CN113937741A - 一种主从式智能配电自动化系统 - Google Patents

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陈炜
吴俊�
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Nanjing Zhihui Electric Power Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种主从式智能配电自动化系统，属于电力技术领域，包括配电系统和主从式系统，配电系统包括串联在两个变电站之间的N个开关站，N个开关站中的上级开关站的第二断路器和与其相邻的后级开关站的第一断路器相连；位于第一个开关站以及最后一个开关站之间的一个开关站设有联络断路器，主从式系统包括为各个开关站的进出线配置智能采集控制终端，在任一开关站配置的智能控制主机，解决了在配网系统发生各种类型的故障时，都能快速准确定位故障，把停电范围限制到最小，并快速恢复故障点下游非故障区域的供电的技术问题，提升配电网运维精益化水平，实现配电网管理现代化，满足A+地区供电可靠性的要求。

Description

一种主从式智能配电自动化系统
技术领域
本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种主从式智能配电自动化系统。
背景技术
随着国家加快经济发展方式转变和产业结构调整，高新技术、高附加值产业、高精度制造企业等重要用户负荷越来越重，居民生活品质和电气化程度越来越高，而配电网直接面向用户，其安全性和可靠性对国民经济的发展起着至关重要的作用。随着配电网拓扑结构的发展、电网电力电子化特征的加强、电源渗透率的提高，传统配电网保护面临着适应性问题，原有保护配置方案以及整定原则受到了严峻的挑战，这就对配电网的供电侧提出了更高要求，对电能可靠性、质量的要求越来越高。
目前配电网保护通常配置传统的过电流保护，由于配电线路短，级差配合通常难以实现，过电流保护越靠近电源端动作时间越长，当配电区段增多时，动作时间也是用户难以接受的。为了保证故障的快速清除，通常需要跳开变电站出口断路器，失去了故障的选择性，扩大了停电范围，增加了停电时间，更无法实现母线故障、断路器失灵的保护。因此，目前的配电系统不能实现各种类型故障的快速定位和隔离，恢复供电的时间是秒级甚至是分钟级的。如何在配网系统发生各种类型的故障时，都能快速准确地定位故障，把停电范围限制到最小，并快速恢复故障点下游非故障区域的供电，为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种主从式智能配电自动化系统，解决了在配网系统发生各种类型的故障时，都能快速准确定位故障，把停电范围限制到最小，并快速恢复故障点下游非故障区域的供电的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种主从式智能配电自动化系统，包括配电系统和主从式系统，配电系统包括1号变电站、2号变电站和数个开关站，1号变电站和2号变电站均配有一个出线断路器；
每一个开关站均配有两个断路器，设定开关站的编号为开关站1到开关站n，其中，n取值为正整数，在任意一个开关站a中，第一个断路器用断路器a01表示，第二个断路器用断路器a02表示，其中，a取值为1到n；
1号变电站的出线断路器与开关站1的断路器101连接，开关站n的断路器n02与2号变电站的出线断路器连接；
编号相邻的两个开关站之间，按照编号顺序进行上下级排序，上级开关站b的第二个断路器b02与下级开关站c的第一个断路器c01相连，其中，开关站b和开关站c为编号相邻的两个开关站，c取值为b+1，b取值为1到n；
在开关站2到开关站n-1之间选择任意一个开关站设置联络断路器，联络断路器负责与上级开关站的第一个断路器连接；
所述主从式系统包括智能控制主机和数个智能采集控制终端，每一个开关站配备一个智能采集控制终端，开关站的各回路断路器、电压互感器和电流互感器均通过电缆与其配备的智能采集控制终端连接，同一配电环网系统内，所有智能采集控制终端均通过光纤连接智能控制主机；
智能控制主机用于线路差动保护、无压跳闸、故障隔离、自愈合闸和失灵保护，智能采集控制终端用于有过流保护、零序过流保护、小电流接地选线、过流加速保护、零序过流加速保护、简易母线差动保护、失灵保护和分段备自投；
