CN103354353A - 一种智能配电网全线速动主保护判别系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能配电网全线速动主保护判别系统及方法，配网终端采集本地的电压、电流信息，通过故障启动元件判别是否发生故障，若是没有则结束，若是发生故障，则继续判别综合方向元件是否动作；配网终端通过光纤通道将故障启动元件的动作信息、综合方向元件的动作信息、电压及电流的相量信息上送配网主站；配网主站根据各配网终端上送的信息结合配网网络拓扑结构，进行精确的故障区间定位；本发明利用光纤通道实现配电网数据的传输，采用智能终端采集单元的非同步采集数据实现全线速动主保护功能，通过遥控命令实现故障区段相邻断路器的控制，极大的提高了配电网供电的可靠性。

Description

一种智能配电网全线速动主保护判别系统及方法

技术领域

本发明属于电力工程的继电保护自动化技术领域，涉及一种智能配电网全线速动主保护判别系统及方法。

背景技术

电力系统由发电、变电、输电、配电、用电等设备及技术构成的将一次能源转换为电能的系统。我国配电网是指35kV及以下电压等级的设备和线路构成的电网。配电自动化是利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术，将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，构成完整的自动化系统，实现配电自动化，实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制、用电和配电管理的现代化。国内在20世纪90年代末期，开始进行城网改造，并大力推进配电自动化技术的应用与实施。在技术上，国内的配电自动化与国外相比并不落后，尤其在馈线终端装置和通信上，国内设备能够采用最新的技术和设备，具有更先进的技术平台。这些为国内配电自动化技术的进一步发展奠定了基础。

配电自动化由主站、子站、通信、配电终端组成。配电终端是配电自动化系统的重要组成部分，位于基础层。系统的实时数据、故障自动处理的判据、开关设备的运行工况等数据都来源于配电终端，故障隔离、负荷转移、恢复非故障区段的供电、对馈线上开关的分/合操作都是通过配电终端去执行。

按照应用场合及功能，配电终端可以分为以下几类：架空线柱上配电终端(FTU)，用于架空馈线的配电终端；环网柜配电终端(FTU)，用于电缆供电的环路配电终端；开闭所配电终端(DTU)，用于配电网10kV开闭所(或开关站)；变压器配变终端(TTU)，用于配电变压器监测和无功控制。

智能配电网是智能电网的重要组成部分；分布式电源（如光伏、风电、燃气发电等）的接入是智能配电网的重要特征之一；分布式电源接入之后不仅使得配电网由单电源供电变为双（多）端电源供电，对于传统配电网保护带来新的挑战。

目前我国大部分配电网主保护系统采用的是速断、限时速断保护形式，这种保护配合在现有的辐射型配电网上，能够有效地保护全部线路。但如果在配电网中接入分布式能源系统后，原有的保护配合就不可能可靠地保护整条线路，可能出现保护死区。

分布式电源接入配电网之后，原有配电网络的结构发生了较大变化。在故障发生时，由于分布式电源助增电流的作用，流经故障点的故障电流将增大。分布式电源的引入改变了分布式电源附近节点的短路水平，它将对配电网继电保护的正确动作带来影响。分布式电源接入配电网，在故障发生时由于分布式电源的助增或分流作用，流过保护装置的故障电流可能增大或减小，它将改变保护的保护范围和灵敏度，给各线路继电保护的上下级配合带来问题。

电流差动保护原理是建立在基尔霍夫电流定律的基础上之上，它具有良好的选择性，不受系统运行方式的变化，非常适合含有分布式电源的复杂配电网，但传统差动保护原理是比较输电线路各端电流的相位和幅值，为保证线路各端差动保护计算的正确性，必须保证所计算的各端电气量的采样时刻一致。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能配电网全线速动主保护判别系统及方法，以解决现有的系统必须保证所计算的各端电气量的采样时刻一致的问题。

为实现发明目的，本发明的智能配电网全线速动主保护判别系统包括：

配网终端，包括采集模块、逻辑判别及控制模块和通讯模块；采集模块用于配电网中每个断路器处的电压、电流的数字化采集；逻辑判别及控制模块用于故障启动元件的逻辑判别、综合方向元件的逻辑判别及接收配网主站的遥控断路器跳闸、合闸命令，跳开及合上对应的断路器；通信模块通过光纤通道与配网主站进行信息交互；

配网主站，包括综合纵联主保护模块，用于配电网故障的快速隔离及恢复；配网主站利用配电网中各断路器处配置的智能终端上传的故障启动元件动作信息、综合方向元件动作信息、幅值差动保护的判别结果结合网络拓扑结构进行故障区段的判别。

