CN105162256B - 一种10kV配电网电缆线路故障自愈的保护控制方法及智能成套设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种10kV配电网电缆线路故障隔离和自愈的保护控制方法及智能成套设备，将配电网结构分解成一个个小区域配电网，每个小区域配电网拓扑结构信息通过GPS定位技术自动生成，小区域配电网内设置智能决策中心，与区域内其他设备通过无线通信专网进行信息安全交换，依据区域拓扑结构和分布式算法、暂态量分析法进行分析判断，确定故障区域，完成故障区域的隔离和复电，可大大提高电缆网馈线自动化水平，快速切除和隔离各类故障，并实现非故障区的快速复电。

Description

一种10kV配电网电缆线路故障自愈的保护控制方法及智能成 套设备

技术领域

本发明涉及配电网自动化领域，具体涉及一种适用于10kV配电网电缆线路故障自愈的保护控制方法及智能成套设备。

背景技术

10kV配电网架空线路馈线自动化经过十余年的发展，其技术和产品已非常成熟并得到广泛应用，10kV配电网电缆线路馈线自动化的建设却因站内出线开关不重合、电缆线路特性复杂、高速且可靠的通信网络难以大面积建设等，多年来其发展较为缓慢。随着智能配电网的深入建设，可以预见提高电缆网馈线自动化水平将是今后十年的又一重大发展方向，因此必须在此领域积极探索，寻求一种可靠实用、技术领先、易于推广的电缆网馈线自动化模式，并基于此模式展开相关技术的深入研究，设计出适用于10kV电缆网的分布式智能型自动化环网柜及智能成套设备。目前现有电缆网馈线自动化的建设水平参差不齐，主要存在以下几种情况：

（1）常规的配电网自动化系统运行方式主要依赖配电网主站系统实现故障的处理，一旦配电网主站系统出现问题，导致整个配电网自动化瘫痪。

（2）大规模的集中通信方式容易产生数据广播风暴、信息拥塞情况，因此也会导致配电网自动化瘫痪。

（3）实现配电网的光纤通信线路的建设只能在现有配电网结构的基础上进行改造，需要协调各方面工作，包含城市规划等，并且电网结构复杂，点多面广，铺设光纤通信复杂，建设周期长、建设费用高。

（4）常规无线通信利用公共移动通信网络，虽然具有信号覆盖区域大建设成本低、运营成本较低、实施便利、维护方便优点，但存在安全性问题。

（5）配电线路改扩建导致网架发生变动，对于分布式自动化系统其拓扑也需做出相应整定，维护较复杂、繁琐。

（6）国内外多种型号开关柜并存，操作、管理和维护麻烦，同时各种开关厂家的动作特性不一样，操动机构所需能量也不一样容易出现成套匹配问题导致分合闸不成功。

（7）单相接地故障定位与隔离准确率有待进一步提高；

综上所述，目前现有电缆网馈线自动化技术存在没有一个有效、实用、可靠、先进的电缆网馈线自动化模式、开关种类多管理复杂、保护算法或单一或不实用的缺陷。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种可大大提高电缆网馈线自动化水平，快速切除和隔离各类故障并实现非故障区的快速复电的10kV配电网电缆线路故障自愈的保护控制方法及智能成套设备。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种10kV配电网电缆线路故障自愈的保护控制方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）依据区域网构建分层体系，每层体系形成一个独立的小区域配电网，包含至少1个分段点和至少1个T节点；

（2）小区域配电网内的智能成套设备采用电子式电压互感器和电子式电流互感器完成对线路实时数据的采集；

（3）自动建立并存储小区域配电网的拓扑结构信息；

（4）采用通信专网实现小区域配电网设备之间的信息安全交换，并同时与配电网主站系统进行通信，实现双向通信；

（5）采用分布式算法和暂态量分析法判定故障发生的区域并进行隔离和复电。

其中，所述步骤（2）-（4）的次序可以调整。

进一步，所述小区域配电网的最里层以主电源点为根电源点、T节点为虚根电源点，最外层为末梢点和联络开关，联络点作为小区域与另一个小区域之间的连接，当一个小区域的某段正常线路失电后，可由另一个小区域转供电。

进一步，所述线路实时数据包括线路电压、电流、零序电压、零序电流以及智能环网负荷开关柜的开关状态。

进一步，自动建立并存储小区域配电网的拓扑结构信息的方法为：采用GPS定位技术并和配电网GIS系统交互信息生成；其中，所述拓扑结构信息包含对应位置的设备ID信息、设备位置信息、设备通信地址信息、开关状态信息、线路故障信息和设备通信状态信息。

