一种配电网故障就地自愈系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及配电网技术领域，特别涉及一种配电网故障就地自愈系统及其控制方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.配电网作为电力供应的“最后一公里”，遍布城乡、直接面向用户，是保证电力系统实现安全可靠供电的关键环节。配电网线路结构、运行方式和运行场景复杂，易发生各种类型故障，快速、准确、可靠地处理配电网故障，对于提高配电网的供电可靠性，实现配电网的可靠运行具有重要意义。
4.目前，配电网故障的处理方式主要包括继电保护和馈线自动化。一般是在配电网故障发生后，首先线路开关保护动作跳闸切除故障，再利用馈线自动化进一步隔离故障区段、恢复非故障区段供电，实现停电范围最小化。按照实现方式，馈线自动化可以分为两大类，集中型和就地型。集中型馈线自动化是在线路发生故障后，由配电自动化主站收集线路分段开关的故障信息，集中研判故障区段，遥控开关动作隔离。就地型馈线自动化通过线路开关重合配合自动隔离故障，不依赖主站研判，主要包括电压时间型、电压电流时间型、自适应综合型等类型。现有的故障处理方式下，主要存在以下问题：
5.1、配电网保护与馈线自动化分步进行。故障发生后，先由变电站出线开关保护动作，切除整条线路，再启动馈线自动化完成故障隔离和供电恢复。整个过程中，会造成整条线路停电，扩大了故障停电范围。
6.2、馈线自动化功能还需要进一步优化。集中型馈线自动化依赖可靠通信和主站功能，通信中断及主站异常时存在失效风险。就地型馈线自动化主要依靠开关多次重合配合实现，不适用于不能配置重合闸的电缆线路，且存在停电时间长、动作次数多、策略复杂的问题。


技术实现要素：

7.为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种配电网故障就地自愈系统及其控制方法，可以实现故障的就近切除与隔离，减小故障造成的停电范围和开关动作次数。
8.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.本发明第一方面提供了一种配电网故障就地自愈系统。
10.一种配电网故障就地自愈系统，包括设置于线路首端的出线开关、以及设置于主干线的若干个分段开关和联络开关；
11.所述出线开关和分段开关均配置过流保护功能，依靠保护延时实现时间级差配合，就近切除故障；
12.所述分段开关还配置检低电压自动分闸功能，且所述联络开关配置单侧停电后延时自动合闸转供功能。
13.进一步地，如所述分段开关检测到线路低电压持续时间符合预设时间值，停电后自动分闸并反向闭锁，隔离故障。
14.进一步地，如所述联络开关检测到低电压持续时间符合预设时间值，单侧停电后经设定延时自动合闸。
15.进一步地，如果故障点临近联络开关，联络开关单侧停电后不会自动合闸。
16.进一步地，所述出线开关过流保护还配置无延时的分闸，保护定值按邻近出线开关发生故障计算确定，用于在故障电流很大时快速分断。
17.本发明第二方面提供了如第一方面所述一种配电网故障就地自愈系统的控制方法，包括如下步骤：
18.主干线发生故障后，故障点电源侧邻近开关过电流保护延时动作分闸；故障点负荷侧邻近开关检测到低电压持续时间符合预设值，停电后自动分闸并反向闭锁。
19.进一步地，所述反向闭锁为分闸状态下反向来电不会自动合闸。
20.进一步地，若有重合闸动作逻辑，在过电流保护动作和检测低电压自动分闸后，故障点电源侧邻近开关重合闸。
21.进一步地，若有重合闸动作逻辑，对于瞬时故障，重合闸成功，所述故障点负荷侧邻近分段开关正向来电后延时合闸，恢复正常运行。
22.进一步地，若有重合闸动作逻辑，对于永久故障，所述故障点电源侧邻近分段开关重合后再次保护分闸，闭锁在分闸状态不再合闸。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.1、本发明所述的一种配电网故障就地自愈系统，其可实现故障精准识别、隔离及非故障区段快速复电，能有效的降低变电站出线开关的重合闸次数，减少故障对变电站/分段开关的冲击次数，减少非故障区段停电时间，应用后，效果相比现有故障处置方式有很大的提升。
25.2、本发明所述的一种配电网故障就地自愈系统，其处理中压配电线路短路故障时，只需一次重合闸或无需重合闸，适用于架空线路、电缆线路。
附图说明
26.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
27.图1为本发明实施例1的线路拓扑图；
28.图2为本发明实施例2的k1区段故障示意图；
