CN111555458B - 一种环网线路架构的分布式馈线自动化系统 - Google Patents

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Abstract

一种环网线路架构的分布式馈线自动化系统，包括若干个配电区域块，配电区域块手拉手连接，形成主干环线，配电区域块之间可增值分段建设；配电区域块包括若干个公用开关房、公用配电房和专用配电房，每个公用开关房分别与若干个公用配电房手拉手连接，形成分支环线，专用配电房与公用配电房连接，形成下级环线，公用开关房、公用配电房和专用配电房内的线路上均设置有断路器；公用开关房和公用配电房内设置有通讯模块和无线终端。本发明的自动化系统通过断路器与线路光纤差动保护的分布式馈线自动化系统区域块增殖建设，解决了传统集中型馈线自动化必须一次投资建设的制约，而且可根据需求、成本、规划等考虑分期分段灵活建设。

Description

一种环网线路架构的分布式馈线自动化系统
技术领域
本发明涉及配电网电力设备及自动化领域，特别涉及一种环网线路架构的分布式馈线自动化系统。
背景技术
目前国内在大规模建设智能配电网，馈线自动化是确保智能配电网供电可靠性的重要措施，电网规划馈线自动化建设覆盖率要达到90％以上。
现有馈线自动化方案主要是含主站的集中型馈线自动化，借助通信手段，通过配电终端和配电主站/子站的配合，判断故障区域，并通过遥控或人工隔离故障区域，恢复非故障区域供电。
集中型馈线自动化方案简称“光纤+三遥”，除了巨大的投资之外，对主站及通讯质量的要求较高，系统可靠性依赖于整个光纤通讯网络完整与可靠；且系统必须等主站完全建成才能投入使用。
现有集中型馈线自动化方案受系统与主站建设周期的限制，一次性整体投资限制，不能解决局部电网的分期建设，配电网以外的增量配电网渐增式建设等要求。
因此，有必要做进一步改进。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种结构简单、可增值建设、供电可靠性高、实用性强的环网线路架构的分布式馈线自动化系统，以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种环网线路架构的分布式馈线自动化系统，包括若干个配电区域块，其特征在于：所述配电区域块手拉手连接，形成主干环线，配电区域块之间可增值分段建设；配电区域块包括若干个公用开关房、公用配电房和专用配电房，每个所述的公用开关房分别与若干个公用配电房手拉手连接，形成分支环线，所述专用配电房与公用配电房连接，形成下级环线，公用开关房、公用配电房和专用配电房内的线路上均设置有断路器；公用开关房和公用配电房内设置有通讯模块和用于提供线路差动保护、三遥数据通讯的无线终端，公用开关房之间、公用开关房与公用配电房之间均通过通讯模块手拉手连接。
所述通讯模块为光纤通讯模块，通讯模块包括以太网交换机、光纤配线架、光纤跳线和光缆，公用开关房之间、公用配电房之间通过光缆连接、并设置有用于连接上下断路器间隔的光纤接口。
所述以太网交换机通过通讯单模光纤与各光纤配线架连接，无线终端通过差动保护用单模光纤与各光纤配线架连接，无线终端与以太网交换机通讯连接。
所述无线终端为DTU，无线终端内设置有用于环线出现故障时实现快速定位与隔离的光纤差动保护模块、用于实现公用开关房、公用配电房内部故障时快速定位与隔离的母线差动保护模块、用于实现如通信异常等异常情况下的故障快速定位与隔离的后备保护模块和用于实现故障隔离后的快速恢复供电的备自投模块。
所述专用配电房内设有具有过流速断功能的继电保护模块。
相邻所述的配电区域块内的公用开关房通过断路器相互连接，配电区域块内的公用开关房与公用配电房通过断路器连接，配电区域块内的公用配电房与专用配电房通过断路器连接，配电区域块内的各公用配电房通过断路器连接、断路器之间通过联络线连接。
所述公用开关房、公用配电房和专用配电房内的线路上设置有DTU间隔和母线PT间隔，DTU间隔包括所述的无线终端和进线电压互感器，无线终端与进线电压互感器互为电连接，母线PT间隔内设有电压互感器，断路器内设有断路器开关和电流互感器，无线终端分别与电流互感器、电压互感器电连接。
