智能配电网故障自愈技术及其应用课件.ppt
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- 智能 配电网 故障 自愈 技术 及其 应用 课件
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1、1智能配电网智能配电网故障自愈技术及其应用故障自愈技术及其应用徐丙垠徐丙垠山东理工大学电气电子工程学院山东理工大学电气电子工程学院科汇电力自动化公司科汇电力自动化公司2011-10-152011-10-152内容内容概述小电流接地故障自愈控制与选线、定位配电网继电保护配网(馈线)自动化3概述概述4什么是自愈?什么是自愈?自我预防利用先进的传感测量与仿真分析技术在线监视与诊断电网运行状态,及时发现事故隐患并快速调整、消除事故隐患。自我恢复(愈合)在故障发生后,应用自动控制手段使故障快速恢复或快速隔离故障,避免影响电网的安全稳定运行与供电质量,或将故障的影响降至最小。是对传统继电保护、安全自动装置
2、、馈线自动化、在线监测与故障诊断技术的综合、延伸、提高是智能电网的核心功能5配电网自愈控制目标与主要研究内容配电网自愈控制目标与主要研究内容自愈控制目标:防止配电网故障(扰动)影响对用户的正常供电,保证供电质量。自愈衡量标准不给用户带来经济损失与不良影响主要研究内容电能质量自愈控制:应用柔性配电(DFACTSA)设备抑制或消除电压骤降、谐波、闪变等电能质量扰动故障自愈控制分布式电源微网供电技术6配电网故障自愈控制研究内容配电网故障自愈控制研究内容小电流接地故障自愈控制消弧补偿技术过电压抑制选线与故障定位短路故障自愈控制继电保护:切除故障馈线自动化:故障定位、故障隔离与自动恢复供电7配电网故障自
3、愈的作用配电网故障自愈的作用提高供电可靠性减少停电次数(包括短时停电次数)减少停电时间减少停电范围8配电网故障自愈的作用配电网故障自愈的作用研究并推广配电网故障自愈技术对于提高供电可靠性意义重大:90%以上的用户停电时间是由配电网原因引起的,其中相当一部分是由故障引起的。按电压等级统计的停电原因中国故障停电比例发达国家故障停电比例9为什么要提高供电可靠性?为什么要提高供电可靠性?高科技数字设备的广泛应用对供电可靠性提出了更高的要求重合闸、倒闸操作、拉路选线引起的短时中断会导致停工停产,引起严重后果。停电给社会带来的经济损失十分可观据报道,美国每年的停电损失超过1500亿美元。我国电科院专家对某
4、沿海城市研究结果表明:停电每少供一度电带来的经济损失在40元左右。粗略估计,我国每年的停电损失在2000亿元以上。10西安市用户停电损失调查结果西安市用户停电损失调查结果)/MWh(元用户年度用电量停电损失平均停电损失率停电时间(h)平均停电损失率(元/MWh)电量损失(折算到年用电量为1MWh的负荷上)说明工业用户商业用户0.550.03330.245kWh188.26499.1410kWh4172.56756.6240kWh8263.551000.2680kWh计算电量损失时,假定停电时负荷是全年平均水平。数据摘自“停电损失调查与估算”,西北电力技术,2002年6月刊。11中国城市用户年平
5、均停电时间统计结果数据来源:中国电力可靠性中心(停电时间已扣除缺电因素)12我国供电可靠性亟待提高我国供电可靠性亟待提高2005年中国城市用户平均停电时间与国际先进水平的比较13智能配网首先应是一个供电高度可靠的电网供电可靠率平均达到“4个9”的国际先进水平重要地区做到“6个9”研究并推广应用智能配电网故障自愈技术对提高供电可靠性、建设智能电网具有重大的意义!14小电流接地故障自愈控制小电流接地故障自愈控制与选线、定位与选线、定位15小电流接地的优势小电流接地的优势小电流接地,又称非有效接地,包括中性点不接地与消弧线圈接地(谐振接地)。一种成熟有效的配电网故障自愈技术利用消弧线圈补偿电容电流,
