CN111756022B - 一种融合型就地式馈线自动化设计方法 - Google Patents

Abstract

一种融合型就地式馈线自动化设计方法，所述方法采用自适应融合模型，实现就地式馈线自动化设计方案和应用。所述自适应融合模型是通过获取开关属性、护定值与FA定值、关键控制字投入相关参数，自适应的执行不同的分合闸操作；故障上游的变电站馈线开关通过采取自适应选择的方式扩大或缩小级差裕度，故障上游分段开关通过合位（含执行过程）优先执行保护与分位优先执行FA、故障路径优先合闸原则，分支开关采用流过故障电流优先分闸或未流过故障电流保持合闸原则，实现故障快速定位、隔离与非故障恢复供电。本发明方法充分融合了继电保护与FA技术特点，大大了提高了故障处理质量和效率，提升了配电网供电可靠性。

Description

一种融合型就地式馈线自动化设计方法

技术领域

本发明涉及一种融合型就地式馈线自动化设计方法，属配电自动化技术领域。

背景技术

就地式馈线自动化因不需要主站参与，对通信要求相对较低，且能够有效对故障进行定位、隔离和非故障区恢复，该模式将在农网大范围推广。

就地式馈线自动化(以下简称FA)包括电压时间型、电压电流时间型、智能分布式、自适应综合型，且各类型馈线自动化均有自身优势和劣势，如智能分布式馈线自动化能实现毫秒级故障隔离和秒级恢复，但需要完善的光纤通信网络，变电站需给出一定的级差裕度，资金投入较大且级差裕度不够的矛盾；电压时间型逻辑简单，但线路运行方式改变后，需调整终端定值,且变电站开关需配置两次重合闸，故障上游用户能感受到2次停电，停电时长相对较长；电压电流时间型馈线自动化有效弥补了瞬时故障恢复特点，但需要变电站出线开关3次合闸，线路运行方式改变后，需调整终端定值；自适应综合型馈线自动化在电压时间型基础上，增加了故障记忆功能，且变电站开关需配置两次重合闸，故障上游用户能感受到2次停电，无故障记忆采用长延时的方式导致非故障区域恢复供电时间较长。

上述传统的就地式馈线自动化未考虑与继电保护技术融合，或是仅考虑了级差保护配合，即线路部分开关投保护、部分开关投馈线自动化策略。因此，有必要充分考虑和融合馈线自动化和继电保护技术特点，提供一种融合型就地式馈线自动化设计方法，解决重合闸、停电范围扩大、停电时间长、感受2次以上停电等问题，有效发挥馈线自动化在提升配电网供电可靠性的作用。

发明内容

本发明的目的是，为了解决现有馈线自动化涉及的重合闸次数、级差裕度矛盾、停电范围扩大、停电时间长、2次及以上停电感受等共性问题，提高配电自动化实用化水平，提出一种融合型就地式馈线自动化设计方法。

本发明实现的技术方案如下，一种融合型就地式馈线自动化设计方法，所述方法依据馈线上的开关属性、短路电流幅值、开关投入保护定值、开关投入FA定值、关键控制字，采用自适应融合模型，实现融合型就地式馈线自动化设计方案和应用。

所述自适应融合模型是通过获取开关属性、护定值与FA定值、关键控制字投入相关参数，根据短路故障电流幅值范围和开关属性，自适应的执行不同的分合闸操作；故障上游的变电站馈线开关通过采取自适应选择的方式扩大或缩小级差裕度，故障上游分段开关通过合位(含执行过程)优先执行保护与分位优先执行FA、故障路径优先合闸原则，分支开关采用流过故障电流优先分闸或未流过故障电流保持合闸原则，实现故障快速定位、隔离与非故障恢复供电。

