CN102611082B - 自适应的配电网馈线邻域交互容错继电保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种自适应的配电网馈线邻域交互容错继电保护方法，包括变电站出线开关的过流II段保护动作逻辑、分段开关的故障定位及隔离逻辑、联络开关的健全区域恢复逻辑、开关的重合闸逻辑、开关重合后的过流加速段保护动作的逻辑和重合成功短时闭锁保护功能的逻辑，通过上述逻辑的配合，可以配电线路实现瞬时性故障和永久性故障的快速恢复，并且在开关拒动和通信中断的情形下仍能得到正确的故障处理结果，所提出的技术方案不仅适用于开环配电网也适用于闭环配电网的故障处理。

Description

自适应的配电网馈线邻域交互容错继电保护方法
技术领域
本发明涉及配电网的继电保护技术及故障处理领域，具体来说是一种自适应的配电网馈线邻域交互容错继电保护技术。
背景技术
配电网故障的快速科学处理，对于提高配电网的供电可靠性，实现配电网的经济可靠运行具有重要意义。长期以来国内外在配电网的故障处理领域开展了大量的研究工作，取得了显著的成果。
申请号为99124621的发明专利涉及一种对配电网故障进行定位的方法，包括：将配电网的结构信息、存储在网络控制中心；构造各线路的故障信息向量G#-[k]和各联络开关的故障信息向量G#-[L]；计算网络描述矩阵；计算配电网的故障信息向量：计算故障信息矩阵；对故障信息矩阵P进行规格化处理，得到故障判断矩阵：根据故障判断矩阵判断故障所在位置。
申请号为01130657的发明专利提供了一种配电网继电保护与故障定位系统，包括多个测量和执行单元以及连接这些单元的通信通道两个部分，测量和执行单元包括电流互感器、极性检测与比较继电器、第一个通信接口单元、第二个通信接口单元和断路器，通信通道包括保护用的通道和全网故障定位用的通道；通过检测和比较所有流过被保护配电设备的故障分量电流极性的异同，判断该设备是否发生故障；再利用通信手段连接同一个被保护设备的所有继电器，实现所有配电线路、配电母线和配电变压器的继电保护；再利用通信手段把这些电流极性信息传送给调度中心，工作人员可以很快发现故障位置，从而实现快速故障定位。
申请号为200810069726的发明专利涉及一种配电网配电线路故障定位系统，包括若干个测量及通讯单元A及PC机及GSM终端C：将每个测量及通讯单元的信号采集模块的输入端分别连接在被测的配电变压器三相的副端；每个测量及通讯单元的GSM模块与PC机及GSM终端的GSM模块之间通过无线通讯的方式传递信息；根据供电功率潮流方向及变压器与母线的连接关系建立主接线图，赋予每个变压器地理信息；建立关联矩阵、状态矩阵及故障点定位矩阵，并通过故障点定位矩阵定位故障的所在位置，可实现配电网配电线路远程故障诊断与定位。
上述专利均属于集中智能配电网故障处理的范畴，存在着共同的缺点，由于主站到各个终端之间的网络通道距离远以及受到通信方式的制约，主站收集故障信息需要一定的时间，故障处理的快速性得不到保证。因此还有一些高校和企业对基于馈线开关对等式通信的分布智能馈线自动化故障处理方式进行了研究。
申请号为201010140943的发明专利公开了一种含分布式多电源的配电网自动化系统故障处理方法，在利用光以太网通信的基础上，利用光纤以太网设备及SOCKET连接方法，建立独立的故障信息传输通道；采用对等通信机制，实现终端装置之间的故障信息的对等通信，可以解决环网情况下的保护和馈线自动化等问题。但是该发明专利并未考虑瞬时性故障的快速恢复问题，也未给出开关拒动或者是通信中断情形下的可靠性保障措施。
本发明即针对现有的配电网故障处理方法和继电保护技术存在的问题，提出一种自适应的配电网馈线邻域交互容错继电保护技术，利用通用面向对象变电站事件(GOOSE)的网络通信方式，实现馈线开关之间故障信息的快速交互，结合分段开关的故障定位及隔离逻辑以及联络开关的健全区域恢复逻辑来决定某个开关在故障处理中所需进行的相应操作，可以实现瞬时性故障和永久性故障的快速恢复，并且在开关拒动或者是通信中断情形下的也能得到正确的故障处理结果。
发明内容
