CN109995024A - 一种多级电网协同自愈系统及自愈方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统的技术领域，更具体地，涉及一种多级电网协同自愈系统及自愈方法，第一备自投装置接收第一变压器保护装置发出的保护动作信号；第二环网自愈装置接收第二线路保护装置、母线保护装置的保护动作信号及第一分段备自投装置的动作失败信号，第二备自投装置接收第二变压器保护装置的保护动作信号及第二环网自愈装置的动作失败信号；第三环网自愈装置接收第三线路保护装置、第三母线保护装置的保护动作信号及第二分段备自投装置的动作失败信号。当系统发生短路故障，各级自愈系统根据收集到的信号进行逻辑判断，合上开环点开关对非故障失电区域恢复供电，能够缩短供电恢复时间，同时减少定值整定的工作量。

Description

一种多级电网协同自愈系统及自愈方法

技术领域

本发明涉及电力系统的技术领域，更具体地，涉及一种多级电网协同自愈系统及自愈方法。

背景技术

目前，我国很多大都市已跻身国际一线大都市行列，在这些大城市中，居民生活品质和电气化程度越来越高。如果停电，将造成很大影响，减少停电次数、缩短停电时间都会对社会产生巨大贡献。未来的电力系统将是广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可控的电力系统。全面启动提高城市配电网的可靠性和供电质量，用户年平均停电时间不超过30分钟，供电可考虑分别达到99.994％，使用户基本感受不到停电。

现有可应用于实际工程的馈线自动化模式主要有：主站集中型模式、就地级差模式、电压-时间型模式等方式的故障隔离及恢复的时间在分钟级，无法满足五个九的供电可靠性要求，仅有智能分布式通过其毫秒级的故障隔离时间以及秒级的故障恢复时间，能满足五个九的供电可靠性要求，但目前的智能分布式馈线自动化的故障恢复时间均需与上级电网的复电操作时间配合，若上级电网的复电操作时间较长，则最终配电网的故障恢复时间也将延长，不利于供电可靠性的提高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多级电网协同自愈系统及自愈方法，各级电网间通过信号量交互实现协同自愈，而非通过简单的时间级差配合，缩短复电操作时间，减少定值整定的工作量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种多级电网协同自愈系统，包括两组第一变电站、多组开闭所以及多组第二变电站，多组第二变电站顺次手拉手连接，两组所述第一变电站分别与首组第二变电站、末组第二变电站电连接；多组开闭所顺次手拉手连接，首末两组开闭所分别与两组第二变电站电连接；；

所述第一变电站配置有第一变压器保护装置、第一母线保护装置以及第一分段备自投装置，所述第一变压器保护装置、第一母线保护装置与所述第一分段备自投装置建立通信连接；

所述第二变电站配置有第二变压器保护装置、第二母线保护装置、第二线路保护装置、第二环网自愈装置以及第二分段备自投装置，所述第二母线保护装置、第二线路保护装置、第二分段备自投装置及第一分段备自投装置与所述第二环网自愈装置建立通信连接，所述第二分段备自投装置还与第二变压器保护装置建立通信连接；

所述开闭所配置有第三线路保护装置、第三母线保护装置及第三环网自愈装置，所述第三线路保护装置、第三母线保护装置及第二分段备自投装置均建立通信连接。

本发明的多级电网协同自愈控制方法，第一备自投装置接收第一变压器保护装置发出的保护动作信号；第二环网自愈装置接收第二线路保护装置、母线保护装置的保护动作信号，还接收第一分段备自投装置的动作失败信号，第二备自投装置接收第二变压器保护装置的保护动作信号，还接收第二环网自愈装置的动作失败信号；第三环网自愈装置接收第三线路保护装置以及第三母线保护装置的保护动作信号，同时接收第二分段备自投装置的动作失败信号。本发明的各级电网之间通过信号量交互实现协同自愈，而非通过时间级差配合实现协同自愈的方法，能够缩短供电恢复时间，同时减少定值整定的工作量。

