畢業(yè)設(shè)計--輻射狀中低壓電網(wǎng)故障隔離方案研究

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計論文</b></p><p>　　輻射狀中低壓電網(wǎng)故障隔離方案研究</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p><b>　　關(guān)鍵詞1</b></p

2、><p>　　Abstract1</p><p>　　Key words 2</p><p><b>　　1 緒論3</b></p><p>　　1.1 課題背景及意義3</p><p>　　1.2 研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3 本論文研究的主要工作4&

3、lt;/p><p>　　2基于FTU的輻射狀中低壓電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)的組成4</p><p>　　2.1農(nóng)村、城郊輻射網(wǎng)的特點4</p><p>　　2.2基于FTU的輻射狀中低壓電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)的組成5</p><p>　　2.2.1 FTU如何檢測故障電流6</p><p>　　3 基于FTU輻射狀中低壓電網(wǎng)故

4、障隔離矩陣算法7</p><p>　　3.1算法基本原理7</p><p>　　3.2網(wǎng)絡(luò)描述矩陣7</p><p>　　3.3 饋線節(jié)點故障信息矩陣8</p><p>　　3.4 故障判斷矩陣9</p><p><b>　　4 FTU介紹9</b></p><p&

5、gt;　　4.1 FTU的性能要求9</p><p>　　4.2 F T U的基本功能10</p><p>　　4.3結(jié)構(gòu)設(shè)計11</p><p>　　4.4 FTU模式下的故障處理12</p><p>　　5 無線擴(kuò)頻通信技術(shù)14</p><p>　　5.l 擴(kuò)頻通信技術(shù)簡述14</p>

6、<p>　　5.2 經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較15</p><p>　　5.3 無線擴(kuò)頻通信在輻射狀電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)中應(yīng)用分析15</p><p><b>　　6 結(jié)論15</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)16</b></p><p><b>　　致 謝18</b

7、></p><p>　　輻射狀中低壓電網(wǎng)故障隔離方案研究</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　配電自動化是近幾年發(fā)展起來的新興技術(shù)。配電自動化系統(tǒng)是應(yīng)用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將配電網(wǎng)實時信息、離線信息、用戶信息、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、地理信息進(jìn)行集成，構(gòu)成完整的自動化及管理系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)自動化的發(fā)

8、展過程中，饋線自動化是整個電力系統(tǒng)自動化的主要功能之一。它對于提高供電的可靠性、降損節(jié)能、改善供電質(zhì)量來說至關(guān)重要。同時FTU也是饋線自動化的重要部分之一，因為所有命令的執(zhí)行和數(shù)據(jù)的采集都是由FTU來實現(xiàn)。而該文主要完成的就是對饋線自動化中關(guān)鍵部分—FTU的研究。同時對饋線自動化的優(yōu)化進(jìn)行了探討。 主要研究的內(nèi)容與成果有：1.提出了故障處理的解決方案。 2.在配電自動化系統(tǒng)中，F(xiàn)TU與上一級子站或主站需要傳輸各種數(shù)據(jù)、發(fā)送和接收各種控制

9、命令，F(xiàn)TU與FTU及其它智能設(shè)備間也可能需要傳遞信息。針對這種傳送信息的不同，對各種通信規(guī)約進(jìn)行了分析與比較。3.根據(jù)FTU的基本功能完成了其系統(tǒng)框圖和流程圖的設(shè)計。</p><p>　　關(guān)鍵詞：饋線終端單元；饋線自動化系統(tǒng)；故障隔離</p><p>　　Radial Middle and Low Voltage Power Grids in the</p><p&g

10、t;　　Study of Fault Isolation Program</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Distribution Automation is a new developing technology in recent years.</p><p>　　The acombines rea

11、l-time information, user information, network structural parameter and geographical information through the modern electronic technology communication,computer and network technology, form integrated automation and adm

12、inistrater system.During the development of Power system automation,Feeder Automation is one of the main functions in the Power System Automation. It is essential to improve the reliability of the ele ctricity supply, Lo

13、wer the electrical energy and save and impr</p><p>　　The main contents are as follows :</p><p>　　1.Confirm the solution for dealing with the malfunction .</p><p>　　2.In distribution

14、 automation system, FTU transmits various data, Sends and receives various control commands from a higher level substation or main station, It may also need to transmit information among FTU or between other intellect

15、ual apparatu.According to the difference of sending information, analze and compare various communication protocols .</p><p>　　3.Design the system block diagram and the flow diagram according to the basic

16、functions of FTU.</p><p>　　Key words : FTU ; Feeder automation system; Fault Isolation.</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題背景及意義</p><p>　　配電網(wǎng)線路和設(shè)備眾多，絕緣等級低