当配电系统内发生任意变电站与开关站1之间连接线缆故障、相邻开关站之间的连接线缆故障或开关站母线故障时，智能控制主机和智能采集控制终端配合在150ms内隔离故障，并启动环网自愈功能，即控制联络断路器合闸，恢复故障点下游非故障失电区域的供电，在500ms以内恢复非故障失电区域的供电；
当相邻开关站之间连接线缆发生故障时，智能控制主机配合智能采集控制终端控制故障线路两端的断路器跳闸，从而隔离故障；智能控制主机采集到故障信息以及故障隔离信息后启动环网自愈功能，即控制联络断路器合闸，恢复故障点下游非故障失电区域的供电；
当任意变电站失电时，智能控制主机无压跳闸动作，断开与失压变电站之间连接的开关站的断路器，并启动环网自愈功能，控制联络断路器合闸；
当开关站的母线故障时，由智能采集控制终端的简易母线差动保护跳开开关站的进出线断路器，智能控制主机根据跳闸情况启动环网自愈功能，控制联络断路器合闸；
当发生断路器失灵时，智能控制主机或者智能采集控制终端查找出与失灵断路器相邻连接的断路器X，并控制断路器X断开，启动环网自愈功能，控制联络断路器合闸。
优选的，所述联络断路器为常开断路器。
优选的，相邻开关之间连接的线缆配置双重化的保护隔离故障，智能控制主机配置线路光纤差动保护，智能采集控制终端配置数字过流保护，从而对线缆故障进行完全选择性隔离。
优选的，所述配电系统采用环网供电，开环运行，运行方式为单环网或双环网运行方式。
优选的，所述智能控制主机和所述智能采集控制终端均支持电力行业标准DLT/860IEC61850系列规约以及DL/T667-1999I EC60870-5-103标准的通信规约。
本发明所述的一种主从式智能配电自动化系统，解决了在配网系统发生各种类型的故障时，都能快速准确定位故障，把停电范围限制到最小，并快速恢复故障点下游非故障区域的供电的技术问题，本发明适用于配电网单环网或双环网配电网，能对配电系统的各种类型的故障进行准确定位，快速隔离和恢复故障点下游非故障区域的供电，提高供电可靠性和供电质量，提升配电网运维精益化水平，实现配电网管理现代化，满足A+地区供电可靠性的要求。
附图说明
图1是本发明的系统架构的电气示意图。
具体实施方式
由图1所示的一种主从式智能配电自动化系统，包括配电系统和主从式系统，配电系统包括1号变电站、2号变电站和数个开关站，1号变电站和2号变电站均配有一个出线断路器；
每一个开关站均配有两个断路器，设定开关站的编号为开关站1到开关站n，其中，n取值为正整数，在任意一个开关站a中，第一个断路器用断路器a01表示，第二个断路器用断路器a02表示，其中，a取值为1到n；
1号变电站的出线断路器与开关站1的断路器101连接，开关站n的断路器n02与2号变电站的出线断路器连接；
编号相邻的两个开关站之间，按照编号顺序进行上下级排序，上级开关站b的第二个断路器b02与下级开关站c的第一个断路器c01相连，其中，开关站b和开关站c为编号相邻的两个开关站，c取值为b+1，b取值为1到n；
在开关站2到开关站n-1之间选择任意一个开关站设置联络断路器，联络断路器负责与上级开关站的第一个断路器连接；
如图1所示，例如图中为8个开关站；每个所述开关站均配备有第一断路器和第二断路器，如图1中的101表示第一断路器，102表示第二断路器，依次到801、802断路器。
图1中，
Figure BDA0003331960130000042
表示断路器(常闭)，
Figure BDA0003331960130000043
表示负荷开关或断路器(常闭)，
Figure BDA0003331960130000041
表示负荷开关或断路器(常开)，
Figure BDA0003331960130000044
表示开关编号，
Figure BDA0003331960130000045
表示智能采集控制终端，——表示自愈用光纤，
Figure BDA0003331960130000046
表示分光器。
本实施例中，8个开关站依次手拉手连接在所述1号变电站与2号变电站之间。所述8个开关站中的第一个开关站的第一断路器101通过线缆与所述1号变电站的出线断路器相连；所述8个开关站设备中的最后一个开关站的第二断路器802通过线缆与所述2号变电站的出线断路器相连；所述8个开关站中的上级开关站的第二断路器通过线缆与其相邻的后级开关站的第一断路器相连；位于所述第一个开关站以及所述最后一个开关站之间的一个开关站设有联络断路器，该联络断路器为常开断路器，该联络断路器用于提供环网自愈功能，例如图1所示的第5个开关站对应的501为联络断路器，系统正常运行时此501断路器处于常开状态，
