CN102005746A - 基于配电网络拓扑保护的方法 - Google Patents

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王文龙
沈全荣
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Abstract

本发明公开一种基于配电网络拓扑保护的方法，包括如下步骤：(1)所有的配电自动化终端形成配电网络拓扑结构，且各配电自动化终端与相邻节点之间采用横向通信链接；(2)各开关依据线路故障判据判断是否为故障邻节点，是则该开关对应的网络拓扑保护启动，保护跳闸该节点的开关；否则不启动网络拓扑保护；所述的线路故障判据为：若开关为非变电站出口开关，与其相邻的N个节点中有且只有一个检出线路过流故障，则判定该开关为故障邻节点；若开关为变电站出口开关，包含该变电站出口开关自身在内的N个节点中有且只有一个检出线路过流故障，则判定该变电站出口开关为故障邻节点。此种方法可实现快速性、准确性和选择性的定位故障并隔离故障。

Description

基于配电网络拓扑保护的方法
技术领域
本发明用于配电自动化领域中馈线自动化的故障排除方法。
背景技术
现有可应用于实际工程的馈线自动化方案主要有：主站（子站）集中型方案、电压-时间型方案。
主站（子站）集中型方案是指配电自动化终端提供过流故障信号给主站（子站），主站根据线路整体拓扑结构，结合变电站的故障信息和终端的故障信息，对故障区域做出判断，之后再开始故障隔离操作，该过程一般还需要工作人员进行确认，造成效率低下；此外，此种馈线自动化方案必须依靠主站（子站）与配电自动化终端的配合才能实现。
电压-时间型馈线自动化虽然可以实现就地化的故障判断与隔离，但对系统网架结构有特殊要求，主要适用于“手拉手”架空线，电缆线路一般不允许重合闸；另外，开关需要具备无压即分的功能，而具有该特性的开关只能由极其有限的厂家制造，价格相对普通开关昂贵；再者，对故障的准确定位需要变电站馈线开关进行多次重合，对系统冲击大，停电时间长，且可能造成故障范围扩大。
综上，前述常用的馈线自动化方案都必须在变电站馈线开关保护跳闸、馈线全线停电之后，再逐步进行故障区域定位与隔离，停电范围大，判断和隔离过程时间长，有待改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种基于配电网络拓扑保护的方法，其可实现快速性、准确性和选择性的定位故障并隔离故障。
本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：
一种基于配电网络拓扑保护的方法，包括如下步骤：
（1）配电自动化终端形成配电网络拓扑结构，且各配电自动化终端与相邻节点的配电自动化终端之间采用横向通信链接；
（2）各开关依据线路故障判据判断是否为故障邻节点，当判断为故障邻节点时，该开关对应的网络拓扑保护启动，保护跳闸该节点的开关；而若判断为非故障邻节点，则不启动网络拓扑保护，该节点的开关不跳闸；
所述的线路故障判据内容为：
a. 若开关为非变电站出口开关，与其相邻的N个节点中有且只有一个检出线路过流故障，则判定该非变电站出口开关为故障邻节点；
b. 若开关为变电站出口开关，包含该变电站出口开关自身在内的N个节点中有且只有一个检出线路过流故障，则判定该变电站出口开关为故障邻节点。
上述步骤（1）中，任意一个配电自动化终端和相邻节点的配电自动化终端形成拓扑结构。
上述步骤（2）中，若该开关是故障邻节点，继续判断其过流保护或零序过流保护是否动作，若动作，则判定该开关位于故障点相邻上游；而若过流保护或零序过流保护未动作，则判定该开关位于故障点相邻下游。
上述步骤（2）中，若该开关是非故障邻节点，继续判断其过流保护或零序过流保护是否动作，若动作则判定该开关位于故障点上游，但与故障点非邻近；否则判定该开关位于故障点下游，但与故障点非邻近。
上述步骤（2）中，当作为故障邻节点的开关拒动，则与该开关的邻节点跳闸动作，隔离故障区域。
采用上述方案后，本发明建立配电自动化终端（DTU: distribution terminal unit或FTU: feeder terminal unit）与相邻的DTU（或FTU）之间的横向通信，实时交互配电网络拓扑保护相关信息，利用配电网络拓扑原理就地化快速完成配网馈线故障区域判断定位，迅速隔离故障点，达到减少停电面积、降低停电时间、减少停电次数的目的，实现配网馈线自动化的故障区域判断与隔离，能够实现快速性、准确性、选择性、就地化的统一。
附图说明
图1是本发明中一种配电网络典型网架结构示意图；
图2是本发明中非变电站出口开关的邻节点示意图；
图3是本发明中变电站出口开关的邻节点示意图；
图4和图5是本发明中近后备保护的逻辑框图。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本发明的流程及原理进行详细说明。
本发明提供一种基于配电网络拓扑保护的方法，包括如下步骤：
（1）配电自动化终端（DTU: distribution terminal unit或FTU: feeder terminal unit）之间形成配电网络拓扑结构，本实施例中设计为任意一个配电自动化终端仅与其相邻节点的配电自动化终端构成拓扑结构，且各配电自动化终端与相邻节点的配电自动化终端之间采用横向通信链接；
首先如图1所示，是变电站A、B之间的一种配电网络典型网架结构，为了便于叙述，首先进行以下定义：