17、，受外界影響因素多，尤其是架空配電線路，收到雷擊、鳥害、自然災(zāi)害和走廊樹木等影響，使配電網(wǎng)故障頻繁。由于配電網(wǎng)的故障會給用戶和電力公司帶來不便和財產(chǎn)損失，現(xiàn)在電能在國家的經(jīng)濟(jì)和人們的日常生活中發(fā)揮著巨大的作用，因此必須對電網(wǎng)故障加以高度的重視。故障隔離和處理是配電網(wǎng)的日常工作。每一個電力部門以及發(fā)電廠都高度的重視電網(wǎng)故障，電網(wǎng)故障還會將發(fā)電機(jī)損壞的。配電網(wǎng)的故障隔離可以采用基于配電開關(guān)相互配合的方法，也可以采用基于FTU的饋線自動化方法

18、。在實際的電網(wǎng)中，可以采用單一的方法，但是為了提高故障隔離的速度與準(zhǔn)確性，通常在電網(wǎng)中，將兩種方法同時采用。城農(nóng)網(wǎng)改造后，城郊和農(nóng)村中壓配電網(wǎng)以輻射狀接線、樹狀接線等開環(huán)形式為主。而中國是一個地大物博的國家，農(nóng)村人口占多數(shù)，農(nóng)村電網(wǎng)是電網(wǎng)的主要組成部分。因此研究輻射狀中壓配電網(wǎng)故障隔離對提高供電可靠性具有重要意義。</p><p><b>　　1.2 研究現(xiàn)狀</b></p>

19、<p>　　隨著農(nóng)網(wǎng)改造的基本完成，農(nóng)村配電網(wǎng)自動化水平有了很大的提高，故障定位與隔離技術(shù)也有了很大改進(jìn)，現(xiàn)階段采用的方法有兩種：一種是早期基于重合器 、分段器的故障定位與隔離的方法，這種方法切斷故障時問較長，短時間內(nèi)就能擴(kuò)大事故范圍，恢復(fù)供電時無法進(jìn)行全局最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。另一種是基于FTU故障信息的配電網(wǎng)故障定位與隔離的方法。該方法有兩大類：一類是根據(jù)配電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行故障定位；另一類以遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法為代表的人工智

20、能型故障定位算法。兩種方法各有特點，文獻(xiàn)[1]中以圖論為基礎(chǔ)，采用過熱弧搜尋算法，其過程復(fù)雜，構(gòu)成配電網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)納矩陣過于龐大;文獻(xiàn)[2]中采用基于搜索樹的算法，以電源為樹根,以供電的末梢為樹葉，需要對樹中的每個節(jié)點進(jìn)行搜索判斷，其計算時間較長，程序繁瑣；文獻(xiàn)[3-5]中采用基于人工智能的遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和模糊推理算法,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，需要重新構(gòu)建函數(shù)或修改評價函數(shù)。 </p><p>　　受配電

21、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本的限制，我國農(nóng)村配電主干線路采用智能控制開關(guān)，而配電變壓器高壓側(cè)一般都采用高壓負(fù)荷開關(guān)，只有少數(shù)配電變壓器加裝了測量裝置，其測量點較少，致使 FTU等智能終端上傳的信息不能準(zhǔn)確、全面地反映配電網(wǎng)絡(luò)的實時運行狀態(tài)，造成故障定位不準(zhǔn)確。 </p><p>　　1.3 本論文研究的主要工作</p><p>　　本篇論文的主要工作是：</p><p>　?。?）

22、了解配電網(wǎng)接線和配電開關(guān)設(shè)備的基本工作原理；</p><p>　?。?）了解饋線自動化系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和功能；</p><p>　?。?）學(xué)習(xí)配電網(wǎng)故障隔離的基本方法和技術(shù)，并對各種方法的優(yōu)劣進(jìn)行比較；</p><p>　?。?）針對輻射狀中壓配電網(wǎng)，研究基于FTU的線路故障隔離方案。</p><p>　　2基于FTU的輻射狀中低壓電網(wǎng)故障隔離

23、系統(tǒng)的組成</p><p>　　2.1農(nóng)村、城郊輻射網(wǎng)的特點</p><p>　　我國農(nóng)村地形復(fù)雜，用電負(fù)荷較分散，受其影響農(nóng)村配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以樹狀為主，線路以架空裸導(dǎo)線為主，因而出現(xiàn)故障的概率高，影響面積較大：在所有故障中，架空線路發(fā)生的瞬時故障占2／3以上，永久性故障則少于1／3 。在配電網(wǎng)發(fā)生故障后，如何根據(jù)FTU上報的信息及時準(zhǔn)確地對出現(xiàn)故障的區(qū)域進(jìn)行定位，并采取有效隔離措施，縮

