CN112436478A - 一种基于spsr配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法，包括，实时监测配电线路的工频电气量，识别所述配电线路的两相短路故障；所述故障被无通道保护隔离后，等待故障去游离时间后再进行重合闸；所述重合闸利用电源侧继电器向对应电源侧断路器下发合闸指令并采用重合闸后加速；若负荷侧继电器等待所述电源侧断路器重合闸操作完成后，则判定线路电压恢复正常水平后再向对应所述负荷侧断路器下发合闸指令。本发明方法能够实现瞬时性两相短路故障的供电恢复，同时，对于永久性两相短路故障，该方法仍旧能够保证故障从两端隔离，因而有助于故障后供电快速恢复，并且有助于提高供电可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统保护和控制的技术领域，尤其涉及一种基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法。
背景技术
配电网络在我国电力系统“发、输、配、用”四个环节中是属于直接向用户供电的环节，其供电的可靠性直接影响供用户的用电。配电系统直接面向电力用户，配电自动化是实现对电力用户安全、可靠、连续供电的重要保障，无通道保护可以在不依赖通讯的前提下从电源侧和负荷侧快速、有选择性地隔离配电线路上发生的不对称故障。
两相短路故障故障点的电源侧会产生过电流，除了过电流特征外，故障点负荷侧的线路可以检测到低电压的特征，低电压保护也可以适用于配电线路的保护，过电流保护和低电压保护相互配合，原则上可以实现故障的电源侧和负荷侧双端隔离。
配电线路发生两相短路故障后，三相配电线路可以分为健全相和非健全相，当故障一端的断路器动作后，另一端可以感受到健全相电流的突变，利用该突变电流可以加速本端的动作，实现故障双端的快速隔离，这是无通道保护的基本思路。
在配电架空线路或者架空与电缆混合线路中发生的故障以瞬时性故障为主，断路器第一次动作切除故障后，故障点的绝缘强度能重新恢复；如果把断开的断路器再合上，就能恢复正常供电，提高了供电可靠性，配电线路一系列无通道保护都没有使用重合闸功能，这会造成部分负荷停电时间过长，提高配电线路的供电可靠性，需要配置与无通道保护配合的重合闸方案，而传统重合闸方案与无通道保护方案配合可能会改变永久性故障隔离结果。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明提供了一种基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法，能够解决供电可靠性的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，实时监测配电线路的工频电气量，识别所述配电线路的两相短路故障；所述故障被无通道保护隔离后，等待故障去游离时间后再进行重合闸；所述重合闸利用电源侧继电器向对应电源侧断路器下发合闸指令并采用重合闸后加速；若负荷侧继电器等待所述电源侧断路器重合闸操作完成后，则判定线路电压恢复正常水平后再向对应所述负荷侧断路器下发合闸指令。
作为本发明所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法的一种优选方案，其中：包括，实时监测所述配电线路的工频三相电压、三相电流、零序电压、零序电流。
作为本发明所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法的一种优选方案，其中：包括，利用所述工频电气量构建所述两相短路故障的识别判据；当系统中有过流且三相电流不平衡时，则判断为所述两相短路故障。
作为本发明所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法的一种优选方案，其中：包括，所述重合闸后加速在电源侧继电器向相对应电源侧断路器下发合闸指令后进行；检测加速时间内是否满足过电流保护判据，若满足，则立即向对应断路器下发跳闸指令。
作为本发明所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法的一种优选方案，其中：所述三相电流不平衡包括，将所述零序电流加上负序电流除以正序电流。
