CN106684843B - 一种配电网环网柜保护方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种配电网环网柜保护方法，所述方法包括：(1)采集环网柜内保护安装处的测量电流及电流方向；(2)根据环网柜内保护位置的不同采取不同的保护配置方案，形成保护启动信息和动作信息；(3)根据所述保护启动信息和动作信息形成逻辑判据进行故障定位并判定失灵断路器；(4)根据故障定位结果及断路器失灵信息加速保护动作，快速切除故障。本发明对不同保护采取不同的保护配置方式并利用保护启动信息形成逻辑判据加速后备保护动作，有效缩小停电范围。

Description

一种配电网环网柜保护方法及系统

技术领域

本发明涉及一种环网柜保护方法及系统，具体涉及一种配电网环网柜保护方法及系统。

背景技术

在配电网中环网柜构成的电缆环网接线方式灵活，由于环网柜进出线保护短路电流接近，即使采用微机保护选择性也很差，往往会发生越级跳闸而扩大故障影响范围。尤其是级联开关站的线路发生故障时，由于配电网供电半径较短、导线截面较大以及保护TA的精度原因，级联开关站内保护感受的短路电流差别不大，无法根据短路电流差异实现选择性。此外分布式电源(Distributed generation-DG)的接入使得配电网由传统的辐射状变为环网运行，则环网柜内部电流方向更为复杂。出现以环网柜作为分段的配电网供电线路不能准确定位故障位置、选择性较差等问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种配电网环网柜保护方法及系统，本发明对不同保护采取不同的保护配置方式并利用保护启动信息形成逻辑判据加速后备保护动作，有效缩小停电范围。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种配电网环网柜保护方法，所述方法包括如下步骤：

(1)采集环网柜内保护安装处的测量电流及电流方向；

(2)根据环网柜内保护位置的不同采取不同的保护配置方案，形成保护启动信息和动作信息；

(3)根据所述保护启动信息和动作信息形成逻辑判据进行故障定位并判定失灵断路器；

(4)根据故障定位结果及断路器失灵信息加速保护动作，快速切除故障。

优选的，所述步骤(2)中，包括如下步骤：

步骤2-1、环网柜进线保护配置为无方向过电流保护III段，整定值为最大负荷电流，延时为0.5s；

步骤2-2、环网柜出线保护配置为无方向过电流保护III段，整定值为最大负荷电流，出线保护接分布式电源时延时为0.5s，接用户时延时为0s；

步骤2-3、每个保护配置都有弱馈保护，当电压跌落到非正常电压时环网柜保护启动并根据步骤2-1和步骤2-2进行延时动作。

优选的，所述步骤(3)中，包括如下步骤：

步骤3-1、规定进线保护及分布式电源接入的出线保护电流方向为：流入母线为正，流出母线为负，规定接入用户的出线保护方向为：流出母线为正；

步骤3-2、所述故障定位判据如下：

判据一：

当则有S_bus＝1；

判据二：

当则有

判据三：

当且I_(t)连接至电源，则有

判据四：

当若则有若 则有

断路器失灵判据：

当则有E_u(k)失灵；

当则有E_d(j)失灵；

当则有I_(i)失灵；

式中：I表示进线保护，下标i，t表示进线编号，I_(i)＝1表示进线i过电流保护启动且方向为正，I_(i)＝-1表示进线过电流保护启动且方向为负；E表示出线保护，下标d表示分布式电源，下标u表示用户，j，k为出线编号，E_d(j)＝1表示分布式电源j出线过电流保护启动且方向为正，E_d(j)＝-1表示分布式电源j出线过电流保护启动且方向为负，S表示发生故障，其下标表示故障位置，bus为母线，S_bus＝1表示环网柜母线发生故障；表示分布式电源出线j发生故障；表示进线i发生故障，D表示级联环网柜保护，表示出线保护i级联的保护,表示用户k出线处断路器，为0表示断路器闭合，为1表示断路器打开；为分布式电源j出线处断路器，为0表示断路器闭合，为1表示断路器打开；表示进线处断路器，为0表示断路器闭合，为1表示断路器打开。