24、小停電面積 、縮短停電時間、實現(xiàn)供電可靠性99.96％的目標(biāo)。采用配電網(wǎng)自動化技術(shù)是關(guān)鍵。</p><p>　　基于FTU的輻射狀中低壓電網(wǎng)故障隔離如圖2-1。</p><p>　　當(dāng)圖A中1線路發(fā)生故障時，F(xiàn)TU檢測到線路有故障，通過無線擴(kuò)頻技術(shù)將信息送到主站，主站根據(jù)故障情況，發(fā)出信號給線路1的FTU將給線路斷開，其他線路將保持正常供電狀態(tài)。其余情況類似。</p><

25、;p>　　2.2基于FTU的輻射狀中低壓電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)的組成</p><p>　　基于FTU的輻射狀中低壓電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)是由主站及區(qū)域工作站，通信，F(xiàn)TU終端三部分組成的。</p><p>　　典型的基于FTU的輻射狀饋線自動化系統(tǒng)的組成如圖2-2所示。</p><p>　　在如圖2-2所示的系統(tǒng)中，各FTU分別采集相應(yīng)柱上開關(guān)的運行情況，如負(fù)荷、電壓、功

26、率和開關(guān)當(dāng)前位置、貯能完成情況等，并將上述信息由通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)向遠(yuǎn)方的配電網(wǎng)自動化控制中心。各FTU還可以接受配網(wǎng)自動化控制中心下達(dá)的命令進(jìn)行相應(yīng)的遠(yuǎn)方倒閘操作。在故障發(fā)生時，各FTU記錄下故障前及故障時的重要信息，如最大故障電流和故障前的負(fù)荷電流、最大故障功率等，并將上述信息傳至DAS控制中心，經(jīng)計算機(jī)系統(tǒng)分析后確定故障區(qū)段和最佳供電恢復(fù)方案，最終以遙控方式隔離故障區(qū)段、恢復(fù)健全區(qū)段供電。區(qū)域工作站實際上是一個通道集中器和轉(zhuǎn)發(fā)裝置，它將眾

27、多分散的采集單元集中起來和DAS控制中心聯(lián)系，并將各采集單元的面向?qū)ο蟮耐ㄐ乓?guī)約轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)動規(guī)約（如SC1801、CDT、DNP和Modus等），這樣配電網(wǎng)自動化SCADA系統(tǒng)和變電站、開閉所的數(shù)據(jù)采集裝置就可以直接借鑒調(diào)度自動化的成熟技術(shù)。</p><p>　　當(dāng)線路的某一處發(fā)生故障時，現(xiàn)由FTU檢測到故障電流，通過無線電通信技術(shù)將故障信息傳送給主站，主站根據(jù)傳送來的信息經(jīng)過分析后，下達(dá)控制信息，再有FT

28、U進(jìn)行故障處理，下面將介紹FTU如何檢測故障電流。</p><p>　　2.2.1 FTU如何檢測故障電流</p><p>　　對于輻射狀網(wǎng)，樹狀網(wǎng)和處于開環(huán)運行的環(huán)狀網(wǎng)，判斷故障區(qū)段，只須根據(jù)饋線沿線各開關(guān)是否流過故障電流就可以了，假設(shè)饋線上出現(xiàn)單一的故障，顯然故障區(qū)段應(yīng)當(dāng)位于從電源側(cè)到末梢方向最后一個經(jīng)歷了故障電流的開關(guān)和第一個未經(jīng)歷故障電流的開關(guān)之間的區(qū)段。</p>

29、<p>　　值得一提的是，由于配電網(wǎng)中的開關(guān)整定困難，經(jīng)常在發(fā)生故障以后，距故障最近的開關(guān)尚未跳開，其上級開關(guān)卻先分?jǐn)嗟默F(xiàn)象，因此在故障后，不能僅依據(jù)開關(guān)的跳開情況來判斷故障區(qū)段，例如圖2-3所示的饋線，在e段故障，Q4拒分，Q3分?jǐn)?，根?jù)開關(guān)位置不能判斷故障區(qū)段，但根據(jù)是否經(jīng)歷了故障電流（圖中標(biāo)記“過流”）卻能夠作出正確判斷（Q1,Q2,Q3,Q4均經(jīng)歷了故障電流，但Q5未經(jīng)歷故障電流，從而得出故障區(qū)段e段的結(jié)論）。<

30、/p><p>　　為了確定個開關(guān)是否經(jīng)歷了故障電流，需對安裝于其上的各臺FTU進(jìn)行整定，由于從原理上不是通過對各臺開關(guān)整定值的差別，來隔離故障區(qū)段，因此這種整定相當(dāng)容易，多臺開關(guān)甚至全部開關(guān)可以采用同一組定值。這樣即使增加饋線上的分段數(shù)目也不會帶來任何影響。</p><p>　　3 基于FTU輻射狀中低壓電網(wǎng)故障隔離矩陣算法</p><p><b>　　3.1

