CN106159919A - 多电源多支线配电网面保护结构及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多电源多支线配电网面保护结构，包括：由各个节点和其相邻节点形成的一个最小子网，由多个最小子网组成的多电源多支线配电网；在各个节点设置有具备保护远动功能的终端；各个节点的终端可检测相邻节点的终端运行与否。各终端实时监测本节点电流值，一旦检测到连续2次过电流，则置本机故障信号为1，否则为0，并通过通信向相邻终端实时发送其故障信号值，这样每一节点终端都能得到其最小子网内所有终端当前的故障信号；当发生永久故障，出线断路器已二次跳开后，包括断路器在内的各节点终端执行启动逻辑和跳闸逻辑，以此隔离故障区段。本方案解决传统馈线保护整定配合困难的问题，本方案可适用于多电源多支线的复杂配电网。

Description

多电源多支线配电网面保护结构及其方法

技术领域

本发明设计配电网技术领域，具体的来说涉及一种多电源多支线配电网面保护结构及其方法。

背景技术

配电网相比较于输电网，具有线路复杂多变，馈线沿线的分段开关串联多、分支多，拓扑变化多的特点。为保证供电可靠性，设计出的多电源互备，使得整个配电网呈现无确定模式的网状结构。

但在传统馈线保护中，根据就地实时监测和整定值完成故障跳闸，靠电流定值和时间配合完成故障定位的工作方式在配电网沿线级联复杂的情况下，会使得沿线保护配合困难，甚至于无法合理整定。另一方面，电子和通信技术的发展使配电终端可同时具备线路保护和远动通信能力，终端之间互换信息，由此发展成区域协调联动的面保护，可有效解决区域配电网线路保护问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种多电源多支线配电网面保护结构，同时提供多电源多支线配电网面保护方法。

为了解决上述问题本发明的技术方案是这样的：

多电源多支线配电网面保护结构，包括：

由各个节点和其相邻节点形成的一个最小子网，由多个最小子网组成的多电源多支线配电网；在各个节点设置有具备保护远动功能的终端；各个节点的终端可检测相邻节点的终端运行与否。

进一步，所述终端为定时限过流跳闸和一次重合闸功能的断路设备。

进一步，所述断路设备安装在各个节点的断路器、分段开关、联络开关 处。

进一步，所述配电网为电缆环网或辐射网开环运行，采用接地系统、小电阻接地系统。

多电源多支线配电网面保护方法：

各终端实时监测本节点电流值，一旦检测到连续2次过电流，则置本机故障信号为1，否则为0，并通过通信向相邻终端实时发送其故障信号值，这样每一节点终端都能得到其最小子网内所有终端当前的故障信号；当发生永久故障，出线断路器已二次跳开后，包括断路器在内的各节点终端执行启动逻辑和跳闸逻辑，以此隔离故障区段。

进一步，启动逻辑为：当本节点检测到连续两次过流时置本机故障信号为1，其他情况都为0，同时接收所有相邻设备的故障信号值。那么本节点或任意相邻节点有故障信号置位时启动跳闸逻辑。

进一步，跳闸逻辑为：本节点任意一侧的所有相邻节点故障信号相异或的结果为1时跳闸。

有益效果，当配电网设计为电缆环网或辐射网开环运行，采用接地系统、小电阻接地系统的情况下，基于过电流判定的故障信号正确率高，绝大多数的故障能通过本方案实现准确、快速的面保护，逻辑严密而且简捷，易于实现。本方案仅需要相邻设备的故障信号，不依赖于整个区域所有设备的正常通信，最终共同形成对整片区域的面保护。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明所述的区域配电网示意图。

图2a为多分支过流情况示意图，图中故障在本段。

图2b为多分支过流情况示意图，图中故障不在本段。

图3为节点4面保护启动逻辑示意图。

图4为节点4面保护跳闸逻辑示意图。

图5 A点故障保护动作时序图。

图6为并列运行电网故障情况示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

面保护是根据网络多台保护的故障信息，判断故障段，舍弃了时间和过流值的配合，使判断更准确、更快速。本文提出一种基于普通保护逻辑的最小子网异或法，可以准确、快速解决复杂网络的故障判断，实现面保护。

