CN110350470B - 一种基于智能电网调度控制系统的配电网故障识别方法 - Google Patents

一种基于智能电网调度控制系统的配电网故障识别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于智能电网调度控制系统的配电网故障识别方法，通过设置供电区域降压变电站的继电保护定值，实现智能电网调度控制系统对该变电站的10kV配电主干线路部分的故障检测，同时通过设置在配电线路支线的继电保护定值，在供电服务指挥平台实现配网线路支线部分的故障检测，然后利用两个平台的故障检测信息进行布尔运算，包括建立配电网线路短路故障网络模型、配电网电气设备进行短路阻抗计算的方法、计算出短路电流峰值的方法、配电网继电保护装置定制设置方法、对配电网线路主线和供电服务指挥平台的配电网线路支线的故障信息来判别得出具体故障线路的方法，能够对配电网的故障位置进行快速识别，提高配电网的供电可靠性。

Description

一种基于智能电网调度控制系统的配电网故障识别方法
技术领域：
本发明涉及一种基于智能电网调度控制系统的配电网中线路故障识别，尤其涉及一种基于继电保护定值设置并利用智能电网调度控制系统和供电服务支持平台的故障信息布尔运算的配电网故障识别方法。
背景技术：
随着配电网智能化程度的不断深入，配电网安全已经成为了保证供电质量的重要工作，而故障检测是配电网可靠供电的一个重要组成部分。配电网传输线路的故障严重影响了客户的日常生产生活等方面，针对现有的一些配电网故障告警不全面，故障查找困难，提出一种高效可靠的配电网故障识别方法。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于智能电网调度控制系统的配电网故障识别方法，通过设置供电区域降压变电站的继电保护定值，实现智能电网调度控制系统对该变电站的10kV配电主干线路部分的故障检测，同时通过设置在配电线路支线的继电保护定值，在供电服务指挥平台实现配网线路支线部分的故障检测，然后利用两个平台的故障检测信息进行布尔运算，实现配电网线路故障的精准检测。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：
一种基于智能电网调度控制系统的配电网故障识别方法，通过设置供电区域降压变电站的继电保护定值，实现智能电网调度控制系统对该变电站的10kV配电主干线路部分的故障检测，同时通过设置在配电线路支线的继电保护定值，在供电服务指挥平台实现配网线路支线部分的故障检测，然后利用两个平台的故障检测信息进行布尔运算，实现配电网线路故障的精准检测，具体包括以下几个步骤：
A、建立配电网线路短路故障网络模型：
对所要计算最大短路电流的配电网络建立简化模型，即把实际的配电网运行的网络结构建立等效电路图，建立单侧电源馈电并用等效电压源计算短路网络图，并以以下条件为基础：短路类型不会随短路的持续时间而变化，即在短路期间，三相短路始终保持三相短路状态，单相接地短路始终保持单相接地短路；不计电弧的电阻；除了零序系统外，忽略所有线路电容、并联导纳、非旋转型负载；电网结构不随短路持续时间变化；
B、配电网电气设备进行短路阻抗计算的方法；
①计算出馈电网络阻抗的方法：
如果电网经过变压器向短路点馈电，仅知节点Q的对称短路电流初始值I″kQ，则Q点的正序网络阻抗归算到变压器低压侧的值ZQt，其表达式是
Figure GDA0003132311890000021
式中的UnQ是Q点的系统标称电压，I″kQ是流过Q点的对称短路电流初始值，c为电压系数取值1.1，tr是分接开关在主分接位置时的变压器额定变比；
②计算出变压器的阻抗的方法：
双绕组变压器的正序短路阻抗ZT＝RT+jXT，按照下面公式计算：
Figure GDA0003132311890000022
上式中UrT是变压器高压侧或低压侧的额定电压，IrT是变压器高压侧或低压侧的额定电流，SrT是变压器的额定容量，PkrT是变压器负载损耗，ukr是阻抗电压，uRr是电阻电压；电阻分量，能够根据变压器流过额定电流时的绕组总损耗T计算得到，计算正序短路阻抗所必需的数据，可从设备铭牌值获得，零序短路阻抗可从铭牌值或设备制造厂得到；
在计算网络变压器的阻抗时引进阻抗校正系数KT，对于有载调节或者不可有载调节的双绕组变压器，其修正系数
Figure GDA0003132311890000031
如果能够确定短路前网络变压器的长期运行工况，阻抗校正系数则是
Figure GDA0003132311890000032
其中
Figure GDA0003132311890000033
cmax取值1.1，Un、Ub、