优选的，所述步骤(4)中，包括如下步骤：

步骤4-1、故障发生在母线时，即S_bus＝1，加速断开环网柜内所有进线保护及出线保护；

步骤4-2、故障发生在某一进线时，即加速断开该进线保护；

步骤4-3、故障发生在分布式电源接入的出线时，即加速断开该出线保护；

步骤4-4、故障发生在另一环网柜，即闭锁本环网柜内启动的所有保护；

步骤4-5、用户出线保护失灵，即E_u(k)失灵，加速断开环网柜所有进线保护及出线保护；

步骤4-6、当分布式电源出线保护接收到加速命令且断路器失灵，即则加速断开所有进线保护及出线保护；

步骤4-7、当进线保护接收到加速命令且断路器失灵，即加速断开所有进线保护、出线保护以及级联环网柜内与之相连进线保护。

优选的，一种配电网环网柜保护系统，所述系统包括：依次相连的故障数据采集模块、过电流保护模块、多分支节点后备保护模块和故障切除模块。

优选的，所述故障数据采集模块，用于采集环网柜内保护安装处的测量电流及电流方向，并发送至所述过电流保护模块；

所述过电流保护模块，用于根据环网柜内保护位置的不同采取不同的保护配置方案，形成保护启动信息和动作信息，并发送至所述多分支节点后备保护模块；

所述多分支节点后备保护模块，用于根据所述保护启动信息和动作信息形成逻辑判据进行故障定位并判定失灵断路器，并将故障定位结果及断路器失灵信息发送至所述故障切除模块；

所述故障切除模块，用于根据故障定位结果及断路器失灵信息加速保护动作，快速切除故障。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提出环网柜保护配置方式以及多分支节点保护判据，利用环网柜进出线保护的启动信息及断路器动作信息形成逻辑判据，对故障准确定位，加速保护动作。解决了现有环网柜保护方案上下级配合关系难以满足，故障停电范围严重扩大、难以适应分布式电源接入的问题。

附图说明

图1是本发明提供的一种配电网环网柜保护系统结构图

图2是本发明提供的一种配电网环网柜保护方法流程图

图3是本发明提供的接有DG的配电网环网柜结构图

图4是本发明提供的接有DG配电系统测试图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示为一种配电网环网柜保护系统结构图。该系统包括：依次相连的依次相连的故障数据采集模块、过电流保护模块、多分支节点后备保护模块和故障切除模块，所述故障数据采集模块，用于采集环网柜内保护安装处的测量电流及电流方向，并发送至所述过电流保护模块；所述过电流保护模块，用于根据环网柜内保护位置的不同采取不同的保护配置方案，形成保护启动信息和动作信息，并发送至所述多分支节点后备保护模块；所述多分支节点后备保护模块，用于根据所述保护启动信息和动作信息形成逻辑判据进行故障定位并判定失灵断路器，并将故障定位结果及断路器失灵信息发送至所述故障切除模块；所述故障切除模块，用于根据故障定位结果及断路器失灵信息加速保护动作，快速切除故障。

如图2所示为一种配电网环网柜保护方法流程图，该方法包括：

步骤1、采集环网柜内保护安装处的测量电流及电流方向；

步骤2、根据环网柜内保护位置的不同采取不同的保护配置方案，形成保护启动信息和动作信息；

步骤3、根据所述保护启动信息和动作信息形成逻辑判据进行故障定位并判定失灵断路器；

步骤4、根据故障定位结果及断路器失灵信息加速保护动作，快速切除故障。

环网柜结构使得系统中含有大量母线节点，这些母线存在很多分支，而根据分支线上有没有接DG的不同情况，又可以将分支分为有源分支和无源分支。本发明从配电网更普遍的实际情况出发，重点针对有源多分支节点，研究其故障方向的实用化保护判据，无源分支可作为有源分支的特例进行考虑。由于环网柜的出进线均可接入分布式电源，如图3所示，DG接入后的不同环网结构，示例对开关柜多级级联、分段母线等结构具有可拓展性。首先规定进线开关电流流进母线为正、流出母线为负，在各个进线断路器处配置过电流保护的Ⅲ段延时为0.5s，并用功率方向元件检测其功率方向。出线接负荷时用户开关感受到的故障电流只可能流出母线，因此用户开关处采用无方向的过电流保护Ⅲ段，延时为0s。需要说明，出线开关接分布式电源时感受到的故障电流特性与进线开关完全相同，因此可以按进线的保护方式对分布式电源接入的出线开关配置，但由于DG节点接有升压变压器，其故障电流较系统侧小很多等效为弱馈系统，Ⅲ段保护整定值需要按分布式电源短路水平整定，且由于部分DG不能提供持续的短路电流，需配有第一节所述的弱馈保护。

