CN104810805A - 一种单相负荷一体化保护控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单相负荷一体化保护控制方法，采集用户设备的用电数据，并根据用户设备的用电数据判断用户设备是否发生异常。如果是，则根据用电数据，确定用户设备所发生的用电故障，并制定相应的用电保护策略，以供用电保护设备根据用电保护策略执行相应的用电保护。通过上述方法，实现各种配电网异常和故障状态下的安全可靠用电，全面集成化用电保护包括短路、过载保护，以及断零、缺相和单相高阻对地等导致的电压失稳和电压不平衡保护，防止供电电压和电流的异常变化而烧毁用电设备，通过保护和控制手段保证供用电的连续性、可靠性和供电质量，避免冲击负荷损耗、谐波负荷损耗和不平衡负荷损耗，充分体现安全也是节能的理念。

Description

一种单相负荷一体化保护控制方法

技术领域

本发明涉及配电网的技术领域，尤其涉及一种单相负荷一体化保护控制方法。

背景技术

随着我国经济发展脚步的加快，电力成为各领域发展的重要基础设施。我国电力工业多年实施的城乡电网建设与改取得了显著的成绩，大大提高了供电质量，加强了网架结构，形成了安全、可靠及大覆盖面的配电网络。然而随着电力电子技术在电力的广泛应用和各类新型电力负荷的接入，供电系统中增加了大量的非线性、冲击性、波动性负荷，引起电网电流、电压波形发生畸变和谐波污染，三相不平衡日趋严重，导致电能损耗加重，供电用电设备的安全性降低，削弱了电网运行的可靠性和经济性。具不完全统计，目前电力用户遭受的停电时间除去发电不足的因素外，95 %以上是由于配电系统原因造成的；电力系统的损耗有近一半产生在配电网，配电网也是造成电能质量恶化的主要因素。

随着配电网的发展，用户一般采用智能电表进行用电管理。由于智能电表主要功能还是精确计量和收费，其采用的电流互感器在一定工作电流范围是高精度的，在这个范围之外则存在一定的测量饱和，不能十分精确的实现负荷调节控制。另外该智能电表也很难解决低压负荷的断零、缺相及三相不平衡等集成化的保护管理，所以需要开发面向公变用户群的一体化智能装置，其不仅集成了智能电表的精确计量功能，还能实现面向公变用户的一体化化保护、调节、控制功能。

发明内容

本发明提出一种单相负荷一体化保护控制方法，能防止单一用电设备故障扩大到其他线路影响其他设备正常运行，同时防止线路状态异常或故障时用电设备大面积损坏。

本发明是这样来实现上述目的的：

一种单相负荷一体化保护控制方法，包括以下步骤：

首先，采集用户设备的用电数据；

然后，根据所述用户设备的用电数据，判断所述用户设备是否发生用电异常；

如判定用户设备发生用电异常，则根据所述用电数据，确定所述用户设备所发生的用电故障，并确定用电保护策略；

将所述用电保护策略发送给用电保护设备，以供所述用电保护设备根据所述用电保护策略执行相应的用电保护。

其中，所述用电故障包括：短路故障、超负荷用电故障、零序过流故障、欠压故障、过压故障、缺相故障、断零故障和单相高阻对地故障。

其中，确定短路故障的条件为：所述用电数据中的短路跳闸电流大于预设的短路保护电流值；相应的短路故障用电保护的策略为：根据所述短路故障发生的持续时间，制定告警保护策略或分闸保护策略。

其中，确定超负荷用电故障的条件为：所述用电数据中的超负荷跳闸电流大于预设的超负荷保护电流；相应的超负荷用电故障用电保护的策略为：根据所述超负荷用电故障发生的持续时间与发生次数，制定告警保护策略、分闸保护策略或重合锁定策略。

其中，确定零序过流故障的条件为：所述用电数据中的短路跳闸电流大于预设的短路保护电流值；相应的零序过流故障的策略为：根据所述短路故障发生的持续时间，制定告警保护策略或分闸保护策略。

