CN103606909A - 一种配电网线路保护系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种配电网线路保护系统和方法，包括：SOG智能型负荷开关和数字故障指示器，通过SOG智能型负荷开关从零序电流和零序电压的大小和相位差两个方面判断故障的位置，提高故障检测判断的准确度和灵敏度，进而提高了配电网运行的可靠性；通过数字故障指示器检测线路和设备的运行数据和故障信息，判断故障的位置，从而不需要配备其他的设备，成本低、装卸方便、抗干扰能力强，进而提高了配电网运行的可靠性和实用性。

Description

一种配电网线路保护系统和方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，更具体地说，涉及一种配电网线路保护系统和方法。

背景技术

随着电力技术的不断发展，配电网的安全性能也在不断提高，电力故障也主要集中在接地故障和短路故障这两个方面。由于大多数的配电网系统属于非接地系统，因此，对于一些高阻接地故障和短路故障，并没有切实有效的防治方法和手段，从而导致恶性的大面积停电故障频发。

由于采用变电站切断馈线的方式，查找出现接地短路故障的区域时，也会造成大面积的用户停电故障，据统计这种停电故障占全部故障的30%到50%，因此，为了避免这种情况，现有技术中大多在用户线路进户线分界点处设置分界负荷开关，来防止故障波及到电力系统的配电网主线路，造成大面积的停电故障，以此来提高供电系统的可靠性。

目前，现有的用户分界负荷开关，是根据零序电流的大小来判断是否发生接地短路故障，并在发生接地短路故障时，执行跳闸动作，来隔离故障区域。由于同一配电网中负荷开关的数量较多，且负荷开关之间不能相互通信，因此，当负荷开关侧的线路较长、有较大的对地电容时，如果开关的电源侧发生接地故障，则开关可能会执行不必要的跳闸动作，即现有开关的故障检测准确度较低，使得配电网运行的可靠性较差。

而现有的架空线路上，用于故障检测、定位和动态负荷监测的装置，偏向于应用在高压线路或高压设备的二次侧、低压侧，要求有配套的高压电流互感器、高压电压互感器、温度测量仪器、交流工作电源和通讯网络等设备，成本高，施工困难，且设备挂网运行会影响配电网的安全，进一步造成配电网的可靠性和实用性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明一种配电网线路保护系统和方法，以提高配电网运行的可靠性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种配电网线路保护系统，包括：

SOG智能型负荷开关，用于测量零序电流和零序电压，根据所述零序电流和零序电压的大小和相位差判断故障的位置，执行相应的动作，并将故障信息发送到主站，以便所述主站对故障区域进行定位、隔离和非故障区域供电的恢复；

