CN114465236A - 配电网应对接地故障的自愈方法及配电网 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统配电网继电保护领域，本发明提供一种配电网应对接地故障的自愈方法及配电网，该自愈方法包括故障检测、故障定位、故障隔离和网络自愈；故障检测包括：断路控制装置的保护模块采集对应供电线路的电流数据；根据电流数据计算得出实时周波的电流输入信号E_n；根据若干个周波的电流输入信号E_n，得出电流变化差值ΔF_n；比对不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n，判断对应供电线路是否发生故障，若是，进入故障定位；该配电网可执行上述自愈方法。本发明的方法，适用于全域通讯智能分布式配电系统，在检测出配电系统发生小电流接地故障时采取相应的自愈措施。

Description

配电网应对接地故障的自愈方法及配电网

技术领域

本发明涉及电力系统配电网继电保护领域，尤其是指配电网应对接地故障的自愈方法及配电网。

背景技术

目前国内的配网自动化保护策略中，着重于对极大故障电流（如多侧供电线均未和故障负载隔离引发短路时的电流）的检测以及极大故障电流对应性配电保护和恢复，而对小电流接地故障的检测以及小电流接地故障对应性配电保护和恢复没有得到较多的重视，使得现有的配网自动化方案仍然存在保护盲区，无法确保电力系统的供电质量与安全。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种配电网应对接地故障的自愈方法，适用于全域通讯智能分布式配电系统，在检测出配电系统发生小电流接地故障时采取相应的自愈措施。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

配电网应对接地故障的自愈方法，适用于配电网，所述配电网包括若干个供电线路连接变电站母线，每个供电线路上分别设置有若干断路控制装置，相邻的供电线路之间通过断路控制装置连接，相邻的供电线路之间设有联络点控制装置；断路控制装置内设有电流互感器，若干断路控制装置之间通讯连接，断路控制装置和联络点控制装置通讯连接；

所述自愈方法，包括：

故障检测：断路控制装置采集对应供电线路的电流数据，根据电流数据计算得出实时周波的电流输入信号E_n，并根据若干个周波的电流输入信号E_n，得出电流变化差值ΔF_n；比对不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n，判断供电线路是否发生极小电流故障，若是，根据不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n，判断出发生故障的供电线路，并进入故障定位；

故障定位：发生故障的供电线路上的任意相邻的两个断路控制装置通讯以交换检测结果；若相邻的两个断路控制装置均没有检测到故障电流，或，若相邻的两个断路控制装置均检测到故障电流，则判断故障点不是在该两个断路控制装置对应的位置之间；若相邻的两个断路控制装置内其中一个断路控制装置检测到故障电流，另一个断路控制装置没有检测到故障电流，则故障点在检测到故障电流的断路控制装置对应的位置下游；

故障隔离：检测到故障电流的断路控制装置跳闸以及与其相邻的下游断路控制装置跳闸；

网络自愈：执行故障隔离操作的断路控制装置向邻近的联络点控制装置发送信息，联络点控制装置运作恢复非故障区域供电。

与现有技术相比，本发明的一种配电网应对接地故障的自愈方法，包括以下有益效果：

（1）本发明通过电流互感器对供电线路内的电流进行转换（大电流转小电流），再利用断路控制装置采集线路的电流数据并运算完成接地故障电流的检测，自主判断故障区段，从而迅速检测及切除极小接地故障电流，使本发明适用于架空线路、电缆线路以及架空电缆混合线路，用以解决现有配点网自动化系统对于接地故障，尤其是小电流接地故障检测困难的问题；

（2）系统中的断路控制装置、联络点控制装置相互之间可进行信息交互，从而将极小接地故障电流的检测、切除及系统自愈融入智能分布式配网自动化系统中，实现系统自主执行故障的快速定位、就地隔离及网络自愈功能，使智能配电网保护范围实现全覆盖、无盲区，极大提高了配电网供电可靠性。

