配电网故障主动预警及快速处置技术探索.pdf

NAAI南瑞集团公司应用论配电网故障主动预警及快速处置技术探索国电南瑞科技股份有限公司二二三年八月技术应用论坛应用论现状挑战二总体思路C目录ontents三关键技术四后续研究一、现状挑战NARI南瑞集团用论随着分布式光伏/风电、充电汽车和新型储能规模化接入，配电网发展将面临保供应、促消纳和低成本的矛盾三角，提升配电网故障处理的快速性和电能质量监测能力对保供应意义重大。但配电网已成为个多电源网络，网架日趋复杂、运行方式多变，当前的故障处理技术面临诸多挑战集中式集中式线馈线级差式保护自动化自动化克（局部配置纵联式保护）分布式电源保护动作脱重合通动作（张空线路）非故区电技术障区股分布式电绶动型小化非缓动型分布式故障段分分布式障馈线馈线区自动化故区布自动化式电源并网理MG恢电调度拉路源井（同部配置单相接地保护）段网就地就地网重合式重合式速动型分布式馈线自动化故障前故障时故障后一、现状挑战NARI南瑞集团全品用论自前城市配电电缆运行年限已超15年不逐步进入了老龄化状态，老化问题是线路故障的主要问题之一。电缆永久性故障的发生开始于局部潜伏性缺陷。而局部潜伏性缺陷与电缆绝缘水平息息相关。但当前故障处理技术重心在故障定位、隔离与恢复，缺乏有效的线缆绝缘状态预警手段。设备老化占电缆故障的21.1%绝缘老化是量变到质变过程，当前缺乏在线监测和预警手段设备老化局部破损电缆外力破坏21.1%安装调试永久性故障电缆设备老化11%安装调试制造质量制造质量自然因素6.8%自然因素4%过电压过负荷过电压2.1%受潮老化电缆运维问题过负荷1.5%设计造型和检修运维问题1.2%51.5%外力破坏设计造型和检修0.8%一、现状挑战NARI南瑞集团全品用论分布式新能源故障电流幅值受限、相角受控，导致配电网潮流和短路电流分布特性发生显著变化传统阶段式过流保护整定配合越发困难，甚至失去选择性。配网规模增大，单相接地故障处置不及时引！发山火、人畜伤害等安全事故的风险增大，故障辨识可靠性、隔离快速性有待持续提升。潮流双向流动、运行方式更为灵活多变树线矛盾严重，穿林线路故障处置不及时可能会引发山火Q/csGDG接入助增作用，增大Q/C中国用方电网有限资任公司全业标准下游短路电流，可能造成下游保护误动配电网技术导则小电流按地选线装置捷术规范Ika4.3.3选战就用准确率不低于90%DG接入外汲作用，减小上5.8.6永久性单相接地故障宣快游短路电流，可能造成上违就近阳离游保护拒动一、现状挑战NA南瑞集团公品用论配网网架由辐射向环网多联络转变以及分布式新能源比例逐步提高，在故障隔离后，健全区故障恢复时需考虑多路径最优转供、供电能力分布式电源穿越特性等多重约束条件，现有就地自愈技术难以满足多源配网故障时的快速安全转供与分布式电源协同控制需求多联络网架故障就地恢复：功率平衡负荷重要性、开关动作分布式电源协同控制：异常工况下快速最小化隔离故障，非次数等多重因素影响故障区域分布式电源可能大规模脱网023828838851.1.低电压穿越区域(uc,tc)(UA.IA)(UB,IB)+Atc1(s)光伏日光伏网逆变器应用论现状挑战二总体思路C目录ontents三关键技术四后续研究二、总体思路NARI南瑞集团全品用论故障前，以基于电气量的电缆绝缘状态监测技术为重点，提升故障预警能力；故障时，以“分布式就地处置优先，集中式主站处置协同”原则，提出适应不同场景的差异化方案，提升故障隔离的精准性就地处理优先分布式电源主动参与供电恢复提高绝缘隐性故障预警能力集中处置协同提高快速性精准测距支撑故障清除运维配网光纤/5G线路融合CT极性在线校核计及多电源协调和负高精度同步宽频量测差动保护单相接地自适应判别荷约束就地快速自愈基于载波/5G通信就地分布式保护与馈线自动考虑不同类型DER备用线缆绝缘隐形故障预警分布式保护化协同故障处理电源能力供电恢复不依赖PT纵联故障区段定位协同基于人工智能故障预警不完全线路差动保护方向保护精准测距故障前故障时故障后NARI南瑞集团公司应用论现状挑战二总体思路C目录ontents三关键技术四研究展望三、关键技术-故障前NAI南瑞集团盆司1、高精度同步宽频量测技术电力电子装备大规模应用使得配电网运行形态向宽频域衍变，不仅带来电能质量问题，也对频率保护产生影响。