CN109560544A - 一种基于继电保护与智能重合闸的配电网自愈方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于继电保护与智能重合闸的配电网自愈的方法，涉及电力技术领域。具体包括，通过电容式PT取电及电容分压式电子式互感器测量三相电压与电流的一体化开关；通过标准104/101通信规约实时上传线路信息及故障信息，进行线路运行状态就地分析及故障状态就地分析与故障追忆；通过一体化开关的就地继电保护和智能重合闸实现故障区域定位隔离、瞬时故障及非故障区域自恢复，最大化缩小故障范围，保证分支故障不影响主干线，主干线故障不影响站内；通过首端开关零序电流方向与线路开关零序电流大小，进行线路接地选线与接地故障定位。

Description

一种基于继电保护与智能重合闸的配电网自愈方法及应用

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体为一种基于继电保护与智能重合闸的配电网自愈方法及应用。

背景技术

在配电自动化系统的建设中，自动化装置的电源一般采用电磁式电压互感器，在工程实施中需要单独吊装、接线，增加工程施工量且容易出现现场接线错误，采用高压电流互感器或太阳能电池板作为电源在运行过程中受天气或负荷变化的影响，电源供给不稳定，限制配电自动化的发展。我国配电网大都采用中性点非有效接地方式，具有供电可靠性高的特点，在中性点非有效接地方式下，大多数瞬时性单相接地在电弧熄灭后故障现象即可消失，对于永久性单相接地，也可以保持正常线电压为用户维持供电。但中性点非有效接地系统在发生单相接地故障时由于故障信号小，单相接地选线和定位都比较困难。

常规配电网自动化装置由断路器本体、隔离刀闸、PT电源、控制柜组成，体积大，组件多，设备接口不匹配，兼容性、扩展性、互换性差，现场工程安装施工量大且容易出现接线错误，缺乏一二次设备联动测试机制，降低配电自动化建设效率。配电网点多面广、运行环境复杂且故障频发。目前的重合器式馈线自动化虽然可以实现故障就地隔离和恢复非故障区域供电，但也存在方案固有的技术问题，线路永久故障时，变电站需要两次重合可以恢复正常供电，短路电流较大时对变电站一次设备冲击较大，且引起两次全线线路停电，扩大停电面积降低供电可靠性。

中性点非有效接地系统的单相接地选线和定位问题一直没有很好地解决方案，现有的接地故障自动选线方法有注入信号法、基于故障稳态分量法和基于故障暂态分量法，注入信号法需要专门的注入信号源以及辅助检测装置，投资成本高且可靠性受导线分布电容、接地电阻等影响较大；利用故障稳态分量时无法检测间歇性接地故障或经消弧线圈接地方式；利用故障暂态分量受过渡电阻、故障时刻等多种因素影响，暂态信号具有随机性、局部性、非平稳性特点，

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于继电保护与智能重合闸的配电网自愈方法及应用，解决了常规配电网自动化装置体积大，组件多，设备接口不匹配，兼容性、扩展性、互换性差，现场工程安装施工量大且容易出现接线错误，缺乏一二次设备联动测试机制，降低配电自动化建设效率，重合器式馈线自动化线路永久故障时，变电站需要两次重合可以恢复正常供电，在短路电流较大时对变电站一次设备冲击较大，且引起两次全线线路停电，扩大停电面积降低供电可靠性的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于继电保护与智能重合闸的配电网自愈的方法，具体包括以下步骤：

S1、首先通过一体化开关内的电容PT取电，通过电子式互感器测量三相电压、电流和功率因数，电子式互感器通过电容分压将一次电压信号成比例转换为小电压信号，通过传输系统及信号处理单元实现电压信号的传输及电压互感器的阻抗变换、相位补偿和幅值调节，电子式互感器与断路器一体化设计，可进行三相电压、电流的宽范围高精度测量，采集线路电压、电流相位及功率方向，支持控制单元的线路监测、短路保护、接地保护，提升线路线损精益化管理水平；