数字故障指示器，用于检测线路和设备的运行数据和故障信息，判断故障区域，并将所述故障信息发送到主站，以便进行故障区域的定位、隔离和非故障区域供电的恢复。

优选的，所述SOG智能型负荷开关包括：

通信模块，用于将故障信息发送到主站，以便所述主站对故障区域进行定位、隔离和非故障区域供电的恢复。

优选的，所述SOG智能型负荷开关内部设置有零序电流互感器，用于测量零序电流的大小。

优选的，所述SOG智能型负荷开关内部设置有零序电压鉴相器，用于测量零序电压的大小。

优选的，所述SOG智能型负荷开关内部设置有三台单相三绕组电流互感器。

一种配电网线路保护方法，应用于如上述的SOG智能型负荷开关，包括：

测量线路的零序电流和零序电压的大小，并计算所述零序电流与零序电压之间的相位差；

根据所述测量零序电流和零序电压的大小以及相位差，判断故障的位置，并执行相应的动作；

将故障信息发送至主站，以便所述主站对故障区域进行定位、隔离和非故障区域供电的恢复。

优选的，当负荷开关侧发生接地故障时，根据检测的零序电流和零序电压的大小或相位差判断故障的位置，并在变电所断路器动作之前立即执行跳闸动作。

优选的，当负荷开关侧发生短路故障时，根据检测的零序电流和零序电压的大小或相位差判断故障的位置，同时记忆故障位置直至变电所断路器跳闸之后执行跳闸动作。

优选的，当负荷开关侧同时发生接地故障和短路故障时，按照短路故障进行处理，即在变电所断路器跳闸之后执行跳闸动作。

一种配电网线路的保护方法，应用于如上述的数字故障指示器，包括：

检测线路和设备的运行数据和故障信息，并判断故障的位置；

将所述故障信息发送到主站，以便对故障区域进行定位、隔离和非故障区域供电的恢复。

与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：

本发明所提供的配电网线路保护系统和方法，通过SOG智能型负荷开关从零序电流和零序电压的大小和相位差两个方面判断故障的位置，提高故障检测判断的准确度和灵敏度，进而提高了配电网运行的可靠性；通过数字故障指示器检测线路和设备的运行数据和故障信息，判断故障的位置，从而不需要配备其他的设备，成本低、装卸方便、抗干扰能力强，进而提高了配电网运行的可靠性和实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的配电网线路保护系统结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的配电网线路保护方法流程图；

图3为本发明实施例二提供的另一种配电网线路保护方法流程图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有的用户分界负荷开关，是根据零序电流的大小来判断是否发生接地短路故障，灵敏度和准确度较低，使得配电网运行的可靠性较差。而现有的架空线路上用于故障检测、定位和动态负荷监测的装置，要求有配套的高压电流互感器、高压电压互感器、温度测量仪器、交流工作电源和通讯网络等设备，成本高，施工困难，且设备挂网运行会影响配电网的安全，进一步造成配电网的可靠性和实用性较差。

基于此，本发明提供了一种配电网线路保护系统，以克服现有技术存在的上述问题，包括：

SOG（Storage over current ground，存储接地过电流）智能型负荷开关，用于测量零序电流和零序电压，根据所述零序电流和零序电压的大小和相位差判断故障的位置，执行相应的动作，并将故障信息发送到主站，以便所述主站对故障区域进行定位、隔离和非故障区域供电的恢复；

数字故障指示器，用于检测线路和设备的运行数据和故障信息，判断故障区域，并将所述故障信息发送到主站，以便进行故障区域的定位、隔离和非故障区域供电的恢复。

本发明还提供一种配电网线路保护方法，应用于上述的SOG智能型负荷开关，包括：

测量线路的零序电流和零序电压的大小，并计算所述零序电流与零序电压之间的相位差；

根据所述测量零序电流和零序电压的大小以及相位差，判断故障的位置，并执行相应的动作；

将故障信息发送至主站，以便所述主站对故障区域进行定位、隔离和非故障区域供电的恢复。

本发明还提供一种配电网线路保护方法，应用于上述的数字故障指示器，包括：

检测线路和设备的运行数据和故障信息，并判断故障的位置；

将所述故障信息发送到主站，以便主站对故障区域进行定位、隔离和非故障区域供电的恢复。

本发明所提供的配电网线路保护系统和方法，通过SOG智能型负荷开关从零序电流和零序电压的大小和相位差两个方面判断故障的位置，提高故障检测判断的准确度和灵敏度，进而提高了配电网运行的可靠性；通过数字故障指示器检测线路和设备的运行数据和故障信息，判断故障的位置，从而不需要配备其他的设备，成本低、装卸方便、抗干扰能力强，进而提高了配电网运行的可靠性和实用性。

以上是本发明的核心思想，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

下面通过几个实施例详细描述。

实施例一

本实施例提供了一种配电网线路保护系统，其结构示意图如图1所示，包括：SOG智能型负荷开关和数字故障指示器。SOG智能型负荷开关，用于测量零序电流和零序电压，根据所述零序电流和零序电压的大小和相位差判断故障的位置，执行相应的动作，并将故障信息发送到主站，以便所述主站对故障区域进行定位、隔离和非故障区域供电的恢复；数字故障指示器，用于检测线路和设备的运行数据和故障信息，判断故障的位置，并将所述数据和故障信息发送到主站，以便进行故障区域的定位、隔离和非故障区域供电的恢复。

其中，SOG智能型负荷开关和数字故障指示器，通过GPRS网关服务器将数据和故障信息发送至电力信息网，并通过正向物理隔离装置和反向物理隔离装置与通信前置机、数据服务器和应用服务器进行数据交互，以便主站对接收到的数据进行分析处理，进行故障区域的定位、隔离和非故障区域供电的恢复等。

SOG智能型负荷开关的功能主要包括：

一、与变电所断路器配合执行相应的动作。SOG智能型负荷开关设置在配电网主线和用户的分界点，当用户侧发生接地故障时，将故障区域及时地从配电线路上隔离，使得配电线路不停电，因此，当负荷侧发生接地故障时，SOG智能型负荷开关必须在变电所断路器跳闸动作之前立即执行跳闸动作；而当负荷侧发生短路故障时，SOG智能型负荷开关能够准确记忆故障位置直至变电所断路器跳闸之后执行跳闸动作，从而通过与断路器的配合，达到隔离故障区域减少停电面积的目的。

