CN105527540B - 一种故障指示器和分布式智能终端相配合的架空配电网故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种故障指示器和分布式智能终端相配合的架空配电网故障定位方法，属于电力系统继电保护技术领域。在不改变传统配电网过流继电保护的前提下，利用分布式智能终端和故障指示器各自的优点，在所有主干分段点处的断路器上安装分布式智能终端，所有分支线路上安装故障指示器并以分布式智能终端安装处为节点，根据节点和故障指示器的位置定义故障指示器和节点关系并划分主干单元和分支单元，对其进行编号形成单元邻接表。当故障发生时，自动重合闸重合瞬时故障，分布式智能终端隔离永久故障，同时利用分布式智能终端和故障指示器对电流值的检测和比较相关单元邻接表里的最大分支电流值，定位主干故障和分支故障。

Description

一种故障指示器和分布式智能终端相配合的架空配电网故障 定位方法

技术领域

本发明涉及一种故障指示器和分布式智能终端相配合的架空配电网故障定位方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

随着我国经济发展不断加快，供电也在逐年上涨，使得对城乡配电网的安全可靠运行要求越来越高。

实际运行中，配电网遍布城市、乡村及山区，长年经受雷电、风雨冰霜天气以及日益严酷的环境污染等影响，再加上一些不可预测的人为因素，其发生故障的概率很高。有统计数据表明，电网中的大多故障都是发生在配电网。又据有关资料统计，在架空配电系统中，瞬时性故障约占61％，永久性故障约占39％，而在39％永久性故障中，约有三分之一是由瞬时性故障引起的。

发生故障后，不可避免的会对一些用户造成停电等影响，这将直接对人们的日常生活和各行业的正常生产产生影响，对一些依赖持续供电的企业来说可能会产生更加严重的后果。这说明在电网发生故障后，应尽快的找到故障、消除故障并恢复供电。但是配电网一般线路距离较长，分支又多，呈网状结构，导致查找故障，非常困难，浪费了大量的人力、物力。

传统配电网主要是利用三段式电流继电保护来保护线路。三段式电流保护是指瞬时电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护。

瞬时电流速断保护按照躲过本线路末端短路时流过保护装置的最大短路电流的原则来整定，瞬时动作切除故障，但不能保护线路全长，存在保护死区。

限时电流速断保护按照本线路末端故障时有足够灵敏度并与下游相邻线路的瞬时电流保护配合的原则来整定，以便保护本线路全长，但是动作有时限以满足保护的选择性。

定时限过电流保护按照躲过本线路最大负荷电流并与下游相邻线路过电流保护配合的原则来整定，可以保护本线路全长，但是动作有时限以满足保护的选择性。

由于配电网多为瞬时性故障，为了使配电网在发生故障跳闸后能够尽快恢复供电，架空线路通常配置自动重合闸装置，以提高配网用户的供电可靠性。但是自动重合闸不具备故障定位和隔离功能。

由于没有一个快速可靠的技术手段，就不能迅速确定故障所在位置，常用的方法有两种：

(1)使用人海战术，派几组巡线人员按照“二分一”法则查找。

这是最目前采用的做法，这种做法的效率不高，故障查找的时间随着线路长度、支线条数呈指数增长，如果故障发生在恶劣天气下的复杂线路，利用这种方法进行故障查找难度较大。

(2)对故障线路进行逐级合闸送电。

这种方法相较于上面一种方法而言，效率要高。这种方法有一个严重的弊端，即不可避免地会对配网设备产生一定程度的冲击甚至破坏，也有对运维人员造成人身伤害事故的风险。

电力线路故障指示器起源于二十世纪七十年代的德国，它为电力系统的故障查找提供了有力的工具，深受广大线路维护人员的喜爱，并建立了基于故障指示器的简易配网自动化模式。

故障指示器因安装方便灵活的特点被广泛安装在架空线、电力电缆配电线路上、箱式变、环网柜、分支箱中，同时其具有成本低廉、施工简单、等电位安装、挂网安全、清洁环保和免维护等特点。但是故障指示器测量精度和灵敏度不高，且不能与线路保护相配合，再加上它的通信取能，最常用的是利用电池和太阳能的方法，导致故障指示器的通信不稳定，同时绝大多数故障指示器不能实现故障的隔离。一般故障指示器有遥测功能或遥测、遥信功能，一个“二遥”对应3台安装于不同相别的故障指示器。故障指示器传统上都是配合自动重合闸的。

故障指示器一般由电流、有无电压和时间检测、故障判别、故障指示驱动、故障状态指示及信号输出和自动延时复位控制等部分组成。大多数用于判断相间短路故障，相间短路故障型故障指示器一般只安装A、B两相线路。