优选的，电流互感器为三相电流互感器；采集电流数据时，采集若干供电线路形成的配电网的A相电流、B相电流和C相电流数据，或，采集若干供电线路形成的配电网的A相电流、C相电流和零序电流数据。

本发明只需采集三相电流数据即可完成极小接地故障电流的检测（无需同时接入三相电压及零序电压），采集数据少，检测精度高。

优选的，得出电流变化差值ΔF_n的步骤包括：

取相邻周波的电流输入信号E_n之间的差值作为电流变化差值ΔF_n。

优选的，故障检测中，判断供电线路是否发生极小电流故障的步骤包括：

比对不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n，若不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n相互之间的差值绝对值D_x位于安全数值范围外，则判断供电线路发生极小电流故障，且同时判断出发生故障的供电线路，否则，判断供电线路没有发生极小电流故障。

优选的，判断供电线路发生极小电流故障后，根据不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n相互之间的差值绝对值D_x，判断所发生接地故障类型。

优选的，判断所发生接地故障类型的步骤包括：

根据不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n相互之间的差值绝对值D_x位于安全数值范围外的情况，输出预设相应数值，每个预设相应数值对应一接地故障类型。

通过判断得出发生接地故障类型，从而便于维护人员采取与发生接地故障类型相匹配的处置方式进行故障修复。

优选的，故障的接地故障类型至少包括高阻接地故障、弧光接地故障、间歇性弧光接地故障、断线经泥地接地故障、断线经水泥地接地故障和金属性接地故障。

优选的，断路控制装置所采集的供电线路的电流数据至少包括时标和电流矢量数值。

优选的，若干供电线路排布形成的配电网为放射式供电网络、干线式供电网络、链式供电网络、环形供电网络和两端式供电网络中的至少一种。

所述若干供电线路搭建成上述供电网络类型，配合断路控制装置能构成具有拓扑结构的配电网，从而提高配电网的供电稳定性。

本发明的另一目的在于提供一种配电网，包括：

若干个连接变电站母线的供电线路；

若干设置在每个供电线路上的断路控制装置，相邻的供电线路之间通过断路控制装置连接，断路控制装置内设有电流互感器，若干断路控制装置之间通讯连接；

联络点控制装置，连接相邻的供电线路，联络点控制装置和断路控制装置通讯连接；

所述配电网出现极小电流故障后可自愈，所述配电网的自愈过程包括：

故障检测：断路控制装置采集对应供电线路的电流数据，根据电流数据计算得出实时周波的电流输入信号E_n，并根据若干个周波的电流输入信号E_n，得出电流变化差值ΔF_n；比对不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n，判断供电线路是否发生极小电流故障，若是，根据不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n，判断出发生故障的供电线路，并进入故障定位；

故障定位：发生故障的供电线路上的任意相邻的两个断路控制装置通讯以交换检测结果；若相邻的两个断路控制装置均没有检测到故障电流，或，若相邻的两个断路控制装置均检测到故障电流，则判断故障点不是在该两个断路控制装置对应的位置之间；若相邻的两个断路控制装置内其中一个断路控制装置检测到故障电流，另一个断路控制装置没有检测到故障电流，则故障点在检测到故障电流的断路控制装置对应的位置下游；

故障隔离：检测到故障电流的断路控制装置跳闸以及与其相邻的下游断路控制装置跳闸；

网络自愈：执行故障隔离操作的断路控制装置向邻近的联络点控制装置发送信息，联络点控制装置运作恢复非故障区域供电。

与现有技术相比，本发明的一种配电网，能检测出是否发生小电流接地故障，并采取相应的自愈措施，从而确保配电网供电可靠性。

附图说明

图1是实施例一的配电网应对接地故障的自愈方法的流程图；

图2是实施例二的配电网应对接地故障的自愈方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图说明本发明的实施方式：