29.图3为本发明实施例2的无重合闸动作逻辑下k1区段故障后cb1保护分闸示意图；
30.图4为本发明实施例2的无重合闸动作逻辑下k1区段故障后fb1分闸示意图；
31.图5为本发明实施例2的无重合闸动作逻辑下k1区段故障后ls1合闸示意图；
32.图6为本发明实施例2的有重合闸动作逻辑下k1区段故障后cb1保护分闸示意图；
33.图7为本发明实施例2的有重合闸动作逻辑下k1区段故障后fb1分闸示意图；
34.图8为本发明实施例2的有重合闸动作逻辑下k1区段故障后fb1合闸示意图；
35.图9为本发明实施例2的有重合闸动作逻辑下k1区段故障后ls1合闸示意图；
36.图10为本发明实施例2的k2区段故障示意图；
37.图11为本发明实施例2的无重合闸动作逻辑下k2区段故障后fb1保护分闸示意图；
38.图12为本发明实施例2的无重合闸动作逻辑下k2区段故障后fb2分闸示意图；
39.图13为本发明实施例2的无重合闸动作逻辑下k2区段故障后ls1合闸示意图；
40.图14为本发明实施例2的有重合闸动作逻辑下k2区段故障后fb1保护分闸示意图；
41.图15为本发明实施例2的有重合闸动作逻辑下k2区段故障后fb2分闸示意图；
42.图16为本发明实施例2的有重合闸动作逻辑下k2区段故障后fb1重合闸示意图；
43.图17为本发明实施例2的有重合闸动作逻辑下k2区段故障后fb1合闸并闭锁示意图；
44.图18为本发明实施例2的有重合闸动作逻辑下k2区段故障后ls1合闸示意图；
45.图19为本发明实施例2的无重合闸动作逻辑下k3区段故障后fb2保护分闸示意图；
46.图20为本发明实施例2的无重合闸动作逻辑下k3区段故障后ls1单侧失压示意图；
47.图21为本发明实施例2的有重合闸动作逻辑下k3区段故障后fb2保护分闸示意图；
48.图22为本发明实施例2的有重合闸动作逻辑下k3区段故障后fb2重分闸示意图；
49.图23为本发明实施例2的有重合闸动作逻辑下k3区段故障后ls1单侧失压示意图。
具体实施方式
50.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
51.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
52.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
53.在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
54.本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
55.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
56.实施例1
57.本发明实施例1提供了一种配电网故障就地自愈系统。
58.本实施例提供的一种配电网故障就地自愈系统，可以实现故障的就近切除与隔离，减小故障造成的停电范围和开关动作次数，同时适应可配置重合闸和不重合闸的场景，提升对用户的供电可靠性。
59.本实施例提供的一种配电网故障就地自愈系统，包括设置于线路首端的出线开
关，设置于主干线的若干个分段开关和联络开关，设置于分支线路上的分支开关和分界开关。
60.线路的出线开关、分段开关、分支开关、分界开关配置过流保护功能，依靠保护延时实现级差配合，就近切除故障；分段开关配置检低电压自动分闸功能，利用故障时线路电压跌落特性，以及故障切除时间与故障位置的相关性，自动分闸就近隔离故障，具体地，如分段开关检测到线路低电压持续时间符合预设时间值，停电后自动分闸并反向闭锁，隔离故障；联络开关配置单侧停电后延时自动合闸转供功能，具体地，如联络开关检测到低电压持续时间符合预设时间值，单侧停电后经设定延时自动合闸；如联络开关检测到低电压持续时间不符合预设时间，单侧停电后不自动合闸；如果故障点临近联络开关，联络开关单侧停电后不会自动合闸。主干线发生故障后，故障点电源侧邻近开关过电流保护动作分闸，故障点负荷侧邻近开关检测低电压持续时间符合预设值，停电后自动分闸并反向闭锁，实现故障精准自愈。发生在分支线或用户界内的故障，分别由分支开关或分界开关切除，不需要后续处理。
61.以图1为例，其中，cb1～cb3为各线路的出线开关，fb1、fb2为10kv线路1的主干线分段开关，fb3为10kv线路1的分支开关，fs为用户分界开关；ls1-ls2表示联络开关，开关示意黑色表示合闸，白色表示分闸，k1～k3表示线路主干线区段，细线条表示线路得电，粗线条表示线路失电，虚线表示省略的线路部分。即，线路1、线路2和线路3的首端均设置有出线开关(cb1、cb2、cb3)，线路1主干线上还设置有两个分段开关fb1、fb2，分支线上设置有分支开关fb3和分界开关fs，线路1主干线上还设置有联络开关ls1、ls2，分别用于和线路2、线路3连接。