本发明的目的在于对现有的配电网故障处理方法和继电保护技术存在的问题加以解决，提出一种自适应的配电网馈线邻域交互容错继电保护方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
(1)变电站出线开关的过流II段保护动作逻辑：过流II段保护投入信号，开关的A、B、C三相电流大于保护定值的信号输入到一个或门后的输出信号，这两个信号的与运算的输出经一个0.3s的延时之后输出变电站出线开关的过流II段保护动作信号；
(2)分段开关的故障定位及隔离逻辑：
输出不跳闸信号的逻辑运算结构：开关流过故障电流的信号的非和开关收到故障信息的信号的非输入到一个与门后的输出信号，开关流过故障电流的信号的非和开关收到故障信息的信号输入到一个故障功率方向一致的判别框后再经过一个非门后的输出信号，开关流过故障电流的信号和开关收到故障信息的信号输入到一个故障功率方向一致的判别框后再经过一个非门后的输出信号，这三个信号输入到一个或门后的输出信号即为开关的不跳闸信号；
输出跳闸信号的逻辑运算结构：开关流过故障电流的信号的非和开关收到故障信息的信号输入到一个故障功率方向一致的判别框后的输出信号，开关收到相邻开关故障信息信号的非和开关流过故障电流的信号经一个与门后的输出信号，开关流过故障电流的信号和开关收到故障信息的信号输入到一个故障功率方向一致的判别框后的输出信号，收到相邻开关拒动信息的信号，这四个信号经一个或门后的输出信号，再和开关的联络开关自投功能投入的信号的非、联络开关自投功能投入的信号和联络开关自投成功的信号的与经一个或门后的输出信号一起，输入到一个与门后输出开关的跳闸信号；
(3)联络开关的健全区域恢复逻辑：开关一侧电压UX大于0.75倍的额定电压的信号和开关另一侧电压UM大于0.75倍的额定电压的信号经过一个与非门后的输出信号，开关一侧电压UX小于0.3倍的额定电压的信号和开关另一侧电压UM小于0.3倍的额定电压的信号经过一个与非门后的输出信号，这两个信号经过一个与门后的输出信号，和联络开关自投功能投入的信号、电压互感器正常的信号、收到相邻开关故障信息的信号的非、收到相邻开关拒动信息的信号的非输入到一个与门后输出联络开关的合闸信号；
(4)开关的重合闸逻辑：开关的重合闸投入信号、重合闸充电完成信号、重合闸闭锁信号的非、开关一侧电压恢复后的重合闸启动信号，这四个信号输入一个与门后的输出，再经一个设定的延时时间间隔后输出开关的重合闸信号以及开放过流加速段保护的信号；
(5)开关的过流加速段保护动作逻辑：开关的A、B、C三相电流大于保护定值的信号输入到一个或门后的输出信号、开关的重合闸动作信号和手动合闸信号经过一个或门后的输出信号、开放开关的过流加速段保护的信号，这三个信号的与运算输出开关的过流加速段保护动作信号及重合闸闭锁信号；
(6)开关重合成功短时闭锁保护功能的逻辑：开关的重合闸动作信号和手动合闸信号经过一个或门后的输出信号，A、B、C三相电流大于保护定值的信号经过一个或门后再经过一个非门的输出信号，这两个信号的与运算输出开关的短时闭锁保护功能信号。
2.根据权利要求1所述自适应的配电网馈线邻域交互容错继电保护方法，步骤(2)中分段开关的故障定位和隔离逻辑，是收到的故障信息的功率方向采用如下定义：在开关的故障功率方向规定为由I侧到II侧为正的条件下，若检测到的故障功率方向为正，则开关向其I侧的相邻开关发送的故障信息故障功率方向为负，向其II侧的相邻开关发送的故障信息故障功率方向为正。
与已有技术相比，本发明的优点是：(1)给出了具体的针对分段开关的故障定位及隔离逻辑以及针对联络开关的健全区域恢复逻辑，原理简单，易于实现。(2)通用性强，不仅适用于开环配电网也适用于闭环配电网的故障处理(3)可以实现瞬时性故障的快速恢复。(4)容错性好，在开关拒动或者通信中断的情形下仍能得到正确的故障处理结果。
附图说明
图1为变电站出线开关过流II段保护动作逻辑图。
图2为分段开关的故障定位及隔离逻辑图。
图3为联络开关的健全区域恢复逻辑图。
图4为开关的重合闸动作逻辑图。
图5为开关的过流加速段保护动作以及重合成功短时闭锁保护功能的逻辑图。
具体实施方式
以下将结合附图和实例对发明的内容做进一步说明。
1)假设在一个采用本发明提出自适应的邻域交互馈线容错继电保护技术的配电线路上发生了瞬时性故障，故障处理过程如下：