实施例一

本实施例的一种全域通讯智能分布式配电网，包括若干供电线路、若干断路控制装置和若干联络点控制装置。

若干个供电线路连接变电站母线；每个供电线路上设置有若干断路控制装置，相邻的供电线路之间通过断路控制装置连接，若干断路控制装置之间通讯连接；相邻的供电线路之间连接有联络点控制装置，联络点控制装置和断路控制装置通讯连接；断路控制装置包括断路器、通讯模块、电流互感器和保护模块，电流互感器为三相电流互感器，电流互感器可对供电线路内的电流进行转换，保护模块用于采集供电线路电流数据；联络点控制装置包括联络断路器、通讯模块和保护模块。

断路控制装置所采集的供电线路的电流数据至少包括时标和电流矢量数值。

若干供电线路排布形成的配电网为放射式供电网络、干线式供电网络、链式供电网络、环形供电网络和两端式供电网络中的至少一种。

所述若干供电线路搭建成上述供电网络类型，配合断路控制装置能构成具有拓扑结构的配电网，从而提高配电网的供电稳定性。

通讯模块为无线通讯模块和/或光纤通讯模块；通讯模块为光纤通讯模块时，相邻通讯模块通过光缆相连，使配电网内的若干通讯模块形成光纤通讯网络。

参见图1，适用于上述全域通讯智能分布式配电系统的配电网应对接地故障的自愈方法，包括故障检测、故障定位、故障隔离和网络自愈；

故障检测：断路控制装置采集对应供电线路的电流数据，根据电流数据计算得出实时周波的电流输入信号E_n，并根据若干个周波的电流输入信号E_n，得出电流变化差值ΔF_n；比对不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n，判断供电线路是否发生极小电流故障，若否，继续采集对应供电线路的电流数据；若是，根据不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n，判断出发生故障的供电线路，并进入故障定位；一个周波的检测时间不大于20-40ms；

故障定位：发生故障的供电线路上的任意相邻的两个断路控制装置通讯以交换检测结果；若相邻的两个断路控制装置均没有检测到故障电流，或，若相邻的两个断路控制装置均检测到故障电流，则判断故障点不是在该两个断路控制装置对应的位置之间；若相邻的两个断路控制装置内其中一个断路控制装置检测到故障电流，另一个断路控制装置没有检测到故障电流，则故障点在检测到故障电流的断路控制装置对应的位置下游；

故障隔离：检测到故障电流的断路控制装置，以及与其相邻的下游断路控制装置跳闸；

网络自愈：执行故障隔离操作的断路控制装置向邻近的联络点控制装置发送信息，联络点控制装置运作恢复非故障区域供电。

具体的，网络自愈中还可以涉及使用设置在相邻的供电线路之间的断路控制装置，具体涉及的配电网的网络自愈方法属于现有技术的应用。

故障检测中，采集电流数据时，采集若干供电线路形成的配电网的A相电流、B相电流和C相电流数据，或，采集若干供电线路形成的配电网的A相电流、C相电流和零序电流数据；本发明只需采集三相电流数据即可完成极小接地故障电流的检测（无需同时接入三相电压及零序电压），采集数据少，检测精度高。

本实施例中提供一种计算得出实时电流输入信号E_n的方法，其计算步骤包括：根据电流数据得出电流的暂态波形特征量，相邻的暂态波形特征量之差作为电流输入信号E_n；

电流的暂态波形特征量的公式为：

I_x=I_xmsin(ωt+α-ψ’)；

其中x为所采集的三相电流的类型，I_xm为所采集的供电线路的电流幅值（其中的x为该供电线路所属的三相电流的类型），ω为相角，t为时间，α为初始相位角，ψ’为功率因数角。