31、算法基本原理</b></p><p>　　在實際運行的配電網(wǎng)絡(luò)中, 以常開型聯(lián)絡(luò)開關(guān)為界可以將配電網(wǎng)劃分成 2 種基本類型的區(qū)域:一種是雙側(cè)電源供電區(qū)域或處于閉環(huán)運行的配電網(wǎng)絡(luò)環(huán)狀區(qū)域; 另一種是單側(cè)電源供電區(qū)域, 例如輻射狀、樹狀網(wǎng)和處于開環(huán)運行的環(huán)狀區(qū)域。</p><p>　　對于配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中單側(cè)電源供電區(qū)域, 例如輻射狀和樹狀網(wǎng), 在判斷故障區(qū)段時, 只需根據(jù)沿著功率方向

32、是否流過故障電流就可以判斷故障區(qū)段。每個 FTU 設(shè)置一故障狀態(tài)變量, 電流越限時, 此狀態(tài)變量為 1, 否則為0。當(dāng)故障發(fā)生時, FTU 主動把故障狀態(tài)變量 1上傳并計算功率方向相鄰兩狀態(tài)變量經(jīng)異或的結(jié)果, 若為1, 則可以得出為內(nèi)部故障;若為0, 可以判斷出為外部故障。</p><p>　　采用上述方法后,可將 FTU設(shè)置成0或1工作模式。在0模式下, FTU只有在電流越限且功率方向為正時, 上傳故障狀態(tài)變量

33、;在 1 模式下, FTU只要電流越限, 就上傳故障狀態(tài)變量。在單側(cè)電源供電區(qū)域, 例如輻射狀和樹狀網(wǎng),則線路上的FTU設(shè)置成1工作模式。工作模式可由控制中心進(jìn)行遠(yuǎn)方修改或由工作人員現(xiàn)場修改, 以適應(yīng)故障隔離后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)重構(gòu)時, 相應(yīng) FTU工作模式的改變。</p><p>　　為使算法同樣能適用于任意多個電源, 本算法基于文獻(xiàn)[8]在對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涿枋鰰r考慮了方向性。首先, 生成描述配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)描述矩陣 D。

34、當(dāng)發(fā)生故障時, 根據(jù)配電管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中計算庫計算的結(jié)果, 修正 D 矩陣中元素為 1的值, 修正后含故障信息的矩陣設(shè)為 P。最后, 根據(jù) P 矩陣中是否有為 1的元素,根據(jù)該元素在矩陣中位置判斷故障區(qū)間。</p><p><b>　　3.2網(wǎng)絡(luò)描述矩陣</b></p><p>　　如圖4所示，假定供電電源A，節(jié)點編號順序有意打亂，圖中A為電源點，.為測控點，為聯(lián)絡(luò)開

35、關(guān)，為饋線首端FCB,箭頭所示方向為假定正方向。</p><p>　　根據(jù)圖3-1, 網(wǎng)絡(luò)描述矩陣 D 如下所示。稱 D 中值為1 的元素為矩陣故障信息元素, 為 0 的元素為矩陣非故障信息元素。只需修正矩陣故障信息元素,而非故障信息元素不變。</p><p>　　3.3 饋線節(jié)點故障信息矩陣</p><p>　　由圖 3-1知道, 以常開型聯(lián)絡(luò)開關(guān) 2 為界, 配

36、電網(wǎng)劃分為2部分。根據(jù)工作模式設(shè)置原則, 1, 3, 8, 11, 4，9 FTU的工作模式為 0; 2, 7, 5, 6, 10 FTU 工作模。</p><p>　　為 1，當(dāng) 1, 3, 8, 11, 4, 9 節(jié)點流過故障電流并且方向與網(wǎng)絡(luò)正方向相同, 則 FTU向控制中心上傳信號 1而 2, 7, 5, 6, 10 節(jié)點在功率方向流過故障電流時FTU就向控制中心上傳信號 1。假定圖 4饋線在節(jié)點 1,

37、3 之間出現(xiàn)單重故障與其對應(yīng)的饋線節(jié)點故障信息矩陣如下:</p><p>　　3.4 故障判斷矩陣</p><p>　　通過饋線節(jié)點故障信息矩陣中功率方向上相鄰的 2 個節(jié)點進(jìn)行異或運算求得的結(jié)果修正網(wǎng)絡(luò)描述矩陣 D 中相應(yīng)矩陣故障信息元素, 修正后的矩陣為故障判斷矩陣, 即用 dij=giXORgj(i和j為功率方向上相鄰的 2 個節(jié)點)修正 D 中的 dij。通過觀察故障判斷矩陣中值為

38、 1 的元素在矩陣中的位置即可判斷出故障所處區(qū)段, 結(jié)果簡單明了。因為d13,d27,d36,d38,d49,d62,d75,d8, 10,d8,11,d11,4中的元素為 1, 所以結(jié)合饋線節(jié)點故障信息矩陣修正這些元素值。d13=g1XORg3=1, d36, d38, d49, d62, d75, d8, 10,d8, 11, d11, 4 修正后全部為0, 則故障判斷矩陣為</p><p>　　考察值為1

