CN106329497B - 一种基于馈线保护模拟原理的配电网故障自愈死区消除方法 - Google Patents

一种基于馈线保护模拟原理的配电网故障自愈死区消除方法 Download PDF

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    • H02H7/262—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations involving transmissions of switching or blocking orders

Abstract

本发明涉及一种基于馈线保护模拟原理的配电网故障自愈死区消除方法，属于电力系统继电保护技术领域。死区内发生故障后，馈线保护模拟装置获取故障点上游变电站内馈线保护动作信息，馈线上首个FTU获取故障点下游的电流信息，通过二者间实时通信，交互故障点上下游电流信息，由馈线首FTU判断死区内是否发生了故障；若死区内发生了故障，馈线首FTU控制首个馈线分段开关断开，隔离故障区段消除死区，联络FTU控制联络开关合闸恢复非故障区段供电。本发明利用变电站内的馈线保护信息和馈线终端设备信息间的直接交互，消除了死区，极大地提高了馈线的供电可靠性。

Description

一种基于馈线保护模拟原理的配电网故障自愈死区消除方法
技术领域
本发明涉及一种基于馈线保护模拟原理的配电网故障自愈死区消除方法，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
配电网作为电力系统面向用户的最后一环，实现配电网的自动化、智能化对提高配电网供电可靠性，提升用户的用电体验十分重要。故障自愈是配电网智能化的重要特征，是提高配电网供电可靠性的重要方法之一。目前有多种配电网故障自愈技术，其中基于分布式智能终端的配电网故障快速自愈技术应用到工程中，由于变电站内的馈线保护设备和馈线上FTU设备归属于配电网内不同的系统，二者间信息交互过程耗时较长，一般要大于3分钟；其次变电站综合自动化系统和馈线终端设备之间一般没有对时系统，相互之间的信息也难以正确交互，导致在馈线上存在一段故障自愈死区。工程解决方法是在靠近变电站出口的位置安装一台断路器和一套FTU，该方法只是缩小了死区范围，降低了死区内故障发生的概率，但是没有消除死区。而死区内一般包含了分段开关和电缆的接头以及电缆和架空线路的接头等，因接头处发生故障可能性较高，导致死区内发生故障的可能性也比较高。所以提出一种消除死区的方法十分必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种基于馈线保护模拟原理的配电网故障自愈死区消除方法，用以解决目前因变电站内的馈线保护设备和馈线终端设备之间的信息无法及时、正确交互而产生的馈线上故障自愈死区问题。
本发明的技术方案是：一种基于馈线保护模拟原理的配电网故障自愈死区消除方法，死区内发生故障后，馈线保护模拟装置获取故障点上游变电站内馈线保护动作信息，馈线上首个FTU(Feeder Terminal Unit，馈线终端单元，安装在馈线首个分段开关上)获取故障点下游的电流信息，通过二者间实时通信，交互故障点上下游电流信息，由馈线首FTU判断死区内是否发生了故障；若死区内发生了故障，馈线首FTU控制首个馈线分段开关断开，隔离故障区段消除死区，联络FTU控制联络开关合闸恢复非故障区段供电。
具体步骤为：
第一步：馈线上实时电气信息的采集：馈线首FTU实时监测馈线上的电流，电压信息，并将采集信息存储于存储单元中；
第二步：馈线首FTU对采集到的信息进行判断、处理，决定是否启动和馈线保护模拟装置之间的信息交互：
(1)若馈线首FTU没有同时检测到馈线上无电流，无电压，则继续采集馈线上的电气信息；
