CN109830942B - 基于电压突变量和三序分量不对称度闭锁反向合闸方法 - Google Patents

基于电压突变量和三序分量不对称度闭锁反向合闸方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于电压突变量和三序分量不对称度闭锁反向合闸方法，在电压时间型馈线自动化中，故障点下游自动化开关依据序分量不对称度闭锁反向合闸，联络自动化开关依据电压正序分量突变量闭锁联络转供。本发明适应非对称故障和对称故障，给出了新的反向闭锁合闸策略，提高了反向合闸闭锁的灵敏度，从而提高了就地馈线自动化故障区段定位与隔离的准确率。

Description

基于电压突变量和三序分量不对称度闭锁反向合闸方法
技术领域
本发明属于配电网故障隔离技术领域，特别涉及一种配电网电压时间型馈线自动化闭锁反向合闸的方法。
背景技术
当前，配电网建设已成为我国智能电网发展中的关键组成部分，提高供电可靠率是智能配电网建设的重要目标，我国配网故障概率高，大量统计资料显示，超过85％的故障停电发生在配电网，故障区段定位与隔离是提高供电可靠性重要策略，馈线自动化是配电线路故障区段定位与隔离的主要手段。
电压时间型馈线自动化应用于手拉手环网，发生故障时，站内出线断路器速断跳闸，故障区段隔离依据以下两个策略：(1)故障点上游开关采用Y时间(合闸后故障确认时间)内失压(采样电压有效值低于60％额定电压)来实现闭锁合闸；(2)故障点下游开关采用停电侧出现残压来实现闭锁合闸。其中策略(2)存在如下问题：考虑到经济性和施工安装简便，工程应用中一般在电源侧和负荷侧各装设单台电源PT，该PT为终端提供电源和线电压检测，无法检测到两侧三相电压，当接入PT的两相发生短路及短路接地故障、三相短路及短路接地故障时，例如UA和UB两相短路，PT无法检测到残压，分段自动化开关反向闭锁功能失效，联络自动化开关转供时造成对侧变电站保护跳闸，故障隔离区间扩大，对侧线路出现短时停电。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于相电压突变量和三序分量不对称度闭锁反向合闸的方法，以解决上述技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于电压突变量和三序分量不对称度闭锁反向合闸方法，包括以下步骤：
(1)电压时间型馈线自动化的各自动化节点，安装具备测量三相电压的配电自动化开关，分段点配置为分段开关模式，联络点配置为联络开关模式，各自动化开关的控制单元具有后备电源；
(2)各自动化开关实时采集三相电压，设定配电网线路额定电压有效值为Ue，故障时刻为t0，相电压周期采样数为N，依据故障时刻可求得电压突变量
Figure BDA0001700001230000021
(下标p表示A、B、C三相的任一相)；
(3)对三相电压突变量采用加窗矩形DFT变换，再利用三相量分解得到正序突变电压
Figure BDA0001700001230000022
负序电压
Figure BDA0001700001230000023
零序电压
Figure BDA0001700001230000024
(4)依据公式(1)判别故障是否为对称性故障；如果公式1成立则为对称性故障，则联络开关闭锁联络转供功能；
Figure BDA0001700001230000025
(5)依据公式(2)，电压负序分量和零序分量之和，与正序分量的比值θU超过定值θset，判断故障是否为非对称性故障；如果公式2成立则为非对称性故障，则分段开关闭锁反向合闸；
Figure BDA0001700001230000026
进一步的，在步骤(4)中，当联络开关闭锁联络功能后，如果两侧有压且持续超过设定时间，则解除闭锁。
进一步的，设定时间为7s。
进一步的，步骤(4)中需要解决人工跳闸检修和遥控倒负荷时下游开关感知的电压特征也满足式(1)的问题，当此类情况发生时，联络开关L闭锁转供功能，采用双侧有压延时复位闭锁。
进一步的，步骤(5)根据不对称短路分析基本原理，可推导出故障点不同故障类型电压突变量不对称度表达式(3)，其整定值θset可取0.2～0.4。推导分析过程如下：
Figure BDA0001700001230000031
整理上式可得到式(4)。
Figure BDA0001700001230000032
由式(4)可知：单相接地故障θU值与主要与接地过渡电阻相关，最小值为1；相间短路故障θU值主要与网架线路的负序阻抗与正序阻抗比值相关，通常正序阻抗与负序阻抗相等，因此相间短路故障θU接近于1；两相短路接地故障时θU值与零序阻抗和负序阻抗相关，架空线路零序阻抗是负序阻抗的3倍，电缆线路的零序阻抗与金属套是否单端或两端接地相关，当两端接地时，零序阻抗略大于负序阻抗，因此θU值最小区间[1.5-2]。此外故障点前端的电压突变量不对称程度将随着离故障点的短路距离增大而逐渐增大，故障点后端的电压突变量不对称程度基本保持不变。本方法仅需关注故障点后端相邻分段开关的电压突变量特征。综上，θset依据相间短路故障θU最小值，考虑可靠性，θset可取0.2～0.4。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明采用基于故障时刻的电压序分量不对称度和正序分量低压元件组合的反向合闸闭锁识别方法：相电压低压元件闭锁联络开关的转供功能，序分量不对称度闭锁分段开关的反向合闸。有效解决了三相短路故障和接入PT两相短路接地故障导致残压闭锁反向合闸失效问题；提高了分段开关反向合闸闭锁的灵敏度，避免了对侧变电站线路联络转供合于故障，本发明仅需两个工频周期即可得出判别结果，有利于快速隔离故障和保障配电系统运行的可靠性。
