CN112072622A - 一种网络式保护多点故障处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络式保护多点故障处理方法，包括以下步骤：A1：配电网络包括若干终端单元，所述终端单元互相连接，配电网络中相邻终端单元建立通信连接；A2：所述终端单元采样流经自身的电流并与相邻终端单元通信该电流信息；A3：多点故障发生时，每一个终端单元均根据相邻终端单元之间有无故障电流流过和相邻终端单元之间的电流差值共同定位故障点，切除故障点，直至所有故障点被定位与切除。本发明不需要安装纵差保护装置，在网络式保护应用的基础上通过增加判断故障发生时电流差值，即可完成所有故障的处理。继承了网络式保护的快速性、选择性和准确性等优点，同时提高了网络式保护对于多处故障的处理能力。

Description

一种网络式保护多点故障处理方法

技术领域

本发明涉及配网自动化领域，更具体地，涉及一种网络式保护多点故障处理方法。

背景技术

配电自动化是智能电网的重要组成部分，对于提高供电可靠性、扩大供电能力和实现电网的高效经济运行具有重要意义。电网故障处理是配电自动化的核心内容，但是，城市电网中，由于线路距离较短，短路电流都特别大，级联开关比较多，为了实现选择性，出口保护可能需要设定很长的延时，这在实际运行中绝对是不允许的。在这种情况下，保护的快速性和选择性变得尤其重要。

集中式控制即当线路上发生故障时，现场的智能控制器将故障信息通过通信通道送到控制中心，控制中心根据开关状态、故障检测信息、网络拓扑分析，判断故障区段，下发遥控命令，执行一系列自动操作，重构网络，以隔离故障和恢复非故障区段的供电，此即所谓的集中式智能。此方案控制准确，适合各种复杂系统。但它需要有可靠的通讯通道和控制中心的计算机软、硬件系统，且完成一次“定位、隔离、转供”所需时间长。

网络式保护无需控制中心干预，通过终端单元之间的相互通信即可最小范围内完成故障的定位和隔离，速度快、准确性高。公开日为2018年07月20号，公开号为CN108306265A的中国专利公开了一种智能分布式配网馈线故障处理方法，线路上的任一馈线终端通过通信单元分别与相邻馈线终端进行通信；线路发生故障时，紧邻故障点的电源侧馈线开关跳闸，故障点的负荷侧馈线开关失压分闸，紧邻故障点的电源侧的馈线终端通过重合闸判断是瞬时故障或是永久故障，永久故障的情况下，紧邻故障点的电源侧馈线开关保护跳闸并闭锁，紧邻故障点的负荷侧的馈线开关闭锁，隔离故障。

网络式保护故障处理过程；

图1为某地的配电网络简化图，S1、S2、S3、S4、S5、S6全为断路器；S1、S2、S3、S4、S6系统正常运行时为合闸状态；S5为联络开关，系统正常运行时为分闸状态,CB1、CB2是变电站出线断路器；

F1单点故障时，故障处理过程：

S1、S2检测到故障电流，其余未检测到故障电流；

S1作为线路首开关，默认有故障电流流入，与S2通信，S2同时检测到故障电流，即S1检测到故障电流流出，则故障不在本区域内，S1进入后备状态；

S2检测到故障电流，与S1通信，S1检测到故障电流，即S2检测到故障电流流入，与S3通信，S3未检测到故障电流，即S2未检测到故障电流流出，则故障在本区域内，S2跳闸切除故障。

F2单点故障时，故障处理过程：

S1、S2、S3检测到故障电流，其余未检测到故障电流；

S2检测到故障电流，与S1通信，S1检测到故障电流，即S2检测到故障电流流入，与S3通信，S3同时检测到故障电流，即S2检测到故障电流流出，则故障不在本区域内，S2进入后备状态；

S3检测到故障电流，与S2通信，S2检测到故障电流，即S3检测到故障电流流入，与S4通信，S4未检测到故障电流，即S3未检测到故障电流流出，则故障在本区域内，S3跳闸切除故障。

F1、F2同时故障时，故障处理过程：

S1、S2、S3检测到故障电流，其余未检测到故障电流，故障处理方式同F2单点故障；此时F1故障未处理；

F2单点故障，10ms后F1单点故障：

处理方式同上，仍未能完成F1故障的处理。

纵差保护原理：

纵差保护总是成对出现的，通过通信光缆，将对端的电流、功率的方向传过来。将两端的采样值进行对比，若两侧的电流存在差值，当差值达到定值时，且超过整定时间，保护装置动作，跳开两侧开关隔离故障。