(2)若馈线首FTU同时检测到馈线上无电流，无电压，则启动和馈线保护模拟装置之间的信息交互；
第三步：若馈线首FTU启动信息交互，则馈线保护模拟装置判断馈线保护动作结果；馈线保护模拟装置根据其测量模块采集到故障电流信息，经过数据处理和逻辑判断，再结合保护动作过程中电流变化时序信息来判断保护动作结果，判据如下：
(1)I>I1且T1<T<T2则判断为馈线过流Ⅰ段保护动作；
(2)I>I2且T2<T<T3则判断为馈线过流Ⅱ段保护动作；
(3)I>I3且T3<T则判断为馈线过流Ⅲ段保护动作；
(4)若以上情况都不满足，则故障未发生在馈线上；
在上面的(1)(2)(3)判据中，I为馈线保护模拟装置测量到的故障电流，I1、I2、I3分别代表馈线三段式过流保护的Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段整定值，T为过电流持续时间，T1为馈线过流保护启动需要的最短过流时间，T2、T3分别代表Ⅱ段、Ⅲ段过流保护延时时间；
第四步：基于馈线保护动作结果，二者间进行信息交互，判断故障是否发生在死区内：
(1)若馈线首FTU上检测到无电流、无电压，且馈线保护模拟装置判断馈线上发生了故障，则馈线首FTU判断死区内发生了故障；
(2)若馈线首FTU上检测到无电流、无电压，馈线保护模拟装置判断故障没有发生在馈线上，则馈线首FTU判断死区内没有发生了故障；
第五步：消除死区，恢复非故障区段供电：根据判断结果，如果故障没有发生在死区，则各开关设备均不动作；如果故障发生在死区内，则馈线首FTU控制首个馈线分段开关断开，隔离故障区段即消除死区，联络FTU控制联络开关合闸恢复非故障区段供电。
为了保证馈线保护模拟装置和馈线首FTU间信息交互过程中时间的同一性，在馈线保护模拟装置和馈线首FTU上都安装GPS设备来解决该问题。
本发明的有益效果是：
(1)首先目前工程解决方法是在靠近变电站出口的位置安装一台断路器和一套FTU，该工程解决方法只是缩小了死区范围，降低了死区内故障发生的概率，但是没有消除死区。本发明利用变电站内的馈线保护信息和馈线终端设备信息间的直接交互，消除了死区，极大地提高了馈线的供电可靠性；
(2)其次工程解决方法中靠近变电站出口处安装的断路器没有充分发挥馈线分段开关的作用，与馈线出线断路器的功能重复，导致配电网的投资增加。本发明可以去掉工程解决方案中靠近变电站位置安装的断路器和FTU设备，减少配电网的投资。
附图说明
图1为本发明的原理结构示意图；
图2为本发明馈线保护模拟装置结构功能示意图；
图3为本发明基于原理消除死区过程的流程图；
图4为本发明实施例1、2中手拉手环网结构仿真模型图；
图5为本发明实施例1中死区内发生相间短路故障的仿真结果图，(a)死区内发生相间短路故障馈线保护模拟装置上的电流信号波形图；(b)死区内发生相间短路故障2#FTU上的电流信号波形图；(c)死区内发生相间短路故障2#FTU上的电压信号波形图；
图6为本发明实施例2中死区上游区域内发生相间短路故障的仿真结果图，(d)死区上游区域发生相间短路故障馈线保护模拟装置上的电流信号波形图；(e)死区上游区域发生相间短路故障2#FTU上的电流信号波形图；(f)死区上游区域发生相间短路故障2#FTU上的电压信号波形图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
一种基于馈线保护模拟原理的配电网故障自愈死区消除方法，死区内发生故障后，馈线保护模拟装置获取故障点上游变电站内馈线保护动作信息，馈线上首个FTU(Feeder TerminalUnit，馈线终端单元，安装在馈线首个分段开关上)获取故障点下游的电流信息，通过二者间实时通信，交互故障点上下游电流信息，由馈线首FTU判断死区内是否发生了故障；若死区内发生了故障，馈线首FTU控制首个馈线分段开关断开，隔离故障区段消除死区，联络FTU控制联络开关合闸恢复非故障区段供电。