进一步，所述通信专网为GPRS、3G、4G无线通信VPN专网或光纤专网。

进一步，设备之间的信息安全交换方法为设备层采用电子标签RFID识别，传输层采用IPSec VPN 安全认证和加密，应用层报文增加设备ID的身份识别。

进一步，判定故障发生的区域并进行隔离和复电的步骤为：

在每个小区域配电网内设置智能决策中心，采集本区域内的状态信息，并和配电网SCADA系统交互采集站内出线开关的状态信息；

智能决策中心综合本区域内各开关的故障信息，依据区域拓扑结构信息和分布式算法、暂态量分析法进行分析判断，确定故障区域，完成故障区域的隔离和复电。

作为上述方案的进一步改进，所述智能决策中心还根据通信故障信息、设备异常信息、保护信号失真信息或开关拒动信息决定后备保护或远后备保护策略。

一种10kV配电网电缆线路故障自愈的智能成套设备，其特征在于，包括智能环网负荷开关柜、智能开关控制单元及分别与智能开关控制单元相连接的无线通信模块和超级电容；

其中，所述智能开关控制单元嵌设在智能环网负荷开关柜的二次部分并通过插接件与智能环网负荷开关柜的一次部分连接；

所述超级电容作为线路失电情况下智能开关控制单元、无线通信模块的工作电源和智能环网负荷开关柜开关跳闸的能量。

其中，所述智能开关控制单元包括CPU模块、交流采样模块、输入输出控制模块、GPS定位模块、电源管理模块、电子标签RFID以及操作面板。

本发明的有益效果是：本发明的10kV配电网电缆线路故障隔离和自愈的保护方法及智能成套设备，将配电网结构分解成一个个小区域配电网，每个小区域配电网拓扑结构信息通过GPS定位技术自动生成，小区域配电网内设置智能决策中心，与区域内其他设备通过无线通信专网进行信息安全交换，依据区域拓扑结构和分布式算法、暂态量分析法进行分析判断，确定故障区域，完成故障区域的隔离和复电，可大大提高电缆网馈线自动化水平，快速切除和隔离各类故障，并实现非故障区的快速复电。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式进行进一步的说明：

图1是本发明实施例的系统框图；

图2是本发明实施例开关柜的原理示意图；

图3为本发明实施例保护方法流程示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思及技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

参照图3，本发明较佳实施例的一种10kV配电网电缆线路故障自愈的保护控制方法，包括以下步骤：

步骤S101，依据区域网构建分层体系，每层体系形成一个独立的小区域配电网，包含至少1个分段点和至少1个T节点，其中该小区域配电网的最里层以主电源点为根电源点、T节点为虚根电源点，最外层为末梢点和联络开关；联络点作为小区域与另一个小区域之间的连接，当一个小区域的某段正常线路失电后，可由另一个小区域转供电；分段点设置原则一般依据线路长度，3~5公里设置一个，整条线路宜不超过4个分段点。

步骤S102，小区域配电网内的智能成套设备采用电子式电压互感器和电子式电流互感器完成对线路实时数据的采集，所述线路实时数据包括线路电压、电流、零序电压、零序电流以及智能环网负荷开关柜的开关状态；

步骤S103，自动建立并存储小区域配电网的拓扑结构信息，具体方法为采用GPS定位技术并和配电网GIS系统交互信息生成；其中，所述拓扑结构信息包含对应位置的设备ID信息、设备位置信息、设备通信地址信息、开关状态信息、线路故障信息和设备通信状态信息；

步骤S104，采用通信专网实现区域内设备之间的信息安全交换，并同时与配电网主站系统进行通信，实现双向通信；其中通信专网采用3G无线通信VPN专网，可有效的快速安装部署，并且3G通信的数据传输响应时间可达100ms以内，有效提高区域内设备之间的信息安全交换速度；设备之间的信息安全交换方法为设备层采用电子标签RFID识别技术，传输层采用IPSec VPN 安全认证和加密，应用层报文增加设备ID的身份识别技术；

步骤S105，采用分布式算法和暂态量分析法判定故障发生的区域并进行隔离和复电；具体为：在每个小区域配电网内设置智能决策中心，采集本区域内的状态信息，并和配电网SCADA系统交互采集站内出线开关的状态信息；智能决策中心综合本区域内各开关的故障信息，依据区域拓扑结构信息和分布式算法、暂态量分析法进行分析判断，确定故障区域，完成故障区域的隔离和复电。