二、将故障信息上传至主站的功能。SOG智能型负荷开关可以利用GPRS网络，实现数据和故障信息的传输。SOG智能型负荷开关控制器内部配有GPRS无线通讯模块，可将每台SOG智能型负荷开关的动作情况，包括接地故障信息和短路故障信息及控制器运行数据上送至主站，通过主站高级应用软件分析得出线路运行情况或故障区域，并在最短的时间内准确进行故障定位、隔离和非故障区域供电的恢复。

配电线路发生接地故障时，会产生接地电流，即零序电流，在不接地系统中，零序电流的大小由配电线路的对地电容决定。在配电网线路上设置SOG智能型负荷开关，通过所述SOG智能型负荷开关内部的ZCT（Zero currenttransform，零序电流互感器）来测量零序电流的大小，即可检测出接地故障的发生。但是，负荷开关只通过零序电流判断接地故障时，会发生误动作，因此，为了避免这种情况，并提高开关的准确率，本实施例中的SOG智能型负荷开关同时检测零序电流与零序电压，即通过零电流互感器测量零序电流的大小，通过SOG智能型负荷开关内部设置的ZPD（Zero-sequence voltage phasedetector，零序电压鉴相器）测量零序电压的大小。对于中性点采用消弧线圈接地的配电系统，通过调整相位差同样能够检测出接地故障的区域，因此，SOG智能型负荷开关根据零序电流和零序电压的大小和相位差来判断故障的位置，从而提高了SOG智能型负荷开关故障检测的灵敏度和准确度。

本实施例中的SOG智能型负荷开关，是采用SF6气体绝缘的负荷开关，具有体积小、重量轻、开断性能优异等特点；能够同时测量零序电流和零序电压，并根据零序电流和电压的大小以及零序电流与零序电压之间的相位差来判断故障发生的位置，避免了单一使用零序电流大小判断方式造成误动作的问题；采用的是3CT方式，即SOG智能型负荷开关内部设置有三台单相三绕组电流互感器，以确保故障性质判断的准确率，提高开关使用的安全性。

由于非接地系统的接地故障在初期阶段零序电流比较微小，难于准确地检测，而长期带故障运行又会造成重大短路事故，给供电生产带来极大的影响，因此，为了尽早发现事故，就必须提高SOG智能型负荷开关检测的灵敏度和精度，因此，需要在内部设置高精度高性能的ZCT，所述ZCT具有极大的动态范围，即使流过700Ａ以上的电流后，输出电流仅有不到150mA，为准确判断故障提供了可靠的保证；为了提高SOG智能型负荷开关的耐腐蚀性，采用高级海军不锈钢，来保证焊接部件的高密封性和长期可靠性。

本实施例提供的数字故障指示器，用于检测线路和设备的运行数据和故障信息，判断故障的位置，并将所述故障信息发送到主站，以便进行故障区域的定位、隔离和非故障区域供电的恢复。当线路发生故障时，线路中会流过稳态和暂态故障电流并且线路电压会发生改变，数字故障指示器可以根据这些暂态信息，判断该位置的线路是否发生故障。

数字故障指示器主要包括以下几个方面的故障检测：

一、永久性相间短路故障检测判断。线路发生相间永久性短路时，相当于两个电源直接短接，变电站和故障区域连接的线路上会流过很大的电流，同时变电所的继电器会启动保护功能，使线路跳闸断电。永久性短路故障，采用自适应负荷电流的过流突变作为判断依据，包括：线路正常运行（有电流或电压）超过30秒钟；线路中出现100A以上的突变电流，或者超过设定的短路故障检测参数；大电流持续时间不超过10秒钟，即0.02s≤△T≤10S，△T为电流突变时间；10秒钟后线路处于停电（无电流、无电压）状态。当以上四个条件同时满足，数字故障指示器判断该位置的线路出现永久性或瞬时性短路故障。