如图2所示的配电网络，需要在CB1与S1、S1与S2、S2与S3、S3与S4、S4与S5、S5与S6、S6与CB2的开关上成对安装14台；

F1单点故障：

S1、S2检测到故障电流，其余未检测到故障电流；

S2、S3之间存在电流差值，S2、S3跳闸隔离故障。

F2单点故障：

S1、S2、S3检测到故障电流，其余未检测到故障电流；

S3、S4之间存在电流差值，S3、S4跳闸隔离故障。

F1、F2同时故障：

S1、S2、S3检测到故障电流，其余未检测到故障电流，S1、S2检测到电流相同，S3检测到故障电流与S1、S2不同；

S2、S3之间存在电流差值，S3、S4之间存在电流差值，S2、S3、S4跳闸隔离故障。

F2单点故障，10ms后F1单点故障：

处理方式同上。

网络式保护响应动作快、终端负担轻、可靠性高，但是对于多点同时故障以及相继故障的处理并不能准确完成所有故障的定位、隔离，因此我们需要解决以下关键技术：

1)基于网络式保护研究配电线路同时发生两处或者两处以上故障时，实现故障定位、隔离的方法；

2)基于网络式保护研究配电线路发生相继故障时，实现故障定位、隔离的方法；

3)研究如何实现不同终端单元异步采集数据的同步。

发明内容

本发明提供一种网络式保护多点故障处理方法，在配电线路同时发生两处或者两处以上故障时，实现故障定位、隔离。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种网络式保护多点故障处理方法，包括以下步骤：

A1：配电网络包括若干终端单元，所述终端单元互相连接，配电网络中相邻终端单元建立通信连接；

A2：所述终端单元采样流经自身的电流并与相邻终端单元通信该电流信息；

A3：多点故障发生时，每一个终端单元均根据相邻终端单元之间有无故障电流流过和相邻终端单元之间的电流差值共同定位故障点，切除故障点，直至所有故障点被定位与切除。

上述方案中，网络式保护相对价格较低，纵差保护装置安装时需要点对点安装，成本较高。

网络式保护能够满足配网中断路器和负荷开关并存的现状；差动保护仅适用于全断路器组网的结构；

网络式保护支持多电源(含分布式电源)、网格式结构；差动保护仅适用于结构简单的网架结构；

网络式保护具备容错方案。当系统中任何节点或装置出现通信或机械异常后，自动启动容错方案，通过一系列就地功能的自动执行，确保故障区段最终能够被有效隔离，非故障区段恢复供电；差动保护性能依赖通信可靠性，无通信和机械故障容错恢复功能；

网络式保护可以保护隔离任意相邻开关之间的线路。差动保护不能保护配电房开关柜内的母线，若要实现母线保护，需要增加母差保护装置，成本高昂，同时增加了设备种类，维护复杂；

网络式保护可以同时保护主干线路和分支线路，全网分支与主干线路设备相同。差动保护不能用于分支线路保护，不能与分支线路联动，只能靠级差配合；

网络式保护通信组网更灵活，可与自动化网络共用光纤环网，节省网络投资简化管理，也可以与自动化网络分开组网，提供更高的安全可靠性。差动保护只能通过光纤点对点组网，若实现网络备自投功能还需要占用自动化网络；

优选地，所述终端单元包括智能控制器、断路器和通信单元。

优选地，步骤A3中多点故障包括多点同时故障和多点相继故障。

优选地，所述多点相继故障具体为，单点故障后，10ms后另一单点故障。

优选地，步骤A3中每一个终端单元均根据相邻终端单元之间有无故障电流流过和相邻终端单元之间的电流差值共同定位故障点，具体为：

当断路器S1检测到故障电流流入，与邻近的断路器S2通信，断路器S2检测到故障电流，断路器S1检测到故障电流流出，且流过断路器S1、断路器S2的故障电流相同，则故障不在本区域内，断路器S1进入后备状态；

当断路器S2检测到故障电流，与断路器S1通信，断路器S1检测到故障电流，即断路器S2检测到故障电流流入，断路器S2与断路器S3通信，断路器S3检测到故障电流，即断路器S2检测到故障电流流出，但是断路器S2、断路器S3流过的故障电流不同，则确定本区域内有故障，S2跳闸切除故障；

断路器S3检测到故障电流，与断路器S2通信，断路器S2检测到故障电流，即断路器S3检测到故障电流流入，与断路器S4通信，断路器S4未检测到故障电流，即断路器S3未检测到故障电流流出，则确定本区域内有故障，断路器S3跳闸切除故障。