附图说明
图1为用于手拉手环网的电压时间型馈线自动化实施系统示意图；
图2为反向闭锁策略流程图；
图3为故障发生示意图；
图4为对称故障下的故障区段隔离及恢复供电示意图；
图5为系统对称故障隔离及恢复供电示意图；
图6为馈线多分段仿真模型图；
图7为三相短路(接地)电压突变量序分量；
图8为两相短路接地电压突变量序分量。
具体实施方式
在图1所述的实施系统中，按照馈线单元建设模式，一条馈线分段点S均配置分段自动化负荷开关，联络点L配置联络自动化负荷开关(常开状态)；其中分段自动化负荷开关具备电压序分量不对称度的反向闭锁功能，联络自动化负荷开关具备相电压突变量的反向闭锁功能，各自动化开关控制器均配置有2分钟后备电源。
下边以一次系统架构结合图1结合反向闭锁策略流程图2，阐述B区段(图3中S11和S12间)故障处理。处理过程如下所述：
(1)各自动化开关实时采集三相电压，设定配电网线路额定电压有效值为Ue，故障时刻为t0，相电压周期采样数为N，依据故障时刻可求得电压突变量
Figure BDA0001700001230000041
(下标p表示A、B、C三相的任一相)；
(2)f点发生故障时，见图3，CB1保护跳闸，S11、S12、L将感受到电压突变量，S11和S12失压分闸；
(3)S11和S12检测出相电压序分量不对称度θU超过定值θset，判定为非对称性故障，置位反向闭锁；L检测出相电压突变量不满足公式(1)，启动自动计时联络转供；
(4)CB1第一次重合闸，由于故障不在A区段，S11分闸状态时检测出来电侧相电压分量不对称度θU小于定值θset，则S11复位反向闭锁标志；S11按照电压时间型逻辑X延时到后合闸，如果是永久故障，则CB1再次保护跳闸，S11在Y时间内失压，置位正向闭锁，至此，故障点上游开关S11处于分闸且闭锁正向合闸。
(5)在S11合闸到跳开时间周期内(约为100ms)，S12虽然处于分闸状态，但其电源侧能够再次检测出相电压分量不对称度θU满足反向闭锁判据，反向闭锁置位保持，至此，故障点下游开关处于分闸且闭锁反向合闸。
(6)L计时满足，自动转供，故障区域成功隔离且非故障区段恢复供电(见图4)。
(7)在步骤3中，当发生为对称性故障，S11和S12检测出相电压序分量不对称度θU不超过定值θset，反向闭锁功能不启动；L检测出相电压突变量满足公式(1)，禁止自动计时联络转供，至此故障点第二级下游开关L处于分闸且闭锁反向合闸状态。
(8)CB1第一次重合闸，S11反向闭锁标志未置位，无需进入序分量判断逻辑；S11按照电压时间型逻辑X延时到后合闸，如果是永久故障，则CB1再次保护跳闸，S11在Y时间内失压，置位正向闭锁，至此，故障点上游开关S11处于分闸且闭锁正向合闸。
(9)故障点下游非故障区段无法实现自动恢复供电，但由于对称故障特征明显，巡线难度较小，见图5。
(10)在步骤2中，当人工跳闸检修或带电遥控倒负荷，下游联络开关L感知的电压特征也满足式(1)，此时L闭锁，检修区段的隔离满足工程实际应用需求，因此不再进行额外辅助判断，只需要增加双侧来电延时复位闭锁联络功能即可。
仿真验证
根据配网中各元件参数，建立配电网仿真模型如图6所示。该模型中，110kV变电站有一回进线，通过一台主变压器配出的10kV系统为单母线形式；母线带有2条馈线，消弧线圈装在所用变中性点上。开关K打开时，系统为中性点不接地系统；开关K闭合则为消弧线圈接地系统，过补偿度取为10％。仿真数据采样率为6.4kHz，符合配电终端的实际采样速率。依据前述线路1采用A、B、C三分段(S1、S2)以及联络开关L，该线路三变压器的变送功率总共为1.2MVA，其实载负荷有功功率为0.8MW，线路参数见表1。故障时刻为1.002s，故障点位于B区段，分别模拟人工跳闸、非对称故障、对称故障。
表1 线路参数表
Table1 Parameters of line
Figure BDA0001700001230000061
在MATLAB中编程，按前述，求解故障电压突变量及相序分量，仿真分析波形图图7至图8所示。
统计上述情景下的各分段点电压序分量不对称度如下表所示。
表2 人工跳闸各监测点的序分量和不对称度计算值
Figure BDA0001700001230000062
表3 三相短路故障各监测点的序分量和不对称度计算值
Figure BDA0001700001230000063
表4 单相断线故障各监测点的序分量和不对称度计算值
Figure BDA0001700001230000071
表5 两相断线故障各监测点的序分量和不对称度计算值
Figure BDA0001700001230000072
表6 单相接地故障各监测点的序分量和不对称度计算值
Figure BDA0001700001230000073
表7 单相接地故障重合闸各监测点的序分量和不对称度计算值
Figure BDA0001700001230000074
表8 两相接地故障各监测点的序分量和不对称度计算值
Figure BDA0001700001230000075
表9 两相经300欧姆电阻接地故障各监测点的序分量和不对称度计算值
Figure BDA0001700001230000076
表10 两相短路故障各监测点的序分量和不对称度计算值
Figure BDA0001700001230000081
从仿真结果表2～表3中可以看出，人工跳闸以及三相短路故障电压序分量不对称度很小，因此需要采取前述的L联络点闭锁合闸；表4～表10看出各区段的序分量不对称度均大于整定值，可以作为故障点下游开关的闭锁反向合闸判据，并提高了闭锁反向合闸的灵敏性。

