智能配电网的故障处理自动化技术袁钦成袁钦成北京科锐配电自动化股份北京科锐配电自动化股份2021/07/182021/07/18主要内容一、概述概述二、网络式保护技术解决配网保护快速二、网络式保护技术解决配网保护快速 性和选择性的矛盾性和选择性的矛盾三、分布式智能技术故障自动隔离、负三、分布式智能技术故障自动隔离、负 荷自动转供的可靠性更高荷自动转供的可靠性更高四、故障点自动定位技术解决查找故障四、故障点自动定位技术解决查找故障点的效率问题点的效率问题一、概述 配电系统故障处理自动化技术配电系统故障处理自动化技术：解决配电网发生短路故障、单相接地故障时的故障自动切除、故障区段的自动隔离、非故障区域的自动恢复供电、故障点的自动定位问题，提高供电可靠性。配电系统的故障处理过程的三个阶段：1 1、故障发生瞬间，故障的开断和去除。、故障发生瞬间，故障的开断和去除。短路故障一般需要在毫秒级时间内完成故障切除。问题：选择性和快速性的矛盾。一般技术只能是变短路故障一般需要在毫秒级时间内完成故障切除。问题：选择性和快速性的矛盾。一般技术只能是变电站出口断路器跳闸，扩大了停电范围。电站出口断路器跳闸，扩大了停电范围。一般只能在配电线路的分支线上实现单相接地故障的直接隔离。一般只能在配电线路的分支线上实现单相接地故障的直接隔离。2 2、故障处理的第二阶段：故障区段的隔离和非故障区域的恢复供电。、故障处理的第二阶段：故障区段的隔离和非故障区域的恢复供电。隔离短路故障一般需要秒级至分钟。一般采用集中控制方案，存在缺陷，对通信系统依赖性高，基于隔离短路故障一般需要秒级至分钟。一般采用集中控制方案，存在缺陷，对通信系统依赖性高，基于分布智能的方案慢慢被大家接受。分布智能的方案慢慢被大家接受。单相接地故障区域的自动隔离方案应用不多单相接地故障区域的自动隔离方案应用不多3 3、故障处理的第三个阶段是故障点的定位和排除故障。、故障处理的第三个阶段是故障点的定位和排除故障。如果没有自动定位方法，通常需要数十分钟至假设干小时。故障查找时间一般占故障处理时间的如果没有自动定位方法，通常需要数十分钟至假设干小时。故障查找时间一般占故障处理时间的5050，供电可靠性的提高受到限制。供电可靠性的提高受到限制。二、网二、网络式保式保护技技术解决配网保解决配网保护快速性快速性和和选择性的矛盾性的矛盾传统电流保护的问题：传统电流保护的问题：现象：城市配网线路短、多开关串联，短路电流差异小，电流现象：城市配网线路短、多开关串联，短路电流差异小，电流定值、时间定值配合困难、会导致出口保护的动作时间加定值、时间定值配合困难、会导致出口保护的动作时间加长。一般短路故障都是变电站出口跳闸，停电时间长，停长。一般短路故障都是变电站出口跳闸，停电时间长，停电范围扩大。不能解决多电源闭环供电问题电范围扩大。不能解决多电源闭环供电问题原因：传统的配电系统电流保护其实质是一个独立的单元保护，原因：传统的配电系统电流保护其实质是一个独立的单元保护，它只检测流过所监测开关的电流而决定保护的动作与否及它只检测流过所监测开关的电流而决定保护的动作与否及动作延时，而不关心相邻开关的保护动作情况，这是造成动作延时，而不关心相邻开关的保护动作情况，这是造成相邻保护相互配合困难的主要原因。相邻保护相互配合困难的主要原因。网络式保护的原理n n保护监测的范围由一个点扩大到相联开关甚至串联的一组开保护监测的范围由一个点扩大到相联开关甚至串联的一组开关。关。n n不同地点的模拟量在当地检测完成，只是将检测结果的数据不同地点的模拟量在当地检测完成，只是将检测结果的数据信息、保护判别结果的状态信息、开关状态信息等通过通信信息、保护判别结果的状态信息、开关状态信息等通过通信网络由不同地点的保护共享，以到达不同地点保护之间协调网络由不同地点的保护共享，以到达不同地点保护之间协调和配合，和配合，n n网络式保护的核心目标：实现保护的快速性和选择性的统一。