CN104701823A - 一种配电网馈线网络化的智能开关保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种配电网馈线网络化的智能开关保护系统，此系统用于城市配电网馈线中，通过强大的网络数据交换，实现就近保护和就地隔离的功能，通过实现故障快速检测技术、自适应供电方向技术、同步闭锁技术、快速区域隔离技术和快速通讯技术，使发生故障后仅影响故障所在区段的线路，而不会蔓延到其它正常区段的线路，缩小停电范围，减少停电时间，快速故障定位，实现快速抢修的目的。此系统结构简单，相关性小，可靠性高，能够在变电站出口断路器非断开的状态下进行故障的诊断、隔离，从而最大化的减少非故障线路区段停电。

Description

一种配电网馈线网络化的智能开关保护系统

 

技术领域

本发明为一种配电网馈线网络化的智能开关保护系统，属于城市配电网馈线自动化领域。

 

背景技术

随着经济的发展，城市用户对供电可靠性和电能质量的要求不断提高，供电部门对配电网馈线自动化的重视程度越来越高，而城市配网供电的可靠性主要体现在对馈线故障的处理上。

目前城市配电网馈线自动化主要采用集中式故障诊断和处理，即配网主站系统根据断路器保护动作信息，线路上FTU的过流信息，拓扑信息进行综合诊断，确定故障区域，进行故障的隔离。该模式下，变电站出口断路器会动作，造成一些非故障区域也停电一次，虽然时间比较短，但也对正常的供电、生产造成影响。

为使故障仅影响故障所在区段的线路，而不会蔓延到其它正常区段的线路，达到缩小停电范围的目的，发明此智能开关系统。

 

发明内容

在配电网线路发生故障时，为使故障仅影响故障所在区段的线路，而不会蔓延到其它正常区段的线路，达到缩小停电范围的功能。一种配电网馈线网络化的智能开关保护系统被发明，能够实现缩小停电范围，减少停电时间，快速查找到故障位置以便快速抢修的目的。

一种配电网馈线网络化的智能开关保护系统采用了故障快速检测技术、自适应供电方向技术、同步闭锁技术、快速区域隔离技术和快速通讯技术，使得故障的处理只和相邻的开关有关，结构简单，相关性小，可靠性高，能够在变电站出口断路器非断开的状态下进行故障的诊断、隔离，从而最大化的减小非故障线路区段停电。

系统包含故障快速检测技术、自适应供电方向技术、同步闭锁技术、快速区域隔离技术和快速通讯技术。

上述故障快速检测技术，在200ms之内迅速故障定位和配电网复杂的网络结构情况下，系统能够自动适应。

上述自适应供电方向技术，能综合运用各开关处电流波形来识别故障点。

上述同步闭锁技术，由独立通讯通道和并发模式的结合，实现同步闭锁。降低故障判断的耦合性。

上述快速区域隔离技术，自动发送命令让其下游开关进行故障隔离。

上述快速通讯技术，由光纤或高速光交换机实现故障闭锁信息的传输，故障信息报文定长，短小，容易发送、接受和处理。

 

附图说明

图1为本发明配电网馈线网络化的智能保护开关安装示意图；

图2为实施例一配电网馈线网络化的智能开关保护系统结构示意图。

图3为实施例二配电网馈线网络化的智能开关保护系统结构示意图；

图4为实施例三配电网馈线网络化的智能开关保护系统结构示意图。

图5为实施例三五配电网馈线网络化的智能开关保护系统结构示意图二。

图6为实施例四配电网馈线网络化的智能开关保护系统结构示意图；

图7为实施例四配电网馈线网络化的智能开关保护系统结构示意图二；

具体实施方式

下面结合附图对本发明配电网馈线网络化的智能开关保护系统的具体实施方式作详细描述。

参见图1所示，图1为本发明配电网馈线网络化的智能保护开关安装示意图。

在其中一个实施例中，架空线路的方式有很多种，如架空线的手拉手方式，架空线的T型接线方式，架空线的#字型接线方式，电缆的手拉手方式，电缆的开闭所接线方式，电缆的环网柜接线方式。选择T型接线方式。