进一步地，所述第一变电站、第二变电站、开闭所均包括若干开环点开关。自愈系统中的开环点开关获取自身所在母线以及相邻母线的电气量、开关状态信息以及动作信号，通过这些信号来判定自身是否满足充电、放电或者动作条件。当系统发生短路故障后，各级自愈系统根据收集到的信号进行逻辑判断，从而合上开环点开关对故障失电区域恢复供电，不需要传统的时间级差配合，缩短供电恢复时间。

进一步地，所述开环点开关为在环网线路中的联络线开关或母线间的分段开关。通过环网线路中的联络线开关或母线间的分段开关获取自身所在母线以及相邻母线的电气量、开关状态信息以及动作信号。

进一步地，所述电气量包括母线三相电压以及母线上各支路的三相电流，所述开关状态信息包括开关分闸位置、开关合闸位置、开关位置异常以及开关拒动，所述动作信号包括母线保护动作失败、线路保护动作失败、变压器保护动作失败以及自愈装置动作失败。但需要说明的是，本发明的电气量、开关状态信息、动作信号并不局限于上述列举的参数。

进一步地，所述动作信号为开环点开关两侧母线的进线开关上游故障引起的保护动作。

进一步地，所述自愈系统为多级，包括第一变电站侧母线分段备自投、设于第二变电站的第一环网自愈系统、第二变电站侧母线分段备自投以及设于开闭所的第二环网自愈系统。

本发明还提供了一种多级电网协同自愈方法，包括以下步骤：

S10.开环点开关根据自身母线以及相邻母线的电气量、开关状态信息判定是否满足充电条件，满足充电条件后经充电时间后进入充电状态；

S20.在充电状态下：根据自身母线以及相邻母线的状态判断是否满足放电条件，若满足，则退出充电状态；

S30.在充电状态下：根据自身母线以及相邻母线的状态判断是否满足动作条件，若满足，则控制切断最靠近故障点两侧的开关，并控制开环点开关的合闸操作。

本发明的多级电网协同自愈方法，当电网系统发生短路故障后，各级自愈系统根据收集到的信号进行逻辑判断，合上开环点开关对非故障失电区域恢复供电，不需要传统的时间级差的配合，缩短供电恢复时间。

优选地，所述充电条件包括开环点开关处于分闸状态、开环点开关两侧的母线均满足有压条件。

优选地，所述放电条件包括与开环点开关直接相连的线路或母线发生故障、开环点开关处于合闸状态、自愈系统通信异常。

优选地，所述动作条件包括开环点开关两侧母线有且只有一条母线失压、收到本级自愈系统相关保护装置动作信号、收到上级自愈系统动作失败信号。

上述充电条件、放电条件及动作条件为主要条件，但本发明并不局限于上述条件，本发明针对不同的一次接线以及不同的用户需求会增加若干特殊条件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的各级电网之间通过开环点开关获取自身所在母线以及相邻母线的电气量、开关状态信息以及动作信号，通过这些信号来判定自身是否满足充电、放电或者动作条件。当系统发生短路故障后，各级自愈系统根据收集到的信号进行逻辑判断，从而合上开环点开关对故障失电区域恢复供电；通过信号量交互实现协同自愈，而非通过时间级差配合实现协同自愈的方法，能够缩短供电恢复时间，同时减少定值整定的工作量。

附图说明

图1为实施例一的多级电网协同自愈系统的设备配置图。

图2为实施例一的多级电网协同自愈系统的一次接线图。

图3为实施例二的多级电网协同自愈系统的故障点示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例一

如图1至图2所示为本发明的多级电网协同自愈系统及自愈方法的实施例，本发明的多级电网协同自愈系统包括两组第一变电站、多组开闭所以及多组第二变电站，多组第二变电站顺次手拉手连接，两组所述第一变电站分别与首组第二变电站、末组第二变电站电连接；多组开闭所顺次手拉手连接，首末两组开闭所分别与两组第二变电站电连接；；