线路电流在正常运行时其值波动性不大。当相间短路故障发生时，相当于两个电源直接短接，变电站和故障点之间的回路上会流过很大的电流，远远超过正常电流值。

随着智能终端的出现和应用，配网的自动化逐渐完善。根据是否需要通信、使用的手段开关类型(负荷开关、断路器等)、检测的故障信号(电压、电流)等条件，可分为重合器-分段器配合型、集中控制型、分布智能型、网络保护型。

1.重合器-分段器配合型

重合器-分段器配合型，根据就地电压和(或)电流的变化，由电源出口的重合器或断路器与线路上的自动分段器按照设定的逻辑顺序动作，完成故障隔离与非故障区段的恢复供电。根据检测信号的不同，重合器-分段器配合型又可分为电压控制型、电流控制型、电压电流控制型。

该方式采用二遥动作型终端，既不需要通信通道也不依赖于主站。

2.集中控制型

集中控制型，由配电网主站通过通信系统集中收集各配电网终端的故障检测信息，根据系统拓扑结构和预设算法进行故障定位，并通过遥控或手工方式实现自动定位、隔离与恢复供电。

该方式采用三遥标准型终端，由终端、通信网及主站三部分共同完成。

集中控制型系统不要求出口断路器进行重合闸配合，不会对系统造成多次过流冲击，对架空与电缆线路都适用，其不足之处是需要通信通道及配电网主站，投资较大，主要适用于城市对供电质量要求较高的区域。

3.分布式智能控制型

基于终端点对点对等通信技术的分布式智能控制型，能够在数秒内完成故障定位、隔离与恢复供电，使停电时间大为缩短。之所以称为分布式智能控制，是因为系统中的每一个分布式智能终端根据本地测量信息、相邻开关处分布式智能终端送来测量信息，进行故障定位、隔离与恢复供电控制决策，无需配电网主站介入。该方式需要通信但不依赖于主站。随着技术的发展，对等通信网、高度智能的FTU造价大为下降，相信以后会有较多应用。

4.网络保护型

网络保护型，用于闭环运行的网络，线路故障后，利用三遥终端相互交换数据自动确定故障点位置后直接跳开故障区段两侧断路器切除故障，避免了短时停电，使非故障区段用户的供电不受影响。

该方式需要通信但不依赖于主站。

网络保护型系统能够实现电缆环网故障的无缝自愈，适用于对供电质量有很高要求的场合，不足之处是投资较大。

目前，配电网的建设缺乏理论分析依据，在一定程度上依赖于人员的经验。使得配电网的设计有一定的盲目性，不仅造成投资不合理，而且效能偏低。为了实现自动化，加装了具有遥信、遥测、遥控功能的“三遥”终端，但因为没有配合大量已装的故障指示器，使得大量的投资仅仅解决了小区域的自动化问题，投资收益率不高。

分布式智能终端具有速度快，能将线路进行隔离和恢复供电等操作，是智能电网发展的有利保证。根据配电网系统负荷分布情况及故障发生情况，对馈线进行分段，并在馈线分段节点处安装分布式智能终端，实时监测馈线各个区段电流变化情况。当有故障发生时，通过相邻分布式智能终端之间的对等通信，快速识别故障位置并将其隔离，恢复非故障区域的供电，实现配电网故障的快速自愈。分布式智能终端的功能集测量、监控、保护、故障录波、本地与远程控制等为一体。但是因其投资成本高，不利于大规模推广，使得安装数量小，隔离区段有限，同时由于不可能每条支线、分支线、分线上都安装，这样虽然缩小了一大半故障查找范围，但对于众多的分支线、分线，特别是山区交通困难地区的地方，还存在不能快速查找出故障点的缺陷，达不到高供电可靠性的要求。

因此，提出基于故障指示器和分布式智能终端相结合的架空配电网故障定位方法。利用故障指示器实现线路故障分段定位主要问题是绝大多数故障指示器没有实现故障自动定位功能，配电线路出现故障，需要人工沿线查找，增加了故障查找难度和时间。而利用分布式智能终端能够实现故障的自动定位和隔离，但投资成本太大，难以大规模推广。基于故障指示器的简易配网自动化模式是智能电网建设中全面的配网自动化的有效补充。由于分布式智能终端不能大量使用，使得其只能粗略判断和隔离故障区段，而故障指示器没有遥控功能，不能隔离故障，但其能用于判断故障分支。故这种基于故障指示器和分布式智能终端相结合的应用，采用取长补短和利用其各自优点的策略，可有效节省投资、增大故障判断机会、缩小故障判断范围、缩短故障排除和查找时间、减轻了巡线人员的劳动强度，提高供电可靠性。可知，故障指示器和分布式智能终端相结合的方法在配电架空线路故障的查找及排除过程中发挥着巨大的作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种故障指示器和分布式智能终端相配合的架空配电网故障定位方法，用以解决上述问题。