为实现发明目的，本发明的智能配电网全线速动主保护判别方法技术方案如下，该方法用于全网采用断路器及全网光纤通道的配电网系统，方法的步骤如下：

（1）配网终端测控装置采集本地的电压、电流信息；

（2）配网终端通过故障启动元件判别是否发生故障，若是没有则结束，若是发生故障，则继续判别综合方向元件是否动作；

（3）配网终端通过光纤通道将故障启动元件的动作信息、综合方向元件的动作信息、电压及电流的相量信息上送配网主站；

（4）配网主站根据各配网终端上送的信息结合配网网络拓扑结构，进行精确的故障区间定位；

（5）配网主站通过网络下发遥控命令控制相应的断路器，实现快速的故障隔离。

进一步的，所述步骤（2）中配网终端故障启动元件的判据为：

|i_k-i_k-T|>Coef_K*|i_k-T-i_k-2T|+I_mk

其中，i_k为电流采样值，k为采样序号，T为每周波的点样点数，I_mk为启动门槛，Coef_K为制动系数，上述判据满足说明发生系统故障。

进一步的，所述步骤（2）中配网终端综合方向元件：

（1）正序电压极化的功率正方向元件

其中：

为正序电压，

为相电流；

（2）负序正方向元件

其中：

为负序电压，为负序电流。

进一步的，所述步骤（4）是配电网中相邻两个断路器处智能终端的综合方向元件的逻辑判别均判为正方向或幅值差动保护动作，则判为相邻两个断路器之间的配电线路发生故障，瞬时跳开对应的两个断路器，保证其它配电线路的正常故障。

本发明的智能配电网全线速动主保护判别系统及方法，利用配网终端完成电压、电流的采集、故障启动元件的判别、综合方向元件的判别等功能；通过光纤通道完成配网终端与配网主站间的信息传递；配网主站利用接收的故障启动元件信息实现故障的判别，利用用幅值差动元件及综合方向元件及构成全线速动主保护功能，完成故障区间的准确定位，并通过光纤通道下发遥控命令实现故障的快速隔离，本发明利用配电网非同步采样数据实现全线速动主保护功能，满足分布式电源的接入需求，实现故障的快速隔离，提高了配电网供电的可靠性。

附图说明

图1是实施例的智能配网全线速动主保护示意图；

图2是实施例的说明综合方向元件判据的配网故障示意图；

图3是实施例的智能配电网全线速动主保护的判别流程图。

具体实施方式

如图1所示，智能配电网全线速动主保护判别系统包括配网终端、配网主站，配网终端和配网主站通过光纤通道通讯连接。

配网终端是配电网中各断路器处配置的智能终端，设备安装在配电网中每个断路器处，配网主站在配电网调度中心，之间通过配电网的光纤主干网及终端EPON光通讯网络连接。

配网终端设备在原有配网终端（FTU、DTU、TTU）中增加故障启动元件、综合方向元件的逻辑判别及控制模块，配网终端包括采集模块、逻辑判别及控制模块和通讯模块；采集模块用于配电网中每个断路器处的电压、电流的数字化采集；逻辑判别及控制模块用于故障启动元件的逻辑判别、综合方向元件的逻辑判别及接收配网主站的遥控断路器跳闸、合闸命令，跳开及合上对应的断路器；通信模块通过光纤通道与配网主站进行信息交互；配电主站在配网主站在原有的配电自动化功能基础上增加综合纵联主保护模块，实现配电网故障的快速隔离及恢复，配电主站通过收到的配电终端信息故障启动元件、综合方向元件和幅值差动保护结合配网网络拓扑结构进行故障的区间定位，然后下发遥控命令跳开对应的断路器实现故障的隔离。

以图1中配网终端测控装置采集本地的电压、电流信息，通过故障启动元件判别是否发生故障，判别综合方向元件是否动作；然后通过光纤通道上传配网主站；配网主站根据接收的故障启动元件信息判别是否发生故障，然后判别相应区段的幅值差动保护是否动作，如动作则判为相应区段发生区内故障；如未动作再判断相应区段各侧综合方向元件是否均判为正方向，如满足则判为相应区段发生区内故障；否则为系统扰动。配网主站判断某一区段发生故障，则下发遥控命令跳开相邻的断路器实现故障的快速隔离。

智能配电网全线速动主保护判别方法用于全网采用断路器及全网光纤通道的配电网系统，方法的流程图如图3所示，步骤如下：

（1）配网终端测控装置采集本地的电压、电流信息；

（2）配网终端通过故障启动元件判别是否发生故障，若是没有则结束，若是发生故障，则继续判别综合方向元件是否动作；

（3）配网终端通过光纤通道将故障启动元件的动作信息、综合方向元件的动作信息、电压及电流的相量信息上送配网主站；

（4）配网主站根据各配网终端上送的信息结合配网网络拓扑结构，进行精确的故障区间定位；配电网中相邻两个断路器处智能终端的综合方向元件的逻辑判别均判为正方向或幅值差动保护动作则判为相邻两个断路器之间的配电线路发生故障，瞬时跳开对应的两个断路器，保证其它配电线路的正常故障；