还包括变电站的第一母线和第二母线，第一母线的出线开关连接首个配电区域块内的公用开关房，第二母线的出线开关连接最后一个配电区域块内的公用开关房，并设置其中一个断路器为第一常开点，形成双电源单环网开环系统；公用配电房的环进环出柜与公用开关房的出线柜手拉手连接，并设置其中一个断路器作为第二常开点，形成单环网开环系统。
还包括若干变电站的第一母线、变电站的备用母线和中央开关房，各段第一母线与对应的配电区域块组成若干段线路，第一母线的出线开关连接对应的首个配电区域块内的公用开关房，中央开关房分别与各段线路的最后一个配电区域块内的公用开关房连接，备用母线的出线开关与中央开关房连接，组成备用线路；中央开关房内设有若干个联络开关，各联络开关与对应的线路、备用线路连接。
本发明的自动化系统通过断路器与线路光纤差动保护的分布式馈线自动化系统区域块增殖建设，不但解决了传统集中型馈线自动化必须一次投资建设的制约，而且可根据需求、成本、规划等考虑分期分段灵活建设，断路器与线路光纤差动保护分布式馈线自动化实现了不依赖主站就地完成故障快速隔离，减少故障对用户负载的冲击，且网架清晰、逻辑简洁，运维容易。
附图说明
图1为本发明一实施例中公用开关房或公用配电房的结构示意图。
图2为本发明一实施例中自动化系统的整体结构示意图。
图3-图5为本发明一实施例中自动化系统内部主干电缆线路故障处理过程示意图。
图6-图8为本发明一实施例中自动化系统内部公用配电房之间电缆线路故障处理过程示意图。
图9和图10为本发明一实施例中自动化系统内部分支线路故障处理过程示意图。
图11-图13为本发明一实施例中自动化系统外部线路故障处理过程示意图。
图14为本发明一实施例中多段线路的自动化系统的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见图1和图2，本环网线路架构的分布式馈线自动化系统，包括若干个配电区域块a，配电区域块a手拉手连接，形成主干环线，配电区域块a之间可增值分段建设；配电区域块a包括若干个公用开关房11、公用配电房12和专用配电房15，每个公用开关房11分别与若干个公用配电房12手拉手连接，形成分支环线，专用配电房15与公用配电房12连接，形成下级环线，公用开关房11、公用配电房12和专用配电房15内的线路上均设置有断路器8；公用开关房11和公用配电房12内设置有通讯模块5和用于提供线路差动保护、三遥数据通讯的无线终端6，公用开关房11之间、公用开关房11与公用配电房12之间均通过通讯模块5手拉手连接。本自动化系统通过主干环线公用开关房11之间，分支环线公用配电房12之间环线手拉手相连，与环线相应配置光缆连接和DTU提供线路差动保护和三遥数据通讯，主干环线公用开关房11之间，分支环线公用配电房12之间，下级环线专用配电房15之间环线所有开关间隔均采用断路器8，出现故障时，断路器8具备快速隔离故障和恢复供电的能力，1个公用开关房11、N个公用配电房12、N个专用配电房15构成配电区域块a，配电区域块a之间可增殖渐进、分段建设，解决了传统集中型馈线自动化必须一次投资建设的制约，在提高现有配电网供电可靠性的同时，通过分布式不依赖主站通讯的方案与配电区域块a可增殖建设结合，分期、分段解决局部配电网、增量配电网的馈线自动化建设。
通讯模块5为光纤通讯模块，通讯模块5包括以太网交换机3、光纤配线架1、光纤跳线和光缆等元件，公用开关房11之间、公用配电房12之间、公用开关房11与公用配电房12之间环线相应配置光缆连接、并设置有用于连接上下断路器间隔的光纤接口。
以太网交换机3通过通讯单模光纤4与各光纤配线架1连接，无线终端6通过差动保护用单模光纤2与各光纤配线架1连接，无线终端6与以太网交换机3通讯连接。公用开关房11和公用配电房12各配置1个光纤配线架1，光纤配线架1之间通过以太网交换机3连接，实现公用开关房11之间、公用配电房12之间、公用开关房11与公用配电房12之间的通讯连接；公用开关房11和公用配电房12的光纤配线架1均接入无线终端，无线终端6为DTU，DTU采集各开关的状态量与电流电压信号，相邻电房(公用开关房11和/或公用配电房12)之间通过光纤通讯模块手拉手连接，使各个电房的DTU信号均可上传，且相邻两个电房之间，DTU的光差保护信号可实时交互。
无线终端6内设置有用于环线出现故障时实现快速定位与隔离的光纤差动保护模块、用于实现公用开关房11、公用配电房12内部故障时快速定位与隔离的母线差动保护模块、用于实现如通信异常等异常情况下的故障快速定位与隔离的后备保护模块和用于实现故障隔离后的快速恢复供电的备自投模块。