本发明的技术方案是：一种故障指示器和分布式智能终端相配合的架空配电网故障定位方法，当故障发生时，自动重合闸重合瞬时故障，分布式智能终端隔离永久故障，同时利用分布式智能终端和故障指示器对电流值的检测和比较相关单元邻接表里的最大分支电流值，定位主干故障和分支故障。

其具体步骤如下：

(1)：保留变电站出口处原有保护和自动重合闸。

(2)：在所有主干分段点处的断路器上安装分布式智能终端，利用分布式智能终端所监测的位置有无故障电流进行故障区段定位。

I_fault≥I_smartset

I_fault：故障电流

I_smart·set：分布式智能终端的设定值

(3)：在所有分支线路上安装故障指示器，以主干上安装的分布式智能终端为节点，根据节点和故障指示器位置定义故障指示器所属主干分段，并划分主干单元和分支单元，对分支单元进行编号形成反映各单元邻接关系的单元邻接表。

X_i表示馈线i

Z_j表示馈线i的主干线路j单元

F_k表示馈线i的分支线路k单元

若表示馈线i的主干线路j单元与分支线路k单元相邻；

若表示馈线i的主干线路j单元与分支线路k单元不相邻；

(4)：故障发生时，自动重合闸重合瞬时故障，分布式智能终端通过点对点通信，找到一个主干区域有且只有一个节点上报流过故障电流，该区域即为故障区域。若自动重合闸不成功，则分布式智能终端隔离故障区域的永久性故障。

(5)：确定主干故障和分支故障。调用故障区域的单元邻接表，找到故障时检测到最大电流值的分支编号。

馈线i的主干线路j单元发生故障，调出所有令的馈线i中与主干线路j单元相邻的分支线路k单元，计算

1)若故障区域内所有分支检测值与其在正常运行时的检测值相差不大，则故障发生在主干；

即则为主干故障

为分支线路k单元故障前一个周波的电流值

2)若故障区域内某分支检测值不仅是该区域内最大分支检测电流值，且与其在正常运行时的检测值增加了三倍以上，则故障发生在该分支；

即且则为分支线路k单元发生故障。

电力线路故障指示器起源早且成本低廉，它为电力系统的故障查找提供了有力的工具，深受广大线路维护人员的喜爱，由此建立了基于故障指示器的简易配网自动化模式。但是故障指示器的测量精度和灵敏度不高，而且不具备隔离功能，不能完成智能电网的建立。而具有三遥功能的智能终端的测量精度、灵敏度都很高，且具有隔离功能，但是由于其投资成本太大难以大规模推广，故提出一种故障指示器和分布式智能终端相配合的架空配电网故障定位方法。在不改变传统配电网过流继电保护的前提下，利用分布式智能终端和故障指示器各自的优点，在所有主干分段点处的断路器上安装分布式智能终端，所有分支线路上安装故障指示器并以分布式智能终端安装处为节点，根据节点和故障指示器的位置定义故障指示器和节点关系并划分主干单元和分支单元，对其进行编号形成单元邻接表。当故障发生时，自动重合闸重合瞬时故障，分布式智能终端隔离永久故障，同时利用分布式智能终端和故障指示器对电流值的检测和比较相关单元邻接表里的最大分支电流值，定位主干故障和分支故障。分布式智能终端和故障指示器的的配合进一步提高配电网保护的选择性、可靠性和灵敏性。这种基于故障指示器和分布式智能终端相结合的应用，采用取长补短的策略，在配电线路故障的查找及排除过程中发挥着巨大的作用。

本发明的有益效果是：

(1)本方法解决了基于故障指示器的简易配网自动化模式向高级配网自动化模式转化过程中自动化装置配合问题。

(2)本方法使配电网故障能够定位到分支故障。

(3)本方法可有效节省投资、增大故障判断机会、缩小故障判断范围、缩短故障排除和查找时间、减轻巡线人员的劳动强度，提高供电可靠性。

(4)本方法利用分布式智能终端和故障指示器的测量信息可以确定故障区段和故障分支，当发生瞬时故障时有助于发现绝缘隐患，及时采取预防措施，避免其发展成为永久故障。

(5)分布式智能终端和故障指示器的的配合进一步提高配电网保护的选择性、可靠性和灵敏性。

(6)本方法有效且可靠。

附图说明

图1为仿真模型图；

图2为主干故障时主干线路1单元的I₁电流和1单元的分支线路4、5、6、7、8单元的I₄、I₅、I₆、I₇、I₈电流；

图3为分支故障时主干线路1单元的I₁电流和1单元的分支线路4、5、6、7、8单元的I₄、I₅、I₆、I₇、I₈电流。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明作进一步阐述。