所述开关属性包含变电站本侧馈线开关、主干线分段开关、支线分支开关、联络开关、对侧变电站馈线开关。

所述短路电流幅值是馈线发生三相、二相或单相接地故障情况下，流过馈线、分段、分支处的故障电流。

所述开关投入保护定值包括电流限值、延时时间、重合闸次数，电流限值包括过流I段(无时限速断)、过流II段(限时速断)与过流III段(定时限过电流)的电流限值；延时时间包括过流I段、过流II段、过流III段对应的时间；重合闸次数包括0、1、2次。

所述开关投入FA定值包括来电短延时合闸时间(X)、来电长延时合闸时间(XC)、合闸保持时间(Y)、失压延时分闸时间(Z)、联络开关延时合闸时间(XL)。

所述关键控制字包括本地保护投退、就地FA投入、融合FA投入、分段(分支)投退、联络投退等相关控制字。

所述变电站本侧馈线开关自适应执行分合闸操作如下：

若开关投入了过流I段、过流II段、过流III段，I段无延时，II、III段投入一定时间的延时，短路电流的幅值不超过1.2倍过流I段设定的限值且小于变电站最大运行方式下本侧10kV母线处发生三相短路最大短路电流值上限的0.8倍，则开关在重合闸1次成功暂时(时间可设置为120s)退出过流I段保护，即开关短时启动二段式保护替换原有的三段式保护，退出无时限速断保护，限时速断保护作为主保护；若短路电流的幅值超过1.2倍过流I段设定的限值或大于变电站最大运行方式下本侧10kV母线处发生三相短路最大短路电流值上限的0.8倍，则开关闭锁重合闸或延长重合闸时间(可设置为180s)，并保留三段式保护。

所述主干线分段开关自适应执行分合闸操作如下：

该开关同时投入继电保护和FA控制策略，开关的分闸和合闸包括多个并行条件，如分闸包括过流保护跳闸、线路失压分闸、本地或远方分闸等；合闸包括来电延时合闸、重合闸、本地或远方合闸等。

自动合闸的逻辑具体为：①开关无过流信号、无保护跳闸信号、处于分位且无闭锁合闸逻辑，开关启动FA控制策略，采用来电延时合闸的方式(单侧电压大于有压限值且有压时间超过X)执行合闸操作，并在FA执行输出后立即启动保护后加速逻辑，若合闸成功后(判定条件为开关处于合位、X时限内无故障电流)，则闭锁分闸逻辑；若合闸不成功即开关后加速保护跳闸，则闭锁合闸逻辑。②开关检测到故障电流、保护跳闸动作、分位且无闭锁合闸逻辑，开关启动重合闸逻辑，重合闸逻辑动作必须是线路电源侧有电压，若重合成功则(开关处于合位时间超过X值)闭锁分闸逻辑，若重合不成功(开关处于合位时间小于Y值或其他值)，则短时不再(可设置为300s)启动重合闸功能。

自动分闸逻辑具体为：①开关无保护跳闸信号、处于合位且无闭锁分闸逻辑，则开关启用FA控制策略，采用失压分闸(电压值小于0.3倍额定值电压值，且时间大于Z)或残压闭锁合闸(残压值可设置小于等于0.3倍额定值电压值，持续时间大于等于80ms)的方式执行分闸操作。②开关检测到故障电流、保护跳闸动作、合位且无闭锁分闸逻辑，则采用过流保护跳闸方式执行分闸操作。

所述支线分支开关自适应执行分合闸操作如下：

该开关同时投入继电保护和FA控制策略，开关的分闸和合闸包括多个并行条件，如分闸包括过流保护跳闸、线路失压分闸、本地或远方分闸等；合闸包括来电延时合闸、重合闸、本地或远方合闸等。

自动合闸的逻辑具体为：①开关无保护跳闸信号、处于分位且无闭锁合闸逻辑，开关启动FA控制策略，采用来电延时合闸的方式(单侧电压大于有压限值且有压时间超过X)执行合闸操作，并在FA执行输出后立即启动保护后加速逻辑，若合闸成功后(判定条件为开关处于合位、X时限内无故障电流)，则闭锁分闸逻辑；若合闸不成功即开关后加速保护跳闸，则闭锁合闸逻辑。②开关检测到故障电流、保护跳闸动作、分位且无闭锁合闸逻辑，开关启动重合闸逻辑，重合闸逻辑动作必须是线路电源侧有电压，若重合成功则(开关处于合位时间超过X值)闭锁分闸逻辑，若重合不成功(开关处于合位时间小于Y值或其他值)，则短时不在(可设置为300s)启动重合闸功能。

