配网自动化系统中线路故障快速定位方法分析

时间：2022-08-17 00:26:22

关键字：配网自动化重合器 FTU

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[导读]摘要:在简要介绍配网自动化系统基本架构和功能的基础上,详细分析了基于重合器和基于FTU的环状网络中配电线路的故障定位方法,并用具体案例加以分析说明。

配网自动化系统主要分为主站层、子站层、通信层和终端层四个部分,主要通过"四遥"(遥信、遥测、遥控、遥调)功能对配电设备进行实时监控,以实现线路故障判断、故障定位、故障隔离等功能。具体而言,其是指通过实时监测线路的电流、电压、功率、频率等遥测数据及线路开关的实时状态信息和各类保护告警信息来诊断线路状态,并通过遥控功能对线路开关进行远程控制。而遥调功能则是通过对配电网进行合理调度,以优化配电网的运行。故在配电线路正常运行时配电自动化系统一个十分重要的作用就是对配电网的运行进行优化,而在线路发生故障时可提高电网调度部门处理事故的快速性和准确性。

2配网故障定位模式分析

目前我国10kV配电网主要分为树状、辐射状和环状三种结构。随着智能配电网的建设,树状和辐射状结构被逐渐改造成环状结构,尤其"手拉手"环网供电方式更为普遍,如图1所示。配电线路可通过改变联络开关、分段开关等来改变配电网运行方式。正常运行情况下,联络开关处于断开状态,两条线路独立运行。当线路发生故障时,可依据故障的表征来确定故障点发生区域,并通过开关逐级自动分合闸来实现故障隔离及重构配网运行方式。

2.1基于重合器的故障定位

基于重合器的故障定位是指在配电线路断路器上安装重合器,并通过事先预设重合器的动作次数使得配电线路开关具备控制和保护的功能,同时重合器具备自动复位和闭锁功能。

如图1所示,正常运行状态下,联络开关R0分闸,其他开关合闸。当配电线路L1的k1点发生故障时,出线开关R1首先动作断开,线路L1断电,同时分段开关s1、s2、s3失电断开。在经过t1时间后,出线开关R1进行重合。

(1)若k1为瞬时故障,则出线开关R1重合成功后,分段开关s1、s2进行第一次重合并成功,分段开关s3重获电压后合闸成功,故障消失,供电恢复。

(2)若k1为永久性故障,则出线开关R1重合成功后,分段开关s1、s2进行第一次重合,出线开关R1会因故障再次动作断开,重复(1)的动作。

但由于故障电流一直存在,同时出线开关和分段开关预设的重合闸次数有限,如只预设了分段开关重合两次,当分段开关s1、s3重合两次不成功之后会自动闭锁,而s3本就处于分闸状态,故分段开关s2、s3将故障点隔离。经过一段延时后,联络开关R0动作合闸恢复非故障区域R0一s3段的供电。

基于重合器的典型事故案例如图2所示。

(1)K1点发生单相接地故障时,分界开关FB01直接跳闸切除故障,对主干线路没有影响。

(2)K1点发生相间短路故障时,首先是L2线出线开关CB1检测到故障后动作跳闸,同一时间分界开关FB01动作跳闸隔离故障区域,然后出线开关CB1经过重合器延时后重合成功,恢复主干线路供电。

基于重合器的故障定位模式不需要配电自动化系统的通信模块参与,只需要分段开关、联络开关和重合器之间的相互配合就可实现对故障点的诊断、隔离,恢复非故障区间的供电。该模式结构简单,成本较低,适用于通信不发达的地区。但该模式运用配电线路出线开关的重合操作来保护整条线路,可靠性不够,同时因没有通信功能,无法实时监控电网负荷,无法确定故障发生后的最佳解决方案。

2.2基于FTU的故障定位

FTU和DTU分别是安装在配电网中柱上开关和电缆环网柜中的智能终端设备,可通过实时监控和采集线路的电流、电压、开关状态等信息,同时通过配电自动化系统的通信模块与主站进行通信,配电自动化系统主站综合各类遥测、遥信数据进行故障诊断和隔离,实现对配电线路的控制和保护。

如图1所示,为每个开关安装配电终端FTU。当k1发生故障时,出线开关R1的FTU动作切断故障线路L1。配电自动化系统主站立即通过采集L1上各开关的FTU信息后进行故障诊断,以判断故障类型、故障位置,首先通过遥控功能对分段开关s2、s3发出遥控分闸命令以隔离故障区域,然后对出线开关R1、联络开关R0进行合闸遥控,恢复非故障区域R0一s3段及R1一s1段的供电。

基于FTU及DTU的典型故障案例如图3所示。