CN104184134A - 基于主站决策识别的配电线路双向闭锁保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于主站决策识别的配电线路双向闭锁保护方法，利用网络通信技术及线路终端(FTU)之间的对等通信，通过相邻上下级保护之间交换故障和动作信息，从而实现短路故障双向闭锁式保护，有效缩短多级配合带来的动作延时，实现故障快速隔离，减小故障危害。本发明充分考虑到了现场大多数出口断路器不参与闭锁的现状，在进行停电转供，网络拓扑变化后，仍能准确定位、隔离故障。本发明适用于出口断路器不参与闭锁，尤其适用于闭环设计、开环运行(即存在备用电源转供)配电网的线路保护。

Description

基于主站决策识别的配电线路双向闭锁保护方法

技术领域

本发明属于电力系统配电线路继电保护领域，尤其涉及一种基于主站决策识别的配电线路双向闭锁保护方法。

背景技术

传统继电保护多是利用整定值大小以及时间上的配合来实现线路故障的检测和隔离，利用整定值不易配合，易越级动作；利用时间配合，故障切除时间长，有可能危害主变等设备；而且继电保护和安全自动装置相互之间缺乏配合，相互独立，不能进行数据共享。总之，现有的保护及安全自动装置已不能满足电力系统发展的要求。

近年来，配电网自动化技术，特别是基于对等通信的分布式智能控制技术的快速发展，为改善电力系统配电线路继电保护提供了契机，涌现出闭锁式保护、差动保护等一批新技术。但由于管理体制的原因，大多数出口断路器不纳入配电网自动化管理体制，不能和线路自动化或保护设备进行深度配合；同时，配电网闭环设计，开环运行，实际供电过程中存在停电转供、网络拓扑结构变化的问题。而现有的利用FTU之间交换闭锁信息的继电保护方法均未考虑到这两点问题，导致现场应用存在许多问题。

“配电线路快速保护原理及分析”(肖永等，重庆大学学报(自然科学版)，2004:27(11)：31-33)提到了两种保护方法：双向闭锁式过电流保护和双向允许式过电流保护。其中，双向允许式过电流保护又分为判断故障电流方向和不判断故障电流方向的双向允许式过电流保护。双向闭锁式过电流保护方法的工作原理为：判别故障电流方向，感受到过电流FTU对故障电流正方向(故障电流流出)侧不发送信号，仅对故障电流反方向(故障电流流入)侧发送闭锁信号，即FTU仅向其相邻一侧的FTU发送信号。判断故障电流方向的双向允许式过电流保护方法的原理为：判别电流方向，FTU向故障电流流出方向发允许信号，对于故障电流流入方向不发信号，同样FTU仅向其相邻一侧的FTU发送信号。两种保护方法均需判别故障电流方向，且均未考虑现场出口断路器不参与闭锁的实际情况，不适用于现场应用。不判别故障电流方向的双向允许式过电流保护方法不判别电流方向，FTU感受到过电流后向其相邻两侧发允许信号，要求出口断路器参与允许信号的发送，不能适应现场出口断路器不参与信号发送或是接收的情况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于主站决策识别的配电线路双向闭锁保护方法，以满足出口断路器不参与闭锁，尤其是闭环设计、开环运行(即存在备用电源转供)配电网的线路保护需求。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：基于主站决策识别的配电线路双向闭锁保护方法，将FTU划分为边界FTU和中间FTU，主站通过动态拓扑识别确定边界FTU为首端FTU还是末端FTU；FTU在感受到过电流后，向其相邻上下级FTU发送闭锁信号；首端、末端和中间FTU，根据其是否感受到过电流，以及在规定时间T₁内是否接收到或是接收到一侧或两侧的闭锁信号，控制相应断路器动作或是闭锁；若在故障后T₂(T₂>T₁)时间，仍存在过电流，出口断路器动作，实现首端FTU与出线断路器之间故障的保护。