一般区域配电网结构如图1所示，考虑任意两至多节点的区段，即多分支线路如图2a、2b所示，当发生的是单一故障时，如果故障在本区段图2a，那么有且只有一个节点过流，过电流经该节点流至故障点后流回；如果故障在本区段某支路的下游，图2b，那么一定有2个节点过流，一入一出再到故障点流回。因此单一故障下对任意区段，当相邻节点中仅有一个过流时，故障在本区段，当有2个节点过流时，故障不在本段。

若故障在本区段，1个节点过流，因此所有相邻节点异或的结果必定为1，此时本节点应跳闸；若故障不在本段，2个节点过流，所有相邻节点异或的结果必定为0。据此笔者提出最小子网异或法，来判断故障区段、确定节点是否跳闸。

在图1中，从电源点出线断路器开始，经串联、分支等回入另一或多个电源点的区域配电网，在各个开关节点，包括断路器、分段开关、联络开关处，一对一安装具备保护远动功能的终端，组成区域通信网。各节点和其相邻节点形成一个最小子网，例如图1中节点2的最小子网由1、2、3、4节点组成。

出线断路器处的终端，具备传统线路保护的定时限过流跳闸和一次重合闸功能。当由该出线供电的馈线发生故障时，定时限动作使断路器跳闸，并经一次重合闸排除瞬时性故障，如果再次跳闸则为永久性故障。

在永久故障发生时，由于有一次重合闸过程，短路电流经过的节点会连续两次检测到过电流。因此，各终端实时监测本节点电流值，一旦检测到连续2次过电流，则置本机故障信号为1，否则为0，并通过通信向相邻终端实时发送其故障信号值，这样每一节点终端都能得到其最小子网内所有终端当前的故障信号。

当发生永久故障，出线断路器已二次跳开后，包括断路器在内的各节点终端执行启动逻辑和跳闸逻辑，以此隔离故障区段，注意各终端为逻辑执行单元，该逻辑称为最小子网异或法。

启动逻辑：当本节点检测到连续两次过流时置本机故障信号为1，其他情况都为0，同时接收所有相邻设备的故障信号值。那么本节点或任意相邻节点有故障信号置位时启动跳闸逻辑。节点4启动逻辑图见图3。

跳闸逻辑：本节点任意一侧的所有相邻节点故障信号相异或的结果为1时跳闸。节点4跳闸逻辑图见图4。

例，图1中A处发生短路故障，那么在节点7、1、4检测到两次过流，故障信号为1，其余节点为0。根据启动逻辑，只要自身或相邻终端有故障信号为1，则启动，因此节点7、1、4、2、5、6终端启动，执行后续跳闸逻辑，其余节点则不作任何动作。

以节点4跳闸逻辑为例，其左上侧与节点1、2相邻，将4、1、2三个节点的过流故障信号相异或，结果为0，说明1、4、2相连的区段无故障；其右下侧与5、6相邻，将4、5、6故障信号相异或的结果为1，说明4、5、6相连的区段有故障；根据跳闸逻辑，只要节点任意一侧的异或结果为1，则该节点跳闸，因此最终得出节点4跳闸。

总结各节点逻辑过程见表1，最终4、5、6跳开，正确隔离故障。

各节点跳闸逻辑过程及结果，见下表：

注1：式中7.1表示节点7的故障信号为过流1；1.1表示节点1故障信号为过流1；0表示节点7的故障信号1异或节点1的故障信号 1，结果为0；为异或运算符。

注2：断路器在定时限动作时已跳闸，但因不在故障区段，故障区段隔离后，可以恢复合闸。

通过逻辑时序图能更清楚的理解动作过程，见图5。

在真实配电网络中，根据周边用电和网架改造需求，经常局部增减分支，增加环网分段等，用最小子网异或法仅需要将变动的相邻关系告知个别终端，涉及面极小，可操作性强。

对于那种不改变网络拓扑即相邻关系，仅改变联络开关位置的运行模式变动，因本保护逻辑与节点自身分、合状态无关，只关心相邻设备的故障状态，因此无需任何变动，本方法自适应运行模式变化。