作为本发明所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法的一种优选方案，其中：包括，当所述故障被无通道保护有效切除后，等待故障绝缘恢复，即所述去游离时间满足时；利用电源侧继电器向对应电源侧断路器下发合闸指令；通过所述负荷侧继电器向对应负荷侧断路器下发合闸指令。
作为本发明所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法的一种优选方案，其中：包括，所述负荷侧继电器等待所述电源侧断路器重合闸操作完成后下发合闸指令；考虑到电源侧断路器重合闸、检测故障及重合闸于永久性故障的后加速跳闸所需时间，等待时间应为这些过程完成的最大时长。
作为本发明所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法的一种优选方案，其中：包括，所述负荷侧继电器等待所述电源侧断路器重合闸操作完成后下发合闸指令；考虑到电源侧断路器重合闸、检测故障及重合闸于永久性故障的后加速跳闸所需时间，等待时间应为这些过程完成的最大时长。
本发明的有益效果：本发明方法能够实现瞬时性两相短路故障的供电恢复，同时，对于永久性两相短路故障，该方法仍旧能够保证故障从两端隔离，因而有助于故障后供电快速恢复，并且有助于提高供电可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明一个实施例所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法的流程示意图；
图2为本发明一个实施例所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法的单电源辐射状配电线路示意图；
图3为本发明一个实施例所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法的两相短路故障发生在L3示意图；
图4为本发明一个实施例所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法的两相短路故障发生在L2示意图；
图5为本发明一个实施例所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法的当传统重合闸运用于发生在L2上的永久性两相短路故障示意图；
图6为本发明一个实施例所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法的两相短路故障发生在L1示意图；
图7为本发明一个实施例所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法的当传统重合闸运用于发生在L1上的永久性两相短路故障示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1、图2和图3，为本发明的第一个实施例，提供了一种基于SPSR(单电源辐射状Single power supply radial)配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法，包括：
S1：实时监测配电线路的工频电气量，识别配电线路的两相短路故障。其中需要说明的是：
实时监测配电线路的工频三相电压、三相电流、零序电压、零序电流；
利用工频电气量构建两相短路故障的识别判据；
当系统中有过流且三相电流不平衡时，则判断为两相短路故障；
三相电流不平衡包括，将零序电流加上负序电流除以正序电流。
S2：故障被无通道保护隔离后，等待故障去游离时间后再进行重合闸。本步骤需要说明的是：
当故障被无通道保护有效切除后，等待故障绝缘恢复，即去游离时间满足时；
利用电源侧继电器向对应电源侧断路器下发合闸指令；
通过负荷侧继电器向对应负荷侧断路器下发合闸指令。
S3：重合闸利用电源侧继电器向对应电源侧断路器下发合闸指令并采用重合闸后加速。其中还需要说明的是：
重合闸后加速在电源侧继电器向相对应电源侧断路器下发合闸指令后进行；
检测加速时间内是否满足过电流保护判据，若满足，则立即向对应断路器下发跳闸指令。