6、使故障自动熄弧自愈。接地电流非故障相电压消弧线圈电流零序电压故障相电压16一次实际的自恢复接地故障电压录波图小电流接地的优势小电流接地的优势17小电流接地的优势小电流接地的优势意大利的实践采用固定调谐消弧线圈,接地故障引起的供电中断减少26%以上。采用可调消弧线圈后,接地故障引起的供电中断减少50%以上。国内部分城市采用小电阻接地后供电可靠性下降S市一变电所采用小电阻接地后,10kV线路3年共跳闸136次,平均每年46次;改造前2年共跳闸53次,平均每年27次。跳闸率提高一倍。18接地方式影响供电可靠性接地方式影响供电可靠性国家国家年均停电时间,年均停电时间,Min年份年份接地方式接地方式日本
7、62005谐振接地、不接地德国18.22004主要采用谐振接地奥地利31.42005主要采用谐振接地法国48.02004谐振接地、不接地意大利55.92004不接地、谐振接地英国64.42005大电流接地为主美国982005大电流接地为主 部分发达国家配电系统供电可靠性部分发达国家配电系统供电可靠性19小电流接地存在的问题小电流接地存在的问题间歇性电弧过电压,易导致其他两相绝缘击穿。接地电流微弱,选线定位困难。近年来出现突破性进展,已基本得到解决。接地电流中谐波分量、阻性分量、间歇性接地暂态分量得不到补偿,影响自愈率。谐波分量、阻性分量的比例在10%以上采用全电流补偿技术,可进一步提高故障自愈
8、率。20我国配电网接地方式现状我国配电网接地方式现状架空线路或架空线路与电缆混合网络基本采用小电流接地方式城市大型电缆网络采用小电阻接地北京、上海、深圳、广州等电缆网络电容电流大21智能配电网应优先考虑小电流接地智能配电网应优先考虑小电流接地提高单相接地故障自愈能力,改善供电可靠性。电缆网络里相当一部分接地故障能够自恢复电缆本体外(用户变压器)接地故障端头、接头故障自动调谐技术成熟应用,提高了自愈能力。故障选线问题已基本得到解决永久接地故障可直接跳闸22全电流跟踪补偿全电流跟踪补偿利用电力电子设备产生宽频补偿电流,从中性点处注入。实现包括有功电流、谐波电流在内的接地电流的全补偿通过控制故障熄弧
9、后电压恢复速度,可降低重燃几率,抑制接地过电压。23接地电流完全动态补偿示意图接地电流完全动态补偿示意图故障点10kV110kVTCCCLRLRLR消弧线圈iQ电力电子系统电容电流系统电容电流不接地系统残流不接地系统残流全补偿后残流全补偿后残流消弧线圈消弧线圈补偿后残流补偿后残流24RCC接地故障补偿装置由瑞典Neutral公司开发生产,可对接地电流进行全补偿。1992年在瑞典Goltland首先投运至2005年,已在瑞典、德国等国推广应用50多套。25小电流接地故障检测困难的原因小电流接地故障检测困难的原因接地电流微弱消弧线圈补偿电流导致故障线路零序电流甚至小于非故障线路间歇性接地,电弧不稳
10、定。10%左右的故障存在间歇性接地现象高阻故障多5%左右故障电阻在1k以上26一次实际故障录波图一次实际故障录波图故障线路零序电流零序电压非故障线路零序电流故障线路稳态接地电流十分微弱27一次实际的间歇性接地故障录波图一次实际的间歇性接地故障录波图非故障线路零序电流故障线路零序电流故障相电压28小电流接地选线技术已趋于成熟小电流接地选线技术已趋于成熟近年来取得突破性进展,实际成功率在90%以上。中电阻:在中性点瞬间投入一中值电阻扰动法:瞬间调整补偿失谐度,检测零序电流的变化。注入信号法:注入间谐波(225Hz)电流利用故障暂态信号的方法(暂态法)29利用故障产生的暂态信号选线接地时,相电压突然
11、降低引起放电电流,故障相电压突然升高,引起电容充电电流。暂态接地电流持续约一个周波,幅值远大于稳态电容电流,且不受消弧线圈的影响。小电流接地故障暂态信号特征小电流接地故障暂态信号特征ABCIf放电充电30暂态接地电流特点:u暂态电流远大于稳态电容电流。暂态最大电流与稳态电容电流之比,可达到几倍到十几倍。u暂态最大电流值与故障时电压相角有关。一般故障都发生在电压最大值附近。u暂态电流值不受消弧线圈的影响。i0 小电流接地故障暂态信号特征小电流接地故障暂态信号特征31暂态选线法的优点暂态选线法的优点暂态接地电流数倍于稳态值,有时达十几倍,灵敏度高。不受消弧线圈的影响不受故障点不稳定的影响可以检测瞬
