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基于網絡式保護原理的配電網自愈控制技術

中國產業競爭情報網  2015-07-09  瀏覽:


  1、現有配電自動化系統存在的技術難題


  1)配網上傳統電流保護存在的難題。


  (1)特點:多開關串聯使用時,定值配合困難,線路上斷路器不當斷路器使用。(2)問題:變電站出線斷路器跳閘→停電時間長,停電范圍擴大;獨立單元保護,只根據本地電流決定保護響應,不關心相鄰開關的保護動作情況。


  2)線路上的故障處理采取集中控制處理模式。(1)特點:故障處理依賴主站、依賴通道。(2)問題:處理時間長、系統可靠性低。(3)最終現狀:大多數沒有投入運行。


  3)傳統的分段器/重合器方案:不利用信道交換信息,動作效率不高。


  2、網絡式保護:保護快速性和選擇性的完美統一


  1)各開關檢測結果的有關信息通過網絡通信共享,實現各保護之間的協調和配合。


  2)配電線路發生故障時,離故障點最近的斷路器速斷跳閘,把故障影響限制在最小范圍。


  3、分布式智能的特點


  1)綜合電壓分段器、電流分段器、重合器等優點,同時檢測并利用電流、電壓信號。


  2)通道完好時,利用通道交互信息,靈活進行故障處理。


  3)通道異常時,依靠各個開關的整定功能,仍可實現自動的故障隔離和負荷轉供。


  4、網絡式保護——概述


  網絡式保護采用對等式的通信網絡,發生故障時,線路上的開關控制器之間互相通信,收集相鄰開關的故障信息,分析定位得出故障的具體位置,進而控制距離故障點最近的開關跳閘。


  對等式網絡保護采用了一種全新的保護配合思路,能盡可能地縮小故障影響的用戶范圍,并避免了傳統保護中電流和時間級差配合實現困難的問題。


  根據當前配電網的運行方式,對等式網絡保護算法分為對等式網絡保護的開環模式和對等式網絡保護的閉環模式兩種。網絡式保護可根據開關類型不同,整定不同的功能。因此,網絡式保護具有很好的適用性。


  5、開環模式下網絡式保護原理


  系統開環運行時,網絡拓撲為樹狀結構,故障電流流經的線路為從電源到故障點的一條路徑。故障區段必定位于從電源到末梢方向的最后一個經歷了故障電流的開關和第一個未經歷故障電流的開關之間。對于對等式網絡保護的開環模式,主要的判據來源是開關本身及其相鄰開關的故障狀態,即:故障末端的開關除自身感受過流,其相鄰的開關只有一個開關(上游開關)會經歷故障電流。


  動作相量J=(SOF LOF ROF),對于保護區域內每一個處于閉合狀態的開關,開關滿足下列條件,判定為故障末端,應跳閘隔離故障。普通開關:自身感受到故障電流;相鄰開關中有且只有一個感受到故障電流;=(1,1,0)或J=(1,0,1)。


  故障區段自動隔離及自動轉供:


  1)“聯鎖失電延時分閘閉鎖”功能:當普通開關失電、同時收到相鄰開關故障跳閘信息,本開關聯鎖分閘并閉鎖,自動隔離故障區段。


  2)“檢閉鎖單側失壓延時合閘”功能:聯絡開關檢測到任何一側失壓后,與相鄰開關通信,若相鄰開關因故障而跳閘,說明故障區段緊鄰聯絡開關,則聯絡開關維持分閘狀態并閉鎖;若相鄰開關沒有故障跳閘信息,則說明故障不在緊鄰聯絡開關的區段,連絡開關自動延時合閘,從而實現自動轉移供電。


  6、閉環模式下網絡式保護原理


  合環運行下的供電網絡,以一個開關及其相鄰開關為研究對象,根據與基爾霍夫電流定律類似的原理,在一個節點(或區域),其流入和流出的電流相等。在某一開關和與其相鄰的開關所組成的區域中,當有一個大電流從某一個開關流入該區域時,則必有一個大電流流出該區域,如果未有大電流從另一個開關流出,則必定有故障點在該區域內。


  動作相量J=(SOF IOFOOF),對于保護區域內的每一個處于閉合狀態的開關,滿足下列條件,判定為故障末端,應跳閘隔離故障。普通開關:1)自身感受到故障電流;2)有故障電流流入本區域,而沒有故障電流流出本區域;J=(1,1,0)。


  7、網絡式保護容錯方案


  考慮到配電系統的通信網絡容易受到外力破壞,而導致通信異常。本方案針對上述情況,設計了一整套容錯方案,當系統中任何節點或裝置對外的通信通道喪失或異常后,自動啟動容錯方案,通過容錯方案的一些列功能的自動啟動執行,確保故障區段最終能夠被有效隔離,聯絡開關自動轉移供電。


  容錯方案將使用到以下一些列功能:“得電重合”功能;“重合成功短時閉鎖保護”功能;“合到故障后快速跳閘”功能;“失電延時分閘不閉鎖”功能;“聯鎖失電延時分閘(閉鎖)”功能;“殘壓脈沖分閘閉鎖”功能;“單側失壓延時合閘”功能。