S2、采用移动APN专网通讯，通过DL/T 634标准的104/101通信规约，将S1采集的数据接入标准配电自动化主站系统，具备身份双向认证及加密传输，实时上传线路信息及故障信息，进行线路运行状态就地分析及故障状态就地分析与故障追忆；

S3、FTU具备接地、过流、速断故障的检测、告警及保护，通过保护压板设置进行投退，通过对采集到的三相电流信号进行周波有效值计算，在三相电流中任意一相电流大于等于保护整定值并经过整定时间后保护动作，根据用户设置开关保护动作跳闸或告警，当检测到零序电压超过设置整定值范围，零序电流大于整定值并经过整定时间后保护动作跳闸或告警；

S4、线路开关投入一次重合闸时，在保护动作跳闸或自动失压分闸后，检测上级来电后延时合闸，合闸后延时内开关不再动作视为重合闸成功，短时闭锁分闸，延时内开关再次动作视为重合闸失败，故障在本级开关后方，开关闭锁于分闸状态，一次重合闸完成瞬时故障自恢复，在开关级差保护失去选择性时恢复非故障区域供电，通过一体化开关的就地继电保护和智能重合闸实现故障区域定位隔离、瞬时故障及非故障区域自恢复，最大化缩小故障范围，保证分支故障不影响主干线，主干线故障不影响站内。通过首端开关零序电流方向与线路开关零序电流大小，进行线路接地选线与接地故障定位。

优选的，所述步骤S1中的电容PT为金属化聚丙烯膜电容器。

优选的，所述继电保护与智能重合闸的配电网自愈方法在10kV共母线线路中的应用。

本发明还公开了一种基于继电保护与智能重合闸的配电网自愈方法的应用，所述继电保护与智能重合闸的配电网自愈方法在10kV共母线线路中的应用，具体包括以下步骤：

T1、当线路上A点发生永久短路故障时，首端开关延时为Δt，分段开关延时为0，由于延时级差的存在，首端开关不动作，由两个分段开关动作隔离故障；

T2、分段开关1-2动作后由于上级有压，进入延时重合闸计时，经过整定延时后重合闸，合闸后整定延时内开关未再次分闸认为重合成功，故障不在本级，短时闭锁分闸；

T3、分段开关1-2重合成功后，分段开关1-3检测到上级有压，在整定延时后重合闸，重合闸于故障后，开关1-2处于短时闭锁分闸状态，开关1-3再次分闸，在整定延时内再次分闸视为重合失败，开关1-3闭锁于分闸状态；

T4、当线路上B点发生单相接地故障时，线路开关检测到零序电流超过定值，上传接地故障信息到配电自动化主站，主站总召共母线线路开关零序电流大小及方向；

T5、线路4首端开关零序电流方向为从线路流向10kV母线，线路1、2、3、5首端开关零序电流方向均为从10kV母线流向线路，可确定接地故障在线路4上；

T6、线路4的两个分段开关均检测到零序电流，故障点后方开关零序电流为开关后方线路自身对地电容电流，故障点前方开关零序电流为共母线所有线路对地电容电流，两开关零序电流相差很大，可确定接地点位于线路4两分段开关之间。