39、的元素所處位置為第 1 行第 3所以故障在節(jié)點 1 和 3 之間。</p><p><b>　　4 FTU介紹</b></p><p>　　4.1 FTU的性能要求</p><p>　　FTU通常安裝在戶外，因此要求它在惡劣環(huán)境下仍能可靠地工作。惡劣環(huán)境通常包括：</p><p>　　1）雷電：直接雷擊或間接雷擊造成的

40、過電壓是極其有害的。因此，必須考慮充分的防雷措施，包括加裝避雷、可靠接地和電氣防雷等。需要防雷擊的部分常有低壓電源進(jìn)線（采用低壓交流線路饋電）、有線通信電纜、無線通信天線系統(tǒng)和10KV線路（采用TV獲取低壓電源），要在這些與FTU接口的部位考慮可靠的防雷措施。</p><p>　　2）環(huán)境溫度：一般FTU應(yīng)能在-25~+65℃的環(huán)境下正常工作，對于一些特殊地區(qū)，甚至?xí)懈咭蟆Ｈ缭谕卖敺?，夏天的會出現(xiàn)高

41、達(dá)50℃以上的高溫，而在大慶，冬天的環(huán)境溫度全低于-35 ℃通常設(shè)備在低溫下仍能連續(xù)運行，這是由于器件自身因損耗發(fā)出熱量維持芯片工作的，一旦在嚴(yán)寒環(huán)境下停機(jī)一段時間，往往就會造成設(shè)備重新起動困難。這使得FTU的重要部件不得不選擇工業(yè)品級芯片。</p><p>　　3）防雨、防濕：具有導(dǎo)電性的雨水是一切電子設(shè)備的大敵，因此FTU應(yīng)當(dāng)具有可靠的防雨手段值得注意的是，通常操作箱的防雨設(shè)計是不能滿足FTU需要的，因為FT

42、U的印刷線路板布局很密，不用說雨水，即使是過大的濕度也會對設(shè)備運行造成威脅。因此，必須采取更加周密的防雨、防濕（FTU應(yīng)能在濕度達(dá)95%的環(huán)境下工作）措施。電力線載波通信的結(jié)合設(shè)備的結(jié)構(gòu)是很值得參考的。</p><p>　　4）風(fēng)沙:風(fēng)沙也是戶外設(shè)備的大敵，風(fēng)沙加上雨水會浸蝕設(shè)備的一切保護(hù)材料。此外，風(fēng)沙對于FTU的引線和固定結(jié)構(gòu)也是會造成沖擊，威脅其安全。</p><p>　　5）振動:

43、由于安裝于戶外，來往車輛，大風(fēng)原因等會對FTU造成振動，若將FTU裝入開關(guān)本體構(gòu)成一體化的設(shè)備，則開關(guān)動作和貯能電機(jī)運轉(zhuǎn)時，也會對FTU造成振動，若設(shè)計不當(dāng)，會導(dǎo)致FTU中印刷板上的器件脫落或接觸不良以及接插件松動等，導(dǎo)致設(shè)備故障。為此，制作FTU時，應(yīng)盡量考慮考慮采用單板機(jī)的一體化結(jié)構(gòu)必要的接插件應(yīng)選用質(zhì)地好而且可靠的，并盡可能在結(jié)構(gòu)上采取緊固措施。</p><p>　　6)電磁干擾：隨著電信技術(shù)的發(fā)展，城市范

44、圍內(nèi)充滿了電波，安放于戶外的FTU也往往伴隨這較長的引線（或者是0.4KV低壓饋電線，或是有線通信線，或者是10KV線路本身），而這些長線實際上構(gòu)成了天線，它能有效地接收各種電磁波并耦合進(jìn)FTU，為此FTU中必須考慮有效的抗干擾措施。</p><p>　　7)具有良好的維修性。由于FTU安放于分段開關(guān)處，因此當(dāng)FTU故障時必須能夠不停電檢修，否則會造成較大面積停電。為此，F(xiàn)TU應(yīng)能很方便地和開關(guān)隔離開來，有必要在

45、TA進(jìn)線處采用試驗端子，與開關(guān)之間采用航空插頭連接，加裝電源保險，，以及采用雙層機(jī)殼等措施。</p><p>　　4.2 F T U的基本功能</p><p>　　饋線終端單元 (FTU)主要用于監(jiān)視與控制配電系統(tǒng)中的變壓器、斷路器，重合器、分段器、柱上負(fù)荷開關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜、調(diào)壓器、無功補(bǔ)償電容器等設(shè)備，并與配電自動化主站通信，提供配電系統(tǒng)運行監(jiān)視及控制所需的信息，執(zhí)行主站命令對配電設(shè)備進(jìn)行調(diào)