专用配电房15内设有继电保护模块，配电区域块a的公用配电房12与专用配电房15之间的分支线路故障和专用配电房15的负载故障由继电保护模块通过过流速断功能实施保护。
相邻所述的配电区域块a内的公用开关房11通过断路器8相互连接，配电区域块a内的公用开关房11与公用配电房12通过断路器8连接，配电区域块a内的公用配电房12与专用配电房15通过断路器8连接，配电区域块a内的各公用配电房12通过断路器8连接、断路器8之间通过联络线连接。
公用开关房11、公用配电房12和专用配电房15内的线路上设置有DTU间隔7和母线PT间隔9，DTU间隔7包括无线终端6和进线电压互感器，无线终端6与进线电压互感器互为电连接，母线PT间隔9内设有电压互感器9.1，断路器8内设有断路器开关和电流互感器8.1，无线终端6分别与电流互感器8.1、电压互感器9.1电连接。
还包括变电站的第一母线10和第二母线13，第一母线10的出线开关连接首个配电区域块a内的公用开关房11，构成配电区域块a的环线进线，第二母线13的出线开关连接最后一个配电区域块a内的公用开关房11，构成配电区域块a的环线出线，并设置其中一个断路器8(N12)为第一常开点14，形成双电源单环网开环系统；公用配电房12的环进环出柜与公用开关房11的出线柜手拉手连接，并设置其中一个断路器8作为第二常开点，也形成单环网开环系统。每个配电区域块a内的公用开关房11、公用配电房12的断路器开关均由DTU控制。
除了上述的主干环线(手拉手连接的各配电区域块a)两端分别与第一母线10、第二母线13连接的设置方式外，本环网线路架构的分布式馈线自动化系统还可由若干变电站的第一母线10、变电站的备用母线16、中央开关房17和若干配电区域块a组成，其中，各段第一母线10与对应的配电区域块a组成若干段线路，第一母线10的出线开关连接对应的首个配电区域块a内的公用开关房11，中央开关房17分别与各段线路的最后一个配电区域块a内的公用开关房11连接，备用母线16的出线开关与中央开关房17连接，组成备用线路；中央开关房17内设有若干个联络开关，各联络开关与对应的线路中的断路器8(常开点14)、备用线路连接；此结构通过供电线路的联络开关设置在中央开关房17，并设置备用线路，可以把系统继续扩展成N供1备方案，大大提高电网系统的供电可靠性，用于配电网建设。
本环网线路架构的分布式馈线自动化系统的故障处理方法如下：
一、系统内部主干电缆线路故障处理逻辑：
a、当两个配电区域块a间连接的电缆发生故障时(参见图3)，故障发生在公用开关房#1与公用开关房#2之间，两个电房中配置的DTU采集到相应的信号并通过光纤通讯模块进行对比，判断断路器开关112与断路器开关211存在差动电流；
b、由于检测到差动电流并达到整定值，断路器开关112与断路器开关211同时跳闸，把故障隔离(参见图4)；
c、故障隔离后，公用开关房#N的断路器开关N12(第一常开点14)接收到备自投信号，自动合闸，恢复非故障区域的供电(参见图5)。
二、系统内部公用配电房之间电缆线路故障处理逻辑：
a、当配电区域块a内部线路发生故障时(参见图6)，故障发生在公用开关房#1与共用配电房#1的连接电缆处，两个电房中配置的DTU采集到相应的信号并通过光纤通讯模块进行对比，判断断路器开关113与断路器开关121存在差动电流；
b、由于检测到差动电流并达到整定值，断路器开关113与断路器开关121同时跳闸，把故障隔离(参见图7)；
c、故障隔离后，公用配电房#2的断路器开关132(第二常开点)接收到备自投信号，自动合闸，恢复非故障区域的供电(参见图8)。
三、系统内部分支线路故障处理逻辑：
a、当故障发生在配电区域块a分支线路时(参见图9)，故障发生在公用配电房#1与专用配电房#1之间，公用配电房#1中DTU检测到断路器开关123存在故障电流；
b、由于故障电流达到整定值，断路器开关123自动跳闸，隔离分支故障区域(参见图10)；
c、分支线故障不需转供。
四、系统外部线路故障处理逻辑：
a、当故障发生在系统以外的线路时(参见图10)，故障发生在变电站出线开关与公用开关房#1之间的电缆处，变电站出线开关检测到故障电流；
b、由于故障电流达到整定值，变电站出线开关跳闸，公用开关房#1中DTU检测到断路器开关111进线电压失压，延时后断路器开关111跳闸，把故障隔离(参见图11)；