其中，确定欠压故障的条件为：所述用电数据中的欠压分闸电压小于或等于预设的欠压保护电压；相应的欠压故障的策略为：根据所述欠压故障发生的持续时间，制定告警保护策略、分闸保护策略或分闸重合策略。

其中，确定过压故障的条件为：所述用电数据中的过压分闸电压大于预设的过压保护电压；相应的过压故障的策略为：根据所述欠压故障发生的持续时间，制定告警保护策略、分闸保护策略或分闸重合策略。

其中，确定缺相故障的条件为：所述用电数据中的三相电压不平衡跳闸值大于预设的缺相保护电压值；相应的缺相故障的策略为：根据所述缺相故障发生的持续时间，制定告警保护策略、分闸保护策略或分闸重合策略。

其中，确定断零故障的条件为：所述用电数据中的断零电压偏差跳闸值大于预设的断零保护电压值；相应的断零故障的策略为：根据所述断零故障发生的持续时间，制定告警保护策略、分闸保护策略或分闸重合策略。

其中，确定单相高阻对地故障的条件为：所述用电数据中的高阻对地短路产生的不平衡度跳闸值大于高阻对地保护值；相应的单相高阻对地故障的策略为：根据所述断零故障发生的持续时间，制定告警保护策略、分闸保护策略或分闸重合策略。

本发明的有益效果是：通过单相负荷一体化的保护方法，实现各种配电网异常和故障状态下的安全可靠用电，全面集成化用电保护包括短路、过载保护，以及断零、缺相和单相高阻对地等导致的电压失稳和电压不平衡保护，防止供电电压和电流的异常变化而烧毁用电设备，通过保护和控制手段保证供用电的连续性、可靠性和供电质量，避免冲击负荷损耗、谐波负荷损耗和不平衡负荷损耗，充分体现安全也是节能的理念。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明提供的单相负荷一体化保护控制方法的一种实施例的流程示意图，该方法包括以下步骤：

步骤101：采集用户设备的用电数据。

在本实施例中，配电网用户终端采集用户设备的实时用电数据，包括：高端负荷的三相电压、电流、有功、无功、功率因数、零序电压、电流、有功电量、无功电量、电压不平衡率等实时数据；最大负载率，最高最低电压值及出现时间、最高最低电流值出现及时间，最高最低负荷值及出现时间，电压合格率，最大不平衡率及时间等历史数据。

在本实施例中，用电数据可以但不限于还包括：短路跳闸电流、超负荷跳闸电流、零序电流、欠压分闸电压、过压分闸电压、三相电压不平衡跳闸值和断零电压偏差跳闸值。

步骤102：根据用户设备的用电数据，判断用户设备是否发生用电异常。如果是，则执行步骤103，如果不是，则返回步骤102，继续进行用电监测。

在本实施例中，根据用户数据，判断用户设备是否因短路、过载、断零、缺相和单相高阻对地等导致的电压失稳和电压不平衡保护，从而确定该用户设备是否发生异常。

步骤103：根据用电数据，确定用户设备所发生的用电故障，并制定用电保护策略。

在本实施例中，用电故障可以但不限于包括：短路故障、超负荷用电故障、零序过流故障、欠压故障、过压故障、缺相故障、断零故障和单相高阻对地故障。

在本实施例中，如果用电数据中的短路跳闸电流大于预设的短路保护电流值，则确定用电故障为短路故障，并根据该短路故障发生的持续时间，制定告警保护策略或分闸保护策略。由于断路器的断开时间，是跟断路器的特性与电流的大小有关系的，所以当发生短路电流时，断路器断开的安全及可靠性不够高。为了获得线路更高的安全性及可靠性，本发明的控制器采用短路保护，其短路跳闸电流的大小可以设定，这样就可以通过设定其动作定值，提高其安全可靠性。

在本实施例中，告警保护策略为在发生用电故障时，向用户发出该用电故障的告警提示，以供用户根据告警提示执行相应用电操作，如关闭该用电设备。分闸保护策略为在发生用电故障时，该用电故障的持续时间超过预设的整定时间，为防止该用电设备的用电异常而影响整个用电网络，断电器采用分闸保护，切断该用户设备的供电，从而保护该设备。