网络式保护的核心目标：实现保护的快速性和选择性的统一。n n根据当前配电网的运行方式，基于对等式通信网络的网络保根据当前配电网的运行方式，基于对等式通信网络的网络保护可以适应配网开环模式和多电源闭环模式两种运行方式。护可以适应配网开环模式和多电源闭环模式两种运行方式。CB1 S1 S2 S3S4 S5CB2 F传统保护问题：保护配合困难传统保护问题：保护配合困难网络式保护：任一点故障均可以有选择性的速断跳闸网络式保护：任一点故障均可以有选择性的速断跳闸 特点：解决了选择性和快速性的矛盾。特点：解决了选择性和快速性的矛盾。网络式保护在架空线路的应用网络式保护的特点网络式保护的特点 1.1.选择性：控制故障点最近的断路器速断跳闸，切断故障；选择性：控制故障点最近的断路器速断跳闸，切断故障；2.2.快速性：不依赖主站快速性：不依赖主站/子站，缩短了故障处理时间，子站，缩短了故障处理时间，50-50-60ms60ms保护出口；保护出口；100ms100ms隔离故障；隔离故障；3.3.自动隔离和转供：在开环系统中完成故障区域隔离后，能自动隔离和转供：在开环系统中完成故障区域隔离后，能够根据自愈逻辑完成非故障区域的供电恢复；闭环系统中够根据自愈逻辑完成非故障区域的供电恢复；闭环系统中准确隔离故障区段，故障处理结束，网络结构发生变化时，准确隔离故障区段，故障处理结束，网络结构发生变化时，能够自动完成网络结构的拓扑；能够自动完成网络结构的拓扑；4.4.自动容错：某一个或多个通道故障时，网络式保护根自动容错：某一个或多个通道故障时，网络式保护根据容错方案完成故障的定位、隔离和转供；据容错方案完成故障的定位、隔离和转供；5.5.灵活灵活-混合组网：针对不同开关类型可整定不同功能，支混合组网：针对不同开关类型可整定不同功能，支持断路器和负荷开关混合组网的线路模式。持断路器和负荷开关混合组网的线路模式。6 6、适用于大容量、多电源、高渗透率的分布式电源接入的主、适用于大容量、多电源、高渗透率的分布式电源接入的主动配电网动配电网智能环网柜组成的电缆环网方案F1F2F3F4F5S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4RDCU-3A控制器控制器三、就地分布式智能技三、就地分布式智能技术故障自故障自动隔离、隔离、负荷自荷自动转供的可靠性更高供的可靠性更高1 1现有的故障隔离和转供的集中控制方式：现有的故障隔离和转供的集中控制方式：对通信通道和主站依赖性太强，控制可靠性低对通信通道和主站依赖性太强，控制可靠性低2 2传统的分段器和重合器方案，不利用信道交换信传统的分段器和重合器方案，不利用信道交换信息，动作效率不高息，动作效率不高电压型重合分段器工作原理 CB1 S1 S2 S3S4 S5CB2 F特点：不需要主站和通信缺点：只检测电压、动作次数多电流计数型分段器工作原理 CB1 S1 S2 S3S4 S5CB2 F特点：不需要主站和通信缺点：只检测电流、不适合主环路综合型就地分布智能模式合型就地分布智能模式n n综合检测电流电压综合检测电流电压n n综合了电压分段器、电流分段器和重合器的优点综合了电压分段器、电流分段器和重合器的优点n n不依赖通信，但可以利用通道提高效率不依赖通信，但可以利用通道提高效率n n与各种开关集成构成智能柱上开关与各种开关集成构成智能柱上开关n n适合在主环路或分支回路适合在主环路或分支回路n n故障点后开关残压闭锁联锁分闸、联络开关可自动延时合故障点后开关残压闭锁联锁分闸、联络开关可自动延时合闸转供。闸转供。