CN114256818A - 一种配电网主干线的多级限流保护方法及配置系统 - Google Patents

Abstract

一种配电网主干线的多级限流保护方法及配置系统，在主变压器的母线断路器和所对应连接的母线之间设置母线限流器，将主干线划分为N段主干线，并在每条主干线上依次设置主干线限流器和主干线断路器，电网稳态时，各断路器和快速断路器均处于闭合状态，线路出现短路故障时，限流器和断路器根据故障部位采取分段保护：控制器触发断路器和限流器的快速断路器，并把短路故障和地址信息发送至上级控制器，实现故障线路限流保护和馈电自动化功能。本方法的保护判别逻辑简单，能够更快地故障限流隔离与供电恢复。

Description

一种配电网主干线的多级限流保护方法及配置系统

技术领域

本发明属于电网保护技术领域，具体地，涉及一种配电网主干线的多级限流保护方法及配置系统。

背景技术

随着国民经济的快速发展，社会对电力的需求不断增加，带动了电力系统的不断发展，单机和发电厂容量、变电所容量、城市和工业中心负荷不断增加，就使得电力系统之间互联，各级电网中的短路电流水平不断提高，短路故障对电力系统及其相连的电气设备的破坏性也越来越大。而且，在对电能的需求量日益增长的同时，人们对电能质量、供电可靠性和安全性等也提出了更高的要求。

短路故障限流器为这一问题的解决提供了新思路。目前，基于材料特性及其技术突破，提出并发展了多种限流器，包括PTC限流器、谐振限流器、固态限流器、超导限流器等。由于PTC限流器的限流容量太小，因此不具备在实际电网中的应用前景。固态限流器由于在高电压大容量系统中应用时，需要大量固态开关管(IGBT、GTO等)串并联来实现，导致结构复杂、价格昂贵、稳态损耗大、可靠性低；超导限流器造价昂贵，难以实用化推广；谐振限流器需要大量的电容器和晶闸管等固态开关器件，体积大。因此，其实际应用也具有很大局限性。

目前，由于城市配电网供电半径较短，沿线短路电流相差不大，难以采用传统的级差保护实现满意的选择性，导致变电站出线保护延时时间增大。这一保护方式的弊端随着城市配网短路电流水平的增大而显现，即在断路器有效遮断故障前，大短路电流易导致母线电压暂降，影响非故障线路的负荷；同时，短路电流会对站内设备形成冲击，影响设备安全。实现配电线路级差保护和保护站内主要设备这两个需求之间的矛盾愈发突出。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种配电网主干线的多级限流保护方法及配置系统，能够有效限制电网短路电流和实现电网的快速分断保护。

本发明采用如下的技术方案。

一种配电网主干线的多级限流保护方法，包括以下步骤：

步骤1：在主变压器的母线断路器和所对应连接的母线之间设置母线限流器，将主干线依次划分为第1主干线至第N主干线，并在每段主干线靠近首端侧依次设置主干线断路器和主干线限流器；当某段主干线首端并联有并接支路时，则在并接支路靠近首端侧依次设置支路断路器和支路限流器；

步骤2：电网稳态时，母线断路器、主干线断路器、支路断路器均处于闭合状态，所有限流器的快速断路器处于闭合状态；

步骤3：实时检测电网故障状态，当与母线相邻的第1主干线发生故障时，进入步骤4；当第n主干线发生故障时，进入步骤5；当第1主干线与第2主干线之间的并接支路发生故障时，进入步骤6；当与第n主干线首端并联的并接支路发生故障时，进入步骤7；其中，n为[2，N]的整数；

步骤4：主干线限流器的控制器触发主干线断路器和主干线限流器的快速断路器协调动作，并把短路故障和地址信息发送给母线限流器的控制器；

步骤5：主干线限流器的控制器触发主干线断路器和主干线限流器的快速断路器，并把短路故障和地址信息发送给第n-1主干线限流器的控制器，实现故障线路限流；

步骤6：支路限流器的控制器触发支路断路器和支路限流器的快速断路器协调动作，并把短路故障和地址信息发送给第1主干线控制器和母线限流器的控制器，实现故障线路限流保护；

步骤7：支路限流器的控制器触发支路断路器和支路限流器的快速断路器协调动作，并把短路故障和地址信息发送给故障支路与母线之间的主干线控制器和母线控制器，实现故障线路限流保护。

优选地，在步骤3中，通过各限流器检测限流器所在线路的短路故障；

在限流器中设置有与限流单元、快速断路器串联的电流互感器，以及并联设置在线路上的电压互感器，限流单元和快速断路器并联；

所述电流互感器、电压互感器分别实时监测限流器所在线路的电流信号和电压信号，并将检测得到的电流信号、电压信号上传至本限流器中的控制器，由控制器判断线路是否发生短路故障。