(三)有益效果

本发明提供了一种基于继电保护与智能重合闸的配电网自愈方法及应用。与现有技术相比具备以下有益效果：该基于继电保护与智能重合闸的配电网自愈方法及应用，通过在具体包括以下步骤：S1、首先通过一体化开关内的电容PT取电，通过电子式互感器测量三相电压、电流和功率因数，电子式互感器通过电容分压将一次电压信号成比例转换为小电压信号，通过传输系统及信号处理单元实现电压信号的传输及电压互感器的阻抗变换、相位补偿和幅值调节，S2、采用移动APN专网通讯，通过DL/T 634标准的104/101通信规约，将S1采集的数据接入标准配电自动化主站系统，具备身份双向认证及加密传输，实时上传线路信息及故障信息，进行线路运行状态就地分析及故障状态就地分析与故障追忆，S3、FTU具备接地、过流、速断故障的检测、告警及保护，通过保护压板设置进行投退，通过对采集到的三相电流信号进行周波有效值计算，在三相电流中任意一相电流大于等于保护整定值并经过整定时间后保护动作，S4、线路开关投入一次重合闸时，在保护动作跳闸或自动失压分闸后，检测上级来电后延时合闸，合闸后延时内开关不再动作视为重合闸成功，短时闭锁分闸，延时内开关再次动作视为重合闸失败，故障在本级开关后方，开关闭锁于分闸状态，一次重合闸完成瞬时故障自恢复，在开关级差保护失去选择性时恢复非故障区域供电，可实现通过体积小和重量轻的一体化开关避免铁磁谐振的风险，同时电子式互感器与断路器一体化设计，实现三相电压、电流的宽范围高精度测量，具备电流保护、方向保护功能，提升线路线损精益化管理水平，一体化开关测量线路三相及零序电压、电流的幅值与相位，具备三遥功能，采用104/101标准规约与主站数据传输，具备身份双向认证及加密传输，可实现就地继电保护以及一次重合闸恢复瞬时性故障，线路开关具备接地选线功能，通过主站召测共母线线路首端开关零序电流方向确定接地故障线路，通过线路分段开关零序电流大小确定接地故障点，在线路发生故障时通过继电保护和重合闸实现最大化缩小故障区域，实现瞬时故障及非故障区域的自恢复，通过分段开关与出线开关的时间级差配合，首端开关代替变电站进行重合，实现分支故障不影响主干线，主干线故障不影响站内。

附图说明

图1为本发明短路故障就地处理流程图；

图2为本发明10kV共母线线路图；

图3为本发明10kV某线路拓扑及开关布点图；

图4为本发明10kV某线路开关保护配置表。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明实施例提供一种技术方案：一种基于继电保护与智能重合闸的配电网自愈的方法，具体包括以下步骤：

S1、首先通过一体化开关内的电容PT取电，通过电子式互感器测量三相电压、电流和功率因数，电子式互感器通过电容分压将一次电压信号成比例转换为小电压信号，通过传输系统及信号处理单元实现电压信号的传输及电压互感器的阻抗变换、相位补偿和幅值调节，电子式互感器与断路器一体化设计，可进行三相电压、电流的宽范围高精度测量，采集线路电压、电流相位及功率方向，支持控制单元的线路监测、短路保护、方向保护，提升线路线损精益化管理水平；

S2、采用移动APN专网通讯，通过DL/T 634标准的104/101通信规约，将S1采集的数据接入标准配电自动化主站系统，具备身份双向认证及加密传输，实时上传线路信息及故障信息，进行线路运行状态就地分析及故障状态就地分析与故障追忆；

S3、FTU具备接地、过流、速断故障的检测、告警及保护，通过保护压板设置进行投退，通过对采集到的三相电流信号进行周波有效值计算，在三相电流中任意一相电流大于等于保护整定值并经过整定时间后保护动作，根据用户设置开关保护动作跳闸或告警，当检测到零序电压超过设置整定值范围，零序电流大于整定值并经过整定时间后保护动作跳闸或告警；

S4、线路开关投入一次重合闸时，在保护动作跳闸或自动失压分闸后，检测上级来电后延时合闸，合闸后延时内开关不再动作视为重合闸成功，短时闭锁分闸，延时内开关再次动作视为重合闸失败，故障在本级开关后方，开关闭锁于分闸状态，一次重合闸完成瞬时故障自恢复，在开关级差保护失去选择性时恢复非故障区域供电，通过一体化开关的就地继电保护和智能重合闸实现故障区域定位隔离、瞬时故障及非故障区域自恢复，最大化缩小故障范围，保证分支故障不影响主干线，主干线故障不影响站内。通过首端开关零序电流方向与线路开关零序电流大小，进行线路接地选线与接地故障定位。