邻节点——在配电网络拓扑上相邻的开关（或配电自动化终端）
故障点上游——有故障电流流过、且与故障点相邻的开关（或配电自动化终端）
故障点下游——无故障电流流过、且与故障点相邻的开关（或配电自动化终端）
故障区外——与故障点不直接相邻的开关（或配电自动化终端）
以图1为例，其中，KG1与KG2为邻节点，KG2与KG1、KG3、KG5为邻节点，KG3与KG2、KG5为邻节点，KG5与KG2、KG3、KG6为邻节点；如此类推。
如果开关KG5处于分位，当KG2、KG3、KG5之间的“T”节点发生线路相间故障时，则KG2为故障点上游，KG3、KG5为故障点下游，KG1、KG6、KG7、KG8、KG9均为故障区外。
（2）各开关依据线路故障判据判断是否为故障邻节点，当判断为故障邻节点时，该开关对应的网络拓扑保护启动，保护跳闸该节点的开关；而若判断为非故障邻节点，则不启动网络拓扑保护，该节点的开关不跳闸；
所述线路故障判据依开关的位置而不同，具体说明如下：
a. 若开关为非变电站出口开关，与其相邻的N个节点中有且只有一个检出线路过流故障，则判定该非变电站出口开关为故障邻节点，该开关对应的网络拓扑保护启动；
配合图2所示，以非变电站出口开关KG2为例，以该开关KG2为中心画一个圈，并使这个圈包络其相邻的N个节点（即开关KG1、KG3、KG5），开关KG2对应的FTU（或DTU）以前述N个节点作为子集，依据前述判据判断故障点是否与开关KG2邻近。
b. 若开关为变电站出口开关，包含该变电站出口开关自身在内的N个节点中有且只有一个检出线路过流故障，则判定该变电站出口开关为故障邻节点，该开关对应的网络拓扑保护启动。
需要说明的是，如果作为故障邻节点的开关拒动，则以该开关的邻节点作为近后备，迅速动作隔离故障区域，从而将故障范围尽可能约束在更小的范围，避免全线停电，确保变电站的正常工作。
进一步地，若该开关是故障邻节点，可以判断其过流保护或零序过流保护是否动作，若动作，则判定该开关位于故障点相邻上游；而若过流保护或零序过流保护未动作，则判定该开关位于故障点相邻下游。
另外，若该开关是非故障邻节点，判断其过流保护或零序过流保护是否动作，若动作则判定该开关位于故障点上游，但与故障点非邻近；否则判定该开关位于故障点下游，但与故障点非邻近。
配合图3所示，以变电站出口开关KG1为例，以该开关KG1为中心画一个圈，并使这个圈包络N个节点（即开关KG2以及变电站出口开关KG1自身），开关KG1对应的FTU（或DTU）以前述N个节点作子集，依据前述判据判断故障点是否与开关KG1邻近。
配合图4所示，当FTU或DTU收到邻节点的“故障点相邻上游保护启动”信号时，启动近后备保护；而图5则示出了当FTU或DTU收到邻节点的“故障点相邻下游保护启动”信号时，启动近后备保护的逻辑框图。
综上，本发明具有以下几个特点：
1）网络拓扑整定方式
本发明所提供的基于配电网络拓扑保护的网络拓扑整定方式简单，每个配电自动化终端既不需要整个网络的拓扑结构信息，也不需要邻节点与本节点的局部拓扑结构信息，每个开关所配置的配电自动化终端只需要整定相邻开关信息以及相邻开关相连本开关的信息，大大降低了信息的传输量和处理量，从而提高数据处理效率。
以图1为例，开关编号可参考表1所示。
表1
开关名称 开关编号 开关名称 开关编号
KG1 9001 KG6 9006
KG2 9002 KG7 9007
KG3 9003 KG8 9008
KG4 9004 KG9 9009
KG5 9005
而对于开关KG2的网络拓扑整定方式如表2所示：
表2
序号 定值名称 典型定值
1 邻开关01编号 9001
2 邻开关01相连本开关编号 9002
3 邻开关02编号 9003
4 邻开关02相连本开关编号 9002
5 邻开关03编号 9005
6 邻开关03相连本开关编号 9002
2）“N者有其一”的保护原理
采用“N者有其一”的配电网络拓扑保护原理，与一次配电网络拓扑相关度低，适用各种配电网线路网架结构。
配电网络拓扑保护的原理简洁、通用性强，充分简化每个配电自动化终端的保护逻辑，从而增强了保护的可靠性。
配电网络拓扑保护逻辑无需电流方向的参与，具备故障电流方向无关性。
配电网络拓扑保护原理使得配电自动化终端可以就地进行故障点的判断定位与隔离，不依赖于主站，也不对开关特性提出特别要求。
通过对故障区域的定位，各节点上配电自动化终端的配电网络拓扑保护可以选择性跳闸，最小范围隔离故障点。
3）横向通信机制
基于配电网络拓扑保护的原理，各节点只需与相邻节点建立横向通信链接，不需要与馈线上所有节点建立联接，降低了通信的集中度，提高了横向通信及保护的可靠性。
采用GOOSE技术，实现配电自动化终端（FTU或DTU）之间横向通信，保证了保护信息交互超高的实时性，横向通信信息交互时间可以整定，为保护的快速性提供了基础条件。
配电自动化终端通过横向通信实时交互配电网络拓扑保护的相关信息，如：保护启动、保护动作、开关位置、开关拒动、重合闸出口、重合闸后加速动作等。
4）远后备
除了前述的近后备保护，本发明还可在变电站馈线出口处的FTU或DTU配置多段定时过流保护，作为馈线全线的“远后备”。在故障点邻近上游开关拒动或网络拓扑保护失灵、近后备节点开关拒动或近后备保护失灵等异常情况下，变电站馈线出口处的远后备保护发挥作用，保证故障不向上一级扩大。
5）重合闸
当允许重合闸投入时，通过重合闸消除线路的瞬时性故障，迅速恢复供电。
6）过流加速
当重合闸于永久性故障点，过流加速保护动作切除故障。