Claims (4)

1.基于电压突变量和三序分量不对称度闭锁反向合闸方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在电压时间型馈线自动化的各自动化节点，安装具备测量三相电压的配电自动化开关，分段点配置为分段开关模式，联络点配置为联络开关模式，各自动化开关的控制单元具有后备电源；
(2)各自动化开关实时采集三相电压，设定配电网线路额定电压有效值为Ue，故障时刻为t0，相电压周期采样数为N，依据故障时刻求得电压突变量
Figure FDA0002412673520000011
下标p表示A、B、C三相的任一相；
(3)对三相电压突变量采用加窗矩形DFT变换，再利用三相量的分解得到正序突变电压
Figure FDA0002412673520000012
负序电压
Figure FDA0002412673520000013
零序电压
Figure FDA0002412673520000014
(4)依据公式(1)判别故障是否为对称性故障；如果是对称性故障则联络开关闭锁联络转供功能；
Figure FDA0002412673520000015
(5)依据公式(2)，电压负序分量和电压零序分量之和，与电压正序分量
Figure FDA0002412673520000016
的比值θU超过整定值θset，判断故障是否为非对称性故障，如果是非对称性故障则分段开关闭锁反向合闸；
Figure FDA0002412673520000017
2.根据权利要求1所述的基于电压突变量和三序分量不对称度闭锁反向合闸方法，其特征在于，步骤(5)中整定值θset取0.2～0.4。
3.根据权利要求1所述的基于电压突变量和三序分量不对称度闭锁反向合闸方法，其特征在于，在步骤(4)中，当联络开关闭锁联络转供功能后，如果两侧有压且持续超过设定时间，则解除闭锁。
4.根据权利要求3所述的基于电压突变量和三序分量不对称度闭锁反向合闸方法，其特征在于，设定时间为7s。
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