优选地，所述终端单元异步采样流经自身的电流，与相邻终端单元通信时进行同步。

优选地，所述终端单元采样流经自身的电流，具体为工频50HZ，每周波采样点为32个。

优选地，所述异步采样的同步方法具体为：

终端单元在故障发生时或者故障电流发生变化时，记录当前时刻，并记录以此时刻为结束时刻的一周波采样数据，与相邻终端单元通信时，相邻终端单元10ms后收到信息交互的信息，相邻终端单元记录收到信息交互的时刻，并记录以收到信息交互的时刻减去10ms为结束时刻的一周波的采样数据；

将过零点作为第一个采样点，获取一周波采样数据，起始点采样时刻不相同，通过傅立叶算法分别得到起始采样点时刻为0的等效采样点数据，用于进行电流差值的判断。

优选地，所述过零点为采样值有负值变正值的采样点。

优选地，所述傅里叶算法具体为：

利用记录的采样数据经过fft变换计算得出起始采样点的相角φ1、φ2，然后再通过fft逆变换分别得到起始采样点时刻为0的等效采样点数据。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明不需要安装纵差保护装置，在网络式保护应用的基础上通过增加判断故障发生时电流差值，即可完成所有故障的处理。继承了网络式保护的快速性、选择性和准确性等优点，同时提高了网络式保护对于多处故障的处理能力。

附图说明

图1为背景技术中网络式保护故障处理过程配电网络简化图。

图2为背景技术中纵差保护配电网络简化图。

图3为本发明的方法流程示意图。

图4为相邻两个终端单元采集到的采样数据示意图。

图5为相邻两个终端单元将过零点作为第一个采样点，获取一周波采样数据示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

本实施提供一种网络式保护多点故障处理方法，如图3，包括以下步骤：

A1：配电网络包括若干终端单元，所述终端单元互相连接，配电网络中相邻终端单元建立通信连接；

A2：所述终端单元采样流经自身的电流并与相邻终端单元通信该电流信息；

A3：多点故障发生时，每一个终端单元均根据相邻终端单元之间有无故障电流流过和相邻终端单元之间的电流差值共同定位故障点，切除故障点，直至所有故障点被定位与切除。

所述终端单元包括智能控制器、断路器和通信单元。

步骤A3中多点故障包括多点同时故障和多点相继故障。

所述多点相继故障具体为，单点故障后，10ms后另一单点故障。

步骤A3中每一个终端单元均根据相邻终端单元之间有无故障电流流过和相邻终端单元之间的电流差值共同定位故障点，具体为：

当断路器S1检测到故障电流流入，与邻近的断路器S2通信，断路器S2检测到故障电流，断路器S1检测到故障电流流出，且流过断路器S1、断路器S2的故障电流相同，则故障不在本区域内，断路器S1进入后备状态；

当断路器S2检测到故障电流，与断路器S1通信，断路器S1检测到故障电流，即断路器S2检测到故障电流流入，断路器S2与断路器S3通信，断路器S3检测到故障电流，即断路器S2检测到故障电流流出，但是断路器S2、断路器S3流过的故障电流不同，则确定本区域内有故障，S2跳闸切除故障；

断路器S3检测到故障电流，与断路器S2通信，断路器S2检测到故障电流，即断路器S3检测到故障电流流入，与断路器S4通信，断路器S4未检测到故障电流，即断路器S3未检测到故障电流流出，则确定本区域内有故障，断路器S3跳闸切除故障。

所述终端单元异步采样流经自身的电流，与相邻终端单元通信时进行同步。

所述终端单元采样流经自身的电流，具体为工频50HZ，每周波采样点为32个。

所述异步采样的同步方法具体为：

终端单元在故障发生时或者故障电流发生变化时，记录当前时刻，并记录以此时刻为结束时刻的一周波采样数据，与相邻终端单元通信时，相邻终端单元10ms后收到信息交互的信息，相邻终端单元记录收到信息交互的时刻，并记录以收到信息交互的时刻减去10ms为结束时刻的一周波的采样数据，如图4；