具体按以下操作进行：

1.将FTU划分为边界FTU和中间FTU。

针对闭环设计、开环运行的双电源配电网络，定义两侧电源出口断路器的下一个FTU为边界FTU，其余全部FTU为中间FTU。

2.主站通过动态网络拓扑识别确定边界FTU为首端FTU还是末端FTU

若监测到边界FTU处开关闭合，且其上游出口断路器处于闭合状态，则其为首端FTU；若监测到边界FTU处开关闭合，且其上游出口断路器处于断开状态，则其为末端FTU。

3.设置继电保护动作电流整定值I_set

1)若采样电流值I<I_set，则表明无过电流出现；

2)若采样电流值超过I>I_set，则表明有过电流出现。

4.边界和中间FTU感受到过电流，发闭锁信号，并开始计时。

在边界和中间FTU感受到过电流后，立即向其相邻上下级FTU发闭锁信号，并开始计时。

5.当t＝T₁时，各检测到过流的FTU根据是否接受到闭锁信号决策是否动作。

1)对于首端FTU，其感受到过电流，并接收到一侧闭锁信号，相应断路器闭锁不动作；感受到过电流，但未接收到闭锁信号，相应断路器动作。

2)对于末端FTU，感受到过电流，相应断路器动作；感受不到过电流，相应断路器不动作。

3)对于中间FTU，感受到过电流，且只收到一侧闭锁信号或没有收到闭锁信号，相应断路器动作；感受不到过电流或是感受到过电流并接收到两侧闭锁信号，相应断路器不动作。

4)故障后t＝T₂时，出口断路器决策是否动作

在故障后T₂(T₂>T₁)时间，即t＝T₂时刻，若仍存在过电流，出口断路器动作，实现首端FTU与出线断路器之间故障的保护。

针对闭环结构开环运行(即存在备用电源转供)且出口断路器不参与闭锁(既不接受闭锁信号也不发送闭锁信号)的配电线路，发明人建立了一种基于主站决策识别的配电线路双向闭锁保护方法，利用网络通信技术及线路终端(FTU)之间的对等通信，通过相邻上下级保护之间交换故障和动作信息，从而实现短路故障双向闭锁式保护，有效缩短多级配合带来的动作延时，实现故障快速隔离，减小故障危害。与现有技术相比，本发明无需判别故障电流方向，通过感受到过电流FTU对其相邻的两侧FTU均发送闭锁信号，并将FTU划分为边界FTU和中间FTU，通过主站决策识别边界FTU为首端FTU还是末端FTU，对首端、末端、中间FTU设置各自相应的动作判据，配合后备保护，可有效适应于现场中出口断路器不参与闭锁的情况。本发明充分考虑到了现场大多数出口断路器不参与闭锁的现状，在进行停电转供，网络拓扑变化后，仍能准确定位、隔离故障。

附图说明

图1是配电网系统结构图。

图2是配电网配电自动化的结构示意图。

图3是配电网LB断开状态下A电源供电区域(A电源退出运行，区域1、2、3、4由B电源转供)。

图4是区域1、2、3、4由B电源转供的线路结构图。

图5是区域3、4由B电源转供的线路结构图。

具体实施方式

实施例

1.线路设备配置

一般手拉手环节的配电网都是闭环设计，开环运行，系统结构如图1所示。由A、B两电源供电，各断路器装设相对应FTU，其中，QF₁、QF₇为出口断路器，出口保护设备不参与闭锁信号的接收或发送，相对应的出线保护为CB1、CB7；QF₂、QF₆为出口断路器的下一断路器，定义相对应的FTU2、FTU6为边界FTU，根据运行情况，由主站识别其为首端或是末端FTU；QF₃、QF₄、QF₅为中间断路，LB为联络开关，定义相对应的FTU3、FTU4、FTU5、FTU8为中间FTU，FTU8仅在在LB闭合状态下参与闭锁信号的接收或发送；在正常运行时，LB处于断开状态，两边各自供电，区域1、2、3、4由A电源供电，区域5、6、7由B电源供电；供电转供时，有关断路器跳开，LB闭合，完成供电的转供。

2.配电自动化的结构

配电自动化的结构如图2所示，主站位于控制中心，是配网自动化的核心和大脑，从整体上实现了SCADA、馈线自动化(FA)等功能。子站(通信集中器)一般位于变电站，属于网络汇接设备，起着承上启下的作用，将分散在配电线路上的配电终端的信息汇集到一起上传给主站，将主站下发的信息转发给相应的配电终端。配电终端包括馈线终端FTU，配变终端TTU、开闭所终端DTU等。

3.配电自动化系统的通信

1)主站与配电终端之间的通信；

主站和终端之间的通信采用客户/服务器模型。数据发送采用IEC61850的报告(Reporting)模型，这样既可以保证正常数据的传输，又可以将异常数据快速发布。

2)配电终端与配电终端之间的通信；

终端和终端层之间使用客户/服务器模型和通用GSE模型。GSE包括面向通用对象的变电站事件(GOOSE)和通用变电站状态事件(GSSE)。GSE采用广播方式，对传输的延时有严格的限制。馈线层和终端层之间的网络是分支网络，同一个分支网络上的IED一般不会很多，为了实现一些馈线层的快速功能，可以采用GSE模型。GSE的使用应该限制在馈线层内部，避免造成主干网络的堵塞。