46、節(jié)和控制。 一般來說， FTU應(yīng)具有狀態(tài)監(jiān)測、 故障檢測、 故障定位、 傳輸信息、控制開關(guān)動作的作用。</p><p>　　（1） 遙測信息: 采集并發(fā)送模擬量、脈沖量、數(shù)字量信息。在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中,遙測信息以采集電流信息和電壓信息為主。要測量正常負(fù)荷狀態(tài)下的電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、有功電能、 無功電能和頻率，還需要測量故障情況下的電壓、電流和頻率等量，并需要測量和評估系統(tǒng)的電能質(zhì)

47、量，其內(nèi)容主要包括供電電壓中的諧波、電壓波動、電壓閃變等參數(shù)。另外，F(xiàn)TU還要能夠測量零序、負(fù)序電壓及電流等反映系統(tǒng)不平衡程度的電氣量。</p><p>　?。?）遙信信息: 采集并發(fā)送狀態(tài)量信息，遙信變位優(yōu)先傳送。配電網(wǎng)中除了需要采集一些設(shè)備的運行狀態(tài)信息 ( 例如:斷路器的位置信號，斷路器失靈信號，各種越限動作跳閘信號，重合閘動作信號，交直流電源異常信號，小電流接地故障信號，負(fù)荷開關(guān)和分段開關(guān)位置信號) 外，

48、還需要采集一些特殊的遙信信息， 包括標(biāo)志記錄、 FTU運行狀態(tài)信息、遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)乜刂魄袚Q位置。FTU的運行狀態(tài)信息主要是指各類功能的閉鎖信號，如大電流閉鎖、遠(yuǎn)方跳閘及閉鎖、監(jiān)視跳閘及閉鎖。斷路器失靈狀態(tài)信息主要是指導(dǎo)致閉鎖斷路器操作的相關(guān)信號，一般包括遠(yuǎn)方合閘失敗、操作蓄電池電壓過低等。 所有這些特殊的遙信信息均可以通過順序控制設(shè)置為運行狀態(tài)。遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)乜刂魄袚Q有兩套辦法實現(xiàn):一套是采用硬切換開關(guān)，另一套是啟動控制器。這兩套切換的信息均應(yīng)

49、該作為狀態(tài)信息。</p><p>　?。?） 遙控和遙調(diào)信息: 接收并執(zhí)行主站端發(fā)來的遙控和遙調(diào)命令。操作信號是直接執(zhí)行設(shè)備跳閘、合閘操作的控制信號，這些控制信號可以是當(dāng)?shù)夭僮髅?，也可以是控制上站下達(dá)的控制命令。針對故障處理的控制信號有:接地跳閘、過電流跳閘、越限跳閘 、接地閉鎖。針對改變設(shè)備運行方式的控制信號有重合閘成功標(biāo)志清除。控制狀態(tài)的管理信號有:重合閘 的投入/退出、事件記錄的投入/退出、接地跳閘閉鎖的

50、啟動、重合閘成功標(biāo)志清除的啟動、斷路器觸頭負(fù)荷測試的投入/退出、重新設(shè)置的狀態(tài)信號、小電流接地的投入/退出，以及接地跳閘優(yōu)先的投入/退出。重新設(shè)置的狀態(tài)信號包括:斷路器失靈狀態(tài)信號、控制回路運行狀態(tài)信號、帶有標(biāo)志的狀態(tài)信號。帶有時間信息標(biāo)志管理的控制信號通常考慮的內(nèi)容有:過流跳閘、復(fù)位、人工操作的合閘、遠(yuǎn)方控制的合閘、人工控制的閉鎖、遠(yuǎn)方控制的閉鎖、遠(yuǎn)方控制的跳閘、交流輸入電源失電、交流輸入電源恢復(fù)、程序控制、小電流跳閘以及及合閘試驗閉

51、鎖。</p><p><b>　　4.3結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p>　　整個 FTU在結(jié)構(gòu)上采用的是各個部分以插件形式通過一塊底板連接在一起的方式。從功能和抗干擾的角度將整個FTU分成了主CPU板，信號采集板，電源板，液晶顯示、鍵盤輸入處理CPU板。其中主CPU板，信號采集板和電 源板是插接在一塊底板上的，而液晶顯示、鍵盤輸入處理CPU板做在了面板上，和液晶、鍵

52、盤共面板。面板是通過扁平電纜線和主CPU板相連的，這樣只要打開面板就可以插拔底板上的各個電路板，這給安裝檢修帶來了很大的方便。智能化 FTU的硬件組成：FTU在配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中是一個獨立的智能設(shè)備，由核心部件遠(yuǎn)方終端控制器、數(shù)字量 I/O部分、調(diào)制解調(diào)器、充電器、蓄電池和一些附件組成，如圖4-1：</p><p>　　4.4 FTU模式下的故障處理 </p><p>　　饋線自動化系統(tǒng)是