第一变电站配置有第一变压器保护装置、第一母线保护装置以及第一分段备自投装置，第一变压器保护装置、第一母线保护装置与第一分段备自投装置建立通信连接；

第二变电站配置有第二变压器保护装置、第二母线保护装置、第二线路保护装置、第二环网自愈装置以及第二分段备自投装置，第二母线保护装置、第二线路保护装置、第二分段备自投装置及第一分段备自投装置与第二环网自愈装置建立通信连接，第二分段备自投装置还与第二变压器保护装置建立通信连接；

开闭所配置有第三线路保护装置、第三母线保护装置及第三环网自愈装置，第三线路保护装置、第三母线保护装置及第二分段备自投装置均建立通信连接。

本实施例在实施时，第一备自投装置接收第一变压器保护装置发出的保护动作信号；第二环网自愈装置接收第二线路保护装置、母线保护装置的保护动作信号，还接收第一分段备自投装置的动作失败信号，第二备自投装置接收第二变压器保护装置的保护动作信号，还接收第二环网自愈装置的动作失败信号；第三环网自愈装置接收第三线路保护装置以及第三母线保护装置的保护动作信号，同时接收第二分段备自投装置的动作失败信号。

本实施例中，第一变电站为220kV变电站，第一变电站配置的第一变压器保护装置为220kV变压器保护装置、第一母线保护装置为220kV母线保护装置、第一分段备自投装置为110kV分段备自投装置；第二变电站为110kV变电站，第二变电站配置的第二变压器保护装置为110kV变压器保护装置、第二母线保护装置为110kV母线保护装置、第二线路保护装置为110kV线路保护装置、第二环网自愈装置为110kV环网自愈装置、第二分段备自投装置为10kV分段备自投装置；开闭所为10kV开闭所，配置的第三线路保护装置为10kV线路保护装置、第三母线保护装置为10kV母线保护装置、第三环网自愈装置为10kV环网自愈装置。本实施例设置有两组第一变电站(分别表示为第一220kV变电站、第二220kV变电站)、三组第二变电站(分别表示为第一110kV变电站、第二110kV变电站、第三110kV变电站)以及三组开闭所(分别表示为第一10kV开闭所、第二10kV开闭所、第三10kV开闭所)，三组第二变电站电连接且连接于两组第一变电站之间，三组开闭所手拉手连接且首尾的开闭所与第二变电站电连接。如图1所示，本实施例中，从220kV变电站的110kV母线到配电网的10kV母线共有4级自愈系统，分别为：220kV变电站110kV侧母线分段备自投，110kV环网自愈装置，110kV变电站10kV分段备自投，以及10kV环网自愈装置，现有技术中是自高电压等级向低电压等级依靠时间级差逐级配合，四级自愈系统自愈时间分别表示为T1、T2、T3、T4，根据本级故障由本级自愈系统转供的原则，自愈时间应满足T4>T3>T2>T1，T4的时间较长，影响供电可靠性的提高。

其中，第一220kV变电站配置有开关CB1、CB2、CB3、CB4、CB5、CB6、CB7：CB1连接于220kV I母线上，CB3连接于220kV II母线上，CB2、CB6连接于110kV I母线上，CB4、CB7连接于110kV II母线上，CB5连接于110kV I母线和110kV II母线之间；第二220kV变电站配置有开关CB68、CB69、CB70、CB71、CB72、CB73、CB74：CB70连接于220kV I母线上，CB73连接于220kV II母线上，CB68、CB69连接于110kV I母线上，CB71、CB72连接于110kV II母线上，CB74连接于I母线和II母线之间。第一110kV变电站配置有CB8、CB9、CB10、CB11、……、CB17、CB18，第二110kV变电站配置有CB19、CB20、CB21、CB22、……、CB28、CB29，第三110kV变电站配置有CB30、CB31、CB32、CB33、……、CB39、CB40，第一10kV开闭所配置有CB41、CB42、CB43、CB44、……、CB48、CB49，第二10kV开闭所配置有CB50、CB51、CB52、CB53、CB55、……、CB58，第三10kV开闭所配置有CB59、CB60、CB61、CB62、CB63、CB66、……、CB67。