实施例1:10kV配电网，主干线路全长3103m，第一个主干测量点与第二个主干测量点相距2334m，第二个主干测量点与第三个主干测量点相距769m。分支线路不等长且负荷容量也不同，分别：442m长的分支的负荷容量为800kW、153m长的分支的负荷容量为400kW、286m长的分支的负荷容量为100kW、317m长的分支的负荷容量为100kW、116m长的分支的负荷容量为400kW，161m长的分支的负荷容量为80kW、243m长的分支的负荷容量为160kW、190m长的分支的负荷容量为400kW。一共3个主干测量，8个分支测量，即(2段主干，8条分支)，线路类型全为架空线，单出线配网拓扑，设置故障发生在距离第一个主干测量点915m处发生AB相间故障。模型为贝杰龙参数模型，架空线路类型为RLC。

本仿真为单出线配网，即X_i为X₁，且Z_1,2,3∈X₁，F_{4,5,6,7,8,9,10,11}∈X₁，其中 故障发生时，分布式智能终端通过点对点通信，找到故障发生在第一个主干区域。调出所有令与主干线路1单元相邻的分支线路k单元，计算

如图2可知为主干故障。

实施例2:10kV配电网，主干线路全长3103m，第一个主干测量点与第二个主干测量点相距2334m，第二个主干测量点与第三个主干测量点相距769m。分支线路不等长且负荷容量也不同，分别：442m长的分支的负荷容量为800kW、153m长的分支的负荷容量为400kW、286m长的分支的负荷容量为100kW、317m长的分支的负荷容量为100kW、116m长的分支的负荷容量为400kW，161m长的分支的负荷容量为80kW、243m长的分支的负荷容量为160kW、190m长的分支的负荷容量为400kW。一共3个主干测量，8个分支测量，即(2段主干，8条分支)，线路类型全为架空线，单出线配网拓扑，设置故障发生在第一个主干区段的第3个分支上的150m处发生AB相间故障。模型为贝杰龙参数模型，架空线路类型为RLC。

本仿真为单出线配网，即X_i为X₁，且Z_1,2,3∈X₁，F_{4,5,6,7,8,9,10,11}∈X₁，其中 故障发生时，分布式智能终端通过点对点通信，找到故障发生在第一个主干区域。调出所有令与主干线路1单元相邻的分支线路k单元，计算

如图3可知为主干线路1单元相邻的分支线路3单元发生的分支故障。

本发明通过附图进行说明的内容，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明专利进行各种变换及等同代替，因此，本发明专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本发明专利权利要求范围内的全部实施方案。

Claims (1)

1.一种故障指示器和分布式智能终端相配合的架空配电网故障定位方法，其特征在于：当故障发生时，自动重合闸重合瞬时故障，分布式智能终端隔离永久故障，同时利用分布式智能终端和故障指示器对电流值的检测和比较相关单元邻接表里的最大分支电流值，定位主干故障和分支故障；

具体步骤如下：

(1)：保留变电站出口处原有保护和自动重合闸；

(2)：在所有主干分段点处的断路器上安装分布式智能终端，利用分布式智能终端所监测的位置有无故障电流进行故障区段定位；

I_fault≥I_smart·set

式中，I_fault表示故障电流，I_smart·set表示分布式智能终端的设定值；

(3)：在所有分支线路上安装故障指示器，以主干上安装的分布式智能终端为节点，根据节点和故障指示器位置定义故障指示器所属主干分段，并划分主干单元和分支单元，对分支单元进行编号形成反映各单元邻接关系的单元邻接表；

式中，X_i表示馈线i，Z_j表示馈线i的主干线路j单元，F_k表示馈线i的分支线路k单元；

若表示馈线i的主干线路j单元与分支线路k单元相邻；

若表示馈线i的主干线路j单元与分支线路k单元不相邻；

(4)：故障发生时，自动重合闸重合瞬时故障，分布式智能终端通过点对点通信，找到一个主干区域有且只有一个节点上报流过故障电流，该区域即为故障区域。若自动重合闸不成功，则分布式智能终端隔离故障区域的永久性故障；

(5)：确定主干故障和分支故障：调用故障区域的单元邻接表，找到故障时检测到最大电流值的分支编号；

馈线i的主干线路j单元发生故障，调出所有令的馈线i中与主干线路j单元相邻的分支线路k单元，计算

若故障区域内所有分支检测值与其在正常运行时的检测值相差不大，则故障发生在主干；

即则为主干故障；

为分支线路k单元故障前一个周波的电流值；

若故障区域内某分支检测值不仅是该区域内最大分支检测电流值，且与其在正常运行时的检测值增加了十倍以上，则故障发生在该分支；

即且则为分支线路k单元发生故障。