自动分闸逻辑具体为：①开关无保护跳闸信号、处于合位且无闭锁分闸逻辑，则开关启用FA控制策略，采用失压分闸方式执行分闸操作。②开关检测到故障电流、保护跳闸动作、合位且无闭锁分闸逻辑，则采用过流保护跳闸方式执行分闸操作。

所述联络开关自适应执行分合闸操作如下：

该开关同时投入继电保护和FA控制策略，且开关在正常运行状态下长时间处于分位。开关的分闸和合闸包括多个并行条件，如分闸包括过流保护跳闸、本地或远方分闸等；合闸包括来电延时合闸、本地或远方合闸等。

自动合闸的逻辑具体为：开关无保护跳闸信号、处于分位且无闭锁合闸位置逻辑，则开关优先启用FA控制策略，采用来电延时合闸的方式(单侧电压失压且时间超过XL)执行合闸操作，并在FA执行输出后立即启动保护后加速逻辑，若合闸成功后(判定条件为开关处于合位、X时限内无故障电流)，则退出保护跳闸和闭锁分闸逻辑；若合闸不成功即开关后加速保护跳闸，则闭锁合闸逻辑。自动分闸的逻辑具体为：若开关自动合闸后且启动后加速保护，并立即执行分闸操作，且闭锁合闸操作。

所述变电站对侧馈线开关：该开关与变电站本侧开关设置方式一致。

本发明的有益效果是，本发明中的融合型就地式馈线自动化的设计方法，考虑了短路电流对变电站变压器绕组冲击、馈线开关重合闸次数、保护级差配合的影响，变电站馈线开关、具备级差的分段或分支开关有选择性的投退无时限速断保护，实现故障区段第一个上游开关合闸瞬间启动后加速保护就地隔离故障，减少了停电范围和上游其他非故障区域用户停电时长，同时减少了短路电流对变电站变压器冲击及重合闸次数或首个分段开关重合闸次数。该方法充分融合了继电保护与FA技术特点，大大了提高了故障处理质量和效率，提升了配电网供电可靠性。

附图说明

图1为主干线故障馈线开关无延时速断投退动作及故障处理示意图，其中CB1、CB2分别对应A变电站线路1的馈线开关与B变电站线路2的馈线开关；D11、D12、D13对应线路1的分段开关；D21、D22、D23对应线路2的分段开关；F11对应线路1的分支开关；L01对应线路1与线路2之间的联络开关；

图2为主干线故障首段开关无延时速断投退动作及故障处理示意图；

图3为分支线故障馈线开关无延时速断投退动作及故障处理示意图；

图4为分支线故障分支开关无延时速断投退动作及故障处理示意图；

图5为联络开关无延时速断投退动作及故障处理示意图。

具体实施方式

本实施例以单辐射单联络线路为例，分别以主干线、分支线、闭锁失败故障类型对本发明一种融合型就地式馈线自动化设计方法进行示例描述。

1、主干线故障(馈线开关跳闸)

假设CB1、D11、D12、D13、F11之间无级差裕度，CB1投三段式保护，若故障F1发生D12与D13之间，线路1馈线开关CB1、D11、D12检测出故障电流，F11未检测出故障电流，其动作过程如下：

(1)CB1开关跳闸，D11、D12、D13失压分闸，F11保持合闸，L01启动计时，如图1(b)所示。

(2)CB1启动第一次重合闸，且重合成功，如图1(c)所示。

(3)CB1重合成功后退出无时限速断保护。D11启动来电延时合闸条件执行合闸，合闸成功后执行失压延时分闸。D12在D11合闸成功后满足来电延时合闸条件，并执行合闸，因合于故障点，D12启动后加速跳闸，且由于CB1已退出无时限速断保护，D12将有足够的时间进行分闸而不引起CB1、D11再次跳闸。如图1(d)所示。