本发明中，步骤S1中的电容PT为金属化聚丙烯膜电容器。

本发明中，继电保护与智能重合闸的配电网自愈方法在10kV共母线线路中的应用。

本发明还公开了一种基于继电保护与智能重合闸的配电网自愈方法的应用，继电保护与智能重合闸的配电网自愈方法在10kV共母线线路中的应用，具体包括以下步骤：

T1、当线路上A点发生永久短路故障时，首端开关延时为Δt，分段开关延时为0，由于延时级差的存在，首端开关不动作，由两个分段开关动作隔离故障；

T2、分段开关1-2动作后由于上级有压，进入延时重合闸计时，经过整定延时后重合闸，合闸后整定延时内开关未再次分闸认为重合成功，故障不在本级，短时闭锁分闸；

T3、分段开关1-2重合成功后，分段开关1-3检测到上级有压，在整定延时后重合闸，重合闸于故障后，开关1-2处于短时闭锁分闸状态，开关1-3再次分闸，在整定延时内再次分闸视为重合失败，开关1-3闭锁于分闸状态；

T4、当线路上B点发生单相接地故障时，线路开关检测到零序电流超过定值，上传接地故障信息到配电自动化主站，主站总召共母线线路开关零序电流大小及方向；

T5、线路4首端开关零序电流方向为从线路流向10kV母线，线路1、2、3、5首端开关零序电流方向均为从10kV母线流向线路，可确定接地故障在线路4上；

T6、线路4的两个分段开关均检测到零序电流，故障点后方开关零序电流为开关后方线路自身对地电容电流，故障点前方开关零序电流为共母线所有线路对地电容电流，两开关零序电流相差很大，可确定接地点位于线路4两分段开关之间。

应用案例

10kV某线路变电站退出瞬时速断保护，投延时速断保护、过电流保护及一次重合闸，按照配电自动化导则要求，结合线路运行情况，对线路开关点位优化调整后如图3所示，线路首端开关选择方向型一体化开关，其他开关均选择常规型一体化开关，线路开关拟退出瞬时速断保护，通过限时速断保护及过流保护通过时间级差配合形成多级级差保护配合，任意一点故障由本级保护就地隔离，不引起上级跳闸，同时配置一次重合闸完成瞬时故障及非故障区域自恢复，该线路保护定值按照配电网自愈方案整定后如图4所示。

线路运行2个月时间内，共发生3次故障，线路均正确判断及隔离。

第一次故障时，3分支1#杆后发生瞬时速断故障，故障电流804.06A，超过3分支1#杆开关Ⅱ段定值800A和主干线出线开关及主干线21#杆开关Ⅲ段定值504A及420A，主干线出线开关及21#杆开关进入Ⅲ段延时1s、0.8s，3分支1#杆开关Ⅱ段延时为0s，3分支1#杆开关动作隔离故障，在整定延时后重合闸成功，线路恢复供电。

第二次故障时，8分支67#杆后发生永久过流故障，故障电流381.08A，超过8分支01#杆和67#杆开关Ⅲ段定值250A和200A，两个开关均进入Ⅲ段延时0.4s和0.2s，67#杆开关延时0.2s后分闸隔离故障，在整定时间后重合闸失败闭锁于分闸状态，就地隔离故障。