Figure GDA0003132311890000034
分别是系统的标称电压、短路前最高运行电压、最高运行电流和功率因数角；
③计算出架空线和电缆的阻抗的方法：
配电网线路短路最大值取值导线平均温度20℃，电缆的阻抗根据IEC60909-2取值正序阻抗Z′(1)＝R′(1)+jX′(1)为0.08+j0.069，零序阻抗Z′(0)＝R′(0)+jX′(0)为+j0.242，架空单位长度有效阻抗R′L＝ρ/qn，单位长度电抗
Figure GDA0003132311890000035
ρ是材料电阻率，qn是导线标称截面，n是分裂导线数，d是导线间的几何均距或相应导线的中心距离值，r是导线的半径；
C、计算出短路电流峰值的方法：
远端短路情况下，短路电流为交流分量和非周期分量两个分量之和，单一电源馈入的远端短路其三相短路电流峰值
Figure GDA0003132311890000041
式中系数k＝1.02+0.98e-3R/X，对于辐射状电网各支路的局部短路电流峰值之和为
Figure GDA0003132311890000042
在单一电源馈入远端短路中，三相短路的对称短路电流初始值
Figure GDA0003132311890000043
上式中的Rk与Xk分别代表正序网络串联电阻与电抗之和，正序网络电阻Rk＝RQt+RTK+RL，正序网络电抗Xk＝XQt+XTK+XL；
Un是系统的标称电压，RQt是电源等值电阻、RTK是变压器等值电阻、RL是线路电阻、XQt是电源等值电抗、XTK是变压器等值电抗、XL是线路电抗；
D、配电网继电保护装置定制设置方法：
针对单侧电源线路的配电网络10千伏线路，设置电流速断保护为被保护线路的主保护，其保护定值按照躲过本线路末端最大三相短路电流整定，计算公式是
Figure GDA0003132311890000044
式中的KK是可靠系数取值大于等于1.3，
Figure GDA0003132311890000045
是本线路对侧故障最大三相短路电流的数值；
E、通过智能电网调度控制系统对配电网线路主线和供电服务指挥平台的配电网线路支线的故障信息来判别得出具体故障线路的方法，通过在配电网线路设置保护定值，当配电网线路故障发生时，智能电网调度控制系统能够检测配电网线路主干异常电流情况线路保护装置进入启动状态并发出线路故障警告信息，示警调度运行人员；当配电网分支部分发生故障时，供电服务指挥平台能够检测并记录到该故障分支的故障信息，通过对智能电网调度控制系统和供电服务支持平台的故障信息进行布尔运算中的预运算，可以精准的检测到配电网故障发生在具体的某条10kV线路的某条支线部分，从而实现配电网故障的精确识别。
本发明的的积极有益效果如下：
1、本发明提出了一种配电网故障识别方法和系统，能够对配电网的故障位置进行快速识别，提高了配电网的供电可靠性。
2、本发明在对配电网进行建立网络模型考虑实际变压器的运行状况使用了阻抗修正系数，同时忽略了所有线路电容、并联导纳、非旋转型负载，达到了简化计算公式效果，但是结果给出的准确度能达到普遍接受结果。
3、本发明针对智能电网调度控制系统传统的仅能够反馈显示配电网10kV主干故障信息的基础上，结合供电服务支持平台的反馈配电网10kV支线故障信息的功能，提出了能够通过两平台的故障反馈结果的运算，实现配电网故障的精准识别
附图说明：
图1为本发明中远端配电网线路短路故障网络模型图；
图2为本发明中有的变压器的馈电网络及其等效电路示意图；
图3为本发明中基于智能电网调度控制系统的配电网故障识别方法的整体流程图。
具体实施方式：
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参见图1～图3，一种基于智能电网调度控制系统(简称智能电网调度控制系统)的配电网故障识别方法，其特征在于通过设置供电区域降压变电站的继电保护定值，实现智能电网调度控制系统对该变电站的10kV配电主干线路部分的故障检测，同时通过设置在配电线路支线的继电保护定值，在供电服务指挥平台实现配网线路支线部分的故障检测，然后利用两个平台的故障检测信息进行布尔运算，实现配电网线路故障的精准检测，包括以下步骤：
A、建立配电网线路短路故障网络模型：
对所要计算最大短路电流的配电网络建立简化模型，即把实际的配电网运行的网络结构建立等效电路图，建立单侧电源馈电并用等效电压源计算短路网络图，并以以下条件为基础：短路类型不会随短路的持续时间而变化，即在短路期间，三相短路始终保持三相短路状态，单相接地短路始终保持单相接地短路；不计电弧的电阻；除了零序系统外，忽略所有线路电容、并联导纳、非旋转型负载；电网结构不随短路持续时间变化；
B、配电网电气设备进行短路阻抗计算的方法；