(1)D13因检测出残压进行合闸闭锁，将保持如图1(e)所示。

(2)L01因达到XL时限执行合闸，完成非故障区域供电，同时CB1与CB2馈线开关投入无时限速断保护，将保持如图1(f)所示。

2、主干线故障(首个分段跳闸)

假设CB1与D11之间有级差裕度，D11与D12、D13、F11无级差，若故障F1发生D12与D13之间，线路1馈线开关CB1、D11、D12检测出故障电流，F11未检测出故障电流，其动作过程如下：

(1)CB1开关因故障电流未达到退出无时限速断保护，仍保留三段式保护；D11检测出故障电流跳闸，D12、D13失压分闸，F11保持合闸，L01启动计时，如图2(b)所示。

(2)D11启动第一次重合闸，且重合成功，如图2(c)所示。

(3)D11重合成功后退出无时限速断保护。D12在D11合闸成功后满足来电延时合闸条件，并执行合闸，因合于故障点，D12启动后加速跳闸，且由于D11已退出无时限速断保护，D12将有足够的时间进行分闸而不引起CB1、D11跳闸。如图2(d)所示。

(4)D13因检测出残压进行合闸闭锁，将保持如图2(e)所示。

(5)L01因达到XL时限执行合闸，完成非故障区域供电，同时D11与CB2馈线开关投入无时限速断保护，将保持如图3(f)所示。

3、分支线故障(馈线开关跳闸)

假设CB1、D11、D12、D13、F11之间无级差裕度，CB1投三段式保护，若故障F1发生F11分支线后段，线路1馈线开关CB1、D11、F11检测出故障电流，其动作过程如下：

(1)CB1开关跳闸，D11、D12、D13失压分闸，F11检测出故障电流执行失压分闸，L01启动计时，如图3(b)所示。

(2)CB1启动第一次重合闸，且重合成功，如图3(c)所示。

(3)CB1重合成功后退出无时限速断保护。D11启动来电延时合闸条件执行合闸，合闸成功后执行失压延时分闸。F11在D11合闸成功后满足来电延时合闸条件，并执行合闸，因合于故障点，F11启动后加速跳闸，且由于CB1已退出无时限速断保护，F11将有足够的时间进行分闸而不引起CB1、D11再次跳闸。如图3(d)所示。

(4)F11因后加速动作后保持闭锁合闸，将保持如图3(e)所示。

(5)D12、D13因达到XC时限执行合闸，L01开关因未达到XL时限不执行合闸，同时CB1与CB2馈线开关投入无时限速断保护，将保持如图3(f)所示。

4、分支线故障(分支开关跳闸)

假设CB1、D11、F11之间有级差裕度，CB1投三段式保护，若故障F1发生F11分支线后段，线路1馈线开关CB1、D11、F11检测出故障电流，其动作过程如下：

(1)F11开关跳闸，如图4(b)所示。

(2)F11启动第一次重合闸，且重合于故障点，如图4(c)所示。

(3)F11因重合于故障点启动后加速跳闸，并闭锁合闸，如图4(d)所示。

5、主干线故障，闭锁失败(下游开关跳闸)

假设CB1、D11、D12、D13、F11之间无级差裕度，CB1、CB2投三段式保护，若故障F1发生D12与D13之间，线路1馈线开关CB1、D11、D12检测出故障电流，F11未检测出故障电流，其动作过程如下：

(1)CB1开关跳闸，D11、D12、D13失压分闸，F11保持合闸，L01启动计时，如图5(b)所示。

(2)CB1启动第一次重合闸，且重合成功，如图5(c)所示。

(3)CB1重合成功后退出无时限速断保护。D11启动来电延时合闸条件执行合闸，合闸成功后执行失压延时分闸。D12在D11合闸成功后满足来电延时合闸条件，并执行合闸，因合于故障点，D12启动后加速跳闸，且由于CB1已退出无时限速断保护，D12将有足够的时间进行分闸而不引起CB1、D11再次跳闸。如图5(d)所示。