综合型分布智能模式在架空网中的应用n n柱上开关可使用负荷开关或断路器柱上开关可使用负荷开关或断路器n n实现故障自动隔离、自动转移供电实现故障自动隔离、自动转移供电n n支持两电源或三电源、四电源系统支持两电源或三电源、四电源系统n n没有通信通道也可以实现故障隔离和电源转供及供电恢复没有通信通道也可以实现故障隔离和电源转供及供电恢复n n有通信时可自动升级实现远程自动化功能有通信时可自动升级实现远程自动化功能n n故障就地处理：可靠性高、速度快故障就地处理：可靠性高、速度快n n适应不同阶段的自动化要求适应不同阶段的自动化要求 不依赖于通信、就地分布式智能自动化方案不依赖于通信、就地分布式智能自动化方案不依赖于通信、就地分布式智能自动化方案不依赖于通信、就地分布式智能自动化方案CB1CB1、S1S1、S2S2感受到故障电流，感受到故障电流，S1 S1速断保护跳闸，速断保护跳闸，CB1CB1延时保护；延时保护；S2S2、S3S3失电延时分闸；失电延时分闸；S1S1重合闸，重合成功短时闭锁保护；重合闸，重合成功短时闭锁保护；S2S2得电延时合闸，合到故障快速分闸并闭锁；得电延时合闸，合到故障快速分闸并闭锁；S3S3检测到残压脉冲，保持分闸并闭锁；检测到残压脉冲，保持分闸并闭锁；S4S4单侧失压延时合闸，转移供电。单侧失压延时合闸，转移供电。就地分布式智能模式在电缆网应用n n智能环网柜进出线开关可使用负荷开关或断路器智能环网柜进出线开关可使用负荷开关或断路器n n出线故障只跳出线出线故障只跳出线n n内部故障自己隔离内部故障自己隔离n n主环故障时自动隔离故障区段、自动转移供电主环故障时自动隔离故障区段、自动转移供电n n不依赖通信实现自动化功能不依赖通信实现自动化功能l有通信时自动升级为远程三遥 智能环网柜组成的电缆环网方案F1F2F3F4F5S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4S1S2T1 T2T3S3T4RDCU-3A 通信网络易受外力破坏而导致通信异常。把网络式保护与通信网络易受外力破坏而导致通信异常。把网络式保护与就地智能功能融合，可设计出一整套容错方案，当系统中就地智能功能融合，可设计出一整套容错方案，当系统中任何节点或装置对外的通信通道丧失或异常后，自动启动任何节点或装置对外的通信通道丧失或异常后，自动启动就地智能，实现容错，确保故障区段最终能够被有效隔离，就地智能，实现容错，确保故障区段最终能够被有效隔离，联络开关自动转移供电。容错方案使用以下一些列功能：联络开关自动转移供电。容错方案使用以下一些列功能：“得电重合功能得电重合功能“重合成功短时闭锁保护功能重合成功短时闭锁保护功能“合到故障后快速跳闸功能合到故障后快速跳闸功能“失电延时分闸不闭锁功能失电延时分闸不闭锁功能“联锁失电延时分闸闭锁功能联锁失电延时分闸闭锁功能“残压脉冲分闸闭锁功能残压脉冲分闸闭锁功能“单侧失压延时合闸功能单侧失压延时合闸功能网络式保护网络式保护网络式保护网络式保护+就地智能就地智能就地智能就地智能=网络式保护的容错方案网络式保护的容错方案网络式保护的容错方案网络式保护的容错方案容错方案实例分析开环模式，容错方案实例分析开环模式，容错方案实例分析开环模式，容错方案实例分析开环模式，S1S1S1S1通讯故障通讯故障通讯故障通讯故障S1启动“速断保护功能或者“过流保护功能；分闸容错跳闸；S2启动“速断保护功能或者“过流保护功能；分闸；S1启动“得电重合功能；“重合成功短时闭锁保护功能；合闸容错恢复；S3启动“联锁失电延时分闸闭锁功能；分闸；S4启动“单侧失压延时合闸功能或“检闭锁单侧失压延时合闸功能；合闸。容错方案实例分析闭环模式，容错方案实例分析闭环模式，容错方案实例分析闭环模式，容错方案实例分析闭环模式，S1S1S1S1通讯故障通讯故障通讯故障通讯故障S1启动“速断保护功能或者“过流保护功能；分闸容错跳闸；S2启动“速断保护功能或者“过流保护功能；后备状态；S3启动“速断保护功能或者“过流保护功能；分闸；S4启动“速断保护功能或者“过流保护功能；分闸；S1启动“得