在1号变电站与2号变电站之间组成单环网的主从式智能配电自动化系统。
所述主从式系统包括智能控制主机和数个智能采集控制终端，每一个开关站配备一个智能采集控制终端，开关站的各回路断路器、电压互感器和电流互感器均通过电缆与其配备的智能采集控制终端连接，同一配电环网系统内，所有智能采集控制终端均通过光纤连接智能控制主机；
智能控制主机用于线路差动保护、无压跳闸、故障隔离、自愈合闸和失灵保护，智能采集控制终端用于有过流保护、零序过流保护、小电流接地选线、过流加速保护、零序过流加速保护、简易母线差动保护、失灵保护和分段备自投；
本实施例中，同一配电环网系统内的所有智能采集控制终端通过光纤连接到智能控制主机，组成配电自动化网络，实现保护、测控和馈线自动化一体化的解决方案。所述由智能控制主机与智能采集终端配合实现了保护快速性和选择性的完美统一，是配电自动化系统完成快速故障定位和隔离的理想选择。
智能采集控制终端采集所在回路的断路器位置、电压、电流信号，并通过光纤最终到智能控制主机，智能控制主机可以接收不同开关站间的断路器位置、有压无压、有流无流、保护启动跳闸信息等，智能控制主机可配置在任一开关站。
本发明基于单根光纤即可实现被保护区域内各装置的通信，无需交换机，内置通信模块，通信可靠性高且可经无源分光器灵活扩展，同一配电环网系统内配置的所有智能采集控制终端通过光纤技术连接到智能控制主机，组成智能主从式配电自动化系统网络。
当配电系统内发生任意变电站与开关站1之间连接线缆故障、相邻开关站之间的连接线缆故障或开关站母线故障时，智能控制主机和智能采集控制终端配合在150ms内隔离故障，并启动环网自愈功能，即控制联络断路器合闸，恢复故障点下游非故障失电区域的供电，在500ms以内恢复非故障失电区域的供电；
当相邻开关站之间连接线缆发生故障时，智能控制主机配合智能采集控制终端控制故障线路两端的断路器跳闸，从而隔离故障；智能控制主机采集到故障信息以及故障隔离信息后启动环网自愈功能，即控制联络断路器合闸，恢复故障点下游非故障失电区域的供电；
当任意变电站失电时，智能控制主机无压跳闸动作，断开与失压变电站之间连接的开关站的断路器，并启动环网自愈功能，控制联络断路器合闸；
当开关站的母线故障时，由智能采集控制终端的简易母线差动保护跳开开关站的进出线断路器，智能控制主机根据跳闸情况启动环网自愈功能，控制联络断路器合闸；
当发生断路器失灵时，智能控制主机或者智能采集控制终端查找出与失灵断路器相邻连接的断路器X，并控制断路器X断开，启动环网自愈功能，控制联络断路器合闸。
在本实施例中，自愈逻辑充电条件：
·开关两侧均有压。
·有且仅有联络断路器分位无流。
·其他断路器都在合位。
·自愈投入，“自愈”硬压板与“自愈投入”控制字均投入。
经10s延时后完成充电。
自愈逻辑放电条件：
·开环点开关跳闸。
·开环点所在母线、线路故障或开环点对侧母线故障。
·任何主干线开关手跳。
·开环点开关在合位、有流或自愈合闸动作。
·主干线CT断线或长期有差流。
·终端注册注销、定值修改、定值校验出错等异常。
·开环点两侧任意PT电压异常。
·自愈合闸长期启动。
·自愈功能退出。
自愈逻辑合闸条件：
·联络断路器分位。
·自愈充电完成。
·母线或线路侧任意一侧无压。
·差动保护/数字过电流/母线保护/首开端无压无流保护跳闸。
表详细说明被保护区域典型模拟故障点即，图1中表示的模拟故障点F1～F4故障检测、隔离和恢复供电的逻辑及动作结果。表1中所示的101到802为8个开关站的断路器编号。
Figure BDA0003331960130000071
Figure BDA0003331960130000081
表1
优选的，所述联络断路器为常开断路器。
优选的，相邻开关之间连接的线缆配置双重化的保护隔离故障，智能控制主机配置线路光纤差动保护，智能采集控制终端配置数字过流保护，从而对线缆故障进行完全选择性隔离。
优选的，所述配电系统采用环网供电，开环运行，运行方式为单环网或双环网运行方式。
优选的，所述智能控制主机和所述智能采集控制终端均支持电力行业标准DLT/860IEC61850系列规约以及DL/T667-1999 IEC60870-5-103标准的通信规约。
本实施例中，所述主从式系统可以采用2台或以上主机的拓扑结构；如，设定m为开关站1～n之间的任意开关站，可以选择1至m之间的智能终端连接第一台主机，m+1至n之间的智能终端连接第二台主机，第一台主机与第一台主机之间通过光纤连接，则第二台主机能通过第一台主机读取1～m之间的数据。