c、故障隔离后，公用开关房#N的断路器开关N12接收到备自投信号，自动合闸，恢复非故障区域的供电(参见图12)。
上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种环网线路架构的分布式馈线自动化系统，包括若干个配电区域块(a)，其特征在于：所述配电区域块(a)手拉手连接，形成主干环线，配电区域块(a)之间可增值分段建设；配电区域块(a)包括若干个公用开关房(11)、公用配电房(12)和专用配电房(15)，每个所述的公用开关房(11)分别与若干个公用配电房(12)手拉手连接，形成分支环线，所述专用配电房(15)与公用配电房(12)连接，形成下级环线，公用开关房(11)、公用配电房(12)和专用配电房(15)内的线路上均设置有断路器(8)；公用开关房(11)和公用配电房(12)内设置有通讯模块(5)和用于提供线路差动保护、三遥数据通讯的无线终端(6)，公用开关房(11)之间、公用开关房(11)与公用配电房(12)之间均通过通讯模块(5)手拉手连接；
所述无线终端(6)为DTU，无线终端(6)内设置有用于环线出现故障时实现快速定位与隔离的光纤差动保护模块、用于实现公用开关房(11)、公用配电房(12)内部故障时快速定位与隔离的母线差动保护模块、用于实现通信异常情况下的故障快速定位与隔离的后备保护模块和用于实现故障隔离后的快速恢复供电的备自投模块；
所述专用配电房(15)内设有具有过流速断功能的继电保护模块；
还包括变电站的第一母线(10)和第二母线(13)，第一母线(10)的出线开关连接首个配电区域块(a)内的公用开关房(11)，第二母线(13)的出线开关连接最后一个配电区域块(a)内的公用开关房(11)，并设置其中一个断路器(8)为第一常开点(14)，形成双电源单环网开环系统；公用配电房(12)的环进环出柜与公用开关房(11)的出线柜手拉手连接，并设置其中一个断路器(8)作为第二常开点，形成单环网开环系统；
还包括若干变电站的第一母线(10)、变电站的备用母线(16)和中央开关房(17)，各段第一母线(10)与对应的配电区域块(a)组成若干段线路，第一母线(10)的出线开关连接对应的首个配电区域块(a)内的公用开关房(11)，中央开关房(17)分别与各段线路的最后一个配电区域块(a)内的公用开关房(11)连接，备用母线(16)的出线开关与中央开关房(17)连接，组成备用线路；中央开关房(17)内设有若干个联络开关，各联络开关与对应的线路、备用线路连接。
2.根据权利要求1所述环网线路架构的分布式馈线自动化系统，其特征在于：所述通讯模块(5)为光纤通讯模块，通讯模块(5)包括以太网交换机(3)、光纤配线架(1)、光纤跳线和光缆，公用开关房(11)之间、公用配电房(12)之间通过光缆连接、并设置有用于连接上下断路器间隔的光纤接口。
3.根据权利要求2所述环网线路架构的分布式馈线自动化系统，其特征在于：所述以太网交换机(3)通过通讯单模光纤(4)与各光纤配线架(1)连接，无线终端(6)通过差动保护用单模光纤(2)与各光纤配线架(1)连接，无线终端(6)与以太网交换机(3)通讯连接。
4.根据权利要求3所述环网线路架构的分布式馈线自动化系统，其特征在于：相邻所述的配电区域块(a)内的公用开关房(11)通过断路器(8)相互连接，配电区域块(a)内的公用开关房(11)与公用配电房(12)通过断路器(8)连接，配电区域块(a)内的公用配电房(12)与专用配电房(15)通过断路器(8)连接，配电区域块(a)内的各公用配电房(12)通过断路器(8)连接、断路器(8)之间通过联络线连接。
5.根据权利要求4所述环网线路架构的分布式馈线自动化系统，其特征在于：所述公用开关房(11)、公用配电房(12)和专用配电房(15)内的线路上设置有DTU间隔(7)和母线PT间隔(9)，DTU间隔(7)包括所述的无线终端(6)和进线电压互感器，无线终端(6)与进线电压互感器互为电连接，母线PT间隔(9)内设有电压互感器(9.1)，断路器(8)内设有断路器开关和电流互感器(8.1)，无线终端(6)分别与电流互感器(8.1)、电压互感器(9.1)电连接。
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