第三次故障时，4分支130#杆后发生瞬时过流故障，故障电流493.35A，超过主干线21#杆、4分支01#杆、4分支130#杆开关Ⅲ段定值420A、300A、200A，三个开关均进入Ⅲ段延时0.8s、0.4s、0.2s，130#杆开关延时0.2s后动作分闸隔离故障，在整定延时后重合闸成功，线路恢复供电。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基于继电保护与智能重合闸的配电网自愈的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、首先通过一体化开关内的电容PT取电，通过电子式互感器将三相电压、电流和功率因数进行测量，电子式互感器通过电容分压将一次电压信号成比例转换为小电压信号，通过传输系统及信号处理单元实现电压信号的传输及电压互感器的阻抗变换、相位补偿和幅值调节，电子式互感器与断路器一体化设计，可进行三相电压、电流的宽范围高精度测量，采集线路电压、电流相位及功率方向，支持控制单元的线路监测、短路保护、方向保护，提升线路线损精益化管理水平；

S2、采用移动APN专网通讯，通过DL/T 634标准的104/101通信规约，将S1采集的数据接入标准配电自动化主站系统，具备身份双向认证及加密传输，实时上传线路信息及故障信息，进行线路运行状态就地分析及故障状态就地分析与故障追忆；

S3、FTU具备接地、过流、速断故障的检测、告警及保护，通过保护压板设置进行投退，通过对采集到的三相电流信号进行周波有效值计算，在三相电流中任意一相电流大于等于保护整定值并经过整定时间后保护动作，根据用户设置开关保护动作跳闸或告警，当检测到零序电压超过设置整定值范围，零序电流大于整定值并经过整定时间后保护动作跳闸或告警；

S4、线路开关投入一次重合闸时，在保护动作跳闸或自动失压分闸后，检测上级来电后延时合闸，合闸后延时内开关不再动作视为重合闸成功，短时闭锁分闸；延时内开关再次动作视为重合闸失败，故障在本级开关后方，开关闭锁于分闸状态。一次重合闸完成瞬时故障自恢复，并在开关级差保护失去选择性时恢复非故障区域供电，通过一体化开关的就地继电保护和智能重合闸实现故障区域定位隔离、瞬时故障及非故障区域自恢复，最大化缩小故障范围，保证分支故障不影响主干线，主干线故障不影响站内。通过首端开关零序电流方向与线路开关零序电流大小，进行线路接地选线与接地故障定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于继电保护与智能重合闸的配电网自愈方法及应用，其特征在于：所述步骤S1中的电容PT为金属化聚丙烯膜电容器。

3.根据权利要求1所述的一种基于继电保护与智能重合闸的配电网自愈方法及应用，其特征在于：所述继电保护与智能重合闸的配电网自愈方法在10kV共母线线路中的应用。

4.根据权利要求3所述的一种基于继电保护与智能重合闸的配电网自愈方法的应用，其特征在于：所述继电保护与智能重合闸的配电网自愈方法在10kV共母线线路中的应用，具体包括以下步骤：

T1、当线路上A点发生永久短路故障时，首端开关延时为Δt，分段开关延时为0，由于延时级差的存在，首端开关不动作，由两个分段开关动作隔离故障；

T2、分段开关1-2动作后由于上级有压，进入延时重合闸计时，经过整定延时后重合闸，合闸后整定延时内开关未再次分闸认为重合成功，故障不在本级，短时闭锁分闸；

T3、分段开关1-2重合成功后，分段开关1-3检测到上级有压，在整定延时后重合闸，重合闸于故障后，开关1-2处于短时闭锁分闸状态，开关1-3再次分闸，在整定延时内再次分闸视为重合失败，开关1-3闭锁于分闸状态；

T4、当线路上B点发生单相接地故障时，线路开关检测到零序电流超过定值，上传接地故障信息到配电自动化主站，主站总召共母线线路开关零序电流大小及方向；

T5、线路4首端开关零序电流方向为从线路流向10kV母线，线路1、2、3、5首端开关零序电流方向均为从10kV母线流向线路，可确定接地故障在线路4上；

T6、线路4的两个分段开关均检测到零序电流，故障点后方开关零序电流为开关后方线路自身对地电容电流，故障点前方开关零序电流为共母线所有线路对地电容电流，两开关零序电流相差很大，可确定接地点位于线路4两分段开关之间。