若采集配电网的A相电流、B相电流和C相电流数据，则三相电流的三个暂态波形特征量I_x分别为I_A、I_B和I_C。

若采集配电网的A相电流、C相电流和零序电流数据，则三相电流的三个暂态波形特征量I_x分别为I_A、I_C和I₀。

得出电流变化差值ΔF_n的步骤包括：

取相邻周波的电流输入信号E_n之间的差值作为电流变化差值ΔF_n。

若采集A相电流、B相电流和C相电流数据，则三相电流的三个电流变化差值ΔF_n分别为ΔF_A、ΔF_B和ΔF_C。

若采集A相电流、C相电流和零序电流数据，则三相电流的三个电流变化差值ΔF_n分别为ΔF_A、ΔF_C和ΔF₀。

故障检测中，判断供电线路是否发生极小电流故障的步骤包括：

比对不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n，若不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n相互之间的差值绝对值D_x位于安全数值范围外，则判断供电线路发生极小电流故障，且同时判断出发生故障的供电线路，否则，判断供电线路没有发生极小电流故障。

安全数值范围为根据供电设备的负荷参数、配电网类型进行设定的数值范围。

判断出发生故障的供电线路的步骤：若采集A相电流、B相电流和C相电流数据，则比对ΔF_A与ΔF_B得出D₁，比对ΔF_A与ΔF_C得出D₂，比对ΔF_B与ΔF_C得出D₃。在没有故障情况下，D₁、D₂和D₃数值相等，且位于安全数值范围内；当其中两个数值D_x（三相电流中一个电流出现故障导致两个D_x出现异常）与另外一个数值D_x不相同，且出现异常的两个数值D_x均超过安全数值范围时，可判断出供电线路出现故障，且两个异常D_x比对即可知道出现故障的供电线路（因为出现故障的异常数据均对两个异常D_x的数值作出影响，故两个异常D_x均包含出现故障的供电线路的ΔF_n，从而推算出出现故障的供电线路）。

若保护模块采集A相、C相和零序电流，则比对ΔF_A与ΔF₀得出D₁，比对ΔF_A与ΔF_C得出D₂，比对ΔF_C与ΔF₀得出D₃。判断出供电线路是否出现故障，且判断出出现故障的供电线路的方法同上（通过零序电流可反推B相电流）。

判断供电线路发生极小电流故障后，根据不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n相互之间的差值绝对值D_x，判断所发生接地故障类型。

判断所发生接地故障类型的步骤包括：

根据不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n相互之间的差值绝对值D_x位于安全数值范围外的情况，输出预设相应数值，每个预设相应数值对应一接地故障类型。

通过判断得出发生接地故障类型，从而便于维护人员采取与发生接地故障类型相匹配的处置方式进行故障修复。

故障的接地故障类型包括高阻接地故障、弧光接地故障、间歇性弧光接地故障、断线经泥地接地故障、断线经水泥地接地故障和金属性接地故障。

以下为接地故障类型介绍：

（1）高阻接地故障：高阻接地故障属于接地电阻很大的故障。

（2）弧光接地故障：接地故障发生时，带电导体对地击穿，形成放电的强光（弧光）。

（3）间歇性弧光接地故障：接地故障时，由于接地点处于绝缘击穿的临界状态，在击穿时形成弧光；在电压降低及绝缘部分恢复时，弧光消失，然后不断的重复上述过程，导致间歇性发生弧光击穿后接地。

（4）断线经泥地接地故障：架空线路等线路断裂后掉落泥地所形成的接地故障，主要发生在野外、农田等泥地。

（5）断线经水泥地接地故障：架空线路等线路断裂后掉落水泥地所形成的接地故障，主要发生在城市水泥地面。其接地电阻较断线经泥地接地故障大。

（6）金属性接地故障：带电导体与接地金属物直接接触的接地故障，接地电阻极小。

配电网发生单相接地故障时，由于接地的状态不同，导致接地电阻的不同，相应的接地故障电流也不相同，上述6种接地故障类型导致的电阻由大到小排列（故障电流由小到大排列）。