具体步骤为：
第一步：馈线上实时电气信息的采集：馈线首FTU实时监测馈线上的电流，电压信息，并将采集信息存储于存储单元中；
第二步：馈线首FTU对采集到的信息进行判断、处理，决定是否启动和馈线保护模拟装置之间的信息交互：
(1)若馈线首FTU没有同时检测到馈线上无电流，无电压，则继续采集馈线上的电气信息；
(2)若馈线首FTU同时检测到馈线上无电流，无电压，则启动和馈线保护模拟装置之间的信息交互；
第三步：若馈线首FTU启动信息交互，则馈线保护模拟装置判断馈线保护动作结果；馈线保护模拟装置根据其测量模块采集到故障电流信息，经过数据处理和逻辑判断，再结合保护动作过程中电流变化时序信息来判断保护动作结果，判据如下：
(1)I>I1且T1<T<T2则判断为馈线过流Ⅰ段保护动作；
(2)I>I2且T2<T<T3则判断为馈线过流Ⅱ段保护动作；
(3)I>I3且T3<T则判断为馈线过流Ⅲ段保护动作；
(4)若以上情况都不满足，则故障未发生在馈线上；
在上面的(1)(2)(3)判据中，I为馈线保护模拟装置测量到的故障电流，I1、I2、I3分别代表馈线三段式过流保护的Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段整定值，T为过电流持续时间，T1为馈线过流保护启动需要的最短过流时间，T2、T3分别代表Ⅱ段、Ⅲ段过流保护延时时间；
第四步：基于馈线保护动作结果，二者间进行信息交互，判断故障是否发生在死区内：
(1)若馈线首FTU上检测到无电流、无电压，且馈线保护模拟装置判断馈线上发生了故障，则馈线首FTU判断死区内发生了故障；
(2)若馈线首FTU上检测到无电流、无电压，馈线保护模拟装置判断故障没有发生在馈线上，则馈线首FTU判断死区内没有发生了故障；
第五步：消除死区，恢复非故障区段供电：根据判断结果，如果故障没有发生在死区，则各开关设备均不动作；如果故障发生在死区内，则馈线首FTU控制首个馈线分段开关断开，隔离故障区段即消除死区，联络FTU控制联络开关合闸恢复非故障区段供电。
实施例1：如图4所示为“手拉手”环网结构仿真模型图。仿真在死区发生相间短路故障时的情况，仿真模型中各参数如下：
(1)线路参数:型号JKLGY-10-150/25，电阻、电抗有名值为R＝0.21,X＝0.32,死区线路长度0.3km，1#开关至2#开关长度2.5km，2#开关至3#号开关和3#开关至联络开关线路长度均为2.5km。
(2)10/0.4kV变压器参数:容量1600kVA；空载损耗1650W；负载损耗14500W；短路电压4.5％、空载电流0.4％。
(3)负荷1参数：容量0.8MVA，功率因数0.85；负荷2参数、负荷3参数和负荷1相同。
(4)断路器参数：额定电压12kV，额定电流630A，额定短路开断电流20kA。
(5)根据以上模型的仿真参数，计算得到开关柜内10KV馈线配置的三段过电流保护和三相一次重合闸相关参数：(CT变比为:600/5，PT变比：10/0.1，T1＝20ms)
(6)设置故障发生时刻为50ms。
第一步：馈线首FTU实时监测馈线上的电流，电压信息，并将采集信息存储于存储单元中；
第二步：如图5(b)(c)所示，馈线首FTU(2#FTU)上会检测到无流、无压，2#FTU启动和馈线保护模拟装置间信息交互。
第三步：如图5中(a)中50ms—150ms区段所示，故障电流大于I段动作值，故障电流持续时间为100ms，根据以上两个条件结合判据：I>I1且T1<T<T2，判断变电站下游发生了故障，馈线保护结果为馈线过流I段动作。馈线保护动作的同时重合闸也启动，等待重合闸时间1s后，如图5中(a)1.15s时刻所示，馈线上再次出现过流，之后变为无流即重合闸失败，判断馈线上发生永久性故障。