在本实施例中，用户可根据需要设定保护策略，以满足实际生产生活的需要。

在本实施例在，如果用电数据中的超负荷跳闸电流大于预设的超负荷保护电流，则确定用电故障为超负荷用电故障，并根据超负荷用电故障发生的持续时间与发生次数，制定告警保护策略、分闸保护策略或重合锁定策略。当用户实际用电量超出申报用电负荷时，配电网用户终端给出超负荷运行告警提示，确保用户在设定申报负荷内安全用电运行。当用户收到超负荷运行预警提示信号后，迅速将自己的运行负荷调整申报负荷以内，用电恢复正常。当用电用户在使用负荷超出申报设定用电容量并持续运行超过设定时间时，负荷端保护装置可按预置申报额定容量发出超负荷分闸信号，知会用户迅速将负荷调整到安全运行状态，确保用电安全运行。

在本实施例中，重合锁定策略为在发生超负荷用电故障时，发生超负荷分闸次数记忆累加次数Tn，连续发出超负荷分闸次数Tn到达设定次数，则锁定分断电路。负荷端保护装置在用户超出申报负荷运行，由于用电用户在超负荷运行时，能迅速接受过负荷告警信号提示及过超荷分闸保护提示，同时能及时将用电负荷调整到额定申报负荷范围进行正常运行。此时，由于用户及时调整负荷未达致锁定次数功能，因为负荷端保护装置设有24小时循环清零系统，所以负荷端保护装置可在24小时内将未达致锁定重合跳闸次数记录Tn自动清除，避免负荷端保护装置出现重复记录启动分断电路现象。而当超负荷保护分断电路后、次数Tn未达到锁定值且满足自动重合闸条件及时间延时结束时，合闸继电器出口，否则合闸继电器不出口。但在设定的重合时间延时间内，如果检测到断路器被手动合上则不发重合闸信号。

在本实施例中，如果用电数据中的零序电流大于预设的零序保护电流，则确定所述用电故障为零序过流故障，并根据零序过流故障发生的持续时间，制定告警保护策略、分闸保护策略或分闸重合策略。零序过流会造成三相不平衡，将直接增加线路、设备上的电能损耗，零序电流及磁通过大，引起的磁滞和涡流，变压器绕组和变压器油的过热、局部金属件温度异常、绝缘老化加快，大大降低配变寿命，甚至会导致变压器烧坏。当发升零序过流故障时，继电保护动作跳闸，当线路供电状态恢复正常时，控制器将自动重合断路器，为用电设备供电，提高供电的可靠性。

在本实施例中，分闸重合策略为线路发生过压故障时，继电保护动作分闸后，当断路器处于分闸状态时，控制器将启动自动重合功能，为用电设备供电，提高供电的可靠性。但在重合延时时间内，如果检测到断路器被手动合上则不发重合闸信号。

在本实施例，如果用电数据中的欠压分闸电压小于或等于预设的欠压保护电压，则确定用电故障为欠压故障，并根据欠压故障发生的持续时间，制定告警保护策略、分闸保护策略或分闸重合策略。在用电设备正常运行时，供电电压降低时，会引用电设备在低电压运行状态，从而有可能引起设备故障损坏设备，因而需进行用电欠压保护。

在本实施例中，如果用电数据中的过压分闸电压大于预设的过压保护电压，则确定用电故障为过压故障，并根据过压故障发生的持续时间，制定告警保护策略、分闸保护策略或分闸重合策略。在用电设备正常运行时，供电电压升高时，会引用电设备承受过电压运行状态，从而有可能引起设备故障损坏设备。