为配网故障定位、解合环、谐波溯源和动态监测提供基础数据，有必要将终端测量由异步基频扩展到同步宽频，但受限干终端成本，采样率不高、PT/CT精度比主网低，实现高精度宽频量测难度大。新能源场景配电用户工矿企业2数据异步难以支撑高级应用W0-2装置02TO时刻装置01TO时刻风力发电精密制造钢铁企业01002003004000.5要暂态信息丢大高采样率低采样率光伏发电数据中心煤矿企业0.5100200300400500三、关键技术-故障前NARI南瑞集团全用论1、高精度同步宽频量测技术通过混合窗+混合基zoomFFT技术，结合GPS秒脉冲采样实现高精度同步宽频量测，在FTU/DTU终端现有硬件基础上宽频量测检测范围可达2Hz6kHz，电能质量可监测最高63次谐波。RV-H混合窗Hanning窗阶1项RV商窗函数：1Wr()=co()wg()=.2100150-2002元250=01.N/2-13000.20.40.60.8RVH混合窗调线()50390+()503-=()*N210.1112131415161718192021普波次数/次用论混合窗兼具适当的主瓣宽度和更快的旁瓣混合基zoomFFT能自适应频率5Hz、2Hz分率计算，采样率衰减，可有效抑制锁谱泄露，理论量测精6.4kHz，数据窗10周波条件下运算量可降低10%度可达到10-6，实际精度万分之五三、关键技术-故障前NARI南瑞集团全品用论2、基于电气量的线缆绝缘隐性故障主动预警技术潜伏性故障：故障持续短根据同一绝缘薄弱点在一定时间内瞬时性接地次数及变化趋势，综合瞬时性敌保护或绝缘监测装置不动作，障持续时间、击穿强度（零厚序电压幅值）等综合评估当前线路绝缘劣化状态未察觉到的瞬时性故障电缆绝缘受潮电弧类潜伏故5ms瞬时故障主动绝劣化指数动态传递绝缘劣化主动预捕捉防患于未”燃障持续时间一般不超过2个缘劣化状态评估劣化周波，绝大多数仅半个周波40ms短时故障精准区研判段定潜伏性故障蕴含丰富系统绝位广域同步采集缘信息，是永久故障的前兆三、关键技术-故障前NARI南瑞集团全品用论2、基于电气量的线缆绝缘隐性故障主动预警技术通过配电线路终端（FTU/DTU）融合广域同步采集功能，实时同步捕捉短时扰动/瞬时故障，使用小波变换提取故障特征信息，利用绝缘劣化程度评价指标计算并评估是否存在潜伏性故障风险点。配电自动化主站不网柜5ms10kV母线(a)原始波形图（b）小波提取特征图三、关键技术-故障时NARI南瑞集团品用论3、配网光纤/5G线路差动保护技术环网柜内设备若按间隔配置，则面临装置数多、二次回路复杂、安装空间紧张，若采用单设备集成多条光纤线路差动保护，则需同时与多条线路对侧保护进行数据同步。提出主从机自动认定的数据同步方法，解决传统一主一从同步方法造成链路上同时出现多台主机数据无法同步问题链式数据交互、主从机自动认定的数据同步方法健全线路主从机自动分段识别方法比对最大识别码重新识别确定唯一主机重新识别健全区段主机1健全区段主机2传输识别码比对确认识别码识别码传输识别码1231最大值最大值通道12321232123412341234主机中断主机 口拟联码：机联弱：纵联码：微联码：线联码：我联码：微联码：以联码：机联码：123212351233.12311232变电池123512331234变电话 光通道光纤通道配网路配网线路新路表环网施/开闭所1环网柜/开闭所斤2环距开闯所3环网柜/开闭所1环用能/开闯折2环用能/开闯折3三、关键技术-故障时NARI南瑞集团品用论3、配网光纤/5G线路差动保护技术5G通道无法保证通道收发延时一致性，传统丘乓同步方法不适用现有5G差动同步方法则存在运算量大、同步精度低、受运行方式影响等不足，提出秒脉冲触发、采样序号对齐、回退时延动态调整协同自适应数据同步方法，有效解决5G通信双向路由不一致、时延抖动大导致差动保护难以适应的问题无线信道多径传播缓存区回退延时动态调整动态调整收发延时随机且不一当前接收对直接方向、反射和折侧采样值射使得传播路径随机接收采样数框缓存区核心网络复杂多变回退后本则回退后对侧差动采样值采样值保护5G核心网，路由选择的不确定性！