Claims (5)

1.一种基于配电网络拓扑保护的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）配电自动化终端形成配电网络拓扑结构，且各配电自动化终端与相邻节点的配电自动化终端之间采用横向通信链接；
（2）各开关依据线路故障判据判断是否为故障邻节点，当判断为故障邻节点时，该开关对应的网络拓扑保护启动，保护跳闸该节点的开关；而若判断为非故障邻节点，则不启动网络拓扑保护，该节点的开关不跳闸；
所述的线路故障判据内容为：
a. 若开关为非变电站出口开关，与其相邻的N个节点中有且只有一个检出线路过流故障，则判定该非变电站出口开关为故障邻节点；
b. 若开关为变电站出口开关，包含该变电站出口开关自身在内的N个节点中有且只有一个检出线路过流故障，则判定该变电站出口开关为故障邻节点。
2.如权利要求1所述的基于配电网络拓扑保护的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，任意一个配电自动化终端和相邻节点的配电自动化终端形成拓扑结构。
3.如权利要求1所述的基于配电网络拓扑保护的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，若该开关是故障邻节点，继续判断其过流保护或零序过流保护是否动作，若动作，则判定该开关位于故障点相邻上游；而若过流保护或零序过流保护未动作，则判定该开关位于故障点相邻下游。
4.如权利要求1所述的基于配电网络拓扑保护的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，若该开关是非故障邻节点，继续判断其过流保护或零序过流保护是否动作，若动作则判定该开关位于故障点上游，但与故障点非邻近；否则判定该开关位于故障点下游，但与故障点非邻近。
5.如权利要求1所述的基于配电网络拓扑保护的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，当作为故障邻节点的开关拒动，则与该开关的邻节点跳闸动作，隔离故障区域。
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