步骤4具体包括：

步骤4.1：故障主干线限流器的快速断路器在短路电流第一个过零点后断开，故障主干线断路器第一延时后断开；

步骤4.2：经过第二延时后，故障主干线限流器的控制器发出重合闸命令；第二延时过程中，母线限流器的控制器实时监视故障主干线限流器和故障主干线断路器的运行状态：若是瞬时性短路故障，限流结束后，故障主干线限流器恢复稳态运行，故障主干线断路器闭合，重合闸成功，恢复线路正常运行；若是永久性短路故障，则执行步骤4.3；

步骤4.3：故障主干线断路器断开，同时母线限流器的控制器向母线断路器发出保持命令，实现故障区段的隔离；如果故障主干线断路器失灵，则母线限流器的控制器得知故障主干线断路器一直处于合位，延时向母线断路器发出分闸命令。

步骤5具体包括：

步骤5.1：故障主干线限流器的快速断路器在短路电流第一个过零点后断开，故障主干线断路器在经过第一延时后断开；

步骤5.2：经过第二延时，故障主干线限流器的控制器发出重合闸命令；第二延时过程中，第n-1主干线限流器的控制器实时监视故障主干线限流器和故障主干线断路器的运行状态：若是瞬时性短路故障，限流结束后，故障主干线限流器恢复稳态运行，故障主干线断路器重合闸成功，恢复线路正常运行；若是永久性短路故障，则执行步骤5.3；

步骤5.3：故障主干线断路器断开，同时故障主干线与母线之间的所有主干线限流器的控制器分别向和其位于同一段主干线上的主干线断路器发出保持命令，母线限流器的控制器向母线断路器发出保持命令；如果故障主干线断路器失灵，则第n-1主干线限流器的控制器得知故障主干线断路器一直处于合位，延时向第一主干线断路器发出分闸命令。

步骤6具体包括：

步骤6.1：故障支路限流器的快速断路器在短路电流第一个过零点后断开，故障支路断路器在第一延时之后断开；

步骤6.2：经过第二延时后，故障支路限流器的控制器发出重合闸命令，此过程中，第1主干线限流器的控制器和母线限流器的控制器实时监视故障支路限流器和故障支路断路器的运行状态：若是瞬时性短路故障，限流结束后，故障支路限流器恢复稳态运行，故障支路断路器重合闸成功，恢复线路正常运行；若是永久性短路故障，则执行步骤6.3；

步骤6.3：故障支路断路器断开，同时第1主干线限流器的控制器向第1主干线断路器发出保持命令，母线限流器的控制器向母线断路器发出保持命令；若故障支路断路器失灵，则第1主干线限流器的控制器得知故障支路断路器一直处于合位，延时向第1主干线断路器发出分闸命令。

步骤7具体包括：

步骤7.1：故障支路限流器的快速断路器在短路电流第一个过零点后断开，故障支路断路器在第一延时之后断开；

步骤7.2：经过第二延时后，故障支路限流器的控制器发出重合闸命令，此过程中，故障支路与母线之间的主干线限流器的控制器和母线限流器的控制器实时监视故障支路限流器和故障支路断路器的运行状态：若是瞬时性短路故障，限流结束后，故障支路限流器恢复稳态运行，故障支路断路器重合闸成功，恢复线路正常运行；若是永久性短路故障，则执行步骤7.3；

步骤7.3：故障支路断路器断开，同时故障支路与母线之间的所有主干线限流器的控制器分别向和其位于同一段主干线上的主干线断路器发出保持命令，母线限流器的控制器向母线断路器发出保持命令；若故障支路断路器失灵，则第n主干线限流器的控制器得知故障支路断路器一直处于合位，延时向第n主干线断路器发出分闸命令。

所述第一延时的取值范围为40ms-60ms；

所述第二延时的取值范围为250ms-350ms。

一种配电网主干线的多级限流保护配置系统，包括主变压器、母线断路器、母线限流器、主干线断路器、主干线限流器、支路断路器、支路限流器、支路负载，

在主变压器和所对应连接的母线之间依次设置母线断路器、母线限流器；

母线与配电网主干线相连，将主干线划分为N段主干线，并在每段主干线上首端依次设置主干线断路器和主干线限流器；

当某段主干线首端并联有并接支路时，则在并接支路首端设置支路断路器，在远离主干线的一端设置支路限流器。

系统内的各限流器检测限流器所在线路的短路故障，各限流器中设置有与限流单元、快速断路器串联的电流互感器，以及并联设置在线路上的电压互感器，限流单元和快速断路器并联；

所述电流互感器、电压互感器分别实时监测限流器所在线路的电流信号和电压信号，并将检测得到的电流信号、电压信号上传至本限流器中的控制器，由控制器判断线路是否发生短路故障。