配网自动化系统的通信网络采用分层的IP网络结构，分为主干网络和分支网络。主干网络连接控制中心与变电站，分支网络将分散在各配电线路上的终端设备连接到一起，并与变电站相连。主干网络需要选用高速的光纤网络。目前，大多数供电企业建成的SDH主干网络，都能提供100Mbps以上的带宽，满足配网自动化以及其他自动化系统的需求。随着光纤价格的降低，光纤网络已成为了分支网络的重要形式，无线公网和宽带电力线载波作为补充形式。目前，工业以太网和以太无源光网络(EPON)已在配网自动化通信网络中得到了广泛的应用。

4.FTU之间相邻关系的配置

由主站通过系统的拓扑结构配置FTU之间的相邻关系，FTU2、FTU3、FTU4、FTU8、FTU5、FTU6互为相邻上下级，感受到过电流后，互发闭锁信号。

5.主站识别边界FTU为首端或是末端FTU。

若监测到边界FTU处开关闭合，且其上游出口断路器处于闭合状态，则其为首端FTU；若监测到边界FTU处开关闭合，且其上游出口断路器处于断开状态，则其为末端FTU。

6.故障检测和FTU之间通信

线路中任一FTU感受到了过电流，即检测到了故障的存在。感受到过电流的FTU向其相邻上下级发送闭锁信号。若所有FTU均检测不到过电流，表明线路正常，无故障存在。7.故障后的定位和隔离，实现配电线路的快速保护。

1)对于首端FTU，其感受到过电流，并接收到一侧闭锁信号，相应断路器闭锁不动作；感受到过电流，但未接收到闭锁信号，相应断路器动作。

2)对于末端FTU，感受到过电流，相应断路器动作。

3)对于中间FTU，感受到过电流并接收到两侧闭锁信号，相应断路器不动作；感受到过电流，且只收到一侧闭锁信号或没有受到闭锁信号，相应断路器动作。

4)在故障后T₂(T₂>T₁)时间，即t＝T₂时刻，若仍存在过电流，出口断路器动作，实现首端FTU与出线断路器之间故障的保护。

应用分析：

(1)LB断开，A电源供电区域，如图3所示：边界FTU2由主站识别为首端FTU。

1)若k1处发生短路故障，

只有CB1感受到过电流。在延时T₂时间后，CB1仍能感受到过电流，控制出口断路器跳闸，成功切除线路k1处故障。

2)若k2处发生短路故障，

CB1、首端FTU2、中间FTU3感受到过电流。

在t＝T₁时刻，首端FTU2接收到来自FTU3一侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作；中间FTU3只收到FTU2一侧的闭锁信号，相应断路器动作。成功切除线路k2处故障。

在t＝T₂时刻，线路中检测不到过电流，CB1、首端FTU2保护复归。

3)若k3处发生短路故障，

CB1、首端FTU2、中间FTU3、中间FTU4感受到过电流。

在t＝T₁时刻，首端FTU2接收到来自FTU3一侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作；中间FTU3收到来自FTU2、FTU4两侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作。中间FTU4只收到FTU3一侧的闭锁信号，相应断路器动作。成功切除线路k3处故障。

在t＝T₂时刻，线路检测中不到过电流，CB1、首端FTU2、中间FTU3保护复归。

(2)负荷转供，区域1、2、3、4由B电源转供。

此时联络开关LB闭合，如图4所示，边界FTU2被主站识别为末端FTU，边界FTU6被主站识别为首端FTU。

1)若k4处发生短路故障，

只有CB7感受到过电流。其他FTU感受不到过电流，相应断路器不可能动作。在延时T₂时间后，CB7仍能感受到过电流，控制出口断路器跳闸，成功切除线路k4处故障。

2)若k2处发生短路故障，

CB7、首端FTU6、中间FTU5、中间FTU8、中间FTU4感受到过电流。

在t＝T₁时刻，首端FTU6接收到来自FTU5一侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作；中间FTU5收到来自FTU8、FTU6两侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作。中间FTU8收到来自FTU4、FTU5两侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作。中间FTU4只收到FTU8一侧的闭锁信号，相应断路器动作。成功切除线路k2处故障。