二、单相接地故障检测判断。线路发生单相接地时，根据不同的接地条件，例如金属性接地、高阻接地等，会出现多种复杂的暂态现象，包括线路对地的分布电容放电电流、接地线路对地电压下降、接地线路出现5次和7次等高次谐波增大，以及该线路零序电流增大等。综合以上情况，架空线路的单相接地判断依据为：线路正常运行（有电流或电压）超过30秒钟；线路中有突然增大的杂散电容放电电流，并超过设定的接地故障检测参数（接地电流增量定值）；接地线路电压降低，并超过设定的接地故障检测参数；接地线路依然处于供电状态。当以上四个条件同时满足时，数字故障指示器判断该位置的线路有单相接地故障。

三、过流故障检测判断。由于雷击、外破或线路瞬时故障等原因，造成线路瞬时过流跳闸，但又能恢复正常供电，不会造成永久短路。其故障判据与永久性故障判据一致。瞬时性故障动作以后，可以通过主站系统遥控恢复供电，不必等到24小时以后才定时恢复供电。

四、瞬时性接地故障检测判断。对于架空线路，通过数字故障指示器检测并主动上报瞬时性接地和间歇性接地故障的首半波接地暂态接地电流、线路对地电压，以便人工参与分析、判断故障位置，及时排除隐患。

本实施例提供的数字故障指示器，实时检测配电线路和设备的短路、接地、过负荷、过温等故障运行状态，并将电流、电压和温度等故障信息发送到主站，由主站进行故障分析和处理，为调度运行人员提供故障定位、隔离和恢复供电、事故抢修等方面的技术支持；实时监测线路负荷电流、首半波接地尖峰电流、稳态零序电流、暂态零序尖峰电流、线路对地电场、导线温度等正常运行状态；对瞬时性短路故障、瞬时性接地故障、三相不平衡、绝缘破坏、温升过快等异常现象和亚健康运行状态进行实时监测和预警；协助用户参与短路、接地、断线、超温等故障信息分析和决策判断；协助用户参与设备防盗和防窃电等非法行为分析和决策判断；人工优化和在线调整数字故障指示器的故障检测参数，提高短路、接地故障检测准确率；可以扩展开关遥控和遥信等配网自动化功能。

本实施例提供的配电网线路保护系统，通过SOG智能型负荷开关从零序电流和零序电压的大小和相位差两个方面判断故障的位置，提高故障检测判断的准确度和灵敏度，进而提高了配电网运行的可靠性；通过数字故障指示器检测线路和设备的运行数据和故障信息，判断故障的位置，从而不需要配备其他的设备，成本低、装卸方便、抗干扰能力强，进而提高了配电网运行的可靠性和实用性。并且，本实施例提供的SOG智能型负荷开关和数字故障指示器，能够将故障信息发送至主站，以便及时地对故障区域进行定位、隔离和非故障区域供电的恢复。

实施例二

本实施例提供一种配电网线路保护方法，应用于上述的SOG智能型负荷开关，流程图如图2所示，包括：

S201：测量线路的零序电流和零序电压的大小，并计算所述零序电流与零序电压之间的相位差；

负荷开关只通过零序电流判断接地故障时，会发生误动作，因此，为了避免这种情况，提高开关的准确率，本实施例中的SOG智能型负荷开关同时检测零序电流与零序电压，测量线路的零序电流和零序电压的大小，即通过SOG智能型负荷开关内部的ZCT（Zero current transform，零序电流互感器）来测量零序电流的大小，通过SOG智能型负荷开关内部设置的ZPD（Zero-sequence voltage phase detector，零序电压鉴相器）测量零序电压的大小，并计算所述零序电流与零序电压之间的相位差，来同时检测判断故障的发生。

S202：根据所述测量零序电流和零序电压的大小以及相位差，判断故障的位置，并执行相应的动作；

通过零序电流和零序电压的大小，能够检测出故障的区域，并且，对于中性点采用消弧线圈接地的配电系统，通过调整相位差同样能够检测出故障的区域，因此，本实施例中的SOG智能型负荷开关，根据零序电流和零序电压的大小和相位差来判断故障的位置，从而提高了SOG智能型负荷开关故障检测的灵敏度和准确度。

根据所述测量零序电流和零序电压的大小以及相位差，判断故障的位置，并执行相应的动作，具体为：当负荷开关侧发生接地故障时，根据检测的零序电流和零序电压的大小或相位差判断故障的位置，并在变电所断路器动作之前立即执行跳闸动作；当负荷开关侧发生短路故障时，根据检测的零序电流和零序电压的大小或相位差判断故障的位置，同时记忆故障位置直至变电所断路器跳闸之后执行跳闸动作；当负荷开关侧同时发生接地故障和短路故障时，按照短路故障进行处理，即在变电所断路器跳闸之后执行跳闸动作。

