障电流的节点之间。因此故障区 段两侧的开关必定一个经历了故障电流，另一个未经历故障电流。而且故 障区段的一个没有故障信息节点的所有相邻节点中，不存在两个以上的节 点有故障信息。也即如果一个未经历故障电流节点的所有相邻节点中，若 存在两个节点经历了故障电流，则该节点不构成故障区段的一个节点。
2.远方集中监控模式
远方集中监控模式由变电站出线断路器、各柱 上负荷开关、馈线监控终端、通信网络、配电 主站组成。每个开关或环网柜的馈线监控终端 要与配电主站通信，故障隔离操作由配电主站 以遥控方式集中控制。
6.2 基于重合器的馈线自动化
6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.5
2.环状网开环运行时的故障区段隔离
8)又经过7s的X时限后，分段器D自动合闸，此时由于c区段存在永久性故 障，导致联络开关右侧线路的重合器跳闸，从而右侧线路失电压，造成其 上面的所有分段器均分闸。 9)联络开关以及右侧的分段器和重合器又依顺序合闸，而分段Leabharlann BaiduD因闭锁 保持分闸状态，从而隔离了故障区段，恢复了健全区段供电。
3.故障判断矩阵P
3.故障判断矩阵P
（6-5）
例6-2 分析图6-9所示的一个较复杂的配电网故障区 段判定方法。
图6-9 一个较复杂的配电网
（6-6） （6-7）
（6-8） （6-9）
（6-10） （6-11）
（6-12）
6.3.4 基于网形结构矩阵的定位算法
基本算法 (1)网形结构矩阵C (2)故障信息矩阵G (3)故障区间判断矩阵P (4)故障区段定位判据
1.电压-时间型分段器 2.过电流脉冲计数型分段器
1.电压-时间型分段器
图6-1 电压-时间型 分段器的接线原理
2.过电流脉冲计数型分段器
过电流脉冲计数型分段器通常与前级的重合器 或断路器配合使用，它不能开断短路故障电流， 但在一段时间内，能记忆前级开关设备开断故 障电流的动作次数。在预定的记忆次数后，在 前级的重合器或断路器将线路从电网中短时切 除的无电流间隙内，分段器分闸，隔离故障。 若前级开关设备开断故障电流的动作次数未达 到分段器预设的动作次数，分段器在一定的复 位时间后会清零动作次数并恢复到预先整定的 初始状态，为下一次故障做好准备。
(2)故障信息矩阵G
在单电源树形辐射状网络中，全网的功率方向 是一定的，因此发生故障时，不必考虑故障电 流方向，只需根据各节点是否有故障电流通过 来得到故障信息，从而形成网络的故障信息矩 阵G。N节点网络对应N×N矩阵，其元素形成规 则如下：若第i节点存在故障电流，则该节点对 应的对角线元素gii=1，反之gii=0。
2)容错性。
配电网的故障区段定位算法应考虑故障信息的 不确定性。近年来，随着配电网规模的不断扩 大，配电网中的电源点和节点的数量也在不断 增多；配电网中馈线监控终端所处的环境比较 恶劣，受强电磁、雷电、温度、湿度等因素的 影响；在数据传输时，还可能因信道受到干扰 而产生数据丢失及错误等问题。因此，主站系 统所得到的数据可能会不完整或包含错误信息。
2.矩阵运算型配电网馈线故障区段定位算法
矩阵算法因其简明直观、计算量小等特点， 应用更为广泛。这类方法首先针对配电网的 拓扑结构获得一个网络描述矩阵，在发生故 障时，根据馈线分段开关处和主变电站处的 馈线监控终端上报的过电流信息生成一个故 障信息矩阵，通过网络描述矩阵及故障信息 矩阵的运算得到故障判定矩阵，由故障判定 矩阵就可判断和隔离故障区段了。
1.隔离永久故障区段
图6-5 重合器与过电流脉冲计数型分段器配合隔离永久性故障区段的过程 a)正常运行 b～d)故障隔离过程 e)故障隔离
2.隔离暂时性故障区段
1)辐射状网正常工作的情形。 2)在c区段发生暂时性故障后，重合器A跳闸，分段器C计过电流一次，由 于未达到整定值2次，因此不分闸而保持在合闸状态。 3)经一段延时后，暂时性故障消失，重合器A重合成功恢复馈线供电，再 经过一段整定的时间以后，分段器C的过电流计数值清除，又恢复到其初 始状态。
重合器的功能 分段器的分类和功能 重合器与电压-时间型分段器配合 重合器与过电流脉冲计数型分段器配合 基于重合器的馈线自动化系统的不足
6.2.1 重合器的功能
重合器是一种具有控制及保护功能的开关设备， 它能按照预定的开断和重合顺序自动进行开断 和重合操作，并在其后自动复位或闭锁。
6.2.2 分段器的分类和功能
6.3.2 馈线故障区段定位算法简介
1.人工智能型配电网馈线故障区段定位算法 2.矩阵运算型配电网馈线故障区段定位算法 3.其他算法
1.人工智能型配电网馈线故障区段定位算法
系统的信息主要来自户外馈线监控终端，因其 所处的环境较差，配电网故障信息受干扰、畸 变或丢失的可能性较大，从而影响故障区段定 位的正确性。近年来出现了一些具有抗干扰性 能的人工智能型算法，如遗传算法、神经网络 和模式识别算法、Petri网理论、利用专家系统 的方法等。遗传算法应用于故障诊断的基本思 路是首先建立诊断的数学模型，然后用遗传操 作求解。
2.环状网开环运行时的故障区段隔离
图6-3 环状网开环运行时故障区段隔离的过程 a)正常运行 b)～h)故障隔离过程 i)故障隔离
3.重合器与电压-时间型分段器配合的整定方法
(1) 分段器的时限整定 (2) 联络开关的时限整定
(1) 分段器的时限整定
1)确定分段器合闸时间间隔，并以联络开关为界将配电网分割成若干以变 电站出口重合器为根的树状(辐射状)配电子网络。 2)在各配电子网络中，以变电站出口重合器合闸为时间起点，分别对各个 分段器标注其相对于变电站出口重合器合闸时刻的绝对合闸延时时间，并 注意不能在任何时刻有两台及两台以上的分段器同时合闸。 3)某台分段器的X时限等于该分段器的绝对合闸延时时间减去其父节点分 段器的绝对合闸延时时间。