进一步，所述智能决策中心还根据通信故障信息、设备异常信息、保护信号失真信息或开关拒动信息决定后备保护或远后备保护策略。

其中，所述步骤S102- S104的次序可以调整。

此外，所述通信专网还可采用GPRS、4G无线通信VPN专网或光纤专网。

进一步参照图1和图2，一种10kV配电网电缆线路故障自愈的智能成套设备，包括智能环网负荷开关柜101、智能开关控制单元102及分别与智能开关控制单元102相连接的无线通信模块103和超级电容104；

其中，所述智能开关控制单元102嵌设在智能环网负荷开关柜101的二次部分并通过插接件与智能环网负荷开关柜101的一次部分连接；

所述超级电容104作为线路失电情况下智能开关控制单元102、无线通信模块103的工作电源和智能环网负荷开关柜开关跳闸的能量，具有免维护、供电安全可靠、运行稳定等优点；

其中，所述智能开关控制单元包括CPU模块、交流采样模块、输入输出控制模块、GPS定位模块、电源管理模块、电子标签RFID以及操作面板。

所述无线通信模块103可采用3G或GPRS通信方式的无线通信模块；本实施例中通信模块采用3G无线通信模块，可有效的快速安装部署，并且3G通信的数据传输响应时间可达100ms以内，有效提高区域内设备之间的信息安全交换速度。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，只要其以基本相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种10kV配电网电缆线路故障自愈的保护控制方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)依据区域网构建分层体系，每层体系形成一个独立的小区域配电网，包含至少1个分段点和至少1个T节点；

(2)小区域配电网内的智能成套设备采用电子式电压互感器和电子式电流互感器完成对线路实时数据的采集；

(3)自动建立并存储小区域配电网的拓扑结构信息；

(4)采用通信专网实现小区域配电网内设备之间的信息安全交换，并同时与配电网主站系统进行通信，实现双向通信；

(5)采用分布式算法和暂态量分析法判定故障发生的区域并进行隔离和复电；

其中，自动建立并存储小区域配电网的拓扑结构信息的方法为：采用GPS定位技术并和配电网GIS系统交互信息生成；其中，所述拓扑结构信息包含对应位置的设备ID信息、设备位置信息、设备通信地址信息、开关状态信息、线路故障信息和设备通信状态信息；

所述通信专网为GPRS、3G、4G无线通信VPN专网或光纤专网；所述设备之间的信息安全交换方法为设备层采用电子标签RFID识别，传输层采用IPSec VPN安全认证和加密，应用层报文增加设备ID的身份识别。

2.根据权利要求1所述的一种10kV配电网电缆线路故障自愈的保护控制方法，其特征在于：所述步骤(2)-(4)的次序可以调整。

3.根据权利要求1或2所述的一种10kV配电网电缆线路故障自愈的保护控制方法，其特征在于：所述小区域配电网的最里层以主电源点为根电源点、T节点为虚根电源点，最外层为末梢点和联络开关。

4.根据权利要求1或2所述的一种10kV配电网电缆线路故障自愈的保护控制方法，其特征在于：所述线路实时数据包括线路电压、电流、零序电压、零序电流以及智能环网负荷开关柜的开关状态。

5.根据权利要求1所述的一种10kV配电网电缆线路故障自愈的保护控制方法，其特征在于判定故障发生的区域并进行隔离和复电的步骤为：

在每个小区域配电网内设置智能决策中心，采集本区域内的状态信息，并和配电网SCADA系统交互采集站内出线开关的状态信息；

智能决策中心综合本区域内各开关的故障信息，依据区域拓扑结构信息和分布式算法、暂态量分析法进行分析判断，确定故障区域，完成故障区域的隔离和复电。

6.根据权利要求5所述的一种10kV配电网电缆线路故障自愈的保护控制方法，其特征在于：所述智能决策中心还根据通信故障信息、设备异常信息、保护信号失真信息或开关拒动信息决定后备保护或远后备保护策略。

7.一种10kV配电网电缆线路故障自愈的智能成套设备，其特征在于，包括智能环网负荷开关柜、智能开关控制单元及分别与智能开关控制单元相连接的无线通信模块和超级电容；

其中，所述智能开关控制单元嵌设在智能环网负荷开关柜的二次部分并通过插接件与智能环网负荷开关柜的一次部分连接；所述超级电容作为线路失电情况下智能开关控制单元、无线通信模块的工作电源和智能环网负荷开关柜开关跳闸的能量；

所述智能开关控制单元包括CPU模块、交流采样模块、输入输出控制模块、GPS定位模块、电源管理模块、电子标签RFID以及操作面板。