在本实施例中，所述智能控制主机和所述智能采集控制终端的以太网通信网络为高可用性无缝冗余HSR/PRP以太网通信网络，网络内部的智能控制主机、所有的智能采集控制终端之间可采用IEC-61850或IEC60870-5-103面向通用对象的变电站后台系统共享断路器状态、有压无压、有流无流、保护启动跳闸信息。
本发明所述的一种主从式智能配电自动化系统，解决了在配网系统发生各种类型的故障时，都能快速准确定位故障，把停电范围限制到最小，并快速恢复故障点下游非故障区域的供电的技术问题，本发明适用于配电网单环网或双环网配电网，能对配电系统的各种类型的故障进行准确定位，快速隔离和恢复故障点下游非故障区域的供电，提高供电可靠性和供电质量，提升配电网运维精益化水平，实现配电网管理现代化，满足A+地区供电可靠性的要求。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种主从式智能配电自动化系统，其特征在于：包括配电系统和主从式系统，配电系统包括1号变电站、2号变电站和数个开关站，1号变电站和2号变电站均配有一个出线断路器；
每一个开关站均配有两个断路器，设定开关站的编号为开关站1到开关站n，其中，n取值为正整数，在任意一个开关站a中，第一个断路器用断路器a01表示，第二个断路器用断路器a02表示，其中，a取值为1到n；
1号变电站的出线断路器与开关站1的断路器101连接，开关站n的断路器n02与2号变电站的出线断路器连接；
编号相邻的两个开关站之间，按照编号顺序进行上下级排序，上级开关站b的第二个断路器b02与下级开关站c的第一个断路器c01相连，其中，开关站b和开关站c为编号相邻的两个开关站，c取值为b+1，b取值为1到n；
在开关站2到开关站n-1之间选择任意一个开关站设置联络断路器，联络断路器负责与上级开关站的第一个断路器连接；
所述主从式系统包括智能控制主机和数个智能采集控制终端，每一个开关站配备一个智能采集控制终端，开关站的各回路断路器、电压互感器和电流互感器均通过电缆与其配备的智能采集控制终端连接，同一配电环网系统内，所有智能采集控制终端均通过光纤连接智能控制主机；
智能控制主机用于线路差动保护、无压跳闸、故障隔离、自愈合闸和失灵保护，智能采集控制终端用于有过流保护、零序过流保护、小电流接地选线、过流加速保护、零序过流加速保护、简易母线差动保护、失灵保护和分段备自投；
当配电系统内发生任意变电站与开关站1之间连接线缆故障、相邻开关站之间的连接线缆故障或开关站母线故障时，智能控制主机和智能采集控制终端配合在150ms内隔离故障，并启动环网自愈功能，即控制联络断路器合闸，恢复故障点下游非故障失电区域的供电，在500ms以内恢复非故障失电区域的供电；
当相邻开关站之间连接线缆发生故障时，智能控制主机配合智能采集控制终端控制故障线路两端的断路器跳闸，从而隔离故障；智能控制主机采集到故障信息以及故障隔离信息后启动环网自愈功能，即控制联络断路器合闸，恢复故障点下游非故障失电区域的供电；
当任意变电站失电时，智能控制主机无压跳闸动作，断开与失压变电站之间连接的开关站的断路器，并启动环网自愈功能，控制联络断路器合闸；
当开关站的母线故障时，由智能采集控制终端的简易母线差动保护跳开开关站的进出线断路器，智能控制主机根据跳闸情况启动环网自愈功能，控制联络断路器合闸；
当发生断路器失灵时，智能控制主机或者智能采集控制终端查找出与失灵断路器相邻连接的断路器X，并控制断路器X断开，启动环网自愈功能，控制联络断路器合闸。
2.如权利要求1所述的一种主从式智能配电自动化系统，其特征在于：所述联络断路器为常开断路器。
3.如权利要求1所述的一种主从式智能配电自动化系统，其特征在于：相邻开关之间连接的线缆配置双重化的保护隔离故障，智能控制主机配置线路光纤差动保护，智能采集控制终端配置数字过流保护，从而对线缆故障进行完全选择性隔离。
4.如权利要求1所述的一种主从式智能配电自动化系统，其特征在于：所述配电系统采用环网供电，开环运行，运行方式为单环网或双环网运行方式。
5.如权利要求1所述的一种主从式智能配电自动化系统，其特征在于：所述智能控制主机和所述智能采集控制终端均支持电力行业标准DLT/860IEC61850系列规约以及DL/T667-1999 IEC60870-5-103标准的通信规约。
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