设供电线路上设置的断路控制装置为1类断路控制装置，设置在相邻的供电线路之间的断路控制装置为2类断路控制装置。配电网的网络自愈具有多种实现方式，其中一种为：配电网首次出现故障时，故障点上游/下游的1类断路控制装置工作隔离故障点，再通过联络点控制装置运作恢复非故障区域供电；配电网出现二次故障时，故障点上游/下游的1类断路控制装置工作隔离故障点，再通过故障点所在供电线路和相邻供电线路之间对应位置的2类断路控制装置运作恢复非故障区域供电。本实施例中虽然仅指出上述一种网络自愈方式，但在实际应用中，可使用联络点控制装置和2类断路控制装置配合实现多种网络自愈方案。

与现有技术相比，本发明的一种配电网应对接地故障的自愈方法，包括以下有益效果：

（1）本发明通过电流互感器对供电线路内的电流进行转换（大电流转小电流），再利用断路控制装置采集线路的电流数据并运算完成接地故障电流的检测，自主判断故障区段，从而迅速检测及切除极小接地故障电流，使本发明适用于架空线路、电缆线路以及架空电缆混合线路，用以解决现有配点网自动化系统对于接地故障，尤其是小电流接地故障检测困难的问题；

（2）系统中的断路控制装置、联络点控制装置相互之间可进行信息交互，从而将极小接地故障电流的检测、切除及系统自愈融入智能分布式配网自动化系统中，实现系统自主执行故障的快速定位、就地隔离及网络自愈功能，使智能配电网保护范围实现全覆盖、无盲区，极大提高了配电网供电可靠性；

（3）本发明的系统中的所有开关均为断路器，且以联络断路器作为联络点，从而使系统处于开环运行状态，实现供电网络的快速自愈，实现了配电网的全范围保护，保障电力系统的电能质量与安全。

实施例二

参见图2，本实施例作为实施例一的配电网应对接地故障的自愈方法的改进方案，与实施例一的区别在于：故障检测中增加极大故障电流的检测。

故障检测：断路控制装置采集对应供电线路的电流数据，根据电流数据判断是否出现极大故障电流，若是，判断发生故障的供电线路，并进入故障定位；若否，则需判断供电线路是否发生极小电流故障，根据电流数据计算得出实时周波的电流输入信号E_n，并根据若干个周波的电流输入信号E_n，得出电流变化差值ΔF_n；比对不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n，判断供电线路是否发生极小电流故障，若是，根据不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n，判断出发生故障的供电线路，并进入故障定位。

本实施例中提及的根据电流数据判断供电线路是否出现极大故障电流属于现有技术的应用。

与现有技术相比，本发明的一种配电网应对接地故障的自愈方法，能检测及切除从极小接地故障电流到极大短路故障电流，并实现配电网的自愈。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.配电网应对接地故障的自愈方法，适用于配电网，所述配电网包括若干个供电线路连接变电站母线，每个供电线路上分别设置有若干断路控制装置，相邻的供电线路之间通过断路控制装置连接，相邻的供电线路之间设有联络点控制装置；断路控制装置内设有电流互感器，若干断路控制装置之间通讯连接，断路控制装置和联络点控制装置通讯连接；其特征在于，所述自愈方法，包括：

故障检测：断路控制装置采集对应供电线路的电流数据，根据电流数据计算得出实时周波的电流输入信号E_n，并根据若干个周波的电流输入信号E_n，得出电流变化差值ΔF_n；比对不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n，判断供电线路是否发生极小电流故障，若是，根据不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n，判断出发生故障的供电线路，并进入故障定位；

故障定位：发生故障的供电线路上的任意相邻的两个断路控制装置通讯以交换检测结果；若相邻的两个断路控制装置均没有检测到故障电流，或，若相邻的两个断路控制装置均检测到故障电流，则判断故障点不是在该两个断路控制装置对应的位置之间；若相邻的两个断路控制装置内其中一个断路控制装置检测到故障电流，另一个断路控制装置没有检测到故障电流，则故障点在检测到故障电流的断路控制装置对应的位置下游；