系统内的各限流器包括快速断路器、限流单元、控制器、电流传感器、电压传感器和信号线；

控制器通过电流传感器获取线路电流信号，通过电压传感器获取电压信号，用于判断线路是否出现短路故障；

控制器通过信号线获得快速断路器状态信号并实现对快速断路器的控制；

控制器通过信号线获得断路器的状态信号，并实现对断路器的控制；

控制器通过信号线实现与其它控制器的信号通讯，组成分布式馈电自动化系统。本发明的有益效果在于，与现有技术相比，可以有效限制电网短路电流并且实现电网的快速分段保护。

本发明的有益效果还包括：

1.根据电网结构特点，限流器和断路器的相互配合实现了电网的快速限流和分断保护，实现了电网的全保护；

2.限流器的控制器不但实现了故障判定和限流控制，而且实现了馈电自动化功能，利用本地电流信息以及下游分段开关的位置信息和电流信息，即可正确判别故障区段，而不需要主站的参与，也无需时限配合，保护的判别逻辑简单，能够更快地故障限流隔离与供电恢复，使得限流和保护更便捷，设计更加合理；

3.通过限流器的控制器形成了就地型的馈线自动化系统，便于实现本地控制和上下级联动，避免上级限流器和断路器越级动作，避免故障区域扩大化；

4.限流器根据电网结构来配置，实现了全电网限流保护，避免了外加馈电自动化系统，节约了系统成本。

附图说明

图1为本发明具体实施例的一种配电网主干线多级限流保护方法流程示意图；

图2为本发明具体实施例的一种配电网主干线多极限流保护配置系统图；

图3为本发明具体实施例的母线限流器原理结构图。

附图标记为：

101、第一主干线断路器；102、第一主干线限流器；

11、第一支路断路器；12、第一支路限流器；13、第一支路负载13；

201、第二主干线断路器；202、第二主干线限流器；

21、第二支路断路器；22、第二支路限流器；23、第二支路负载；

301、第三主干线断路器；302、第三主干线限流器；

4、主变压器；5、母线断路器；6、母线限流器；

61、控制器；62、电流传感器；63、电压传感器；64、限流单元；

CB、快速断路器。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

一种配电网主干线多级限流保护方法，包括以下步骤：

步骤1：在主变压器的母线断路器和所对应连接的母线之间设置母线限流器，将主干线依次划分为第1主干线至第N主干线，并在每段主干线靠近首端侧依次设置主干线断路器和主干线限流器；当某段主干线首端并联有并接支路时，则在并接支路靠近首端侧依次设置支路断路器和支路限流器；

步骤2：电网稳态时，母线断路器、主干线断路器、支路断路器均处于闭合状态，所有限流器的快速断路器处于闭合状态；

步骤3：实时检测电网故障状态，当与母线相邻的第1主干线发生故障时，进入步骤4；当第n主干线发生故障时，进入步骤5；当第1主干线与第2主干线之间的并接支路发生故障时，进入步骤6；当与第n主干线首端并联的并接支路发生故障时，进入步骤7；其中，n为[2，N]的整数；

在步骤3中，通过各限流器检测限流器所在线路的短路故障；

在限流器中设置有与限流单元、快速断路器串联的电流互感器，以及并联设置在线路上的电压互感器，限流单元和快速断路器并联；

所述电流互感器、电压互感器分别实时监测限流器所在线路的电流信号和电压信号，并将检测得到的电流信号、电压信号上传至本限流器中的控制器，由控制器判断线路是否发生短路故障。

步骤4：主干线限流器的控制器触发主干线断路器和主干线限流器的快速断路器协调动作，并把短路故障和地址信息发送给母线限流器的控制器；

步骤4具体包括：

步骤4.1：故障主干线限流器的快速断路器在短路电流第一个过零点后断开，故障主干线断路器第一延时后断开；

步骤4.2：经过第二延时后，故障主干线限流器的控制器发出重合闸命令；第二延时过程中，母线限流器的控制器实时监视故障主干线限流器和故障主干线断路器的运行状态：若是瞬时性短路故障，限流结束后，故障主干线限流器恢复稳态运行，故障主干线断路器闭合，重合闸成功，恢复线路正常运行；若是永久性短路故障，则执行步骤4.3；

步骤4.3：故障主干线断路器断开，同时母线限流器的控制器向母线断路器发出保持命令，实现故障区段的隔离；如果故障主干线断路器失灵，则母线限流器的控制器得知故障主干线断路器一直处于合位，延时向母线断路器发出分闸命令。

步骤5：主干线限流器的控制器触发主干线断路器和主干线限流器的快速断路器，并把短路故障和地址信息发送给第n-1主干线限流器的控制器，实现故障线路限流；

步骤5具体包括：

步骤5.1：故障主干线限流器的快速断路器在短路电流第一个过零点后断开，故障主干线断路器在经过第一延时后断开；

步骤5.2：经过第二延时，故障主干线限流器的控制器发出重合闸命令；第二延时过程中，第n-1主干线限流器的控制器实时监视故障主干线限流器和故障主干线断路器的运行状态：若是瞬时性短路故障，限流结束后，故障主干线限流器恢复稳态运行，故障主干线断路器重合闸成功，恢复线路正常运行；若是永久性短路故障，则执行步骤5.3；