(4)D13因未检测残压进行闭锁合闸失败，即反相来电仍可以合闸，如图5(e)所示。

(5)L01因达到XL时限执行合闸，同时CB1与CB2馈线开关投入无时限速断保护，将保持如图5(f)所示。

(6)L01合闸成功后，退出无时限速断保护，启动失压延时分闸，如图5(g)所示。

(7)D13因满足来电延时合闸且无闭锁信号，X时限后合闸，因合于故障点D13启动后加速跳闸，并闭锁合闸，如图5(h)所示。

Claims (6)

1.一种融合型就地式馈线自动化设计方法，其特征在于，所述方法依据馈线上的开关属性、短路电流幅值、开关投入保护定值、开关投入FA定值、关键控制字，采用自适应融合模型，实现融合型就地式馈线自动化设计方案和应用；

所述自适应融合模型是通过获取开关属性、护定值与FA定值、关键控制字投入相关参数，根据短路故障电流幅值范围和开关属性，自适应的执行不同的分合闸操作；故障上游的变电站馈线开关通过采取自适应选择的方式扩大或缩小级差裕度，故障上游分段开关通过合位优先执行保护与分位优先执行FA、故障路径优先合闸原则，分支开关采用流过故障电流优先分闸或未流过故障电流保持合闸原则，实现故障快速定位、隔离与非故障恢复供电；

所述开关属性包含变电站本侧馈线开关、主干线分段开关、支线分支开关、联络开关、对侧变电站馈线开关；

所述短路电流幅值是馈线发生三相、二相或单相接地故障情况下，流过馈线、分段、分支处的故障电流；

所述开关投入保护定值包括电流限值、延时时间、重合闸次数，电流限值包括过流I段、过流II段与过流III段的电流限值；延时时间包括过流I段、过流II段、过流III段对应的时间；重合闸次数包括0、1、2次；

所述开关投入FA定值包括来电短延时合闸时间X、来电长延时合闸时间XC、合闸保持时间Y、失压延时分闸时间Z、联络开关延时合闸时间XL；

所述关键控制字包括本地保护投退、就地FA投入、融合FA投入、分段或分支投退、联络投退相关控制字；

所述变电站本侧馈线开关自适应执行分合闸操作如下：

若开关投入了过流I段、过流II段、过流III段，I段无延时，II、III段投入延时，短路电流的幅值不超过1.2倍过流I段设定的限值且小于变电站最大运行方式下本侧10kV母线处发生三相短路最大短路电流值上限的0.8倍，则开关在重合闸1次成功暂时退出I段保护，即开关短时启动二段式保护替换原有的三段式保护，退出无时限速断保护，限时速断保护作为主保护；若短路电流的幅值超过1.2倍过流I段设定的限值或大于变电站最大运行方式下本侧10kV母线处发生三相短路最大短路电流值上限的0.8倍，则开关闭锁重合闸或延长重合闸时间，并保留三段式保护。

2.根据权利要求1所述的一种融合型就地式馈线自动化设计方法，其特征在于，所述主干线分段开关自适应执行分合闸操作如下：

所述主干线分段开关同时投入继电保护和FA控制策略，开关的分闸和合闸包括多个并行条件，分闸包括过流保护跳闸、线路失压分闸、本地或远方分闸；合闸包括来电延时合闸、重合闸、本地或远方合闸；

自动合闸的逻辑具体为：①开关无过流信号、无保护跳闸信号、处于分位且无闭锁合闸逻辑，开关启动FA控制策略，采用来电延时合闸的方式执行合闸操作，并在FA执行输出后立即启动保护后加速逻辑，若合闸成功后，则闭锁分闸逻辑；若合闸不成功即开关后加速保护跳闸，则闭锁合闸逻辑；②开关检测到故障电流、保护跳闸动作、分位且无闭锁合闸逻辑，开关启动重合闸逻辑，重合闸逻辑动作必须是线路电源侧有电压，若重合成功则闭锁分闸逻辑，若重合不成功，则短时不再启动重合闸功能；

