配电网馈线自动化技术及其应用

环网柜的成本。电力负荷由副环路供电, 可以缩短主 环路的电缆, 节省配网系统一次投资。
( 5) 这种配电方式, 要求高压快速熔断器的容 量应满足系统的要求, 熔断器快速熔断时间应与馈 线出口断路器的速断保护相匹配。 1. 4 开环点定位问题
无论是架空线还是电缆, 无论哪种环网配电接 线, 都存在开环点定位的问题, 开环点定位应考虑以 下几个因素。
L2 VW5
L3 VW 4
V W3
L6
L5
L4
图5 重合器控制方式
重合器合状态
重合器分状态
Fig. 5 Local control using recloser
正常运行情况: L 1, L 2 , L 3 由 CB1 供电; L 4 , L 5, L 6 由 CB2 供电; 联络开关重合器 V W3 是断开状态。
1997- 12- 03 收稿。
化的前提条件。
环网供电一次系统, 包括一次接线、柱上开关或 环网开关柜的选择、线路分段、开环点的定位, 都与
馈线自动化密切相关, 是实现馈线自动化最基础的 工作。
1. 1 架空线路手拉手的环网供电方式
如图 1 所示, CB1, CB2 为变电站 10 kV 出线断 路器; S1 , …, S5 为馈线自动分段开关, 其中 S3 为开 环点。
S3 联络开关, 检测到一端 L 3 失压, 即延时自动 闭合 → L 3 带电, S2 延时闭合→故障未消除引起 CB2 跳闸→S5, S4 , S3, S2 因失压自动断开→S2 在小于 t 2 时间内断电, 则自动断开后闭锁。
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CB2 重合→S5 , S4, S3 分别延时合闸, 恢复 L 3 非 故障区段供电。L 3 的负荷转移到 CB2 供电; L 2 故障 段由于 S1 和 S2 自动断开闭锁, 实现故障区段自动 隔离。这里, t2 为大于 CB1 速断保护时间, t 1 为躲 开 CB1 重合闸时间。
L1
S1 L 2
S2
L3
CB1
FTU I K FTU
L 6 S5 L 5 S4
L4
S3 FT U
CB2
F TU
FT U
图6 采用FTU就地控制 Fig. 6 Local control using FTU
设 L 2 出现持久性故障 I K →CB1 一次重合不成 功又跳开→S1 的 F T U 记录了两次失压, 两次 IK 故 障电流, 经一定延时 S1 断开→S2 的 F T U 记录两次 失压, 没有 I K 故障电流, 经过延时 S2 跳开→通过对 等通信方式, 各自将 F T U 记录的状态向相邻开关 广播传送。当联络开关 S3 的 FT U 收到各开关记录 状态时, 分析相邻开关 S2 的记录, 若仅是失压而断 开, 则判断故障不在 L 3 区段, S3 的 FT U 发出 S3 合 闸命令, 同时把 S3 的状态向相邻开关传送。S2 , S1 的 F T U 分别检出相邻的记录有差异, S1 有两次 I K , S2 只有失压, 则判断故障在 L 2 区段, S1 , S2 保持断开位 置 →经一定延时, CB1 重合, 恢复对 L 1 供电, 完成故 障自动隔离和自动恢复非故障段的供电过程。
动恢复供电功能; ( 3) 环路上重合器之间保护的配合靠延时来实
现, 分段越多, 保护级差越难配合; ( 4) 为与重合器保护级差相配合, 变电站出线
断路器是最后一级速断保护, 分段重合器越多, 出线 开关速断保护延时就越长, 对配电系统影响也越大;
( 5) 重合器具有切断故障电流的能力, 因此投 资比较大;
有远方操作功能, 负荷侧采用熔断器保护。这种配 置, 不仅能降低环网柜的成本, 同时避免负荷侧或副 环路故障而引起主回路停电。熔断器起到保护和隔 离作用。
( 3) 若环网柜不带电力负荷, 那么环网柜相当 于分段开关, 则环网柜只要一个开关带电动操作机 构就可以满足要求。
( 4) 环网柜负荷侧用熔断器取代负荷开关。熔 断器与负荷开关相比, 价格相差 10 倍, 大大降低了
采用重合器组网实现馈线自动化功能与采用自
动分段开关相比有很大进步, 其特点为: ( 1) 利用重合器本身切断故障电流的能力, 实
现故障就地隔离, 避免因某段故障导致全线路停电 的情况, 同时减少出线开关动作次数;