53、配電自動化主要組成部分。利用饋線綜合自動化系統(tǒng)。當(dāng)線路發(fā)生故障時，故障信息由開關(guān)的智能終端通過通信傳送到配調(diào)子站，由配調(diào)中心的SCADA系統(tǒng)和 GIS系統(tǒng)迅速判斷故障區(qū)域 ,一次進(jìn)行故障判斷和隔離，并對非故障段通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)恢復(fù)供電。饋線自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4-2。從饋線自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以看到，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生永久性接地故障時，利用可控消弧系統(tǒng)的控制，變電站綜合自動化系統(tǒng)可以判斷故障的饋線。配調(diào)子站通過搜集饋線沿線各分段點的故障信息，結(jié)合站控系統(tǒng)

54、提供的信息，可以判斷故障點所在的區(qū)域。站控系統(tǒng)提供的故障線路的信息，可以大大減小配調(diào)子站對故障區(qū)域判斷的難度，并提高判斷的準(zhǔn)確性。 </p><p>　　(1)速跳后的故障隔離 </p><p>　　對于輻射狀網(wǎng)和樹狀網(wǎng),如圖4-3所示。判斷故障區(qū)段，只需根據(jù)饋線沿線各開關(guān)是否流過故障電流就可以確定。假設(shè)饋線上出現(xiàn)單一故障,顯然故障區(qū)段應(yīng)當(dāng)位于從電源側(cè)到末梢方向最后一個經(jīng)歷了故障電流

55、1和第一個未經(jīng)歷故障電流 2開關(guān)之間的區(qū)段。根據(jù)圖4-3，當(dāng)線路發(fā)生故障時，各開關(guān)的信息由各自的FTU經(jīng)配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上傳到SCADA控制中心，由SCADA控制中心根據(jù)各開關(guān)的信息判斷出故障點所在的區(qū)段之后,下發(fā)命令到相應(yīng)的 FTU，由FTU跳開兩側(cè)開關(guān) 1和2 ,然后 SCADA中心檢查故障區(qū)域開關(guān) 1 和 2跳開,合上備用電源 S 2開關(guān)(或通過備自投裝置),將非故障段轉(zhuǎn)備用電源供電。</p><p>　　(2

56、) 永久性接地故障的不停電故障隔離 </p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)采用諧振接地方式并且是快速可控消弧系統(tǒng)時。對于瞬時性接地故障， 經(jīng)過消弧系統(tǒng)的快速補(bǔ)償，可使故障迅速消除，系統(tǒng)可保持連續(xù)供電。而對于永久性故障，在有效地解決故障定位后。還可以采用不停電故障隔離的方法，進(jìn)一步減少供電中斷的時間和次數(shù)。單電源多回路聯(lián)絡(luò)供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4-4。 </p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生永久性接地故障時，

57、配調(diào)系統(tǒng)可以在檢測到系統(tǒng)的故障區(qū)域后，先投上聯(lián)絡(luò)開關(guān)Q1或Q2，再隔離故障區(qū)域，以保證在故障隔離過程中非故障區(qū)域供電的連續(xù)性。上述操作對系統(tǒng)的擾動，取決于聯(lián)絡(luò)開關(guān)兩端的電壓差和相位差。當(dāng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)兩端的電壓差或相位差較大時。會給系統(tǒng)帶來擾動，聯(lián)絡(luò)開關(guān)也必須具有檢同期的功能。當(dāng)系統(tǒng)不符合預(yù)定的電壓差及相位差條件時，應(yīng)閉鎖上述操作。對于單電源多回路聯(lián)絡(luò)供電系統(tǒng)。聯(lián)絡(luò)開關(guān)兩端的電壓差或相位差來自于饋線負(fù)荷的差別。對于雙電源多回路聯(lián)絡(luò)供電系統(tǒng)，聯(lián)

58、絡(luò)開關(guān)兩端的壓差或相位差還受高壓系統(tǒng)的影響。采用諧振接地方式和準(zhǔn)確的故障定位為不停電故障隔離創(chuàng)造了先決條件, 但不停電故障隔離的最后實現(xiàn)，還有賴于靈活網(wǎng)架的建立和配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的性能。 </p><p>　　總之,在故障概率最高的單相接地故障中,對于大多數(shù)的瞬時接地故障,利用快速消弧系統(tǒng)可以迅速消除故障，避免故障的進(jìn)一步發(fā)展和產(chǎn)生的危害；對于其余的永久性接地故障，利用準(zhǔn)確的接地故障檢測判斷接地線路或切除故障線路,

59、減少了故障對系統(tǒng)的影響；利用饋線自動化的基礎(chǔ),準(zhǔn)確地判斷故障區(qū)域,進(jìn)一步縮小故障的影響范圍，構(gòu)造良好的配電網(wǎng)網(wǎng)架,可以實現(xiàn)小范圍的不停電故障隔離，將故障的影響和危害降低到最小的程度,從而提高供電的可靠性、安全性、連續(xù)性，降低對設(shè)備的要求和運行維護(hù)的要求。 </p><p>　　5 無線擴(kuò)頻通信技術(shù)</p><p>　　5.l 擴(kuò)頻通信技術(shù)簡述</p><p>　