在t＝T₂时刻，线路中检测不到过电流，CB7、首端FTU6、中间FTU5、中间FTU8保护复归。

3)若k1处发生短路故障，

CB7、首端FTU6、中间FTU5、中间FTU8、中间FTU4、中间FTU3、末端FTU2均感受到过电流。末端FTU2感受到过电流，控制相应断路器动作，成功切除线路k3处故障。

在t＝T₁时刻，首端FTU6接收到来自FTU5一侧的闭锁信号，相应断路器闭锁不动作；中间FTU5收到来自FTU8、FTU6两侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作。中间FTU8收到来自FTU4、FTU5两侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作。中间FTU4收到来自FTU3、FTU8两侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作。中间FTU3收到来自FTU2、FTU4两侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作。

在t＝T₂时刻，线路中检测不到过电流，CB7、首端FTU6、中间FTU5、中间FTU8、中间FTU4、中间FTU3保护复归。

(3)负荷转供，区域3、4由B电源转供，区域1、2仍由A电源供电

此时联络开关LB闭合，QF3为常开状态，如图5所示。边界FTU2被主站识别为首段FTU，边界FTU6也被主站识别为首端FTU。以下仅以B电源供电区域为例分析。

1)若k4处发生短路故障，

只有CB7感受到过电流。其他FTU感受不到过电流，相应断路器不可能动作。在延时T₂时间后，CB7仍能感受到过电流，控制出口断路器跳闸，成功切除线路k4处故障。

2)若k2处发生短路故障，

CB7、首端FTU6、中间FTU5、中间FTU8、中间FTU4感受到过电流。

在t＝T₁时刻，首端FTU6接收到来自FTU5一侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作；中间FTU5收到来自FTU8、FTU6两侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作。中间FTU8收到来自FTU4、FTU5两侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作。中间FTU4只收到FTU8一侧的闭锁信号，相应断路器动作。成功切除线路k2处故障。

在t＝T₂时刻，线路中检测不到过电流，CB7、首端FTU6、中间FTU5、中间FTU8保护复归。

(4)LB断开，B电源供电区域的分析，以及B电源退出运行，由A站电源转供时的分析同理，不再详述。

Claims (5)

1.一种基于主站决策识别的配电线路双向闭锁保护方法，其特征在于：将FTU划分为边界FTU和中间FTU，主站通过动态拓扑识别确定边界FTU为首端FTU还是末端FTU；FTU在感受到过电流后，向其相邻上下级FTU发送闭锁信号；首端、末端和中间FTU，根据其是否感受到过电流，以及在规定时间T₁内是否接收到或是接收到一侧或两侧的闭锁信号，控制相应断路器动作或是闭锁；若在故障后T₂时间，仍存在过电流，出口断路器动作，实现首端FTU与出线断路器之间故障的保护。

2.根据权利要求1所述的基于主站决策识别的配电线路双向闭锁保护方法，其特征在于：所述配电线路为闭环设计、开环运行的双电源配电网络，定义两侧电源出口断路器的下一个FTU为边界FTU，其余全部FTU为中间FTU。

3.根据权利要求1所述的基于主站决策识别的配电线路双向闭锁保护方法，其特征在于主站通过动态网络拓扑识别确定边界FTU为首端FTU还是末端FTU：若监测到边界FTU处开关闭合，且其上游出口断路器也处于闭合状态，则其为首端FTU；若监测到边界FTU处开关闭合，且其上游出口断路器处于断开状态，则其为末端FTU。

4.根据权利要求1所述的基于主站决策识别的配电线路双向闭锁保护方法，其特征在于：所述T₂>T₁。

5.根据权利要求1所述的基于主站决策识别的配电线路双向闭锁保护方法，其特征在于系统中所有FTU在感受到过电流后，立即向其相邻上下级FTU发闭锁信号，并开始计时；当t＝T₁时，感受到过流的各FTU统计其是否收到以及收到一侧或是两侧的闭锁信号，并按照以下判据确定是否动作：

1)对于首端FTU，其感受到过电流，并接收到一侧闭锁信号，相应断路器闭锁不动作；感受到过电流，但未接收到闭锁信号，相应断路器动作；

2)对于末端FTU，感受到过电流，相应断路器动作；

3)对于中间FTU，感受到过电流并接收到两侧闭锁信号，相应断路器不动作；感受到过电流，且只收到一侧闭锁信号或没有收到闭锁信号，相应断路器动作；

4)在故障后T₂时间，即t＝T₂时刻，若仍存在过电流，出口断路器动作，实现首端FTU与出线断路器之间故障的保护。