( 2) 不需要通信手段, 利用重合器多次重合以 及保护动作时限的相互配合, 实现故障自动隔离、自
10 kV CB1 S1
S2
S3
S4
S5 CB2 10 kV
图1 架空线环网配电一次接线
断路器合闸状态;
负荷开关合闸状态
负荷开关断开状态
Fig. 1 Primary connection of overhead circular distributor network
一般 CB1 和 CB2 断路器分别来自两 个变电站 的出线开关。正常运行时, 开环点联络开关 S3 是断 开状态, 以实现手拉手环网供电。 1. 2 电缆配电采用四单元环网开关柜的一次接线
( 1) 馈线承担负载能力。环网供电开环运行的 网络中, 若开环点按照两端电源均分负载来定位, 即 正常运行情况, 馈线只能带 50% 的负载。
( 2) 根据配电网络具体情况, 充分利用变电站 主变现有的容量和线路允许传输容量, 统一规划, 确 定环网联络开关( 开环点) 的位置。
2 馈线自动化的几种控制模式
网就是采用这种四单元环网柜配电。 1. 3 电缆配电采用主环路和副环路的一次接线
如图 3 所示, 这种环网接线的特点如下。 ( 1) 主环路和副环路: 主环路主要考虑电缆分
段, 缩小故障范围, 同时对重要的电力用户供电; 而 分布较集中的用户, 由副环路供电。副环路环网柜采
·新技术· 林功平 配电网馈线自动化技术及其应用
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。利用重合器自身的保护和自动 化功能实现馈线故障就地自动隔离, 自动恢复非故 障段供电的功能。重合器重合次数和保护动作延时 时间可以整定。下面分析重合器故障自动隔离过程
( 见图 5) 。
10 kV
CB1
VW1
IK VW 2
10 kV
L1 CB2
( 6) 由于上述因素, 限制了重合器组网的使用 范围, 一般用于市郊或农电的长线路, 负 荷比较分 散, 馈线传输容量不大的线路应尽量减少重合器动 作对系统的冲击。 2. 3 智能馈线终端就地控制方式
智 能 馈 线 终 端 ( f eeder terminal unit , 简 称 F T U ) 就地控制方式( 见图 6) , 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 F T U 馈 线 智 能 控 制 终 端, 通 过 对 等 ( peer t o peer ) 通信方式, F T U 把故障后的开关状态及记录 信息传送给相邻开关的 FT U, 经 F T U 智能判断, 识 别出故障区段, 并自动隔离故障, 自动恢复非故障区 段的供电。其工作过程如下。
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1998 年 4 月 A uto电m ati力o n o系f E le统ct r ic自P o w动er Sy化stems 第 22 卷 第 4 期
配电网馈线自动化技术及其应用
林功平
( 电力自动化研究院电网所 210003 南京)
摘 要 论述了当前配网自动化系统的热门话题——馈线自动化技术; 阐明了馈线自动化与配电 网网络结构及一次设备的关系; 介绍了环网配源自文库的几种接线方式以及馈线自动化技术的四种控制 模式; 探讨了实现配网馈线自动化的关键技术。鉴于国内配电系统现状, 提出馈线自动化技术的应 用首先应立足于试点工程, 取得经验后再逐步推广。
这种馈线自动分段, 不需要通信手段, 通过检测 电压加时限, 经多次重合, 即可实现故障自动隔离目 的, 投资比较少。但存在如下问题。
( 1) 经多次重合, 才能隔离故障, 对配电系统和 一次设备有一定冲击;
( 2) 为了故障隔离, 波及到非故障区段, CB2 也 要短时停电;
( 3) 当馈 线长, 分段 多时, 逐级延 时的时限越 长, 对系统影响越大。 2. 2 重合器就地隔离故障
10 kV
L1
L2
L3
10 kV
CB1
S1 I K S2
S3
L6
L5
L4
CB2
S5
S4
图4 馈线自动分段 Fig. 4 Feeder automatic sectionalizing
正常情况: L 1, L 2 , L 3 线段由 CB 1 供电; L 4, L 5 , L 6 线段由 CB2 供电; S3 联络开关是断开状态。
