基于数字故障指示器的新型配网自动化方案.ppt
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1、,TEL/FAX:010-58957905/06,故障定位、在线监测(控)及配网自动化系统-基于“四遥”数字故障指示器技术,北京蓝派克电力科技有限公司二0一0年八月,架空线路,电缆线路,输电线路,TEL/FAX:010-58957905/06,一、名词解析 1.智能电网:配电网V2.0、下一代配电网,坚强的配电网、干净的配电网、互动的配电网、高科技的配电网。新型的配网自动化主要功能:故障定位;在线监测(状态检修)。2.故障定位:检测短路、接地、过流、过负荷、过温、三相不平衡、断线、停电、窃电、盗割等故障运行状态,本地和远程报警指示,并自动查找、定位故障位置(故障区段),通过短信通知运行人员,再
2、通过遥控或人工操作开关来隔离故障,恢复送电并转移供电,缩短停电时间、减少停电面积和停电损失,提高供电可靠性。3.在线监测:实时监测线路(或设备)的运行状态,例如负荷电流、零序电流(不平衡电流)、短路接地故障电流、导线或电缆头对地电场(带电指示、局部放电、首半波法测接地故障)、电缆头温度、开关位置和储能状态等,在本地和远程显示,即遥测和遥信。还可以在本地或远程对电动开关进行“遥控”,对现场的FTU、DTU终端设备进行参数调节(遥调)。4.配网自动化:自1999年以来制订的有关配网自动化的技术标准都是基于传统的开关配变设备、电流互感器CT、电压互感器PT、交流供电、光纤和二次布线来设计,综合成本高
3、,施工困难,挂网运行,可靠性差。V2.0配网自动化利用数字故障指示器(或叫智能传感器、在线监测单元)的技术,将改变这个现状,为配网自动化指引了新的发展方向。数字故障指示器包括:不带通讯的故障指示器、架空“一遥”指示器、电缆“二遥”指示器、以及“四遥”数字故障指示器,它们通过新一代FTU、DTU、TTU终端与主站进行数据通信,并可以通过新一代FTU、DTU终端来实现开关的遥控和遥信功能。,TEL/FAX:010-58957905/06,二、数字故障指示器及其系统分类 1.短路:检测短路故障。例如架空LPK0-A、0-B,电缆LPK0-C。采用自适应故障判据。2.接地:检测接地故障。例如LPK0-
4、E、1-E、2-E,可在线设置零序二段参数和遥控复归。3.接地短路:检测短路、接地故障。例如LPK1-A,1-C,可在线设置参数,自取电。4.一遥指示器:带动作信号远传的二合一故障指示器。例如面板型LPK1-C1-E指示器(光纤),架空型LPK1-A指示器(无线),可在线设置参数,从导线自取电。5.二遥指示器:带短路、接地、电流测量的电缆“二遥”指示器。例如面板型LPK2系列数字故障指示器(光纤传输),可在线设置参数,从导线自取电。6.四遥指示器:带短路、接地、电流/电压/温度测量的故障指示器。例如LPK2系列数字故障指示器(无线、光纤传输),可在线设置参数和遥控只是复归,从导线自取电。7.一
5、遥系统:带动作信号远传的“二合一”指示器及其系统。本地单向通讯,远程发短信。8.二遥系统:带动作信号和测量数据远传的“二遥”指示器及其系统。本地单向通讯,远程GPRS或光纤通讯。9.三遥系统:带动作信号和测量数据远传的“四遥”指示器,带开关遥控、遥信的新一代FTU、DTU及其系统。本地单向通讯,远程GPRS或光纤通讯。,TEL/FAX:010-58957905/06,二、按普通故障指示器的方法分类 1.按指示器的功能分类(1)四合一:短路、接地、翻牌、闪灯(2)六合一:短路、接地、翻牌、闪灯、参数整定、自取电(3)八合一:短路、接地、翻牌、闪灯、参数整定、自取电、电流电压温度测量、数据通信(4
6、)十合一:短路、接地、翻牌、闪灯、参数整定、自取电、电流电压温度测量、数据通信、风偏风速、杆塔斜度和湿度 2.按应用场合分类(1)架空型故障指示器(配电架空线路故障指示器),输电线路故障指示器(2)电缆型故障指示器(面板型故障指示器),TEL/FAX:010-58957905/06,三、短路、接地故障检测方法分类 1.短路故障判据(1)自适应负荷电流的过流突变法,含充电、停电判据以躲过涌流和重合闸误动(2)两段式电流保护(速断、过流)法,含充电、停电判据涌流和重合闸误动 2.接地故障判据(1)、检测零序基波大小和方向。线路结构复杂和有消弧线圈时不可靠,通过在线 监测和参数调整可以弥补这一点。数
7、字故障指示器有这个功能。(2)、检测零序5次谐波大小和方向。电压有波动和有非线性负荷时不可靠。(3)、零序暂态分析法。负荷不同步投切和远离接地点时不可靠,通过在线监测和参数调整可以弥补这一点。数字故障指示器有这个功能。(4)、首半波法。首半波接地电流方向和负荷波动大时不可靠,通过在线监测和参数调整可以弥补这一点。数字故障指示器有这个功能。(5)、杂散电容瞬时放电暂态分析法。暂态尖峰电流方向和负荷波动大时不可靠,通过在线监测和参数调整可以弥补这一点。数字故障指示器有这个功能。,TEL/FAX:010-58957905/06,三、短路、接地故障检测方法分类(6)、小电阻接地法。中性点接地方式改变,