步骤5.3：故障主干线断路器断开，同时故障主干线与母线之间的所有主干线限流器的控制器分别向和其位于同一段主干线上的主干线断路器发出保持命令，母线限流器的控制器向母线断路器发出保持命令；如果故障主干线断路器失灵，则第n-1主干线限流器的控制器得知故障主干线断路器一直处于合位，延时向第一主干线断路器发出分闸命令。

步骤6：支路限流器的控制器触发支路断路器和支路限流器的快速断路器协调动作，并把短路故障和地址信息发送给第1主干线控制器和母线限流器的控制器，实现故障线路限流保护；

步骤6具体包括：

步骤6.1：故障支路限流器的快速断路器在短路电流第一个过零点后断开，故障支路断路器在第一延时之后断开；

步骤6.2：经过第二延时后，故障支路限流器的控制器发出重合闸命令，此过程中，第1主干线限流器的控制器和母线限流器的控制器实时监视故障支路限流器和故障支路断路器的运行状态：若是瞬时性短路故障，限流结束后，故障支路限流器恢复稳态运行，故障支路断路器重合闸成功，恢复线路正常运行；若是永久性短路故障，则执行步骤6.3；

步骤6.3：故障支路断路器断开，同时第1主干线限流器的控制器向第1主干线断路器发出保持命令，母线限流器的控制器向母线断路器发出保持命令；若故障支路断路器失灵，则第1主干线限流器的控制器得知故障支路断路器一直处于合位，延时向第1主干线断路器发出分闸命令。

步骤7：支路限流器的控制器触发支路断路器和支路限流器的快速断路器协调动作，并把短路故障和地址信息发送给故障支路与母线之间的主干线控制器和母线控制器，实现故障线路限流保护。

步骤7具体包括：

步骤7.1：故障支路限流器的快速断路器在短路电流第一个过零点后断开，故障支路断路器在第一延时之后断开；

步骤7.2：经过第二延时后，故障支路限流器的控制器发出重合闸命令，此过程中，故障支路与母线之间的主干线限流器的控制器和母线限流器的控制器实时监视故障支路限流器和故障支路断路器的运行状态：若是瞬时性短路故障，限流结束后，故障支路限流器恢复稳态运行，故障支路断路器重合闸成功，恢复线路正常运行；若是永久性短路故障，则执行步骤7.3；

步骤7.3：故障支路断路器断开，同时故障支路与母线之间的所有主干线限流器的控制器分别向和其位于同一段主干线上的主干线断路器发出保持命令，母线限流器的控制器向母线断路器发出保持命令；若故障支路断路器失灵，则第n主干线限流器的控制器得知故障支路断路器一直处于合位，延时向第n主干线断路器发出分闸命令。

优选地，第一延时的取值范围为40ms-60ms；第二延时的取值范围为250ms-350ms。

一种配电网主干线的多级限流保护配置系统，包括主变压器、母线断路器、母线限流器、主干线断路器、主干线限流器、支路断路器、支路限流器、支路负载，

在主变压器和所对应连接的母线之间依次设置母线断路器、母线限流器；母线与配电网主干线相连，将主干线划分为N段主干线，并在每段主干线上首端依次设置主干线断路器和主干线限流器；当某段主干线首端并联有并接支路时，则在并接支路首端设置支路断路器，在远离主干线的一端设置支路限流器。系统内的各限流器检测限流器所在线路的短路故障，各限流器中设置有与限流单元、快速断路器串联的电流互感器，以及并联设置在线路上的电压互感器，限流单元和快速断路器并联；电流互感器、电压互感器分别实时监测限流器所在线路的电流信号和电压信号，并将检测得到的电流信号、电压信号上传至本限流器中的控制器，由控制器判断线路是否发生短路故障。

系统内的各限流器包括快速断路器、限流单元、控制器、电流传感器、电压传感器和信号线；控制器通过电流传感器获取线路电流信号，通过电压传感器获取电压信号，用于判断线路是否出现短路故障；控制器通过信号线获得快速断路器状态信号并实现对快速断路器的控制；控制器通过信号线获得断路器的状态信号，并实现对断路器的控制；控制器通过信号线实现与其它控制器的信号通讯，组成分布式馈电自动化系统。

图2为本发明的一种配电网主干线的多极限流保护配置系统的具体实施例，包括主变压器4、母线断路器5、第一主干线断路器101、第二主干线断路器201、第三主干线断路器301、第一支路断路器11、第二支路断路器21、母线限流器6、第一主干线限流器102、第二主干线限流器202、第三主干线限流器302、第一支路限流器12、第二支路限流器22、第一支路负载13和第二支路负载23。