(1)故障区域下游的开关(不包括作为故障区域的端点的开关)未检测到故障电流(开关流过故障电流的信号的非为1)，且未收到相邻开关发来的故障信息(开关收到故障信息的信号的非为1)，并且也未收到相邻开关发来的开关拒动信息(收到相邻开关拒动信息的信号的非为1)，按照附图2所示的分段开关不跳闸的逻辑运算结构，开关流过故障电流的信号的非与开关收到故障信息的信号的非经与门后的输出信号为1，该信号经或门后的输出仍然为1，因此上述开关不跳闸。
(2)故障区域上游的分支线路上的开关未检测到故障电流，但收到了相邻开关发来的故障电流信息，但由于收到的故障功率不一致(故障功率方向一致判别框的输出信号为0，再经一个非门后的输出信号为1)，按照附图2所示的分段开关的故障定位及隔离逻辑，上述开关的不跳闸信号输出为1，因此上述开关也不跳闸。
(3)故障区域上游的开关(不包括作为故障区域的端点的开关)检测到了故障电流，且收到了相邻开关发来的故障功率方向信息，由于收到的故障功率方向及检测到的故障故障功率方向不一致(故障功率方向一致判别框的输出信号为0，再经一个非门后的输出信号为1)，按照附图2所示的分段开关的故障定位及隔离逻辑，上述开关输出的不跳闸信号为1，因此上述开关也不跳闸。
(4)作为故障区域上游的端点的开关检测到了故障电流，且收到相邻开关发来的故障信息，开关收到的故障功率方向及检测到的故障功率方向一致(故障功率方向一致判别框的输出信号为1)，且该开关未被设置为联络开关(联络开关自投功能投入的信号的非为1)，按照附图2所示的分段开关的故障定位及隔离逻辑，该开关的跳闸信号输出为1，开关跳闸，隔离故障。
(5)作为故障区域下游的端点的开关未检测到故障电流，但收到了相邻开关发来的故障信息，因为只收到一个开关发来的故障信息，所以判断故障功率方向一致(故障功率方向一致判别框的输出信号为1)，且该开关未被设置为联络开关(联络开关自投功能投入的信号的非为1)，按照附图2所示的分段开关的故障定位及隔离逻辑，开关的跳闸信号为1，开关跳闸，隔离故障。
之后跳闸的开关按照附图4所示的开关的重合闸逻辑依次重合，并且全部重合成功，快速恢复线路的供电；
2)假设在一个采用本发明提出自适应的邻域交互馈线容错继电保护技术的配电线路上发生了永久性故障，分段开关的故障定位及隔离过程与瞬时性故障时相同，之后故障区域上游跳闸的开关按照附图3所示的开关的重合闸逻辑执行重合操作，由于重合到故障点，流过开关的电流大于其保护的定值，按照附图5所示的过流加速段保护的动作逻辑，该开关的过流加速段保护快速动作并发出重合闸闭锁信号，不再重合，隔离故障。
联络开关在作为故障区域端点的开关快速动作隔离故障后，检测到该开关被设置为联络开关(联络开关自投功能投入的信号为1)、电压互感器无异常(电压互感器正常的信号为1)，其靠近开关5的这一侧的电压将低于0.3倍的额定电压(开关一侧的电压UX低于0.3倍的额定电压的信号为1)，而靠近开关7一侧的电压高于0.75倍的额定电压(开关另一侧的电压UM大于0.75倍的额定电压的信号为1)，且开关未收到相邻开关发来的故障信息(收到相邻开关故障信息的信号的非为1)，因此开关的合闸延时启动，若在给定的延时时间内开关未收到相邻开关的拒动信息(收到相邻开关拒动信息的信号的非为1)，按照附图3所示的联络开关合闸的逻辑运算结构，开关的合闸信号输出为1，联络开关合闸恢复对健全区域的供电。
3)在某个开关发生拒动的情形下，如附图1所示的变电出线开关过流二段保护逻辑动作，延时0.3s跳闸切除故障，拒动开关的未跳闸的相邻开关也会收到其发来的开关拒动信息后，其收到开关拒动信息的信号未1，按照如附图2所示的分段开关的故障定位及隔离逻辑图，该信号经过或门后输出的开关跳闸信号未1，因此拒动开关的未跳闸的相邻开关跳闸生成故障隔离的补救方案。
4)在通信中断的情形下，发生永久性故障时，故障区域上游的开关都会流经故障电流，但是都收不到故障信息，因此开关收到故障信息的信号的非为1，且开关流过故障电流的信号未1，按照如附图2所示分段开关的故障定位及隔离逻辑图，这两个信号的与运算的输出值为1，再经过一个或门后输出的跳闸信号为1，因此故障区域上游的所有开关都会跳闸。