①计算出馈电网络阻抗的方法：
如果电网经过变压器向短路点馈电，仅知节点Q的对称短路电流初始值I″kQ，则Q点的正序网络阻抗归算到变压器低压侧的值ZQt，其表达式是
Figure GDA0003132311890000061
式中的UnQ是Q点的系统标称电压，I″kQ是流过Q点的对称短路电流初始值，c为电压系数取值1.1，tr是分接开关在主分接位置时的变压器额定变比；
②计算出变压器的阻抗的方法：
双绕组变压器的正序短路阻抗ZT＝RT+jXT，按照下面公式计算：
Figure GDA0003132311890000071
上式中UrT是变压器高压侧或低压侧的额定电压，IrT是变压器高压侧或低压侧的额定电流，SrT是变压器的额定容量，PkrT是变压器负载损耗，ukr是阻抗电压，uRr是电阻电压；电阻分量，能够根据变压器流过额定电流时的绕组总损耗T计算得到，计算正序短路阻抗所必需的数据，可从设备铭牌值获得，零序短路阻抗可从铭牌值或设备制造厂得到；
在计算网络变压器的阻抗时引进阻抗校正系数KT，对于有载调节或者不可有载调节的双绕组变压器，其修正系数
Figure GDA0003132311890000072
如果能够确定短路前网络变压器的长期运行工况，阻抗校正系数则是
Figure GDA0003132311890000073
其中
Figure GDA0003132311890000074
cmax取值1.1，Un、Ub、
Figure GDA0003132311890000075
分别是系统的标称电压、短路前最高运行电压、最高运行电流和功率因数角；
③计算出架空线和电缆的阻抗的方法：
配电网线路短路最大值取值导线平均温度20℃，电缆的阻抗根据IEC60909-2取值正序阻抗Z′(1)＝R′(1)+jX′(1)为0.08+j0.069，零序阻抗Z′(0)＝R′(0)+jX′(0)为+j0.242，架空单位长度有效阻抗R′L＝ρ/qn，单位长度电抗
Figure GDA0003132311890000081
ρ是材料电阻率，qn是导线标称截面，n是分裂导线数，d是导线间的几何均距或相应导线的中心距离值，r是导线的半径；
C、计算出短路电流峰值的方法：
远端短路情况下，短路电流为交流分量和非周期分量两个分量之和，单一电源馈入的远端短路其三相短路电流峰值
Figure GDA0003132311890000082
式中系数k＝1.02+0.98e-3R/X，对于辐射状电网各支路的局部短路电流峰值之和为
Figure GDA0003132311890000083
在单一电源馈入远端短路中，三相短路的对称短路电流初始值
Figure GDA0003132311890000084
上式中的Rk与Xk分别代表正序网络串联电阻与电抗之和，正序网络电阻Rk＝RQt+RTK+RL，正序网络电抗Xk＝XQt+XTK+XL；
Un是系统的标称电压，RQt是电源等值电阻、RTK是变压器等值电阻、RL是线路电阻、XQt是电源等值电抗、XTK是变压器等值电抗、XL是线路电抗；
D、配电网继电保护装置定制设置方法：
针对单侧电源线路的配电网络10千伏线路，设置电流速断保护为被保护线路的主保护，其保护定值按照躲过本线路末端最大三相短路电流整定，计算公式是
Figure GDA0003132311890000091
式中的KK是可靠系数取值大于等于1.3，
Figure GDA0003132311890000092
是本线路对侧故障最大三相短路电流的数值；
E、通过智能电网调度控制系统对配电网线路主线和供电服务指挥平台的配电网线路支线的故障信息来判别得出具体故障线路的方法，通过在配电网线路设置保护定值，当配电网线路故障发生时，智能电网调度控制系统能够检测配电网线路主干异常电流情况线路保护装置进入启动状态并发出线路故障警告信息，示警调度运行人员；当配电网分支部分发生故障时，供电服务指挥平台能够检测并记录到该故障分支的故障信息，通过对智能电网调度控制系统和供电服务支持平台的故障信息进行布尔运算中的预运算，可以精准的检测到配电网故障发生在具体的某条10kV线路的某条支线部分，从而实现配电网故障的精确识别。

Claims (1)

1.一种基于智能电网调度控制系统的配电网故障识别方法，通过设置供电区域降压变电站的继电保护定值，实现智能电网调度控制系统对该变电站的10kV配电主干线路部分的故障检测，同时通过设置在配电线路支线的继电保护定值，在供电服务指挥平台实现配网线路支线部分的故障检测，然后利用两个平台的故障检测信息进行布尔运算，实现配电网线路故障的精准检测，具体包括以下几个步骤：
A、建立配电网线路短路故障网络模型：