以开环运行的复杂配电网发生过流故障为例，提出了最小子网异或法。适用于接地系统、单侧电源供电的开环运行方式。在实际的运用中，针对其他故障形式和电网运行模式，采用不同的判据对故障信号进行置位后，可使本方法依然适用。

单相接地故障占据10kV架空线路大部分的故障情况，对不接地系统过流特征不明显，可以采用首半波判定法，在检测到电压突然跌落后，对事件发生时暂态电压、电流首半波进行相位分析，相位相同的判定为零流故障，置故障信号，其他情况不置。

分布式微电源的接入，常采用并列运行模式；另外环状、辐射状系统在较短的时间内也可能处于并列运行状态，故障发生时，故障段下游的终端也会检测到过流，可以通过功率方向来置位故障信号。选择主要供电电源方向为正，当过电流方向与之相同时，置故障信号，其他不置。图5的电网故障信号见下表：

节点	1	2	3	4	5
						故障信号	1	1	0	0	0

通过故障信号判定及置位的变化，使最小子网异或法可实现其他故障形式和运行方式的面保护。

当配电网设计为电缆环网或辐射网开环运行，采用接地系统、小电阻接地系统的情况下，基于过电流判定的故障信号正确率高，绝大多数的故障能 通过最小子网异或法实现准确、快速的面保护，逻辑严密而且简捷，易于实现。本方法仅需要相邻设备的故障信号，不依赖于整个区域所有设备的正常通信，最终共同形成对整片区域的面保护。

特别是本方案自适应运行模式变化，对拓扑变化仅需要改变个别设备相邻关系，因此在配电网具有相当实用性。

借助于高速发展的通信网络建立起来的面保护技术，提出一种简单易行的最小子网异或法，终端可根据自身和相邻设备的故障状态执行跳闸逻辑，共同实现本区域面保护，并且提供了针对不同的故障形式和电网结构的解决方案，可解决传统馈线保护整定配合困难的问题，且此方案可适用于多电源多支线的复杂配电网。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明专利要求保护的范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.多电源多支线配电网面保护结构，其特征是，包括：

由各个节点和其相邻节点形成的一个最小子网，由多个最小子网组成的多电源多支线配电网；

在各个节点设置有具备保护远动功能的终端；各个节点的终端可检测相邻节点的终端运行与否。

2.根据权利要求1所述的，多电源多支线配电网面保护结构，其特征是，所述终端为定时限过流跳闸和一次重合闸功能的断路设备。

3.根据权利要求2所述的，多电源多支线配电网面保护结构，其特征是，所述断路设备安装在各个节点的断路器、分段开关、联络开关处。

4.根据权利要求1所述的，多电源多支线配电网面保护结构，其特征是，所述配电网为电缆环网或辐射网开环运行，采用接地系统、小电阻接地系统。

5.多电源多支线配电网面保护方法，其特征是：

各终端实时监测本节点电流值，一旦检测到连续2次过电流，则置本机故障信号为1，否则为0，并通过通信向相邻终端实时发送其故障信号值，这样每一节点终端都能得到其最小子网内所有终端当前的故障信号；

当发生永久故障，出线断路器已二次跳开后，包括断路器在内的各节点终端执行启动逻辑和跳闸逻辑，以此隔离故障区段。

6.根据权利要求5所述的多电源多支线配电网面保护方法，其特征是，所述启动逻辑为：当本节点检测到连续两次过流时置本机故障信号为1，其他情况都为0，同时接收所有相邻设备的故障信号值。那么本节点或任意相邻节点有故障信号置位时启动跳闸逻辑。

7.根据权利要求5或6所述的多电源多支线配电网面保护方法，其特征是，所述跳闸逻辑为：本节点任意一侧的所有相邻节点故障信号相异或的结果为1时跳闸。