主变压器4、母线断路器5和母线限流器6依次串联，其中，母线限流器6的另一端连接母线A；第一主干线断路器101和第一主干线限流器102串联后，连接在母线A和连接点B之间，第二主干线断路器201和第二主干线限流器202串联后，连接在连接点B和连接点C之间，第三主干线断路器301和第三主干线限流器302串联后，连接在连接点C和连接点D之间，第一支路断路器11、第一支路限流器12和第一支路负载13依次串联组成第一支路，第一支路靠近第一支路断路器11的一端连接在连接点B；第二支路断路器21、第二支路限流器22和第二支路负载23依次串联组成第二支路，第二支路靠近第二支路断路器21的一端连接在连接点C。

上述主变压器4、断路器、限流器、构成一种配电网主干线多级限流保护配置系统。

图3所示为本发明具体实施例1的母线限流器6原理结构图(虚线框内)。母线限流器6实现母线限流保护，该限流器包括快速断路器CB、限流单元64、控制器、电流传感器和电压传感器。其中，控制器通过电流传感器和电压传感器获取线路电流、电压信号，用于线路故障判定。控制器通过信号线Sig04获得快速断路器CB状态信号，并实现对快速断路器CB的控制；控制器通过信号线Sig05获得母线断路器5的状态信号，并实现对母线断路器5的控制；控制器通过信号线Sig03实现其它限流器内控制器之间的信号通讯，组成分布式馈线自动化系统。母线限流器6和母线断路器5(本地)实现主变压器4故障限流和分断保护。

本发明的母线限流器6的工作原理是，稳态时，快速断路器CB闭合，限流单元64被旁路，限流器为零阻抗，是零损耗限流器。一旦发生短路故障，控制器触发快速断路器CB分断，分断过程中，线路电流转移到限流单元64，从而实现短路电流限制。该方法提高了限流器的限流能力，从而达到了比已有短路故障限流器更好的限流效果，提高了电网的运行安全性。

本发明的第一主干线限流器102、第二主干线限流器202、第三主干线限流器302、第一支路限流器12和第二支路限流器22具有和母线限流器6相同的结构组成、相同的工作原理。其中，在故障处理过程中，母线限流器6的控制器为主干线限流器和支路限流器的控制器的上级控制器；母线限流器6的控制器和第一主干线限流器102的控制器为支路限流器的控制器的上级控制器。

本发明的母线断路器5和母线限流器6的相互配合，实现母线段的限流保护；第一主干线断路器101和第一主干线限流器102的相互配合，实现主干线AB段的限流保护；第二主干线断路器201和第二主干线限流器202的相互配合，实现主干线BC段的限流保护；第三主干线断路器301和第三主干线限流器302的相互配合，实现主干线CD段的限流保护；第一支路断路器11和第一支路限流器121的相互配合，实现第一支路的限流保护；第二支路断路器21和第二支路限流器22的相互配合，实现第二支路的限流保护，从而实现全电路限流保护。

本发明的母线断路器5、第一主干线断路器101、第二主干线断路器201、第三主干线断路器301、第一支路断路器11和第二支路断路器21是常规断路器，分断动作时间为50-100ms，快速断路器CB为快速断路器，分断动作时间为3-6ms。

电网稳态时，母线断路器5、第一主干线断路器101、第二主干线断路器201、第三主干线断路器301、第一支路断路器11和第二支路断路器21均处于闭合状态，同时，快速断路器CB处于闭合状态，限流单元64通过快速断路器CB而被旁路，实现对第一支路负载13和第二支路负载23供电。因此，所有限流器是零损耗运行。

电网发生短路故障时，根据短路故障位置的不同，采取的限流保护策略不同，F1、F2、F3和F4表示不同位置的短路故障。

当F1处发生短路故障时，主干线AB段的电流快速上升，同时电压快速跌落。第一主干线限流器102的控制器判定短路故障后，快速触发第一主干线断路器101和第一主干线限流器102的快速断路器CB，并把短路故障和地址信息发送给上一级控制器，即母线限流器6的控制器。第一主干线的快速断路器CB接收到来自第一主干线限流器102的控制器的分断命令后，在电流第一个过零点后分断，实现第一主干线限流器102的限流单元64投入线路限流，第一主干线断路器101在接收到控制器的分断命令50ms后，分断故障线路AB，从而实现了限流和故障限流分断保护。第一主干线断路器101和第一主干线限流器102的快速断路器CB均执行分断命令后，延时300ms，第一主干线限流器102的控制器发出重合闸命令。延时过程中，作为上一级的母线限流器6的控制器一直在监视第一主干线限流器102和第一主干线断路器101的运行状态。若是瞬时性短路故障，限流结束后，第一主干线限流器102恢复正常运行状态，第一主干线断路器101重合闸成功，恢复线路正常运行。若是永久性短路故障，则分断第一主干线断路器101，同时通知母线限流器6的控制器向母线断路器5发出保持命令，实现故障区段的隔离，使非故障区域的负载正常工作，避免了停电区段的扩大。若第一主干线断路器101失灵，则母线限流器6的控制器得知第一主干线断路器101一直处于合位，延时向母线断路器5发出分闸命令，实现电网后备保护。因此，当主干线AB段发生短路故障时，主变压器4和第一主干线可以通过第一主干线断路器101和第一主干线限流器102的配合而实现本地快速限流保护，通过母线断路器5实现主变压器4的后备保护。