S4：若负荷侧继电器等待电源侧断路器重合闸操作完成后，则判定线路电压恢复正常水平后再向对应负荷侧断路器下发合闸指令。本步骤还需要说明的是：
负荷侧继电器等待电源侧断路器重合闸操作完成后下发合闸指令；
考虑到电源侧断路器重合闸、检测故障及重合闸于永久性故障的后加速跳闸所需时间，等待时间应为这些过程完成的最大时长；
负荷侧继电器的合闸指令必须等到负荷侧继电器检测到线路电压水平恢复正常后才能下发，且线路电压水平是否恢复直接反应电源侧断路器的重合闸是否成功。
较佳的，本实施例还需要说明的是，单电源辐射状配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法还具体包括以下步骤：
(1)判断是否发生两相短路故障，检测到两相短路故障，重合闸功能启动并开始计时；
(2)判断计时是否满足电源侧继电器重合闸时间(以该段线路的两相短路故障无通道保护隔离的最长时间加上去游离时间)或负荷侧继电器重合闸时间(为电源侧继电器重合闸时间的基础上加上电源侧重合闸完成所需时长)，若满足电源侧继电器重合闸时间，进入步骤(3)，若满足负荷侧继电器重合闸时间，进入步骤(4)；
(3)当电源侧断路器的已经由电源侧继电器无通道保护的过电流保护下发指令跳开，且重合闸延时满足，电源侧继电器向相应断路器下发重合闸指令，并启用重合闸后加速功能，若重合于瞬时性故障，则重合闸成功，若重合于永久性故障，则在重合闸后加速时间范围内的电流速断保护动作，电源侧继电器向相应断路器下发跳闸指令跳开对应断路器；
(4)当负荷侧断路器已经由负荷侧继电器的无通道保护的低电压保护下发指令跳开，且满足负荷侧重合闸延时，那么负荷侧继电器检测线路电压是否恢复正常水平，如果电压水平恢复正常，那么负荷侧继电器向相对应负荷侧断路器下发合闸指令，如果电压水平没有恢复正常，那么负荷侧继电器不向相对应负荷侧断路器下发合闸指令。
通俗的说，两相故障最显著的特征是故障相电流升高，但是由于健全相仍然是正常电流，所以三相电流不平衡，系统中会出现负序电流，两相接地故障还会出现零序电流，利用工频特征可以进行配电线路两相短路故障的识别，当检测到线路上发生两相短路故障时，电源侧继电器和负荷侧继电器的重合闸功能均开始计时。
当无通道保护已经完成故障隔离后，等待延时△t1，△t1为故障去游离时间，当满足延时△t1后，由电源侧继电器向相对应的电源侧断路器下发重合闸指令并启动重合闸后加速功能，该重合闸后加速功能是指在合闸后△t2内电源侧继电器若检测到过电流保护判据满足则立刻向电源侧断路器下发跳闸指令；△t2为重合闸后加速功能的有效时间，即合闸后在△t2内若检测到过电流则快速跳开对应断路器，若重合于瞬时性故障，则电源侧断路器将成功重合闸，若重合于永久性故障，则电源侧继电器将加速跳开对应电源侧断路器。
而考虑到电源侧断路器重合闸、检测故障及重合闸于永久性故障的后加速跳闸所需时间，等待时间应为这些过程完成的最大时长△t3，由于电源侧及负荷侧断路器计时开始时间相同，负荷侧继电器的重合闸时延应为电源侧重合闸时延基础上加上上述最大时长△t3。
当负荷侧继电器的重合闸时延满足后，检测线路电压水平是否恢复，若电压水平恢复，则负荷侧继电器向相对应的负荷侧断路器下发合闸指令；若检测线路电压水平未恢复，则负荷侧继电器不向相对应的负荷侧断路器下发合闸指令。
实施例2
参照图2～图7，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种基于SPSR(单电源辐射状Single power supply radial)配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法的验证对比，包括：
定义断路器的动作时间为两个周波即40ms，故障去游离时间为1s，本实施例所采用重合闸后加速功能，是指当电源侧继电器投入重合闸功能，为了保证在合闸完成后进行过电流检测，在合闸指令下发给对应断路器后的四个周波(80ms)内检测电源侧继电器的过电流是否仍旧存在，若在80ms内电源侧继电器检测到过电流仍旧存在，则立刻向对应电源侧断路器下发跳闸指令跳开对应断路器；若在80ms内电源侧继电器未检测到过电流存在，则重合闸后加速功能结束，电源侧断路器重合闸成功。