  8、網絡式保護功能的特點


  網絡式采用對等式的通信網絡,令終端之間互相通信,發生故障時,終端之間通過故障信息共享來收集相鄰終端的信息,分析定位得出故障的具體位置,進而控制距離故障點最近的開關速斷跳閘。網絡式保護具有以下特點:


  1)選擇性:控制故障點最近的斷路器速斷跳閘,隔離故障;


  2)快速性:不依賴主站/子站,縮短了故障處理時間,50-60ms保護出口;100ms隔離故障;


  3)自動隔離和轉供:在開環系統中完成故障區域隔離后,能夠根據自愈邏輯完成非故障區域的供電恢復;閉環系統中準確隔離故障區段,故障處理結束,網絡結構發生變化時,能夠自動完成網絡結構的拓撲;


  4)自動容錯:某一個(或多個)通道故障時,網絡式保護根據容錯方案完成故障的定位、隔離和轉供;


  5)靈活—混合組網:針對不同開關類型可整定不同功能,支持斷路器和負荷開關混合組網的線路模式。


  9、就地智能功能—無通道情況下的特殊應用


  分布智能方案為了普遍適用性,對于配網系統中某些區域不具備光纖等高速通信通道的場合,可以采用不依賴通信通道的分布式智能就地控制,以“電壓-電流-時限(V-I-T)”型算法為基礎,多路開關上的智能終端通過相互配合,實現區段故障定位、隔離和非故障區域的供電恢復。它是網絡式保護容錯方案的特例。該方案有以下先進之處:


  1)利用了電壓和電流兩個信號作為故障段的判據,充分考慮了故障后線路失壓和過流次序和規律,制訂全面的網絡重構方案。該方案的參數配置不受線路分段數目和聯絡開關位置的影響。


  2)當利用負荷開關組網時,線路上各個開關按預先整定的功能相互配合自動隔離故障、自動進行故障后網絡重構;當利用斷路器組網時,能夠發揮斷路器的開斷和重合能力,迅速切斷并隔離故障,恢復非故障線路供電。


  3)采用“殘壓檢測”功能使故障點負荷側的開關提前分閘閉鎖,避免另一側電源向故障線路轉供電時受到短路沖擊和不必要的停電。


  10、智能終端—就地自動控制智能功能


  就地自動控制功能如下:失電延時分閘;得電延時合閘;單側失壓延時合閘;合到故障分閘閉鎖/合到故障啟動保護;短時閉鎖失壓分閘/短時閉鎖保護;殘壓脈沖閉鎖;雙側電壓禁止合閘;過流脈沖計數M次分閘閉鎖,應用于分支線路負荷開關;遙控/手動分閘閉鎖得電合;邏輯自動復歸;聯絡開關自動判斷。


  11、網絡式保護實用化應用應考慮的各方面因素


  為保證項目完成后具有普遍推廣意義,項目研究過程中考慮的因素如下。


  1)適應配網的各種網絡模式:多電源開環運行;多電源閉環(含分布式電源);全斷路器;斷路器、負荷開關混合組網。


  2)不同區域的差別:有高速通行通道的系統;無高速通道或無通道的系統適用性(GPRS等);分支故障精確定位。


  3)系統的容錯性:通道異常情況下的系統可用性(光纖和光設備故障)。


  12、分布式電源、微網及儲能裝置接入對配網保護的影響


  1)通過研究各類分布式電源的運行機制、故障特性,得出如下結論:在配電網絡中接入多個分布式電源,對正常保護運行的影響主要體現在對故障電流大小和方向的改變,而故障電流大小決定了保護的啟動及動作時間。


  2)將目前的分布式電源按故障電流輸出能力進行劃分,可分為兩類:一類為故障電流輸出能力很小(最大僅為其額定值的1.2~1.5倍),一般值為主環額定電流10%以內,代表產品為光伏類逆變電源;另一類為故障電流輸出接近其額定容量電流的20倍,故障電流很大,代表為同步發電機類小型水電站等。


  3)具有網絡式保護功能的配電終端,可以解決帶有分布式電源的配電網絡保護動作配合問題。對于短路電流較小的電源系統(稱為1類電源),其對主環保護啟動電流的影響可以忽略,通過改變并網開關的保護動作時間即可與主環保護進行配合。對于短路電流很大的電源系統(稱為2類電源)可將其作為一個主電源,與主環線路組成閉環運行方式,按照網絡式保護閉環動作原理動作。


  13、配網故障自愈處理過程的三個階段


  1)故障發生瞬間,故障的開斷和清除。網絡式保護在40毫秒內保護出口,100ms完成故障切除。


  2)故障處理的第二階段:故障區段的隔離和是非故障區域的恢復供電。智能終端速斷保護跳閘的同時將跳閘信息發送給相鄰開關,故障點后的開關短時間內(最短100ms,累計200ms)跳閘。處于分閘狀態的聯絡開關收到該故障隔離信息,則啟動合閘功能,以恢復非故障區域供電(最短2s)。


  3)故障處理的第三個階段是故障點的定位和排除故障。一系列在線安裝和運行智能短路、接地二合一的故障檢測、指示的自組網故障指示器,能夠自動組成一個信息網絡、自動路由,無線通信將故障信息通過中繼器上傳至智能終端,配合實現分支線路的精確故障定位。

 

 

 

 

中國產業競爭情報網相關研究成果《配電網項目可行性研究報告


 


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