8、用零序两段式保护来检测接地故障。数字故障指示器有这个功能。(7)、中电阻智能接地,一种信号源方法。通过开关序列控制,让中性点经中电阻有规律地间歇性地接地,以放大接地信号并重复接地过程。数字故障指示器可以扩展设计这个功能。(8)、高压脉冲/低频电流法,一种信号源方法。先拉闸停电,通过高压电容对故障相线进行放电,或持续加直流分量电流,然后再加一个低频分量电流。数字故障指示器可以扩展设计这个功能。(9)、人工或自动合闸试送电法。参考【解决方案】里的“单相接地故障查找方法汇总”。数字故障指示器与数据采集器配合,就可以实现这样的馈线自动化功能。,TEL/FAX:010-58957905/06,GPRS&
9、Internet,FCI,DCU,SCADA/FA-WEB-GIS,四、系统组成(通信网络)1.本地无线组网FHSS;或本地塑料光纤组网 2.远程无线组网GPRS/3G;或远程玻璃光纤组网,FHSS,FCI:数字故障指示器(Fault Current Indicator)DCU:数据采集器(Data Collect and Control Unit),即新一代FTU、DTUFHSS:跳频通讯(Frequency-Hopping Spread Spectrum),TEL/FAX:010-58957905/06,GPRS&Internet,FCI,DCU,SCADA/FA/WEB/GIS,四、系统
10、组成(通信网络)1.本地无线组网FHSS;或本地塑料光纤组网POF 2.远程无线组网GPRS/3G;或远程玻璃光纤组网,FHSS,FCI:数字故障指示器(Fault Current Indicator)DCU:数据采集器(Data Collect and Control Unit),即新一代FTU、DTUFHSS:跳频通讯(Frequency-Hopping Spread Spectrum),TEL/FAX:010-58957905/06,GPRS&Internet,FCI,DCU,SCADA/FA/WEB/GIS,四、系统组成(通信网络)1.本地无线组网FHSS;或本地塑料光纤组网POF 2
11、.远程无线组网GPRS/3G;或远程玻璃光纤组网,FCI:数字故障指示器(Fault Current Indicator)DCU:数据采集器(Data Collect and Control Unit),即新一代FTU、DTUFHSS:跳频通讯(Frequency-Hopping Spread Spectrum),TEL/FAX:010-58957905/06,四、系统组成(工程配置)1.主站:1台服务器(计算机)+1个短信猫+1套主站软件2.若干和监测点:1个监测点包括330只数字故障指示器+1台数据采集器,主站SCADA配网单线图,系统组成示意图,SCADA/FA/WEB/GIS,TEL/
12、FAX:010-58957905/06,五、系统主要功能 1、检测短路、接地故障,动作信号远传,故障定位,以及短路、接地、零序等故障电流在线监测;2、负荷电流、首半波接地尖峰电流、线路对地电场、稳态零序电流、暂态零序尖峰电流、电缆头对地电场、电缆头温度、输电线路温度等正常运行状态在线监测;3、瞬时性短路故障、瞬时性接地故障、绝缘破坏和温升过快等异常现象和亚健康运行状态在线监测及预警;4、人工参与短路、接地、超温、绝缘下降等故障信息分析和决策判断;5、人工优化和在线调整数字故障指示器的故障检测参数,提高短路、接地故障检测准确率;6、可以扩展开关遥控和遥信、低压抄表等配网自动化功能。,TEL/FA
13、X:010-58957905/06,六、数字故障指示器的创新点 1.外观结构 采用独特的外观和结构设计,已申报专利。安装工具(托杯)的设计也与众不同,操作更方便。,LPK0-CLPK1-CLPK2-C,LPK0-ALPK1-ALPK2-A,LPK0-ELPK1-ELPK2-E,LPK0-BLPK1-BLPK2-B,TEL/FAX:010-58957905/06,六、数字故障指示器的创新点 1.外观结构 采用独特的外观和结构设计,已申报专利。安装工具(托杯)的设计也与众不同,操作更方便。,LPK0-E0LPK1-E0LPK2-E0,安装工具:托杯,备注:主要用于出口,TEL/FAX:010-58