当F2处发生短路故障时，主干线AB段电流快速上升，同时电压快速跌落。第二主干线限流器202的控制器判定短路故障后，快速触发第二主干线断路器201和第二主干线限流器202的快速断路器CB，并把短路故障和地址信息发送给上一级控制器，即第一主干线限流器102的控制器。快速断路器CB在电流第一个过零点后分断，实现第二主干线限流器202的限流单元64投入线路限流，第二主干线断路器201在50ms之后分断故障线路BC，从而实现了限流和故障限流分断保护。延时300ms后，第二主干线限流器202的控制器发出重合闸命令。此过程中，作为上一级的第一主干线限流器102的控制器一直在监视第二主干线限流器202和第二主干线断路器201的运行状态。若是瞬时性短路故障，限流结束后，第二主干线限流器202恢复正常运行状态，第二主干线断路器201重合闸成功，恢复线路正常运行。若是永久性短路故障，则分断第二主干线断路器201，同时通知第一主干线限流器102的控制器向第一主干线断路器101发出保持命令，通知母线限流器6的控制器向母线断路器5发出保持命令。实现故障区段的隔离，使非故障区域的负载正常工作，避免了停电区段的扩大。若第二主干线断路器201失灵，则第一主干线限流器102的控制器得知第二主干线断路器201一直处于合位，延时向第一主干线断路器101发出分闸命令，实现电网后备保护。因此，当主干线BC段发生短路故障时，第二主干线可以通过第二主干线断路器201和第二主干线限流器202的配合而实现本地快速限流保护，通过母线断路器5、第一主干线断路器101实现后备保护，从而形成三级保护。同时，第二主干线限流器202的限流作用，避免了电网设备遭受大电流冲击，提高了电网运行可靠性。

当F3处发生短路故障时，第一支路电流快速上升，同时电压快速跌落。第一支路限流器12的控制器判定短路故障后，快速触发第一支路断路器11和第一支路限流器12的快速断路器CB，并把短路故障和地址信息发送给上级控制器，即第一主干线限流器102的控制器和母线限流器6的控制器。快速断路器CB在电流第一个过零点后分断，实现第一支路限流器12的限流单元64投入线路限流，第一支路断路器11在50ms之后分断故障线路，从而实现了限流和故障限流分断保护。延时300ms后，第一支路限流器12的控制器发出重合闸命令。此过程中，第一主干线限流器102的控制器和母线限流器6的控制器一直在监视第一支路限流器12和第一支路断路器11的运行状态。若是瞬时性短路故障，限流结束后，第一支路限流器12恢复正常运行状态，第一支路断路器11重合闸成功，恢复线路正常运行。若是永久性短路故障，则分断第一支路断路器11，同时通知第一主干线限流器102的控制器向第一主干线断路器101发出保持命令，通知母线限流器6的控制器向母线断路器5发出保持命令。从而实现了故障区段的隔离，使非故障区域的负载正常工作，避免了停电区段的扩大。若第一支路断路器11失灵，则第一主干线限流器102的控制器得知第一支路断路器11一直处于合位，延时向第一主干线断路器101发出分闸命令，实现电网后备保护。因此，当第一支路发生短路故障时，第一支路可以通过第一支路断路器11和第一支路限流器12的配合而实现本地快速限流保护，通过母线断路器5、第一主干线断路器101实现后备保护，从而形成三级保护。同时，第一支路限流器12的限流作用，避免了电网设备遭受大电流冲击，提高了电网运行可靠性。