本地采样数据缓存区一致当前中断NR(4:1)本侧当前采样值传输机制下行优先NR(7:3)DdDDuDDduu5G标准协议中定义下通道延时短，保护动作快：通道延时长，保护不拒动NR(8:2)DDDDDDDDUU行优先模式D:Downlink time slot U:Upink time sbot三、关键技术-故障时NARI南瑞集团用论4、基于载波/5G通信的就地分布式保护技术针对故障隔离快速性要求高、光纤不具备敷设条件或5G信号无法覆盖的场景，借用原有动力电源线构建中压电力线载波通信链路，实现纵联方向保护，满足配电网差异化、多场景应用需求。核心指标业务需求中压载波5G通信载波通道1K/案空线带宽500kbps总带宽510Mbps平均上行100Mbps提供500kbps端口平均下行500MbpsR45架空线路RS232电含制台器遥信30s时延遥控6s端到端时延20ms端到端时延18ms电容视仓器（最大25ms）(最大81ms)保护20ms配电FTU轮皮通信装置载波通造装置配电FTU误码率110-6误码率110-5ABC可靠性%6666丢包率 Ei(itk)(t)辨识不同接地方式下所有支路和的暂态能量趋近于0支路和暂数据窗Esum(t)0非高阻接地故障暂态量极性判为故障支路首半波极性：某支路零序功率累计值辨识不同接地方式下P(t)=us(t)ig(t)t 0时切除非重要负荷S3环网柜5应用论现状挑战二总体思路C目录ontents三关键技术四后续研究四、后续研究NARI南瑞集团全用论1、故障前-基于人工智能线缆绝缘故障预警技术配电线路终端（FTU/DTU）实时同步捕捉短时扰动/瞬时故障，将符合故障特征但不满足判定条件的潜伏性故障录波上送，配电自动化主站基于拓扑信息，结合特高频局放、缆芯温度、检修记录等信息利用关键特征量库及绝缘劣化状态进行健康评级，定位隐惠故障风险区段，主动制定巡检计划输入评价健康评级输出训练模块终端瞬时录波关键特征量1绝缘健康隐患主检计制动修划定特高频局放关键特征量2劣状评化态估般缺陷故障段位初始模型样本数据神经网络模型生成缆芯桩头温度关键特征量3严重缺陷区定生成/加载读取训练检修记录危急缺陷测试推理模块模型文件实时数据测试/推理测试/推理加载读取结果翰出现场缺陷库历史数据召唤工况监视分机四、后续研究NARI南瑞集团全用论2、故障时-配网线路不完全差动保护技术在配电网中，架空线路的主于线分段之间，或者环网柜之间往往存在多条未安装电流互感器的负荷支路，传统双端线路差动保护无法适用。提出基于负荷阻抗的不完全差动保护方法，简化线路上多条负荷支路为一条负荷支路，基于负荷电流等效出T接点位置，系统正常运行及区外故障时计算等效负荷支路阻抗相等，区内故障时等效负荷阻抗变小。配电M配电季NDHG系统电源负黄2简化负荷支路配电室M配电室N(1t)*DG 1系烧电源Umt.等效负荷四、后续研究NARI南瑞集团全品用论3、故障后-计及DER备用能力供电恢复技术配电网联络方式多样，单一固定的恢复策略无法满足最优恢复需求，且随着高比例可再生能源接入现阶段分布式供电恢复方式未考虑分布式电源紧急备用能力，故障时立刻退出分布式电源，削弱了分布式电源支撑健全区域供电恢复能力，需开展计及DER备用能力支撑非故障区供电恢复策略的研究。网络R1E站所终端R2站所终端4-构网型DER：基于故障时刻断面信息及负荷等级约束划分源-荷平衡区域，故障下游健全区域内DER主动S1S2参与恢复供电。P1跟网型DER：主动联切健全区域微网控制器DER；故障下游健全区域DER在联络电气岛2开关合闸后有序参与恢复供电，提升备用电源容量不足下最大负荷供电恢园区电气岛1复能力。四、后续研究NARI南瑞集团全用论4、故障后-区段定位协同精准测距技术主网故障测距技术已较成熟，主要用于变电站间线路的敌障定位，行波测距精度误差500米，阻抗测距精度误差2.5%。相比于主网配电网网络结构更为复杂，分支多、线路短、负荷多、线路参数获取困难，分布式单元高精度同步成本较高，配电网敌障精准测距工程化应用仍需持续深化研究，配电主话电流正向行波时刻数据，配网主站行波故障定位应用横块SUE网络（三芯电缆）_PT短路故障或接地故障：瞬时性电弧击穿宽电站1-TRU2TRU带时钟同步SE DTUS4LSW!DTU装置JRUL带时钟同步行波时刻数据上送的行凌监测装置46/5G/充纤通信变电站出线开关分段/分支开美分界开关联路开关行波到更单元NAI南瑞集团公司应用论技术应用汇报完毕，谢谢！技术应用论坛