对所要计算最大短路电流的配电网络建立简化模型，即把实际的配电网运行的网络结构建立等效电路图，建立单侧电源馈电并用等效电压源计算短路网络图，并以以下条件为基础：短路类型不会随短路的持续时间而变化，即在短路期间，三相短路始终保持三相短路状态，单相接地短路始终保持单相接地短路；不计电弧的电阻；除了零序系统外，忽略所有线路电容、并联导纳、非旋转型负载；电网结构不随短路持续时间变化；
B、配电网电气设备进行短路阻抗计算的方法；
①计算出馈电网络阻抗的方法：
如果电网经过变压器向短路点馈电，仅知节点Q的对称短路电流初始值I”kQ，则Q点的正序网络阻抗归算到变压器低压侧的值ZQt，其表达式是
Figure FDA0003026851790000011
式中的UnQ是Q点的系统标称电压，I”kQ是流过Q点的对称短路电流初始值，c为电压系数取值1.1，tr是分接开关在主分接位置时的变压器额定变比；
②计算出变压器的阻抗的方法：
双绕组变压器的正序短路阻抗ZT＝RT+jXT，按照下面公式计算：
Figure FDA0003026851790000021
上式中UrT是变压器高压侧或低压侧的额定电压，IrT是变压器高压侧或低压侧的额定电流，SrT是变压器的额定容量，PkrT是变压器负载损耗，ukr是阻抗电压，uRr是电阻电压；电阻分量，能够根据变压器流过额定电流时的绕组总损耗T计算得到，计算正序短路阻抗所必需的数据，可从设备铭牌值获得，零序短路阻抗可从铭牌值或设备制造厂得到；
在计算网络变压器的阻抗时引进阻抗校正系数KT，对于有载调节或者不可有载调节的双绕组变压器，其修正系数
Figure FDA0003026851790000022
如果能够确定短路前网络变压器的长期运行工况，阻抗校正系数则是
Figure FDA0003026851790000023
其中
Figure FDA0003026851790000024
cmax取值1.1，Un、Ub、
Figure FDA0003026851790000025
分别是系统的标称电压、短路前最高运行电压、最高运行电流和功率因数角；
③计算出架空线和电缆的阻抗的方法：
配电网线路短路最大值取值导线平均温度20℃，电缆的阻抗根据IEC 60909-2取值正序阻抗Z’(1)＝R’(1)+jX’(1)为0.08+j0.069，零序阻抗Z’(0)＝R’(0)+jX’(0)为+j0.242，架空单位长度有效阻抗R'L＝ρ/qn，单位长度电抗
Figure FDA0003026851790000031
ρ是材料电阻率，qn是导线标称截面，n是分裂导线数，d是导线间的几何均距或相应导线的中心距离值，r是导线的半径；
C、计算出短路电流峰值的方法：
远端短路情况下，短路电流为交流分量和非周期分量两个分量之和，单一电源馈入的远端短路其三相短路电流峰值
Figure FDA0003026851790000032
式中系数k＝1.02+0.98e-3R/X，对于辐射状电网各支路的局部短路电流峰值之和为
Figure FDA0003026851790000033
在单一电源馈入远端短路中，三相短路的对称短路电流初始值
Figure FDA0003026851790000034
上式中的Rk与Xk分别代表正序网络串联电阻与电抗之和，正序网络电阻Rk＝RQt+RTK+RL，正序网络电抗Xk＝XQt+XTK+XL；
Un是系统的标称电压，RQt是电源等值电阻、RTK是变压器等值电阻、RL是线路电阻、XQt是电源等值电抗、XTK是变压器等值电抗、XL是线路电抗；
D、配电网继电保护装置定制设置方法：
针对单侧电源线路的配电网络10千伏线路，设置电流速断保护为被保护线路的主保护，其保护定值按照躲过本线路末端最大三相短路电流整定，计算公式是
Figure FDA0003026851790000035
式中的KK是可靠系数取值大于等于1.3，
Figure FDA0003026851790000036
是本线路对侧故障最大三相短路电流的数值；
E、通过智能电网调度控制系统对配电网线路主线和供电服务指挥平台的配电网线路支线的故障信息来判别得出具体故障线路的方法，通过在配电网线路设置保护定值，当配电网线路故障发生时，智能电网调度控制系统能够检测配电网线路主干异常电流情况线路保护装置进入启动状态并发出线路故障警告信息，示警调度运行人员；当配电网分支部分发生故障时，供电服务指挥平台能够检测并记录到故障分支的故障信息，通过对智能电网调度控制系统和供电服务支持平台的故障信息进行布尔运算中的预运算，可以精准的检测到配电网故障发生在具体的某条10kV线路的某条支线部分，从而实现配电网故障的精确识别。
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