参照图2和图3，当线路L3发生两相短路故障时，继电器R3检测到过电流保护启动，并开始计时，延时0.1s后，继电器R3过电流保护动作并向断路器B3发出跳闸指令，经过两个周波后，断路器B3于0.14s完成跳闸,此时线路运行状态如图3所示；继而等待故障线路绝缘恢复，当继电器R3的计时达到1.14s时，等待去游离过程已经完成，继电器R3向断路器B3下发合闸指令并启动重合闸后加速功能，而后断路器B3完成合闸，若线路L3发生瞬时性故障，故障点绝缘在断路器B3合闸时已经恢复，断路器B3重合成功，线路L3恢复供电，线路最终运行状态如图2所示；若线路L3发生永久性故障，断路器B3重合后继电器R3检测到过电流，继电器R3的电流速断保护动作并向断路器B3下发跳闸指令，而后断路器B3再次跳开，线路最终运行状态如图3所示。
参照图4和图5，当线路L2发生两相短路故障时，继电器R2的过电流保护启动，继电器R3的低电压保护启动并开始计时，延时0.3s后，继电器R3的低电压保护动作并向断路器B3下发跳闸指令，经过两个周波后，对应断路器B3于0.34s完成跳闸，此时电源侧继电器R2检测到健全相电流的突变，继而电源侧继电器R2的加速过电流保护动作并向对应断路器B2下发跳闸指令，经过两个周波后，对应断路器B2于0.38s完成跳闸，至此，线路L2的故障被双端隔离，线路运行状态如图4所示；此时，若采用传统重合闸方案，由于负荷侧断路器B3于0.34s先跳闸，则负荷侧继电器R3将于1.34s向负荷侧断路器B3下发合闸指令，而后负荷侧断路器先完成重合闸，由于此时电源侧断路器B2仍旧属于断开状态，重合后仍旧无法判断故障是否消失，在那之后，当计时满足电源侧继电器R2的合闸延时1.38s，此时，由电源侧继电器R2向断路器B2下发合闸指令并启动重合闸后加速功能，当电源侧断路器合闸后，若线路发生故障为瞬时性故障，则断路器B2合闸成功，线路恢复正常供电，线路运行状态如图2所示；若线路发生故障为永久性故障，则继电器R2的电流速断保护动作向对应断路器B2下发跳闸指令，断路器B2再次跳开，线路最终运行状态如图5所示；此时，两相短路故障仅由电源侧断路器实现了单端切除。
若采用本发明方法，则负荷侧断路器R3的重合应等到电源侧断路器R2的重合闸过程完成后再进行重合，考虑到电源侧断路器R2重合闸、检测故障及重合闸于永久性故障的后加速跳闸所需时间，设定负荷侧继电器等待电源侧断路器重合时长为0.5s，当电源侧继电器R2满足绝缘恢复时间1s后，继电器R2于1.38s时向对应断路器B2下发合闸指令并启动重合闸后加速功能；当断路器B2合闸后，若线路L2发生瞬时性故障时，断路器B2重合闸成功，线路L2恢复供电，负荷侧继电器等待电源侧断路器重合闸操作，当延时满足1.88s后，负荷侧继电器R3检测到线路侧电压恢复正常并向对应断路器B3下发合闸指令，断路器B3合闸后，线路供电恢复正常；若线路L2发生永久性故障时，断路器B2合闸后继电器R2检测到过电流，继电器R2的电流速断保护动作并向断路器B3下发跳闸指令，而后断路器B3再次跳开，负荷侧继电器R3等待电源侧断路器B2重合闸操作，当延时满足1.88s后，继电器R3检测到线路电压未恢复正常，不进行重合闸；相较于传统重合闸方案，本发明方法能够有效恢将永久性故障双端隔离并完成瞬时性故障的供电恢复。
优选的是，当线路L1发生两相短路故障时，继电器R1过电流保护启动,继电器R2低电压保护启动并开始计时，延时0s后，继电器R2的低电压保护动作并向对应断路器B2下发跳闸指令，经过两个周波后，对应断路器B2于0.04s完成跳闸，此时电源侧继电器R1检测到健全相电流的突变，继而电源侧继电器R1的加速过电流保护动作并向对应断路器B1下发跳闸指令，经过两个周波后，对应断路器B1于0.08s完成跳闸；至此，线路L1的故障被双端隔离，此时线路运行状态如图6所示。
若采用传统重合闸方案，由于负荷侧断路器B2于0s先跳闸，则负荷侧继电器R2将于1.04s向负荷侧断路器B2下发合闸指令，而后负荷侧断路器先完成重合闸，由于此时电源侧断路器B1仍旧属于断开状态，负荷侧断路器重合后仍旧无法判断故障是否消失，在那之后，当计时满足电源侧继电器R1的合闸延时1.08s，此时，由电源侧继电器R1向断路器B1下发合闸指令并启动重合闸后加速功能，当电源侧断路器合闸后，若线路发生故障为瞬时性故障，则断路器B1合闸成功，线路恢复正常供电，线路运行状态如图2所示；若线路发生故障为永久性故障，则继电器R1的电流速断保护动作并向对应断路器B1下发跳闸指令，断路器B1再次跳开，线路最终运行状态如图7所示；此时，两相短路故障仅由电源侧断路器实现了单端切除。