12、时性故障32传统暂态选线法-首半波法1950年代国外提出零序(模)电压电流初始极性比较法1970年代国内研制出首半波法的接地保护装置极性正确时间短,受电网参数、短路相角影响。受当时技术条件限制,处理方法简单。u0i033现代暂态选线法现代暂态选线法计算机、微电子技术的发展,为开发暂态电气量选线新技术创造了条件。自上世纪90年代起,利用暂态电气量的选线法又引起了人们的重视。已开发出新型暂态法选线装置,在上百个变电所投入运行,实际故障选线效果良好。实际故障选线成功率在90%以上34暂态电流幅值比较法暂态电流幅值比较法比较同一母线所有出线暂态零序电流的幅值(均方根值),幅值最大者被选定为故障线路。缺
13、点:不能确定母线接地IhIfLIh35暂态零序电流极性比较选线法暂态零序电流极性比较选线法比较所有出线电流的极性故障线路电流极性与健全线路相反所有出线电流极性相同则为母线接地故障 IhIfLIh36首半波法-初始极性相反新方法-极性永远相反u0i0dudu0 0/dt/dti0暂态容性无功功率方向选线法暂态容性无功功率方向选线法基本思路:比较零序电流与电压导数的极性。克服首半波法的缺点。37暂态法选线装置暂态法选线装置采用专用高速数据采集电路记录暂态信号具有故障录波功能,可永久保留故障信息。配置灵活,对于TA、TV变比不统一和极性错误可通过软件补偿选线结果可通过103、DNP3.0规约以及空结
14、点等多种方式上报调度或控制中心38暂态法选线结果暂态法选线结果故障线路零序电流零序电压39暂态法选线结果暂态法选线结果故障线路零序电流零序电压40接地选线技术总结接地选线技术总结小电流接地故障选线技术已经成熟,成功率在90%以上,满足现场应用要求。投入中电阻法、信号注入法、暂态法在国内外都有一定的应用面暂态法由于不需要在中性点并入电阻或安装信号注入设备,不改动一次回路,简单、安全性好、成本低,不受电弧不稳定影响,应用前景良好。高阻故障接地选线有待于进一步探讨41小电流接地故障定位小电流接地故障定位比较配网终端(FTU)、故障指示器检测结果,确定接地故障位置。接地电流微弱,检测起来比较困难指示方
15、法:注入信号法投入电阻法暂态法42小电流接地故障零序电压、电流小电流接地故障零序电压、电流43接地故障定位:比较暂态零序电流方向接地故障定位:比较暂态零序电流方向故障点上游测量到的暂态故障电流方向一致,与故障点下游测量到的电流方向相反。需要测量暂态零序电压,现场应用不方便。CB1S11S12F电源i0i0i044接地故障定位:比较暂态零序电流相似性接地故障定位:比较暂态零序电流相似性比较暂态零序电流的幅值与相似性,可实现故障定位。45接地故障暂态零序电流比较接地故障暂态零序电流比较62.5125187.5-1.5-1-0.500.511.522.5t(ms)i0 (A)i0Ni0P062.51
16、25187.5-1.5-1-0.500.511.522.5t(ms)i0Ni0Mi0 (A)故障点两侧暂态零序电流比较故障点上游两点暂态零序电流比较46波形相关系数计算公式波形相关系数计算公式 NiiyNikxNiiyxkikinkikin121221与两个波形的相似程度成正比,二者完全一致时,=1。计算故障线路上相邻两个指示器或FTU送上来的暂态零序电流的相关系数。为负值时,说明故障点在两者之间。47瞬时性接地故障监测瞬时性接地故障监测捕捉电网的瞬时接地故障并指示出发生故障的线路来,将给值班人员提供非常重要的电网绝缘状态信息。相对于利用局部放电技术对电缆绝缘进行监测,瞬时性接地故障持续时间更
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