具体地，CB8、CB9、CB12、CB19、CB20、CB23、CB30、CB31、CB34连接于110kV I母线上，CB10、CB11、CB13、CB21、CB22、CB24、CB32、CB33、CB35连接于110kV II母线上，CB14、CB17、CB41、CB42、CB45、CB47连接于10kV I母线上，CB25、CB28、CB50、CB51、CB55、CB56连接于10kVI母线上，CB36、CB39、CB59、CB60、CB64、CB65也电连接于10kV I母线上；CB15、CB18、CB43、CB44、CB48、CB49连接于10kV II母线上，CB26、CB29、CB52、CB53、CB57、CB58连接于10kV II母线上，CB37、CB40、CB61、CB62、CB66、CB67也电连接于10kV II母线上。其中，CB16、CB27、CB38分别连接于10kV I母线和10kV II母线之间，CB17、CB41串联连接，CB18、CB43串联连接，CB39、CB60串联连接，CB40、CB62串联连接，CB42、CB50串联连接，CB44、CB52串联连接，CB51、CB59串联连接，CB53、CB61串联连接。

本实施例中开环点开关为在环网线路中的联络线开关或母线间的分段开关，实施时，开环点开关获取自身所在母线以及相邻母线的电气量、开关状态信息以及动作信号，通过这些信号来判定自身是否满足充电、放电或者动作条件。当系统发生短路故障后，各级自愈系统根据收集到的信号进行逻辑判断，从而合上开环点开关对故障失电区域恢复供电，不需要传统的时间级差配合，缩短供电恢复时间。

其中，电气量包括母线三相电压以及母线上各支路的三相电流，开关状态信息包括开关分闸位置、开关合闸位置、开关位置异常以及开关拒动，动作信号包括母线保护动作失败、线路保护动作失败、变压器保护动作失败以及自愈装置动作失败。

动作信号为开环点开关两侧母线的进线开关上游故障引起的保护动作。对220kV变电站110kV母线分段开关而言，指的是220kV站主变故障引起的主变保护动作；对110kV环网线路联络开关而言，指的是不与联络开关直接相连的110kV环网线路或母线发生故障；对110kV变电站10kV母线分段开关而言，指的是110kV站主变故障引起的主变保护动作；对10kV环网线路联络开关而言，指的是不与联络开关直接相连的10kV环网线路或母线发生故障；

10kV配电环网线路或母线发生故障后，开环点开关两侧母线发生单侧失压，保护装置动作断开与故障点相邻的所有开关，开环点开关经合闸延时后合闸对非失电区域恢复供电；

10kV配电环网线路的两路电源引自不同110kV变电站的10kV母线，也可引自一个110kV变电站的不同10kV母线。110kV变电站的10kV母线通过分段开关实现分段备自投功能，当发生主变故障引起10kV母线发生单侧失压时，10kV分段备自投动作对失电母线恢复供电。若10kV分段备自投动作过程中发生动作失败，则由下级10kV环网自愈系统动作恢复供电。

110kV变电站的进线采用双环网接线，配置110kV环网自愈系统，当110kV线路或母线发生故障时，保护装置动作断开与故障点相邻的所有开关，开环点开关经合闸延时后合闸对非失电区域恢复供电。若110kV自愈系统动作过程中发生动作失败，则由下级10kV分段备自投动作恢复供电。

110kV环网线路的两路电源引自不同220kV变电站的110kV母线，也可引自一个220kV站的不同110kV母线。220kV变电站的110kV母线通过分段开关实现分段备自投功能，当发生主变故障引起110kV母线发生单侧失压时，110kV分段备自投动作对失电母线恢复供电。若110kV分段备自投动作过程中发生动作失败，则由下级110kV环网自愈系统动作恢复供电。