14、957905/06,六、数字故障指示器的创新点 2.材料工艺 卡线结构采用特殊配比的不锈钢软磁材料和热处理工艺,其起始导磁率远远高于普通故障指示器的铁素体和电工纯铁材料。线路板采用表贴和机器焊接、机器灌胶工艺。,LPK0系列LPK1系列LPK2系列,电子灌封胶:AB胶,自动灌胶机,线路板正面,线路板反面,无线跳频模块,TEL/FAX:010-58957905/06,TEL/FAX:010-58957905/06,六、数字故障指示器的创新点 3.创新技术(1)提供信号已经量化的、可在线调整参数的速断/过流和自适应负荷电流的过流突变两种短路故障检测方法,同时上报短路故障电流、负荷电流和线路对地电场
15、,使得检测短路故障更灵活、更准确。,TEL/FAX:010-58957905/06,t,I,不动作,I,t,I,t,I,t,I,t,不动作,不动作,不动作,应该动作,TEL/FAX:010-58957905/06,六、数字故障指示器的创新点 3.创新技术(2)提供信号已经量化的、可在线调整参数的首半波暂态接地故障检测方法,同时上报接地尖峰电流(电容放电电流)、负荷电流和线路对地电场,使得检测接地故障更灵活、更准确。,TEL/FAX:010-58957905/06,图1:数字故障指示器、数据采集器在现场运行图,TEL/FAX:010-58957905/06,图2:从主站监测到的某监测点的A相接地
16、故障动作曲线图,TEL/FAX:010-58957905/06,图3-1:从主站监测到的某监测点的ABC三相负荷电流曲线图(先是报接地,后来演变为两相接地短路),TEL/FAX:010-58957905/06,图3-2:从主站监测到的某监测点的ABC三相接地尖峰突变电流曲线图(先是报接地,后来演变为两相接地短路;故障前40分钟已有预兆),TEL/FAX:010-58957905/06,图3-3:从主站监测到的某监测点的ABC三相对地电场曲线图(先是报接地,后来演变为两相接地短路),TEL/FAX:010-58957905/06,从主站监测到的某监测点的A相接地故障动作曲线图,关键技术:将暂态信
17、号从负荷电流、对地电压中提取出来!,C相对地电压发生变化!,零序电压,零序电流,三相电压+零序电压,三相电流+零序电流,图4:从变电站监测到的某条出线的C相接地故障录波图,TEL/FAX:010-58957905/06,六、数字故障指示器的创新点(3)采用无线调频通讯方式和64信道自动跳频技术,数据加密和CRC校验,很好地解决了多主、双向通讯时的无线碰撞和干扰问题,并通过特殊的无线握手协议来实现极低功耗的无线组网通讯。具备“四遥”通信、故障定位、在线监测和配网自动化数据通讯接口功能。(6)提供本地无线和远程无线“在线”维护手段。数字故障指示器的“四遥”定义:遥信:短路、接地故障动作信号主动上报
18、和远传,并可被实时召唤和读取。遥测:线路负荷电流、短路动作电流、接地尖峰电流、接地动作电流、线路对地电压、电缆头温度、电池和取电电压等主动上报和远传,并可被实时召唤和读取。遥控:遥控指示器翻牌、复归等。遥调:在线读、写短路和接地故障检测参数、自动复归时间、无线通讯等参数。,TEL/FAX:010-58957905/06,七、数据采集器的创新点 1.结构工艺采用铝合金材料,全户外密封结构设计,防水、防潮、防锈蚀。体积小、重量轻,接线简单,安装方便。,LPK-DCU0,LPK-DCU1,TEL/FAX:010-58957905/06,LPK-DCU2,LPK-DCU3,TEL/FAX:010-58
19、957905/06,七、数据采集器的创新点 2.本地采用微功耗RF无线跳频组网通讯技术,远程采用低功耗GPRS通讯技术,本地和远方通讯都“实时在线”时的平均功耗低于0.3W。3.实现了太阳能电池板在阴雨天气和开口CT在小负荷电流条件下的取电技术,为无线通讯和后备电池提供电能,产品使用更长久。,架空线路:采用太阳能电池板供电,电缆系统:采用开口CT取电,TEL/FAX:010-58957905/06,七、数据采集器的创新点,从主站监测到的数据采集器的电池电压和充电电压曲线图,晚上的充电电压,白天的充电电压,锂电池电压,TEL/FAX:010-58957905/06,七、数据采集器的创新点 4.每
20、台数据采集器最大可配置30只数字故障指示器,单方向通讯距离最大可达到1公里。5.可连接两台同杆架设的开关,实现了开关位置和储能状态信号采集、开关合分闸控制等功能。6.提供本地无线和远程无线“在线”维护手段。数据采集器的“四遥”定义:遥信:指示器动作信号、开关位置等信号主动上报和远传,并可被实时召唤和读取。遥测:线路负荷电流、短路动作电流、接地尖峰电流、接地动作电流、线路对地电压、电缆头温度、后备电池和充电电压、温度等主动上报和远传,并可被实时召唤和读取。遥控:遥控指示器翻牌复归、开关合闸分闸等。遥调:在线调整指示器和采集器的参数。,TEL/FAX:010-58957905/06,八、纯短路数字
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