（5）配网主站通过网络下发遥控命令控制相应的断路器，实现快速的故障隔离。

智能终端中故障启动元件的判据：

|i_k-i_k-T|>Coef_K*|i_k-T-i_k-2T|+I_mk    （1）

其中：i_k为电流采样值，k为采样序号，T为每周波的点样点数，I_mk为差动电流启动门槛，Coef_K为制动系数。上述判据满足说明发生系统故障。

智能终端中综合方向元件：

（1）正序电压极化的功率正方向元件

其中：

为正序电压，

为相电流；

（2）负序正方向元件

其中：

为负序电压，

为负序电流；

配网主站的故障区间定位判据：

（1）幅值差动保护判据：

A)两端口网络

|I_m|-|I_n|>I_MK      （4）

其中：|I_m|为本侧电流幅值，|I_n|为对侧电流幅值。I_MK为差动电流门槛值，门槛值高于启动门槛I_mk。

理论依据：对外区外故障，对于线路两侧故障电流为穿越性电流，两侧电流幅值相等；对于区内故障，理论分析线路上仅有一点两侧故障电流相等（两侧系统短路容量相等时故障点在线路中点），其余情况下两侧电流均不相等。对于两侧电流幅值接近的故障点，幅值差动保护无法判为区内故障，需要由综合方向元件进行故障判别。

B)多端口网络（以三端为例）

||I_m|+|I_n||-|I_k||<I_MK     （5）

||I_m|+|I_k||-|I_n||<I_MK     （6）

||I_m|-|I_k||-|I_n||>I_MK     （7）

上述（5）、（6）任一满足，则判为区外故障；（5）、（6）均不满足时（7）式满足判为区内故障。

其中：|I_m|为本侧电流幅值，|I_n|为对侧电流幅值，|I_k|为第三侧电流幅值。

理论依据：对外区外故障，对于线路三侧故障电流为穿越性电流，通常两侧电流同向，流向另一侧。对于区内故障，理论分析线路上仅有一点各侧故障电流相等，其余情况下各侧电流均不相等。对于两侧电流幅值接近的故障点，幅值差动保护无法判为区内故障，需要由综合方向元件进行故障判别。

（2）综合方向元件判据

配网主站对配电终端的综合方向信息结合网络拓扑结构进行分析，以线路为例（如图2），AB间发生故障，R2、R4、R6、R1综合方向元件应判为正方向，R3、R5判为反方向。因此确定故障区域A、B之间。

本方法利用配网终端作为采集及控制子单元，配网主站通过光纤通道与配网终端进行信息的交互，配网主站根据根据配网终端的故障启动判别元件判别是否发生故障，根据幅值差动保护判据动作情况、综合方向元件判据动作情况结合配网网络拓扑结构识别故障区段，然后通过下发遥控命令跳合断路器，实现故障的快速隔离。

本发明基于全网采用断路器及全网光纤通道的配电网系统，利用光纤通道实现配电网数据的交互，采用智能终端采集单元的非同步采集数据实现基于全线速动主保护功能，通过遥控命令实现故障区段相邻断路器的控制，极大的提高了配电网供电的可靠性。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方法，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种智能配电网全线速动主保护判别系统，其特征在于，该系统包括：

配网终端，包括采集模块、逻辑判别及控制模块和通讯模块；采集模块用于配电网中每个断路器处的电压、电流的数字化采集；逻辑判别及控制模块用于故障启动元件的逻辑判别、综合方向元件的逻辑判别及接收配网主站的遥控断路器跳闸、合闸命令，跳开及合上对应的断路器；通信模块通过光纤通道与配网主站进行信息交互；

配网主站，包括综合纵联主保护模块，用于配电网故障的快速隔离及恢复；配网主站利用配电网中各断路器处配置的智能终端上传的故障启动元件动作信息、综合方向元件动作信息、幅值差动保护的判别结果结合网络拓扑结构进行故障区段的判别。

2.一种智能配电网全线速动主保护判别方法，其特征在于，该方法用于全网采用断路器及全网光纤通道的配电网系统，方法的步骤如下：

（1）配网终端测控装置采集本地的电压、电流信息；

（2）配网终端通过故障启动元件判别是否发生故障，若是没有则结束，若是发生故障，则继续判别综合方向元件是否动作；

（3）配网终端通过光纤通道将故障启动元件的动作信息、综合方向元件的动作信息、电压及电流的相量信息上送配网主站；

（4）配网主站根据各配网终端上送的信息结合配网网络拓扑结构，进行精确的故障区间定位；

（5）配网主站通过网络下发遥控命令控制相应的断路器，实现快速的故障隔离。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中配网终端故障启动元件的判据为：

|i_k-i_k-T|>Coef_K*|i_k-T-i_k-2T|+I_mk

其中，i_k为电流采样值，k为采样序号，T为每周波的点样点数，I_mk为启动门槛，Coef_K为制动系数，上述判据满足说明发生系统故障。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中配网终端综合方向元件：

（1）正序电压极化的功率正方向元件

其中：

为正序电压，

为相电流；

（2）负序正方向元件

其中：

为负序电压，

为负序电流。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤（4）是配电网中相邻两个断路器处智能终端的综合方向元件的逻辑判别均判为正方向或幅值差动保护动作，则判为相邻两个断路器之间的配电线路发生故障，瞬时跳开对应的两个断路器，保证其它配电线路的正常故障。

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