上述保护开关系统中存在17个保护开关和17个智能保护开关。在短路线路切断后，短路电流消失，各级开关返回，解除闭锁。在切断电源端故障后还能将故障下游端的合闸开关也切断。

具体实施例一：

参见图2所示，图1为本发明配电网馈线网络化的智能开关保护系统结构示意图。

在其中一个实施例中，包括若干个开关、智能保护开关、网关、传感器、执行机构和处理器。

上述传感器能在配电网中某些工业负荷含有大量感应电动机发生故障时检测故障时的功率流向，在本侧过流且负荷侧“无流”或“有流”但是功率方向与本侧相反时，断开本侧开关。在安装电压互感器的情况下能准确检测故障点。若现场未装设电压互感器，此系统可基于故障发生时刻为起始点，实时计算故障电流相位，并发送给邻域开关，（开关为分位，或无流时不计算电流相位），开关根据各邻域电流相位矢量差，如果在0°附近，为非故障区段，180°附近为故障区段。此系统根据上述判据，综合判断出故障点所在，准确隔离故障。

上述网关与处理器之间和网关与智能开关之间存在通讯，其中通讯的方案有支持多个光口通讯，从而接入多个相邻的保护开关，或者智能开关自带8口以下光交换机，通过光交换机接入相邻保护的通讯。通信通道，将信息传送至配电自动化系统子站或主站，同时接收来自子站或主站的控制命令，对配电开关进行遥控操作。具有接受主站校时功能；能当地和远方进行参数设置；具有日电流曲线记录功能；保护量告警记录、遥控事件记录及事件SOE。有足够的抗干扰能力，要性能稳定。

在其中一个实施例中，通讯协议可以为RS232或RS485串口支持平衡式或非平衡式101规约，以太网口IEC870-5-104通讯规约。

上述传感器可实现线路的测量监视，其基本内容有电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、积分电度计算、频率、线路电流1、3、5、7、9、11次谐波、开关量变位遥信、内部温度。

上述智能保护开关能将遥测越限告警通过网关上传到处理器中进行处理。

在一个实施例中，相邻开关的故障电流闭锁信息，实现分布式馈线自动化。采集并识别馈线故障电流并向子站或主站传送；馈线停电自动识别并上传停电时刻负荷数据；具有线路过流、过负荷、零序过压、零序过流保护功能。集并监视本系统各个板件的运行状况及后备电源的状态，具有故障报警功能。

在其中一个实施例中，此系统采用工业级的芯片设计，具有很强的抗电磁干扰能力，结构紧凑，可以嵌入式安装。

此系统能自适应复杂多变的网络拓扑结构，准确判断电流方向、上下级保护智能开关，从而判断出故障点进行故障隔离。

上述处理器必须保证处理速度，本系统采用高性能ARM和DSP芯片。ARM芯片主要负责人机接口和通讯，DSP芯片单独负责逻辑运算。经过理论计算和压力测试，硬件平台完全可以在规定时间内处理完各种逻辑功能。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

具体实施例二：

在一个实施例中，网络化的模式下，当配网线路某处短路发生故障时，CB1，S1，S2通过短路电流，S3不通过短路电流。为了能够快速识别故障，开关上安装保护开关，通过保护开关的短路电流采集模块监测短路大电流，且都同时向上一级保护开关发出短路闭锁信号，如下图3所示：

上述保护3检测到短路电流，产生短路闭锁信号，保护1、保护2和保护3同时检测到短路电流，也同时产生短路闭锁信号。保护4检测不到短路电流。每个开关保护的短路闭锁信号接入上一级开关智能保护速断闭锁输入端，闭锁上一级开关的速断保护功能，使之不能迅速断开；短路点下级开关保护的短路电流采集模块检测不到短路大电流，不会发出短路信号和闭锁信号，不闭锁上一级开关的速断保护功能。这样，只有短路点上方最靠近短路点的一级开关因下级开关（在短路点下面）不发出短路闭锁信号而不被闭锁，它迅速断开，切断短路线路。短路线路切断后，短路电流消失，各级开关返回，解除闭锁。当最靠近短路点的上面的一级开关因故障拒动时，它的上一级开关保护的定时限过流保护延时一段时间，延时到时后，上一级开关断开，切除短路电路，作为下级开关的后备保护。从而既切除了短路电路，使供电线路得到很好地保护，减小停电的范围。