当F4处发生短路故障时，第二支路电流快速上升，同时电压快速跌落。第二支路限流器22的控制器判定短路故障后，快速触发第二支路断路器21和第二支路限流器22的快速断路器CB，并把短路故障和地址信息发送给上级控制器，即第二主干线限流器202的控制器、第一主干线限流器102的控制器和母线限流器6的控制器。快速断路器CB在电流第一个过零点后分断，实现第二支路限流器22的限流单元64投入线路限流，第二支路断路器21在50ms之后分断故障线路，从而实现了限流和故障限流分断保护。延时300ms后，第二支路限流器22的控制器发出重合闸命令。此过程中，第二主干线限流器202的控制器、第一主干线限流器102的控制器和母线限流器6的控制器一直在监视第二支路限流器22和第二支路断路器21的运行状态。若是瞬时性短路故障，限流结束后，第二支路限流器22恢复正常运行状态，第二支路断路器21重合闸成功，恢复线路正常运行。若是永久性短路故障，则分断第二支路断路器21，同时，通知第二主干线限流器202的控制器向第二主干线断路器201发出保持命令，通知第一主干线限流器102的控制器向第一主干线断路器101发出保持命令，通知母线限流器6的控制器向母线断路器5发出保持命令。从而实现了故障区段的隔离，使非故障区域的负载正常工作，避免了停电区段的扩大。若第二支路断路器21失灵，则第二主干线限流器202的控制器得知第二支路断路器21一直处于合位，延时向第二主干线断路器201发出分闸命令，实现电网后备保护。因此，当第二支路发生短路故障时，第二支路可以通过第二支路断路器21和第二支路限流器22的配合而实现本地快速限流保护，通过母线断路器5、第一主干线断路器101和第二主干线断路器201实现后备保护，从而形成三级以上的保护。同时，第二支路限流器22的限流作用，避免了电网设备遭受大电流冲击，提高了电网运行可靠性。

因此，限流器和断路器的相互配合实现了电网的快速限流和分断保护，限流器的控制器不但实现了故障判定和限流控制，而且实现了馈电自动化功能，利用本地电流信息以及下游分段开关的位置信息和电流信息，即可正确判别故障区段，而不需要主站的参与，也无需时限配合，保护的判别逻辑简单，能够更快地实现故障限流隔离与供电恢复。各组限流器和断路器的相互配合，实现了全线路故障限流和分断保护。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配电网主干线的多级限流保护方法，其特征在于，所述多级限流保护方法包括以下步骤：

步骤1：在主变压器的母线断路器和所对应连接的母线之间设置母线限流器，将主干线依次划分为第1主干线至第N主干线，并在每段主干线靠近首端侧依次设置主干线断路器和主干线限流器；当某段主干线首端并联有并接支路时，则在并接支路靠近首端侧依次设置支路断路器和支路限流器；

步骤2：电网稳态时，母线断路器、主干线断路器、支路断路器均处于闭合状态，所有限流器的快速断路器处于闭合状态；

步骤3：实时检测电网故障状态，当与母线相邻的第1主干线发生故障时，进入步骤4；当第n主干线发生故障时，进入步骤5；当第1主干线与第2主干线之间的并接支路发生故障时，进入步骤6；当与第n主干线的首端并联的并接支路发生故障时，进入步骤7；其中，n为[2，N]的整数；

步骤4：主干线限流器的控制器触发主干线断路器和主干线限流器的快速断路器协调动作，并把短路故障和地址信息发送给母线限流器的控制器；

步骤5：主干线限流器的控制器触发主干线断路器和主干线限流器的快速断路器，并把短路故障和地址信息发送给第n-1主干线限流器的控制器，实现故障线路限流；

步骤6：支路限流器的控制器触发支路断路器和支路限流器的快速断路器协调动作，并把短路故障和地址信息发送给第1主干线控制器和母线限流器的控制器，实现故障线路限流保护；

步骤7：支路限流器的控制器触发支路断路器和支路限流器的快速断路器协调动作，并把短路故障和地址信息发送给故障支路与母线之间的主干线控制器和母线控制器，实现故障线路限流保护。

2.根据权利要求1所述的一种配电网主干线的多级限流保护方法，其特征在于，

在步骤3中，通过各限流器检测限流器所在线路的短路故障；

在限流器中设置有与限流单元、快速断路器串联的电流互感器，以及并联设置在线路上的电压互感器，限流单元和快速断路器并联；

所述电流互感器、电压互感器分别实时监测限流器所在线路的电流信号和电压信号，并将检测得到的电流信号、电压信号上传至本限流器中的控制器，由控制器判断线路是否发生短路故障。

3.根据权利要求2所述的一种配电网主干线的多级限流保护方法，其特征在于，

步骤4具体包括：

步骤4.1：故障主干线限流器的快速断路器在短路电流第一个过零点后断开，故障主干线断路器第一延时后断开；

步骤4.2：经过第二延时后，故障主干线限流器的控制器发出重合闸命令；第二延时过程中，母线限流器的控制器实时监视故障主干线限流器和故障主干线断路器的运行状态：若是瞬时性短路故障，限流结束后，故障主干线限流器恢复稳态运行，故障主干线断路器闭合，重合闸成功，恢复线路正常运行；若是永久性短路故障，则执行步骤4.3；

步骤4.3：故障主干线断路器断开，同时母线限流器的控制器向母线断路器发出保持命令，实现故障区段的隔离；如果故障主干线断路器失灵，则母线限流器的控制器得知故障主干线断路器一直处于合位，延时向母线断路器发出分闸命令。