在本实施例中，如果用电数据中的三相电压不平衡跳闸值大于预设的缺相保护电压值，则确定用电故障为缺相故障，并根据缺相故障发生的持续时间，制定告警保护策略、分闸保护策略或分闸重合策略。当低压分路出线缺相供电时，除非缺相严重造成了严重的三相不平衡而使得变压器停止工作，否则低压分路出线缺相供电将持续，无法起到保护作用。缺相产生线损，当缺相引起的三相不平衡达到变压器的极限而导致变压器停止工作或损坏，又导致大面积停电，严重影响正常供电和经济损失。供配电网系统三相供电运行时，在投入运行时或运行过程中，系统网络突然出现缺相运行时，即发出缺相保护功能指令作用，将分路电源强制撤出电网运行，确保用电设施不会因缺相运行而遭受损坏。当供电系统缺相故障处理修复完善，恢复正常供电后，中央控制器检测到电网系统供电正常时，该装置将会自动重合闸，恢复被保护系统电网正常供电，确保用户安全用电。

在本实施例中，如果用电数据中的断零电压偏差跳闸值大于预设的断零保护电压值，则确定用电故障为断零故障，并根据断零故障发生的持续时间，制定告警保护策略、分闸保护策略或分闸重合策略。当出线的零线发生断路时，由于三相的用电负荷不一致，导致用户的进线电压异常变化、升高，严重威胁用电设备的安全，用电设备将面临大面积烧毁的危险。供配电网区域分路系统断零(N)后由于各相负荷不均，会造成各相相位偏移，导致相电压差大于额定电压>10%幅值，当系统相电压偏差≥13%时，低压大用户智能终端监测系统瞬即发出电压差动保护功能指令作用，将分路断零回路系统强制撤出电网运行。确保用电用户所有用电设施不致因系统断零而烧毁，保障用电安全。当供电系统断零故障处理修复完善，恢复正常供电后，中央控制器检测到电网系统供电正常时，该装置将会自动重合闸(该功能可选)，恢复被保护系统电网正常供电，确保用户安全用电。

在本实施例中，如果用电数据中的高阻对地短路产生的不平衡度跳闸值大于高阻对地保护值，则确定用电故障为单相高阻对地故障，并根据单相高阻对地故障发生的持续时间，制定告警保护策略、分闸保护策略或分闸重合策略。在低压配电线路继电保护应用中，空气开关在电路分断过程中，其动触头与静触头经常因电流过大而被烧死，不能分断故障电流。造成这种现象的原因是一种故障电流称之为故障高阻抗对地短路电流。由于事故位置是在出线保护开关一定的距离、用户负荷端之前的位置发生短路，短路电流通过的输配电线路具有一定的长度和阻抗，称之为高阻对地短路。这种对地短路电流的特性介乎于短路电流特性和过载电流特性之间，当配电线路中发生高阻对地短路电流时，其电流产生速度比过载负荷电流快得多，而相对于直接短路电流速度又慢几倍（根据线路阻抗而定），因此低压继电保护——短路保护和过载保护装置对高阻对地短路故障电流无法进行有效分断保护，对低压配电系统造成严重的危害。

因此，低压配电线路，高阻对地短路继电保护功能不可缺少，低压配电线路负荷端保护中十分有必要配置高阻对地短路保护功能，以便有效地防止因高阻对地短路造成用电安全事故隐患的发生。用于供配电输电线路，由于不可抗力因素造成馈电线路单相高阻对地短路，形成单相电压下降，致使三相电压不平衡度≥15%，此刻由于VDP功能作用，瞬即发出继电保护功能指令，将分路电源强制撤出电网运行，确保用电设施安全。

当供配电输电线路，将故障修复，恢复正常供电状态，此时控制器检测到供配电输电线路正常运行时，该装置将会自动重合闸，恢复被保护系统电网正常供电，确保用户安全用电。

步骤104：将用电保护策略发送给用电保护设备，以供用电保护设备根据所述用电保护策略执行相应的用电保护。

在实施例中，用电保护设备可以但不限于为断电器、继电器等用电保护设备，用电保护设备可根据用电保护策略，执行相应的用电保护，如告警提示、分闸断开、分闸重合、用电锁定等。