S203：将故障信息发送至主站，以便所述主站对故障区域进行定位、隔离和非故障区域供电的恢复。

SOG智能型负荷开关可以利用GPRS网络，实现数据和故障信息的传输。SOG智能型负荷开关控制器内部配有GPRS无线通讯模块，可将每台SOG智能型负荷开关的动作情况，包括接地故障信息和短路故障信息及控制器运行数据上送至主站，通过主站高级应用软件分析得出线路运行情况或故障区域，并在最短的时间内准确进行故障定位、隔离和非故障区域供电的恢复。

本实施例还提供的另一种配电网线路保护方法，应用于上述的数字故障指示器，流程图如图3所示，包括：

S301：检测线路和设备的运行数据和故障信息，并判断故障的位置；

数字故障指示器实时检测负荷电流、首半波接地尖峰电流、稳态零序电流、暂态零序尖峰电流、线路对地电场、导线温度等正常运行状态，或实时检测配电线路和设备的短路、接地、过负荷、过温等故障运行状态，判断故障的位置，并将实时采集到的数据发送到主站，由主站进行分析和处理，为决策、管理人员提供科学依据。

S302：将所述数据和故障信息发送到主站，以便所述主站对故障区域进行定位、隔离和非故障区域供电的恢复。

数字故障指示器内部配有通讯模块，可将每台数字故障指示器的检测到的运行数据及接地故障信息和短路故障信息发送至主站，由主站进行分析和处理，为决策、管理人员提供科学依据，为调度运行人员提供故障定位、隔离和恢复供电、事故抢修等方面的技术支持。

本实施例提供的配电网线路保护方法，通过SOG智能型负荷开关从零序电流和零序电压的大小和相位差两个方面判断故障的位置，提高故障检测判断的准确度和灵敏度，进而提高了配电网运行的可靠性；通过数字故障指示器检测线路和设备的运行数据和故障信息，判断故障的位置，从而不需要配备其他的设备，成本低、装卸方便、抗干扰能力强，进而提高了配电网运行的可靠性和实用性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种配电网线路保护系统，其特征在于，包括：

SOG智能型负荷开关，用于测量零序电流和零序电压，根据所述零序电流和零序电压的大小和相位差判断故障的位置，执行相应的动作，并将故障信息发送到主站，以便所述主站对故障区域进行定位、隔离和非故障区域供电的恢复；

数字故障指示器，用于检测线路和设备的运行数据和故障信息，判断故障区域，并将所述故障信息发送到主站，以便进行故障区域的定位、隔离和非故障区域供电的恢复。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述SOG智能型负荷开关包括：

通信模块，用于将故障信息发送到主站，以便所述主站对故障区域进行定位、隔离和非故障区域供电的恢复。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述SOG智能型负荷开关内部设置有零序电流互感器，用于测量零序电流的大小。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述SOG智能型负荷开关内部设置有零序电压鉴相器，用于测量零序电压的大小。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述SOG智能型负荷开关内部设置有三台单相三绕组电流互感器。

6.一种配电网线路保护方法，应用于如权利要求1-5任一项所述的SOG智能型负荷开关，其特征在于，包括：

测量线路的零序电流和零序电压的大小，并计算所述零序电流与零序电压之间的相位差；

根据所述测量零序电流和零序电压的大小以及相位差，判断故障的位置，并执行相应的动作；

将故障信息发送至主站，以便所述主站对故障区域进行定位、隔离和非故障区域供电的恢复。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当负荷开关侧发生接地故障时，根据检测的零序电流和零序电压的大小或相位差判断故障的位置，并在变电所断路器动作之前立即执行跳闸动作。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当负荷开关侧发生短路故障时，根据检测的零序电流和零序电压的大小或相位差判断故障的位置，同时记忆故障位置直至变电所断路器跳闸之后执行跳闸动作。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当负荷开关侧同时发生接地故障和短路故障时，按照短路故障进行处理，即在变电所断路器跳闸之后执行跳闸动作。

10.一种配电网线路的保护方法，应用于如权利要求1-5任一项所述的数字故障指示器，其特征在于，包括：

检测线路和设备的运行数据和故障信息，并判断故障的位置；

将所述故障信息发送到主站，以便对故障区域进行定位、隔离和非故障区域供电的恢复。

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