将过零点作为第一个采样点，获取一周波采样数据，如图5，起始点采样时刻不相同，通过傅立叶算法分别得到起始采样点时刻为0的等效采样点数据，用于进行电流差值的判断。

所述过零点为采样值有负值变正值的采样点。

所述傅里叶算法具体为：

利用记录的采样数据经过fft变换计算得出起始采样点的相角φ1、φ2，然后再通过fft逆变换分别得到起始采样点时刻为0的等效采样点数据。

终端单元收到相邻终端单元的采样信息后进行电流差值的判断。

检测到故障电流的终端单元记录的采样数据32点：I1_j(j＝0…31)；

相邻终端单元记录的采样数据32点：I2_k(k＝0…31)；

接下来我们进行电流差值计算，先根据采样数据计算出电流差值一周波的虚拟采样点ΔI_i(i＝0…31)：ΔI_i＝I1_i-I2_i；

然后通过傅立叶算法完成电流差值有效值ΔI的计算。

上述实施例继承网络式保护的几大优势：

1)速度快，对线路无冲击

因为它采用的是主动发布故障信息，而不是以往采用的轮循方式，因而大大节省了时间。

2)逻辑算法简单可靠

采用的逻辑判据只需知道自己和相邻开关的保护启动状态，简单快捷而又非常可靠。

3)不依赖子站

因无需保护子站，化解了子站瘫痪可能带来的的风险。

4)适应性强

能方便的适用于各种网络，而不必担心网络的连接结构和系统的运行方式。

同时优化网络式保护算法：

1)能够实现配电线路同时发生两处或者两处以上故障时的所有故障的定位、隔离；

2)能够实现配电线路发生相继故障时的所有故障的定位、隔离。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

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 (10)

1.一种网络式保护多点故障处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1：配电网络包括若干终端单元，所述终端单元互相连接，配电网络中相邻终端单元建立通信连接；

A2：所述终端单元采样流经自身的电流并与相邻终端单元通信该电流信息；

A3：多点故障发生时，每一个终端单元均根据相邻终端单元之间有无故障电流流过和相邻终端单元之间的电流差值共同定位故障点，切除故障点，直至所有故障点被定位与切除。

2.根据权利要求1所述的网络式保护多点故障处理方法，其特征在于，所述终端单元包括智能控制器、断路器和通信单元。

3.根据权利要求2所述的网络式保护多点故障处理方法，其特征在于，步骤A3中多点故障包括多点同时故障和多点相继故障。

4.根据权利要求3所述的网络式保护多点故障处理方法，其特征在于，所述多点相继故障具体为，单点故障后，10ms后另一单点故障。

5.根据权利要求2至4所述的网络式保护多点故障处理方法，其特征在于，步骤A3中每一个终端单元均根据相邻终端单元之间有无故障电流流过和相邻终端单元之间的电流差值共同定位故障点，具体为：

当断路器S1检测到故障电流流入，与邻近的断路器S2通信，断路器S2检测到故障电流，断路器S1检测到故障电流流出，且流过断路器S1、断路器S2的故障电流相同，则故障不在本区域内，断路器S1进入后备状态；

当断路器S2检测到故障电流，与断路器S1通信，断路器S1检测到故障电流，即断路器S2检测到故障电流流入，断路器S2与断路器S3通信，断路器S3检测到故障电流，即断路器S2检测到故障电流流出，但是断路器S2、断路器S3流过的故障电流不同，则确定本区域内有故障，S2跳闸切除故障；

断路器S3检测到故障电流，与断路器S2通信，断路器S2检测到故障电流，即断路器S3检测到故障电流流入，与断路器S4通信，断路器S4未检测到故障电流，即断路器S3未检测到故障电流流出，则确定本区域内有故障，断路器S3跳闸切除故障。

6.根据权利要求5所述的网络式保护多点故障处理方法，其特征在于，所述终端单元异步采样流经自身的电流，与相邻终端单元通信时进行同步。

7.根据权利要求6所述的网络式保护多点故障处理方法，其特征在于，所述终端单元采样流经自身的电流，具体为工频50HZ，每周波采样点为32个。

8.根据权利要求7所述的网络式保护多点故障处理方法，其特征在于，所述异步采样的同步方法具体为：

终端单元在故障发生时或者故障电流发生变化时，记录当前时刻，并记录以此时刻为结束时刻的一周波采样数据，与相邻终端单元通信时，相邻终端单元10ms后收到信息交互的信息，相邻终端单元记录收到信息交互的时刻，并记录以收到信息交互的时刻减去10ms为结束时刻的一周波的采样数据；

将过零点作为第一个采样点，获取一周波采样数据，起始点采样时刻不相同，通过傅立叶算法分别得到起始采样点时刻为0的等效采样点数据，用于进行电流差值的判断。

9.根据权利要求8所述的网络式保护多点故障处理方法，其特征在于，所述过零点为采样值有负值变正值的采样点。

10.根据权利要求8所述的网络式保护多点故障处理方法，其特征在于，所述傅里叶算法具体为：

利用记录的采样数据经过fft变换计算得出起始采样点的相角φ1、φ2，然后再通过fft逆变换分别得到起始采样点时刻为0的等效采样点数据。

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