62.线路出线开关、分段开关、分支开关、分界开关配置过流保护。如表1所示，出线开关过流保护配置无延时的0s速断(i段保护)，用于在故障电流很大时快速分断；限时速断过电流保护(ii段保护)时间级差
△
t按照保护层级与开关动作时间确定，一般可设置为0.15s。考虑到开关动作时间可能稍超前于设定时间，取0.03s安全时限，则开关分闸动作时间应为：保护延时-0.03s《分闸动作时间《保护延时+0.12s。
63.表1、线路开关短路故障参数配置
[0064][0065]
本实施例提供的一种配电网故障就地自愈系统，处理中压配电线路短路故障时，只需一次重合闸或无需重合闸，适用于架空线路、电缆线路。可实现故障精准识别、隔离及
非故障区段快速复电，能有效的降低变电站出线开关的重合闸次数，减少故障对变电站/分段开关的冲击次数，减少非故障区段停电时间，应用后，效果相比现有故障处置方式有很大的提升。
[0066]
实施例2
[0067]
本发明实施例2提供了如实施例1中的一种配电网故障就地自愈系统的控制方法，包括如下步骤：
[0068]
出线开关、分段开关、分支开关、分界开关配置过流保护功能，依靠保护延时实现级差配合，就近切除故障；分段开关配置检低电压自动分闸功能，利用故障时线路电压跌落特性，以及故障切除时间与故障位置的相关性，自动分闸就近隔离故障。主干线发生故障后，故障点电源侧邻近开关过电流保护延时动作分闸，故障点负荷侧邻近开关检测到低电压持续时间符合预设值，停电后自动分闸并反向闭锁，实现故障精准自愈。其中，反向闭锁指分闸状态下反向来电不会自动合闸。如故障点不临近联络开关，联络开关检测到低电压持续时间符合预设时间，单侧停电后经设定延时自动合闸，恢复故障点负荷侧邻近开关后线路的供电；如果故障点临近联络开关，联络开关检测到低电压持续时间不符合预设时间，单侧停电后不会自动合闸。
[0069]
若有重合闸动作逻辑，在过电流保护动作和检测低电压自动分闸后，故障点电源侧邻近开关重合闸。对于瞬时故障，重合闸成功，故障点负荷侧邻近分段开关正向来电后延时合闸，恢复正常运行；对于永久故障，故障点电源侧邻近分段开关重合后再次保护分闸，闭锁在分闸状态不再合闸。
[0070]
以图1为例，对一种配电网故障就地自愈系统的控制方法进行描述：
[0071]
1、如图2所示，k1区段发生短路故障。
[0072]
故障点在k1区段时，无重合闸动作逻辑如下：
[0073]
(1)如图3所示，故障发生后，出线开关cb1保护分闸(i段0s或ii段0.6s)，线路失压，fb1、fb2、fb3、fs失压不分闸，保持合闸状态；
[0074]
(2)如图4所示，fb1检测到低电压持续时间小于0.12s或大于0.57s，且停电，自动分闸并反向闭锁；
[0075]
(3)如图5所示，联络开关ls1单侧失压后，延时合闸，恢复故障后端供电。
[0076]
故障点在k1区段时，有重合闸动作逻辑如下：
[0077]
(1)如图6所示，故障发生后，出线开关cb1保护分闸(i段0s或ii段0.6s)，线路失压，fb1、fb2、fb3、fs失压不分闸；
[0078]
(2)如图7所示，fb1检测到低电压持续时间小于0.12s或大于0.57s，且停电，自动分闸并反向闭锁；
[0079]
(3)如图8所示，cb1 2s后重合闸，如故障为瞬时故障，fb1得电后延时3s合闸，线路恢复供电；
[0080]
(4)如图9所示，如故障为永久故障，cb1 2s后重合闸，合到故障点0s后加速跳闸，联络开关ls1单侧失压后，延时合闸，恢复故障后端供电。
[0081]
2、如图10所示，k2区段发生短路故障。
[0082]
故障点在k2区段时，无重合闸动作逻辑如下：
[0083]
(1)如图11所示，故障发生后，分段开关fb1相间ii段过流保护分闸(ii段0.45s)；
[0084]
(2)如图12所示，fb2检测到低电压持续在0.42s～0.57s之间，且停电，自动分闸并反向闭锁；
[0085]
(3)如图13所示，联络开关ls1单侧失压后，延时合闸，恢复故障后端供电。
[0086]
故障点在k2区段时，有重合闸动作逻辑如下：
[0087]
(1)如图14所示，故障发生后，分段开关fb1相间ii段过流保护分闸(ii段0.45s)；
[0088]
(2)如图15所示，fb2检测到低电压持续在0.42s～0.57s之间，且停电，自动分闸并反向闭锁；
[0089]
