基于5G或光纤通信技术的配电线路故障快速自愈解决方案

一、建设目标

采用5G或光纤通信技术,通过配电终端的边缘计算能力进行分布式控制,利用差动保护技术快速切除各种线路故障,恢复非故障线路区段的供电,消除导线坠地、导线碰树与故障电弧引起的人身与财产安全隐患,提高供电可靠性,减少故障引起的电压暂降的危害。

(1)记录、分析瞬时性故障与潜伏故障数据,实现配电线路绝缘的在线监测与预警。

(2)实现故障测距,加快故障查找与修复速度。

(3)采用基于语义分析和就地量测量分析的故障自愈控制算法,实现控制过程的本质网络安全。

二、系统结构及其主要设备

系统由PZK-58系列分布式配电终端与相应的通信网络(5G或光纤通信)构成。

图片1.png


分布式配电终端安装在环网柜间隔内,实现运行监控、分布式电流差动保护、单相接地故障定位、故障测距、潜伏性故障检测。

三、主要功能

在传统配电终端三遥功能基础上,扩展分布式电流差动保护、过流保护、接地故障保护以及自适应故障恢复边缘计算功能。

1.配电自动化功能

实现常规配电自动化功能。

2.过流保护功能

三段式电流保护功能。

3.分布式差动保护功能

具备10kV主干线路区段差动保护、母线差动保护功能,实现配电线路故障区段的快速定位与隔离;以此为基础实现非故障区段快速供电恢复。

4.接地故障保护功能

(1)小电流接地故障保护

利用零序电压与零序电流检测接地故障方向;利用方向纵联原理实现主干线路(含母线)接地故障保护与非故障区段供电恢复;利用多级暂态方向原理实现环网柜出线(含级联环网柜)、用户线路接地故障自动就近隔离。

(2)小电阻接地故障保护

同相间短路故障差动保护。

(3)灵活接地方式接地故障保护

综合利用谐振接地和小电阻接地系统的接地故障保护算法,在系统发生接地故障后,投入小电阻之前,采用暂态功率方向法进行分布式故障定位,但不进行隔离操作;等投入小电阻之后,利用零序电流差动保护切除故障并进一步隔离故障区段,当高阻接地故障零序电流差动保护不能正常动作时,利用投入小电阻之前的定位结果结合零序电流综合隔离故障区段。

5.故障测距功能

利用短路与接地故障区段首端电压、电流测量数据与末端电压测量数据,识别故障区段首端与故障点之间的线路区段阻抗,进而测量故障距离。

6.潜伏性故障检测功能

通过高速采集暂态信号检测潜伏性故障,实现线路在线绝缘监测。

四、技术特点

1.配电终端互联互通

遵循IEC 61850标准,基于5G无线或光纤通信技术,实现分布式配电终端之间的互通互联,为配电线路快速故障自愈提供通信支撑。

2.配电终端功能拓展

在传统三遥功能基础上,扩展差动保护、过流保护、接地故障保护、自适应故障恢复边缘计算功能。

3.差动保护同步方式技术突破

?“基于故障发生时刻的时间同步方法”解决常规差动保护数据同步的难题,将纵差保护原理的绝对选择性和优良的保护性能应用到配电网,实现配网故障区段的快速定位与隔离。

4.自适应分布式故障恢复

采用分布式故障恢复模式,分布式配电终端具备网络局部拓扑结构自动识别与存储能力、备用容量和待恢复负荷实时计算能力,实现在不依赖主站的前提下,借助智能配电终端相互间的信息交互实现500ms内快速供电恢复。

5.网络安全严格保障

终端根据就地测量数据与来自相邻终端的测量与控制数据进线自我决策,就地控制开关的分合,避免直接传输遥控操作数据,提高抵御外部攻击的能力。采用基于就地测量数据的开关操作闭锁或允许措施,实现开关操作的本质网络安全。

五、设备安装方案

环网柜各间隔安装分布式配电终端。

图片2.png

六、对一次设备的要求

电缆环网柜进线与出线开关采用断路器;进线与出线均配置A、B、C相电流互感器与零序电流互感器。母线配置三相五柱电压互感器提供终端装置工作电源与电压测量信号、零序电压测量信号。

环网柜断路器电动操动机构,能够快速动作切除故障,分闸动作时间小于40ms。

七、关键技术指标

以分布式配电终端之间对等通信为基础实现的上述故障定位、隔离及恢复方案,所能达到的关键技术指标如下:

q?短路故障切除时间小于150ms

q?非故障区段供电恢复时间小于500ms。

q?小电流接地保护耐过渡电阻能力不低于2kΩ。

q?小电阻接地保护耐过渡电阻能力不低于1kΩ。

q?故障测距误差:小于100米(线路长度1km以内);小于10%(线路总长大于1km时)。

q?潜伏性故障捕捉成功率:大于99%。

q?5G通信方式的差动保护端对端通信延时平均值不大于8.5ms,差动保护动作时间平均小于50ms。

图片3.png