第四步：由第三步结果馈线上发生永久性故障即馈线保护模拟装置下游发生了永久性故障，馈线首FTU上检测到无流、无压，判断其上游发生故障，通过上下游信息交互，判断故障发生在死区内；
第五步：根据判断结果，死区内发生了永久性故障，馈线首FTU控制首个馈线分段开关断开，隔离故障区段即消除死区，联络FTU控制联络开关合闸恢复非故障区段供电。
实施例2：如图4所示的手拉手环网结构仿真模型图。仿真在死区上游区域发生相间短路故障时的情况，仿真模型中各参数同上，仿真结果图如图6所示：
第一步：馈线首FTU实时监测馈线上的电流，电压信息，并将采集信息存储于存储单元中；
第二步：如图6(e)(f)所示，馈线首FTU(2#FTU)上会检测到无流、无压，2#FTU启动和馈线保护模拟装置间信息交互。
第三步：如图6中(d)所示，故障电流大小、故障电流持续时间不满足任何一种故障情况，判断馈线上没有发生故障。
第四步：虽然馈线首FTU上检测到无流、失压，而馈线保护模拟装置判断故障没有发生在馈线上，馈线首FTU最终判断死区内没有发生故障。根据判断结果，故障没有发生在死区，各开关设备均不动作。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.一种基于馈线保护模拟原理的配电网故障自愈死区消除方法，其特征在于：死区内发生故障后，馈线保护模拟装置获取故障点上游变电站内馈线保护动作信息，馈线上首个FTU获取故障点下游的电流信息，通过二者间实时通信，交互故障点上下游电流信息，由馈线首FTU判断死区内是否发生了故障；若死区内发生了故障，馈线首FTU控制首个馈线分段开关断开，隔离故障区段消除死区，联络FTU控制联络开关合闸恢复非故障区段供电；
具体步骤为：
第一步：馈线上实时电气信息的采集：馈线首FTU实时监测馈线上的电流，电压信息，并将采集信息存储于存储单元中；
第二步：馈线首FTU对采集到的信息进行判断、处理，决定是否启动和馈线保护模拟装置之间的信息交互：
(1)若馈线首FTU没有同时检测到馈线上无电流，无电压，则继续采集馈线上的电气信息；
(2)若馈线首FTU同时检测到馈线上无电流，无电压，则启动和馈线保护模拟装置之间的信息交互；
第三步：若馈线首FTU启动信息交互，则馈线保护模拟装置判断馈线保护动作结果；馈线保护模拟装置根据其测量模块采集到故障电流信息，经过数据处理和逻辑判断，再结合保护动作过程中电流变化时序信息来判断保护动作结果，判据如下：
(1)I>I1且T1<T<T2则判断为馈线过流Ⅰ段保护动作；
(2)I>I2且T2<T<T3则判断为馈线过流Ⅱ段保护动作；
(3)I>I3且T3<T则判断为馈线过流Ⅲ段保护动作；
(4)若以上情况都不满足，则故障未发生在馈线上；
在上面的(1)(2)(3)判据中，I为馈线保护模拟装置测量到的故障电流，I1、I2、I3分别代表馈线三段式过流保护的Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段整定值，T为过电流持续时间，T1为馈线过流保护启动需要的最短过流时间，T2、T3分别代表Ⅱ段、Ⅲ段过流保护延时时间；
第四步：基于馈线保护动作结果，二者间进行信息交互，判断故障是否发生在死区内：
(1)若馈线首FTU上检测到无电流、无电压，且馈线保护模拟装置判断馈线上发生了故障，则馈线首FTU判断死区内发生了故障；
(2)若馈线首FTU上检测到无电流、无电压，馈线保护模拟装置判断故障没有发生在馈线上，则馈线首FTU判断死区内没有发生了故障；
第五步：消除死区，恢复非故障区段供电：根据判断结果，如果故障没有发生在死区，则各开关设备均不动作；如果故障发生在死区内，则馈线首FTU控制首个馈线分段开关断开，隔离故障区段即消除死区，联络FTU控制联络开关合闸恢复非故障区段供电。
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