自动分闸逻辑具体为：①开关无保护跳闸信号、处于合位且无闭锁分闸逻辑，则开关启用FA控制策略，采用失压分闸或残压闭锁合闸的方式执行分闸操作；②开关检测到故障电流、保护跳闸动作、合位且无闭锁分闸逻辑，则采用过流保护跳闸方式执行分闸操作。

3.根据权利要求1所述的一种融合型就地式馈线自动化设计方法，其特征在于，所述支线分支开关自适应执行分合闸操作如下：

该开关同时投入继电保护和FA控制策略，开关的分闸和合闸包括多个并行条件，分闸包括过流保护跳闸、线路失压分闸、本地或远方分闸；合闸包括来电延时合闸、重合闸、本地或远方合闸；

自动合闸的逻辑具体为：①开关无保护跳闸信号、处于分位且无闭锁合闸逻辑，开关启动FA控制策略，采用来电延时合闸的方式执行合闸操作，并在FA执行输出后立即启动保护后加速逻辑，若合闸成功后，则闭锁分闸逻辑；若合闸不成功即开关后加速保护跳闸，则闭锁合闸逻辑；②开关检测到故障电流、保护跳闸动作、分位且无闭锁合闸逻辑，开关启动重合闸逻辑，重合闸逻辑动作必须是线路电源侧有电压，若重合成功则闭锁分闸逻辑，若重合不成功，则短时不再启动重合闸功能；

自动分闸逻辑具体为：①开关无保护跳闸信号、处于合位且无闭锁分闸逻辑，则开关启用FA控制策略，采用失压分闸方式执行分闸操作；②开关检测到故障电流、保护跳闸动作、合位且无闭锁分闸逻辑，则采用过流保护跳闸方式执行分闸操作。

4.根据权利要求1所述的一种融合型就地式馈线自动化设计方法，其特征在于，所述联络开关自适应执行分合闸操作如下：

该开关同时投入继电保护和FA控制策略，且开关在正常运行状态下长时间处于分位；开关的分闸和合闸包括多个并行条件，如分闸包括过流保护跳闸、本地或远方分闸；合闸包括来电延时合闸、本地或远方合闸；

自动合闸的逻辑具体为：开关无保护跳闸信号、处于分位且无闭锁合闸位置逻辑，则开关优先启用FA控制策略，采用来电延时合闸的方式，单侧电压失压且时间超过XL执行合闸操作，并在FA执行输出后立即启动保护后加速逻辑，若合闸成功后，则退出保护跳闸和闭锁分闸逻辑；若合闸不成功即开关后加速保护跳闸，则闭锁合闸逻辑；

自动分闸的逻辑具体为：若开关自动合闸后且启动后加速保护，并立即执行分闸操作，且闭锁合闸操作。

5.根据权利要求1所述的一种融合型就地式馈线自动化设计方法，其特征在于，短时不再启动重合闸功能延时设置为300s；开关在重合闸1次成功，开关暂时退出过流I段保护，无过流I段保护时间设置为120s；开关闭锁重合闸或延长重合闸时间设置为180s。

6.根据权利要求2所述的一种融合型就地式馈线自动化设计方法，其特征在于，所述来电延时合闸的方式为单侧电压大于有压限值且有压时间超过X；所述合闸成功的判定条件为开关处于合位、X时限内无故障电流；所述重合成功，则开关处于合位时间超过X值；所述重合不成功时，开关处于合位时间小于Y值或其他值；所述失压分闸时，电压值小于0.3倍额定值电压值，且时间大于Z；残压闭锁合闸的残压值设置小于或等于0.3倍额定值电压值，持续时间大于等于80ms。

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