采用本发明方案，则负荷侧断路器B2的重合应等到电源侧断路器B1的重合闸过程完成后再进行重合，考虑到电源侧断路器R1重合闸、检测故障及重合闸于永久性故障的后加速跳闸，设定负荷侧继电器R2等待电源侧断路器B1重合时长为0.5s，当电源侧继电器R1满足绝缘恢复时间1s后，继电器R1于1.08s时向对应断路器B1下发合闸指令并启动重合闸后加速功能，当断路器B1合闸后，若线路L1发生瞬时性故障，断路器B2重合闸成功，线路L2恢复供电，负荷侧继电器R2等待电源侧断路器B1重合闸操作，当延时满足1.58s后，继电器R2检测到线路侧电压恢复正常并向对应断路器B2下发合闸指令，断路器B2合闸后，线路供电恢复正常；若线路L1发生永久性故障时，断路器B1合闸后继电器R1检测到过电流，继电器R1的电流速断保护动作并向断路器B1下发跳闸指令，而后断路器B1再次跳开，负荷侧继电器R2等待电源侧断路器B1重合闸操作，当延时满足1.58s后，负荷侧继电器R2检测到线路电压未恢复正常，不进行重合闸；相较于传统重合闸方案，本发明方法能够有效恢将永久性故障双端隔离并完成瞬时性故障的供电恢复。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法，其特征在于：包括，
实时监测配电线路的工频电气量，识别所述配电线路的两相短路故障；
所述故障被无通道保护隔离后，等待故障去游离时间后再进行重合闸；
所述重合闸利用电源侧继电器向对应电源侧断路器下发合闸指令并采用重合闸后加速；
若负荷侧继电器等待所述电源侧断路器重合闸操作完成后，则判定线路电压恢复正常水平后再向对应所述负荷侧断路器下发合闸指令。
2.根据权利要求1所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法，其特征在于：包括，实时监测所述配电线路的工频三相电压、三相电流、零序电压、零序电流。
3.根据权利要求1或2所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法，其特征在于：包括，
利用所述工频电气量构建所述两相短路故障的识别判据；
当系统中有过流且三相电流不平衡时，则判断为所述两相短路故障。
4.根据权利要求3所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法，其特征在于：包括，
所述重合闸后加速在电源侧继电器向相对应电源侧断路器下发合闸指令后进行；
检测加速时间内是否满足过电流保护判据，若满足，则立即向对应断路器下发跳闸指令。
5.根据权利要求4所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法，其特征在于：所述三相电流不平衡包括，将所述零序电流加上负序电流除以正序电流。
6.根据权利要求5所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法，其特征在于：包括，
当所述故障被无通道保护有效切除后，等待故障绝缘恢复，即所述去游离时间满足时；
利用电源侧继电器向对应电源侧断路器下发合闸指令；
通过所述负荷侧继电器向对应负荷侧断路器下发合闸指令。
7.根据权利要求6所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法，其特征在于：包括，
所述负荷侧继电器等待所述电源侧断路器重合闸操作完成后下发合闸指令；
考虑到电源侧断路器重合闸、检测故障及重合闸于永久性故障的后加速跳闸所需时间，等待时间应为这些过程完成的最大时长。
8.根据权利要求7所述的基于SPSR配电线路与无通道保护配合的自动重合闸方法，其特征在于：还包括，
所述负荷侧继电器的合闸指令必须等到所述负荷侧继电器检测到线路电压水平恢复正常后才能下发，且所述线路电压水平是否恢复直接反应所述电源侧断路器的重合闸是否成功。
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