上述保护配置方式下的故障处理过程：环网柜A的负荷侧发生F1故障时由用户开关A₁₃无延时切除，进线开关作为后备保护。当A₁₃失灵时进线开关A₀₁、A₀₂、延时0.2s切除故障，但此时级联环网柜B的进线开关感受到故障电流也在0.2s后动作。对于F2发生故障时也会导致环网柜所有进线开关跳闸，可见上述保护配置模式在电源侧故障和进线开关作为出线开关的备用时出线越级跳闸的问题，停电范围扩大。

为解决上述问题本节提出多分支节点后备保护判据，环网柜智能终端利用本端以及级联环网柜保护启动及动作信息构成判据，准确定位故障位置加速保护动作。判据如下：

判据一：

当则有S_bus＝1；

判据二：

当则有

判据三：

当且I_(t)连接至电源，则有

判据四：

当若则有若则有

断路器失灵判据：

当则有E_u(k)失灵；

当则有E_d(j)失灵；

当则有I_(i)失灵。

上述式中：I表示进线保护，下标i，t表示进线编号，I_(i)＝1表示进线i过电流保护启动且方向为正，I_(i)＝-1表示进线过电流保护启动且方向为负；E表示出线保护，下标d表示分布式电源，下标u表示用户，j，k为出线编号，E_d(j)＝1表示分布式电源j出线过电流保护启动且方向为正，E_d(j)＝-1表示分布式电源j出线过电流保护启动且方向为负，S表示发生故障，其下标表示故障位置，bus为母线，S_bus＝1表示环网柜母线发生故障；表示分布式电源出线j发生故障；表示进线i发生故障，D表示级联环网柜保护，表示出线保护i级联的保护,表示用户k出线处断路器，为0表示断路器闭合，为1表示断路器打开；为分布式电源j出线处断路器，为0表示断路器闭合，为1表示断路器打开；表示进线处断路器，为0表示断路器闭合，为1表示断路器打开。

故障发生后根据故障定位结果及断路器失灵向保护下达命令，加速切除故障，具体操作如下：

(1)故障发生在母线时，即S_bus＝1，加速断开环网柜内所有进线保护及出线保护；

(2)故障发生在某一进线时，即加速断开该进线保护；

(3)故障发生在分布式电源接入的出线时，即加速断开该出线保护；

(4)故障发生在另一环网柜，即闭锁本环网柜内启动的所有保护；

(5)用户出线保护失灵，即E_u(k)失灵，加速断开环网柜所有进线保护及出线保护；

(6)当分布式电源出线保护接收到加速命令且断路器失灵，即则加速断开所有进线保护及出线保护；

(7)当进线保护接收到加速命令且断路器失灵，即加速断开所有进线保护、出线保护以及级联环网柜内与之相连进线保护。

根据上述判据分析图3的故障处理过程：当故障发生在F1且A₁₃失灵时满足判据一，则加速断开环网柜A中所有进线保护及DG保护，则环网柜B的进线开关过电流保护在未动作前返回。当故障发生在F2时，环网柜A的智能终端检测到A₀₁、A₀₂、A₁₁保护启动，A₀₁方向为负、其余保护方向为正，且A₀₁直接连接至系统，满足判据四第一条，智能终端下达命令加速短路A₀₁。环网柜B智能终端检测到B₀₁、B₀₂保护启动，B₀₁方向为负、B₀₂方向为正，同时与B₀₁相连的保护A₀₂方向为正则满足判据四的闭锁条件，则闭锁环网柜B的进线保护，避免了越级跳闸。F3故障时，环网柜A内A₀₁、A₀₂、A₁₁保护启动，A₀₂方向为负、其余保护方向为正，且与A02级联的开关B01方向为负满足判据四第二条动作判据，则加速断开A02，环网柜B的故障处理过程与A类似，不再详述。F4故障时，环网柜A内A₀₁、A₀₂、A₁₁保护启动，方向均为正，满足判据二，加速断开A₀₁、A₀₂、A₁₁。若此时A₀₂断路器失灵根据判据五，断开环网柜A所有电源侧开关以及与相连的B₀₁。

为验证本发明的实用性，采用仿真软件PSCAD/EMTDC搭建测试系统，如图3所示。系统额定电压为10.5kV，电源ES1接于母线A，电源ES2接于母线G，分布式电源DG1接于母线C，分布式电源DG2接于母线D，分布式电源DG3接于母线E，分布式电源DG4接于母线F。具体参数如表1所示。在线路AFG发生故障的保护动作信息如表2所示。