之后按照附图4所示的开关的重合闸逻辑，故障区域上游的开关依次重合，并且在重合成功后按照附图5的逻辑图输出短时闭锁保护功能的信号，直到合到故障区域的端点的时候，故障区域端点的开关由于流过的电流值大于保护定值，按照附图5的逻辑图，开关的加速段过流保护动作，且其上游开关的保护功能均被短时闭锁，因此由该开关的加速段过流保护快速跳闸隔离故障，并闭锁其重合闸功能，之后，故障区域下游的开关在联络开关合闸之后，经过一轮相同的步骤即可隔离故障并恢复对故障区域下游健全区域的供电，在上述过程完成之后即得到了正确的故障处理结果，仅仅是故障处理的时间延长了而已。

Claims (1)

1.一种自适应的配电网馈线邻域交互容错继电保护方法,其特征在于，
(1)变电站出线开关的过流Ⅱ段保护动作逻辑：过流Ⅱ段保护投入信号，开关的A、B、C三相电流大于保护定值的各个信号输入到第一或门后的输出信号，这两个信号的与运算的输出经一个0.3s的延时之后输出变电站出线开关的过流Ⅱ段保护动作信号；
(2)分段开关的故障定位及隔离逻辑：
输出不跳闸信号的逻辑运算结构：本开关流过故障电流的信号的非和开关收到相邻开关故障信息的信号的非输入到第一与门后的输出信号，本开关流过故障电流的信号的非和开关收到相邻开关故障信息的信号输入到第一故障功率方向一致的判别框后再经过第一非门后的输出信号，本开关流过故障电流的信号和开关收到相邻开关故障信息的信号输入到第二故障功率方向一致的判别框后再经过第二非门后的输出信号，这三个输出信号输入到第二或门后的输出信号即为开关的不跳闸信号；
输出跳闸信号的逻辑运算结构：本开关流过故障电流的信号的非和开关收到相邻开关故障信息的信号输入到第一故障功率方向一致的判别框后的输出信号，开关收到相邻开关故障信息的信号的非和本开关流过故障电流的信号经过第二与门后的输出信号，本开关流过故障电流的信号和开关收到相邻开关故障信息的信号输入到第二故障功率方向一致的判别框后的输出信号，和收到相邻开关拒动信息的信号，这四个信号经过第三或门后得到第一输出信号，联络开关自投功能投入的信号的非、联络开关自投功能投入的信号和联络开关自投成功后的信号相与后得到的信号这两者经过第四或门后得到第二输出信号，第一输出信号和第二输出信号输入到第三与门后的输出信号即为开关的跳闸信号；
其中，分段开关的故障定位和隔离逻辑，是收到的故障信息的功率方向采用如下定义：在开关的故障功率方向规定为由Ⅰ侧到Ⅱ侧为正的条件下，若检测到的故障功率方向为正，则开关向其Ⅰ侧的相邻开关发送的故障信息故障功率方向为负，向其Ⅱ侧的相邻开关发送的故障信息故障功率方向为正；
(3)联络开关的健全区域恢复逻辑：开关一侧电压UX大于0.75倍的额定电压的信号和开关另一侧电压UM大于0.75倍的额定电压的信号经过第一与非门后的输出信号，开关一侧电压UX小于0.3倍的额定电压的信号和开关另一侧电压UM小于0.3倍的额定电压的信号经过第二与非门后的输出信号，这两个输出信号经过第四与门后的输出信号，和联络开关自投功能投入的信号、电压互感器正常的信号、联络开关作为分段开关的信号的非、收到相邻开关故障信息的信号的非、收到相邻开关拒动信息的信号的非一起输入到第五与门后输出联络开关的合闸信号；
(4)开关的重合闸逻辑：开关的重合闸投入信号、重合闸充电完成信号、重合闸闭锁信号的非、开关一侧电压恢复后的重合闸启动信号，这四个信号输入第六与门后的输出，再经一个设定的延时时间间隔后，输出开关的重合闸信号以及开放过流加速段保护的信号；
(5)开关的过流加速段保护动作逻辑：开关的A、B、C三相电流大于保护定值的各个信号输入到第五或门后的输出信号、开关的重合闸动作信号和手动合闸信号经过第六或门后的输出信号、和开放过流加速段保护的信号，这三个信号经过与运算后输出开关的加速段过流保护动作信号及重合闸闭锁信号；
(6)开关重合闸成功短时闭锁保护功能的逻辑：开关的重合闸动作信号和手动合闸信号经过第六或门后的输出信号，A、B、C三相电流大于保护定值的各个信号经过第五或门后再经过第三非门的输出信号，这两个输出信号经过与运算后输出开关的短时闭锁保护功能信号。
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