由上可见，本发明实施例提供的一种单相负荷一体化保护控制方法，采集用户设备的用电数据，并根据用户设备的用电数据判断用户设备是否发生异常。如果是，则根据用电数据，确定用户设备所发生的用电故障，并制定相应的用电保护策略，以供用电保护设备根据用电保护策略执行相应的用电保护。其中，用电保护故障包括短路故障、超负荷用电故障、零序过流故障、欠压故障、过压故障、缺相故障、断零故障和单相高阻对地故障。本发明通过单相负荷一体化的保护方法，实现各种配电网异常和故障状态下的安全可靠用电，全面集成化用电保护包括短路、过载保护，以及断零、缺相和单相高阻对地等导致的电压失稳和电压不平衡保护，防止供电电压和电流的异常变化而烧毁用电设备，通过保护和控制手段保证供用电的连续性、可靠性和供电质量，避免冲击负荷损耗、谐波负荷损耗和不平衡负荷损耗，充分体现安全也是节能的理念。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种单相负荷一体化保护控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，采集用户设备的用电数据；

然后，根据所述用户设备的用电数据，判断所述用户设备是否发生用电异常；

如判定用户设备发生用电异常，则根据所述用电数据，确定所述用户设备所发生的用电故障，并确定用电保护策略；

将所述用电保护策略发送给用电保护设备，以供所述用电保护设备根据所述用电保护策略执行相应的用电保护。

2.根据权利要求1所述的一种单相负荷一体化保护控制方法，其特征在于：所述用电故障包括：短路故障、超负荷用电故障、零序过流故障、欠压故障、过压故障、缺相故障、断零故障和单相高阻对地故障。

3.根据权利要求2所述的一种单相负荷一体化保护控制方法，其特征在于：确定短路故障的条件为：所述用电数据中的短路跳闸电流大于预设的短路保护电流值；

相应的短路故障用电保护的策略为：根据所述短路故障发生的持续时间，制定告警保护策略或分闸保护策略。

4.根据权利要求2所述的一种单相负荷一体化保护控制方法，其特征在于：确定超负荷用电故障的条件为：所述用电数据中的超负荷跳闸电流大于预设的超负荷保护电流；

相应的超负荷用电故障用电保护的策略为：根据所述超负荷用电故障发生的持续时间与发生次数，制定告警保护策略、分闸保护策略或重合锁定策略。

5.根据权利要求2所述的一种单相负荷一体化保护控制方法，其特征在于：确定零序过流故障的条件为：所述用电数据中的短路跳闸电流大于预设的短路保护电流值；

相应的零序过流故障的策略为：根据所述短路故障发生的持续时间，制定告警保护策略或分闸保护策略。

6.根据权利要求2所述的一种单相负荷一体化保护控制方法，其特征在于：确定欠压故障的条件为：所述用电数据中的欠压分闸电压小于或等于预设的欠压保护电压；

相应的欠压故障的策略为：根据所述欠压故障发生的持续时间，制定告警保护策略、分闸保护策略或分闸重合策略。

7.根据权利要求2所述的一种单相负荷一体化保护控制方法，其特征在于：确定过压故障的条件为：所述用电数据中的过压分闸电压大于预设的过压保护电压；

相应的过压故障的策略为：根据所述欠压故障发生的持续时间，制定告警保护策略、分闸保护策略或分闸重合策略。

8.根据权利要求2所述的一种单相负荷一体化保护控制方法，其特征在于：确定缺相故障的条件为：所述用电数据中的三相电压不平衡跳闸值大于预设的缺相保护电压值；

相应的缺相故障的策略为：根据所述缺相故障发生的持续时间，制定告警保护策略、分闸保护策略或分闸重合策略。

9.根据权利要求2所述的一种单相负荷一体化保护控制方法，其特征在于：确定断零故障的条件为：所述用电数据中的断零电压偏差跳闸值大于预设的断零保护电压值；

相应的断零故障的策略为：根据所述断零故障发生的持续时间，制定告警保护策略、分闸保护策略或分闸重合策略。

10.根据权利要求2所述的一种单相负荷一体化保护控制方法，其特征在于：确定单相高阻对地故障的条件为：所述用电数据中的高阻对地短路产生的不平衡度跳闸值大于高阻对地保护值；

相应的单相高阻对地故障的策略为：根据所述断零故障发生的持续时间，制定告警保护策略、分闸保护策略或分闸重合策略。