故障隔离：检测到故障电流的断路控制装置跳闸以及与其相邻的下游断路控制装置跳闸；

网络自愈：执行故障隔离操作的断路控制装置向邻近的联络点控制装置发送信息，联络点控制装置运作恢复非故障区域供电。

2.根据权利要求1所述的配电网应对接地故障的自愈方法，其特征在于，电流互感器为三相电流互感器；采集电流数据时，采集若干供电线路形成的配电网的A相电流、B相电流和C相电流数据，或，采集若干供电线路形成的配电网的A相电流、C相电流和零序电流数据。

3.根据权利要求1所述的配电网应对接地故障的自愈方法，其特征在于，得出电流变化差值ΔF_n的步骤包括：

取相邻周波的电流输入信号E_n之间的差值作为电流变化差值ΔF_n。

4.根据权利要求1所述的配电网应对接地故障的自愈方法，其特征在于，故障检测中，判断供电线路是否发生极小电流故障的步骤包括：

比对不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n，若不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n相互之间的差值绝对值D_x位于安全数值范围外，则判断供电线路发生极小电流故障，且同时判断出发生故障的供电线路，否则，判断供电线路没有发生极小电流故障。

5.根据权利要求1至4任一项所述的配电网应对接地故障的自愈方法，其特征在于，判断供电线路发生极小电流故障后，根据不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n相互之间的差值绝对值D_x，判断所发生接地故障类型。

6.根据权利要求5所述的配电网应对接地故障的自愈方法，其特征在于，判断所发生接地故障类型的步骤包括：

根据不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n相互之间的差值绝对值D_x位于安全数值范围外的情况，输出预设相应数值，每个预设相应数值对应一接地故障类型。

7.根据权利要求5所述的配电网应对接地故障的自愈方法，其特征在于，故障的接地故障类型至少包括高阻接地故障、弧光接地故障、间歇性弧光接地故障、断线经泥地接地故障、断线经水泥地接地故障和金属性接地故障。

8.根据权利要求1所述的配电网应对接地故障的自愈方法，其特征在于，断路控制装置所采集的供电线路的电流数据至少包括时标和电流矢量数值。

9.根据权利要求1所述的配电网应对接地故障的自愈方法，其特征在于，若干供电线路排布形成的配电网为放射式供电网络、干线式供电网络、链式供电网络、环形供电网络和两端式供电网络中的至少一种。

10.配电网，其特征在于，包括：

若干个连接变电站母线的供电线路；

若干设置在每个供电线路上的断路控制装置，相邻的供电线路之间通过断路控制装置连接，断路控制装置内设有电流互感器，若干断路控制装置之间通讯连接；

联络点控制装置，连接相邻的供电线路，联络点控制装置和断路控制装置通讯连接；

所述配电网出现极小电流故障后可自愈，所述配电网的自愈过程包括：

故障检测：断路控制装置采集对应供电线路的电流数据，根据电流数据计算得出实时周波的电流输入信号E_n，并根据若干个周波的电流输入信号E_n，得出电流变化差值ΔF_n；比对不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n，判断供电线路是否发生极小电流故障，若是，根据不同供电线路同一时间段的电流变化差值ΔF_n，判断出发生故障的供电线路，并进入故障定位；

故障定位：发生故障的供电线路上的任意相邻的两个断路控制装置通讯以交换检测结果；若相邻的两个断路控制装置均没有检测到故障电流，或，若相邻的两个断路控制装置均检测到故障电流，则判断故障点不是在该两个断路控制装置对应的位置之间；若相邻的两个断路控制装置内其中一个断路控制装置检测到故障电流，另一个断路控制装置没有检测到故障电流，则故障点在检测到故障电流的断路控制装置对应的位置下游；

故障隔离：检测到故障电流的断路控制装置跳闸以及与其相邻的下游断路控制装置跳闸；

网络自愈：执行故障隔离操作的断路控制装置向邻近的联络点控制装置发送信息，联络点控制装置运作恢复非故障区域供电。

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