4.根据权利要求2所述的一种配电网主干线的多级限流保护方法，其特征在于，

步骤5具体包括：

步骤5.1：故障主干线限流器的快速断路器在短路电流第一个过零点后断开，故障主干线断路器在经过第一延时后断开；

步骤5.2：经过第二延时，故障主干线限流器的控制器发出重合闸命令；第二延时过程中，第n-1主干线限流器的控制器实时监视故障主干线限流器和故障主干线断路器的运行状态：若是瞬时性短路故障，限流结束后，故障主干线限流器恢复稳态运行，故障主干线断路器重合闸成功，恢复线路正常运行；若是永久性短路故障，则执行步骤5.3；

步骤5.3：故障主干线断路器断开，同时故障主干线与母线之间的所有主干线限流器的控制器分别向和其位于同一段主干线上的主干线断路器发出保持命令，母线限流器的控制器向母线断路器发出保持命令；如果故障主干线断路器失灵，则第n-1主干线限流器的控制器得知故障主干线断路器一直处于合位，延时向第一主干线断路器发出分闸命令。

5.根据权利要求2所述的一种配电网主干线的多级限流保护方法，其特征在于，

步骤6具体包括：

步骤6.1：故障支路限流器的快速断路器在短路电流第一个过零点后断开，故障支路断路器在第一延时之后断开；

步骤6.2：经过第二延时后，故障支路限流器的控制器发出重合闸命令，此过程中，第1主干线限流器的控制器和母线限流器的控制器实时监视故障支路限流器和故障支路断路器的运行状态：若是瞬时性短路故障，限流结束后，故障支路限流器恢复稳态运行，故障支路断路器重合闸成功，恢复线路正常运行；若是永久性短路故障，则执行步骤6.3；

步骤6.3：故障支路断路器断开，同时第1主干线限流器的控制器向第1主干线断路器发出保持命令，母线限流器的控制器向母线断路器发出保持命令；若故障支路断路器失灵，则第1主干线限流器的控制器得知故障支路断路器一直处于合位，延时向第1主干线断路器发出分闸命令。

6.根据权利要求2所述的一种配电网主干线的多级限流保护方法，其特征在于，

步骤7具体包括：

步骤7.1：故障支路限流器的快速断路器在短路电流第一个过零点后断开，故障支路断路器在第一延时之后断开；

步骤7.2：经过第二延时后，故障支路限流器的控制器发出重合闸命令，此过程中，故障支路与母线之间的主干线限流器的控制器和母线限流器的控制器实时监视故障支路限流器和故障支路断路器的运行状态：若是瞬时性短路故障，限流结束后，故障支路限流器恢复稳态运行，故障支路断路器重合闸成功，恢复线路正常运行；若是永久性短路故障，则执行步骤7.3；

步骤7.3：故障支路断路器断开，同时故障支路与母线之间的所有主干线限流器的控制器分别向和其位于同一段主干线上的主干线断路器发出保持命令，母线限流器的控制器向母线断路器发出保持命令；若故障支路断路器失灵，则第n主干线限流器的控制器得知故障支路断路器一直处于合位，延时向第n主干线断路器发出分闸命令。

7.根据权利要求2所述的一种配电网主干线的多级限流保护方法，其特征在于，

所述第一延时的取值范围为40ms-60ms；

所述第二延时的取值范围为250ms-350ms。

8.一种基于权利要求1-7中任一项所述的一种配电网主干线的多级限流保护方法的配电网主干线的多级限流保护配置系统，包括主变压器、母线断路器、母线限流器、主干线断路器、主干线限流器、支路断路器、支路限流器、支路负载，其特征在于：

在主变压器和所对应连接的母线之间依次设置母线断路器、母线限流器；

母线与配电网主干线相连，将主干线划分为N段主干线，并在每段主干线上首端依次设置主干线断路器和主干线限流器；

当某段主干线首端并联有并接支路时，则在并接支路首端设置支路断路器，在远离主干线的一端设置支路限流器。

9.根据权利要求8所述的一种配电网主干线的多级限流保护配置系统，其特征在于：

系统内的各限流器检测限流器所在线路的短路故障，各限流器中设置有与限流单元、快速断路器串联的电流互感器，以及并联设置在线路上的电压互感器，限流单元和快速断路器并联；

所述电流互感器、电压互感器分别实时监测限流器所在线路的电流信号和电压信号，并将检测得到的电流信号、电压信号上传至本限流器中的控制器，由控制器判断线路是否发生短路故障。

10.根据权利要求8所述的一种配电网主干线的多级限流保护配置系统，其特征在于：

系统内的各限流器包括快速断路器、限流单元、控制器、电流传感器、电压传感器和信号线；

控制器通过电流传感器获取线路电流信号，通过电压传感器获取电压信号，用于判断线路是否出现短路故障；

控制器通过信号线获得快速断路器状态信号并实现对快速断路器的控制；

控制器通过信号线获得断路器的状态信号，并实现对断路器的控制；

控制器通过信号线实现与其它控制器的信号通讯，组成分布式馈电自动化系统。

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