故障情况: 设 L 2 线段发生持久性故障 I K → 重 合器 V W1 重合不成功 → V W1 保护延时断开, L 2, L 3 失电 → 重合器 V W2 因失电延时跳开 → 联络开关重 合器 V W3 因检测到一侧失压, 则延时投入 → L 3 的 负荷转移为由 CB2 供电, 实现了故障区段 L 2 就地隔 离功能。
如图 2 所示, 四单元环网开关柜, 配置四个负荷 开关, 开关具有远方操作和就地操作的电动操作机 构。这种配电方式优点是运行方式灵活, 但是由于环
网柜四个开关全部电动操作, 因此价格比较昂贵。 在这种环网接线方式中, 环网开关柜的设置与
电力用户相结合, 按用户分布来配置环网柜。这种方 式一般用于比较重要的负荷密集区, 如浦东金藤配
随着电子技术、计算机技术和信息传输技术的 发展以及一次设备的小型化、智能化, 馈线自动化技 术也得到不断发展和提高, 下面介绍几种国内外馈 线自动化控制模式。 2. 1 带时限电压型馈线自动分段
60 年代日本采用馈线自动分段开关, 实现馈线 故障自动隔离, 然后按时限顺序自动恢复送电, 其工 作原理如图 4 所示。
配电网馈线自动化与配电系统网络结构及一次 设备关系密切, 下面对配电网一次系统网络结构进 行分析。
1 配电系统环网配电的一次 接线方式
传统的城市配电网采用辐射供电模式, 为了保 证对重要用户的供电, 采用双回路甚至三回路供电 方式, 这样必然增加变电站 10 kV 配电线路的回路 数, 通常采用建立开关站( 开闭所) 来扩展 10 kV 馈 线。传统的供电方式是从变电站→开关站( 开闭所) →用户。而配网馈线自动化是建立在环网供电开环 运行的网络结构基础上, 因此, 将旧城网辐射供电方 式逐步改造成环网供电方式是实现配电网馈线自动
故障情况: 设 L 2 区段发生持久性故障 I K → CB1 保护动作跳闸 → CB1 重合一次不成功 → S1 , S2 由于 失压自动断开 → CB1 再次重合 → L 1 带电, S1 延时
t 1 合闸 → 故障未消除, CB1 跳闸 → S1 在小于 t 2 时 间内失电, 即跳开后自动闭锁 → CB1 合闸, 恢复 L 1 供电。
关键词 环网配电 一次设备 馈线自动化 F T U 终端
0 引言
配电网馈线自动化是配电网自动化系统的主要 功能之一。随着我国国民经济的高速发展和改革开 放的深入, 人们对电力的需求日益增长, 同时对供电 可靠性和供电质量提出了更高的要求。电力部颁布 的 “九 五”指 标, 要求 供 电 系 统 供 电 可 靠 性 达 到 99. 9% , 根据目前国内配电网的现状, 若不采取有效 的技术措施, 是不可能达到此要求的。配网馈线自动 化 ( dist ribut io n aut omat ion, 简称 DA ) 是配电系统 提高供电可靠性最直接、最有效的技术手段, 因此目 前电力企业考虑配网自动化系统时, 首先投入的是 配网馈线自动化( DA) 的试点工程。配网馈线自动化 主要功能包括: 配网馈线运行状态监测; 馈线故 障检测; 故障定位; 故障隔离; 馈线负荷重新 优化配置( 网络重构) ; 供电电源恢复; 馈线过负 荷时, 系统切换操作; 正常计划调度操作; 馈线 开关远方控制操作; 统计及记录: 开关动作次数累 计、供电可靠性累计、事故记录报告、负荷记录等。
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CB1
A1
A2
A3
10 kV
CB1
A6
A5
A4
10 kV
图2 电缆环网配电一次接线 Fig. 2 Primary connection
of underground cable circular distributor network
10 kV
A1 主环 A2
10 kV An
···
副环
B1
Bn
·· · B2
图3 电缆环网配电一次接线 A 1～An 主环路环网开关; B1～Bn 副环路三单元箱式变
熔断器
Fig. 3 Primary connection of mast -circle and sub -circle distributor network
用三单元箱式变供电。 ( 2) 主环路的环网柜, 进、出线负荷开关要求具