(3)如图16所示，fb1延时2s后重合闸，如故障为瞬时故障，fb1重合闸成功，fb2得电单侧来电延时3s合闸，线路恢复正常运行；
[0090]
(4)如图17所示，如故障为永久性故障，fb1合闸至故障加速分闸并闭锁合闸；
[0091]
(5)如图18所示，联络开关ls1单侧失压后，延时合闸，恢复故障后端供电。
[0092]
3、k3区段发生短路故障。
[0093]
故障点在k3区段时，无重合闸动作逻辑如下：
[0094]
(1)如图19所示，故障发生后，出线开关fb2过流保护分闸(ii段0.3s)；
[0095]
(2)如图20所示，联络开关ls1检测到低电压持续时间在设定区间0.27s～0.42s之间，单侧失压后不启动转供电延时。
[0096]
故障点在k3区段时，有重合闸动作逻辑如下：
[0097]
(1)如图21所示，故障发生后，出线开关fb2过流保护分闸(ii段0.3s)；
[0098]
(2)如图22所示，fb2延时2s后重合闸，如故障为瞬时故障，线路恢复正常运行；
[0099]
(3)如图23所示，如故障为永久性故障，fb2合闸到故障区段，后加速分闸并闭锁合闸；联络开关ls1检测到低电压持续时间在0.27s～0.42s之间，单侧失压后不启动转供延时。
[0100]
本发明提供的一种配电网故障就地自愈系统的控制方法，处理中压配电线路短路故障时，只需一次重合闸或无需重合闸，适用于架空线路、电缆线路。可实现故障精准识别、隔离及非故障区段快速复电，能有效的降低变电站出线开关的重合闸次数，减少故障对变电站/分段开关的冲击次数，减少非故障区段停电时间，该方法应用后，效果相比现有故障处置方式有很大的提升。
[0101]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种配电网故障就地自愈系统，其特征在于：包括设置于线路首端的出线开关、以及设置于主干线的若干个分段开关和联络开关；所述出线开关和分段开关均配置过流保护功能，依靠保护延时实现时间级差配合，就近切除故障；所述分段开关还配置检低电压自动分闸功能，且所述联络开关配置单侧停电后延时自动合闸转供功能。2.如权利要求1所述的一种配电网故障就地自愈系统，其特征在于：如所述分段开关检测到线路低电压持续时间符合预设时间值，停电后自动分闸并反向闭锁，隔离故障。3.如权利要求1所述的一种配电网故障就地自愈系统，其特征在于：如所述联络开关检测到低电压持续时间符合预设时间值，单侧停电后经设定延时自动合闸。4.如权利要求1所述的一种配电网故障就地自愈系统，其特征在于：如果故障点临近联络开关，联络开关单侧停电后不会自动合闸。5.如权利要求1所述的一种配电网故障就地自愈系统，其特征在于：所述出线开关过流保护还配置无延时的分闸。6.如权利要求1-5任一项所述的一种配电网故障就地自愈系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：主干线发生故障后，故障点电源侧邻近开关过电流保护延时动作分闸，故障点负荷侧邻近开关检测低电压持续时间符合预设值，停电后自动分闸并反向闭锁。7.如权利要求6所述的一种配电网故障就地自愈系统的控制方法，其特征在于：所述反向闭锁为分闸状态下反向来电不会自动合闸。8.如权利要求6所述的一种配电网故障就地自愈系统的控制方法，其特征在于：若有重合闸动作逻辑，在过电流保护动作和检测低电压自动分闸后，故障点电源侧邻近开关重合闸。9.如权利要求6所述的一种配电网故障就地自愈系统的控制方法，其特征在于：若有重合闸动作逻辑，对于瞬时故障，重合闸成功，所述故障点负荷侧邻近分段开关正向来电后延时合闸，恢复正常运行。10.如权利要求6所述的一种配电网故障就地自愈系统的控制方法，其特征在于：若有重合闸动作逻辑，对于永久故障，所述故障点电源侧邻近分段开关重合后再次保护分闸，闭锁在分闸状态不再合闸。

技术总结
本发明涉及配电网技术领域，提供了一种配电网故障就地自愈系统及其控制方法，包括设置于线路首端的出线开关、以及设置于主干线的若干个分段开关、联络开关；所述出线开关和分段开关均配置过流保护功能，依靠保护延时实现时间级差配合，就近切除故障；所述分段开关配置检低电压自动分闸功能，且所述联络开关配置单侧停电后延时自动合闸转供功能。可以实现故障的就近切除与隔离，减小故障造成的停电范围和开关动作次数。开关动作次数。开关动作次数。


技术研发人员：张林利 李建修 孙勇 张世栋 黄锐 王浩 李立生 王峰 刘合金 张鹏平 由新红 刘洋 黄敏 苏国强 和家慧
受保护的技术使用者：国网山东省电力公司电力科学研究院
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/10/11