具体实施例三：

在一个实施例中，电源端的故障隔离，用如下示意图4所示。

上述保护3检测到故障，但收不到下一级保护发送的故障闭锁信息，因此故障在该区域，保护3输出控制命令，控制S2开关分闸，进行故障的隔离。如果保护3拒动，则保护2的定时限保护启动，控制S1开关分闸进行故障的隔离。

在一个实施例中，为完成故障的隔离，则必须将故障下游端的合闸开关也要断开才能实现完整意义上的故障隔离，因此，保护3发送隔离信息给它的下一级保护4，下一级保护4收到上一级发送的隔离信息后，输出控制命令，控制S3开关分闸，完成故障隔离。如下图5所示：

具体实施例四：

在一个实施例中，针对网架结构改变后的处理，如下图6所示：

上述相邻的保护都通过通讯通道两两相连。为了恢复无故障线路部分的供电，将联络开关S4合闸后供电，此时网架结构改变，原本保护5所对应的开关S4为联络开关，没有电流通过，现在变为供电开关，有下游线路。和保护5相邻的保护有保护6、保护4、保护9，理论上都有可能是保护5的上级供电或者变为下级供电。为了识别保护5的上级，在线路正常运行时，通过测量电流的方向和相邻保护的同级保护的带点状态判断出目前保护的上下级关系，当线路发生故障时，自动向上一级保护发送闭锁信号，实现快速的故障隔离。

上述上下级关系判定后的闭锁信息发送图7如下：

上述原本保护5没有电流，是末端保护，没有上下级，现在网架结构改变后，保护5的上级变为保护6。一旦保护5的下游发生短路故障，此时保护5能够检测到短路故障，并生成故障闭锁信息发送给它的上级保护6。如果线路通过S13供电，其原理相同。

在一个实施例中，当线路出现瞬时故障时，根据上述原理，就地切除故障发生的区域，为了消除瞬时故障的影响，每个保护都设计有故障重合闸的功能，如果重合成功，则故障消除，供电正常；如果重合失败，则再次启动和上一次一样的闭锁机制，完成故障的隔离，因此不论发生瞬时故障还是永久故障，都不会造成非故障区域的停电。

Claims (6)

1.一种配电网馈线网络化的智能开关保护系统，其特征在于，包括以下技术：

（1）故障快速检测技术；

（2）自适应供电方向技术；

（3）同步闭锁技术；

（4）快速区域隔离技术；

（5）快速通讯技术。

2.根据权利要求1所述的一种配电网馈线网络化的智能开关保护系统，其特征在于，故障快速检测技术通过本开关和其邻域开关发送的故障信息，在200ms之内迅速故障定位，并隔离故障。

3.根据权利要求1所述的一种配电网馈线网络化的智能开关保护系统，其特征在于，自适应供电方向技术针对不同的功率流向判断邻域的开关位于负荷侧或是电源侧，在于多个联络开关处，供电方向复杂多变，能够综合运用各开关处电流波形识别故障点。

4.根据权利要求1所述的一种配电网馈线网络化的智能开关保护系统，同步闭锁技术通过独立的检测机制，独立的通讯通道，并发模式实现故障发生时的同步闭锁。

5.根据权利要求1所述的一种配电网馈线网络化的智能开关保护系统，其特征在于，快速区域隔离技术通过供电方向的自适应技术，自动发送命令让其下游开关进行故障隔离。

6.根据权利要求1所述的一种配电网馈线网络化的智能开关保护系统，其特征在于，快速通讯技术对本系统增加光通讯口，实现上下级的光纤直接连接交换数据或者采用高速光交换机实现故障闭锁信息的传输，故障信息报文定长，短小，容易发送、接受和处理。