60、　擴(kuò)頻通信技術(shù)主要用于軍事通信和電子對抗系統(tǒng)，隨著該項技術(shù)轉(zhuǎn)向商業(yè)化，美國幾家公司研制開發(fā)了一種在微波頻段的新型民用無線擴(kuò)頻通信，采用直序擴(kuò)展頻譜或跳頻方式發(fā)射的傳輸技術(shù)，并遵照 IEEE802.3以太網(wǎng)協(xié)議(gthe met Proto -co1 )，開發(fā)了計算機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)的系列產(chǎn)品。其主要技術(shù)特點是：用2.4GHz或 5.8GHz的微波頻段，以先進(jìn)的直序擴(kuò)展頻譜(DSSS)或跳頻(FH) 方式發(fā)送信息，其擴(kuò)頻編碼(Spreading

61、Code)為11-64位，射頻帶寬為 22-83MHz。與傳統(tǒng)的無線電窄帶調(diào)制發(fā)射方式不同，它采用寬帶調(diào)制發(fā)射方式，故具有傳輸速率高(可達(dá)11MHz)，發(fā)射功率小(只有1-650mW)，保密性好，抗干擾能力強(qiáng)的特點。更方便的是易于多點通信。因為它和一般無線電通訊采用的頻分式或時分式的方式不同, 擴(kuò)頻調(diào)制是碼分方式。很多用戶可以使用相同的通信頻率，只要設(shè)置不同的標(biāo)識碼ID，就可以產(chǎn)生不同的偽隨機(jī)碼來控制擴(kuò)頻調(diào)制，即能做到互不干擾。其通信距

62、離和覆蓋范圍視所選用的天線等設(shè)備不同而異，定向天線傳送距離可達(dá)50km，室外全向天線可覆蓋半徑為15km，室內(nèi)全向天線可覆</p><p>　　5.2 經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較 </p><p>　　有線組網(wǎng)成本由兩項組成 ：①與傳輸距離成正比，傳質(zhì)隨距離的增大，其成本及施工費用也增加；②隨傳輸距離成本(主要指兩端光接入設(shè)備)。無線組網(wǎng)成本基本不隨距離改變，成本是固定的。因此無線擴(kuò)頻技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性好，比

63、采用光纖通信便宜適用于農(nóng)村，城郊輻射狀電網(wǎng)故障隔離信息的傳輸。</p><p>　　5.3 無線擴(kuò)頻通信在輻射狀電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)中應(yīng)用分析 </p><p>　　從SCADA系統(tǒng)所完成的任務(wù)來看，它要求有較強(qiáng)的實時性和高可靠性。SCADA通信網(wǎng)通常采用的通信媒質(zhì)主要有電纜、光纜、電話線和無線射頻。在這幾種通信媒質(zhì)中，無線射頻方式中的無線擴(kuò)頻通信為SCADA系統(tǒng)提供一種新的高性能 、高性價

64、比通信解決方案。</p><p>　　由于配電自動化系統(tǒng)規(guī)模大，涉及的現(xiàn)場自動化裝置數(shù)量大、種類多，并且配電自動化終端設(shè)備分布地域廣，設(shè)備種類繁多，因而導(dǎo)致FTU采集的信息具有數(shù)量大、種類繁多等特點，因此，F(xiàn)TU與主站間通信應(yīng)滿足的基本要求是:①數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?②時間響應(yīng)的快速性;③不同的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先級和不同響應(yīng)時間、總之，優(yōu)先地、快速地傳輸故障狀態(tài)信息、快速地完成故障識別，并快速地實現(xiàn)故障隔離和恢復(fù)供電是F

65、TU的關(guān)鍵技術(shù)，也是電力系統(tǒng)發(fā)展最迫切的要求。而無線擴(kuò)頻技術(shù)滿足以上的要求，因此FTU與主站的通信就采用無線擴(kuò)頻技術(shù)。 </p><p><b>　　6 結(jié)論</b></p><p>　　FTU是整個配電網(wǎng)自動化的核心部分，配電網(wǎng)自動化的性能取決于FTU的性能，配電網(wǎng)自動化的迅速發(fā)展，也要求提高FTU 的處理速度和實時控制能力， 因此研究高性能、多功能FTU是非常有

66、必要的。本文總結(jié)FTU的性能要求，功能，以及FTU的結(jié)構(gòu)設(shè)計。</p><p>　　文章介紹了基于FTU輻射狀中低壓電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)的組成，故障隔離矩陣算法和無線擴(kuò)頻技術(shù)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 劉健.王兆安.配電網(wǎng)故障區(qū)域判斷和隔離[J]. 兩安交通大學(xué)學(xué)報,2000，34 ( 2 )：7一

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