本实施例的多级电网协同自愈系统按以下步骤实施：

S10.开环点开关根据自身母线以及相邻母线的电气量、开关状态信息判定是否满足充电条件，满足充电条件后经充电时间后进入充电状态；

S20.在充电状态下：根据自身母线以及相邻母线的状态判断是否满足放电条件，若满足，则退出充电状态；

S30.在充电状态下：根据自身母线以及相邻母线的状态判断是否满足动作条件，若满足，则控制切断最靠近故障点两侧的开关，并控制开环点开关的合闸操作。

其中，充电条件包括开环点开关处于分闸状态、开环点开关两侧的母线均满足有压条件；放电条件包括与开环点开关直接相连的线路或母线发生故障、开环点开关处于合闸状态、自愈系统通信异常；动作条件包括开环点开关两侧母线有且只有一条母线失压、收到本级自愈系统相关保护装置动作信号、收到上级自愈系统动作失败信号。但需要说明的是，上述充电条件、放电条件及动作条件为主要条件，但本发明并不局限于上述条件，针对不同的一次接线以及不同的用户需求可增加若干特殊条件。

实施例二

如图3所示，在各故障点发生故障之后的动作情况对实施例一进行说明。当自愈系统正常运行时，开环点开关CB5、CB9、CB11、CB16、CB27、CB38、CB45、CB50、CB52、CB54、CB63均满足充电条件，处于充电状态。当各故障点F1、F2、F3、……、F12、F13发生故障后的各级自愈系统的动作行为表示为表1。

表1各级自愈系统的动作行为

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多级电网协同自愈系统，其特征在于，包括两组第一变电站、多组开闭所以及多组第二变电站，多组第二变电站顺次手拉手连接，两组所述第一变电站分别与首组第二变电站、末组第二变电站连接；多组所述开闭所顺次手拉手连接，首末两组开闭所分别与两组第二变电站电连接；

所述第一变电站配置有第一变压器保护装置、第一母线保护装置以及第一分段备自投装置，所述第一变压器保护装置、第一母线保护装置与所述第一分段备自投装置建立通信连接；

所述第二变电站配置有第二变压器保护装置、第二母线保护装置、第二线路保护装置、第二环网自愈装置以及第二分段备自投装置，所述第二母线保护装置、第二线路保护装置、第二分段备自投装置及第一分段备自投装置与所述第二环网自愈装置建立通信连接，所述第二分段备自投装置还与第二变压器保护装置建立通信连接；

所述开闭所配置有第三线路保护装置、第三母线保护装置及第三环网自愈装置，所述第三线路保护装置、第三母线保护装置及第二分段备自投装置均建立通信连接。

2.根据权利要求1所述的多级电网协同自愈系统，其特征在于，所述第一变电站、第二变电站、开闭所均包括若干开环点开关。

3.根据权利要求2所述的多级电网协同自愈系统，其特征在于，所述电气量包括母线三相电压以及母线上各支路的三相电流，所述开关状态信息包括开关分闸位置、开关合闸位置、开关位置异常以及开关拒动，所述动作信号包括母线保护动作失败、线路保护动作失败、变压器保护动作失败以及自愈装置动作失败。

4.根据权利要求3所述的多级电网协同自愈系统，其特征在于，所述动作信号为开环点开关两侧母线的进线开关上游故障引起的保护动作。

5.根据权利要求1至4任一项所述的多级电网协同自愈系统，其特征在于，所述自愈系统为多级，包括第一变电站侧母线分段备自投、设于第二变电站的第一环网自愈系统、第二变电站侧母线分段备自投以及设于开闭所的第二环网自愈系统。

6.一种多级电网协同自愈方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10.开环点开关根据自身母线以及相邻母线的电气量、开关状态信息判定是否满足充电条件，满足充电条件后经充电时间后进入充电状态；

S20.在充电状态下：根据自身母线以及相邻母线的状态判断是否满足放电条件，若满足，则退出充电状态；

S30.在充电状态下：根据自身母线以及相邻母线的状态判断是否满足动作条件，若满足，则控制切断最靠近故障点两侧的开关，并控制开环点开关的合闸操作。

7.根据权利要求6所述的多级电网协同自愈方法，其特征在于，所述放电条件包括与开环点开关直接相连的线路或母线发生故障、开环点开关处于合闸状态、自愈系统通信异常。

8.根据权利要求6所述的多级电网协同自愈方法，其特征在于，所述动作条件包括开环点开关两侧母线有且只有一条母线失压、收到本级自愈系统相关保护动作信号、收到上级自愈系统动作失败信号。