表1 测试系统配电网的网络参数

线路编号	线路类型	R(Ω/km)	X(Ω/km)	长度(km)
					A-B	架空线路	0.270	0.347	8
B-C	架空线路	0.270	0.347	7
					B1支路	电缆线路	0.259	0.093	4
A-D	架空线路	0.259	0.093	8
					D-E	架空线路	0.259	0.093	8
D1支路	架空线路	0.270	0.347	4
					A-F	电缆线路	0.259	0.093	6
F-G	电缆线路	0.259	0.093	6

表2 测试系统保护动作信息

本发明利用多分支节点保护判据改善了环网柜结构尤其级联环网柜越级跳闸、扩大停电范围的问题，满足环网柜内保护上下级配合要求并加速后备保护动作，仅采用环网柜开关逻辑量信息、无数据同步问题，计算速度快，很好的解决了配电网环网柜的保护配合问题。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种配电网环网柜保护方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)采集环网柜内保护安装处的测量电流及电流方向；

(2)根据环网柜内保护位置的不同采取不同的保护配置方案，形成保护启动信息和动作信息；

(3)根据所述保护启动信息和动作信息形成逻辑判据进行故障定位并判定失灵断路器；

(4)根据故障定位结果及断路器失灵信息加速保护动作，快速切除故障；

所述步骤(3)中，包括如下步骤：

步骤3-1、规定进线保护及分布式电源接入的出线保护电流方向为：流入母线为正，流出母线为负，规定接入用户的出线保护方向为：流出母线为正；

步骤3-2、所述故障定位的判据如下：

判据一：

当则有S_bus＝1；

判据二：

当则有

判据三：

当且I_(t)连接至电源，则有

判据四：

当若则有若则有

断路器失灵判据：

当则有E_u(k)失灵；

当则有E_d(j)失灵；

当则有I_(i)失灵；

式中：I表示进线保护，下标i，t表示进线编号，I_(i)＝1表示进线i过电流保护启动且方向为正，I_(i)＝-1表示进线过电流保护启动且方向为负；E表示出线保护，下标d表示分布式电源，下标u表示用户，j，k为出线编号，E_d(j)＝1表示分布式电源j出线过电流保护启动且方向为正，E_d(j)＝-1表示分布式电源j出线过电流保护启动且方向为负，S表示发生故障，其下标表示故障位置，bus为母线，S_bus＝1表示环网柜母线发生故障；表示分布式电源出线j发生故障；表示进线i发生故障，D表示级联环网柜保护，表示出线保护i级联的保护,表示用户k出线处断路器，为0表示断路器闭合，为1表示断路器打开；为分布式电源j出线处断路器，为0表示断路器闭合，为1表示断路器打开；表示进线处断路器，为0表示断路器闭合，为1表示断路器打开。

2.根据权利要求1所述保护方法，其特征在于，所述步骤(2)中，包括如下步骤：

步骤2-1、环网柜进线保护配置为无方向过电流保护III段，整定值为最大负荷电流，延时为0.5s；

步骤2-2、环网柜出线保护配置为无方向过电流保护III段，整定值为最大负荷电流，出线保护接分布式电源时延时为0.5s，接用户时延时为0s；

步骤2-3、每个保护配置都有弱馈保护，当电压跌落到非正常电压时环网柜保护启动并根据步骤2-1和步骤2-2进行延时动作。

3.根据权利要求1所述保护方法，其特征在于，所述步骤(4)中，包括如下步骤：

步骤4-1、故障发生在母线时，即S_bus＝1，加速断开环网柜内所有进线保护及出线保护；

步骤4-2、故障发生在某一进线时，即加速断开该进线保护；

步骤4-3、故障发生在分布式电源接入的出线时，即加速断开该出线保护；

步骤4-4、故障发生在另一环网柜，即闭锁本环网柜内启动的所有保护；

步骤4-5、用户出线保护失灵，即E_u(k)失灵，加速断开环网柜所有进线保护及出线保护；

步骤4-6、当分布式电源出线保护接收到加速命令且断路器失灵，即则加速断开所有进线保护及出线保护；

步骤4-7、当进线保护接收到加速命令且断路器失灵，即加速断开所有进线保护、出线保护以及级联环网柜内与之相连进线保护。