一种配电台区智能分布式保护与故障自愈方法

技术领域

本发明涉及电气工程领域，更具体的，涉及一种配电台区智能分布式保护与故障自愈方法。

背景技术

配电台区是配网的重要组成部分，直接关系到千家万户的用电安全与配网可靠运行。配电台区供电系统的典型特征是节点多、用户分散、拓扑结构复杂多变等，一旦发生短路、漏电等故障，很容易出现越级跳闸，扩大停电范围。而且，出现故障后很难精准自动定位，往往需要人工排查才能找到消除故障点，严重影响用电的连续性。

针对上述问题，一种方法是在每一个关键节点安装继电保护设备，组成快速可靠的局域网络，通过内部快速交换故障信息来实现精准故障定位及切除。这种方法在10kV及以上电压等级得到应用，但用在配电台区却存在困难。配电台区可适用的通信方式主要包括HPLC、微功率无线等物联网通信，存在通信延迟时间长、且不稳定等特点，无法作为可靠的保护逻辑配合的通信方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种兼顾可靠性与经济性的配电台区智能分布式保护与故障自愈方法。

一种配电台区智能分布式保护与故障自愈方法，包括如下步骤：

(1)建立分布式保护拓扑结构，将配电台区分为分为台区总开、台区馈线开关、T接/分支开关、入户开关共4个层级，在相应层级安装分布式保护装置；

(2)当分布式保护拓扑结构的通信可靠时，采用闭锁式保护逻辑；

(3)当分布式保护拓扑结构的通信不可靠或下一级开关失灵时，通过预设的智能定值配合逻辑实现保护跳闸；

(4)执行保护动作后，通过智能分级重合闸自动隔离故障区域以缩小停电范围。

进一步的，所述步骤(1)建立分布式保护拓扑结构时，对每一个分布式保护装置分配一个拓扑编号，第1级台区总开固定为00，第2级台区馈线开关从01～NN，第3级T接/分支开关编号前两个数字为所属上一级馈线开关编号，后两位数字从01～NN依次编号，第4级入户开关前四位数字为所属上一级T接/分支开关编号，后两位数字从01～NN依次编号；

所述拓扑编号的生成与分配由台区网关来完成，并写入到每一台分布式保护装置中，在台区新建、改扩建后重新分配编号。

进一步的，所述步骤(2)当分布式保护拓扑结构的通信可靠时，采用闭锁式保护逻辑，具体包括：

1)除拓扑编号为00的总开，其它位置分布式保护装置检测到故障元件启动后，采用广播方式发送闭锁信号，广播报文包含该分布式保护装置的拓扑编号；

2)对于具备点对点通信的通行场景，立即发送闭锁信号；对于不具备点对点通信的通信场景，为避免多个分布式保护装置检测到故障后同时发送闭锁信号导致的信号串扰，按保护层级分时发送闭锁信号，第4级零延时发送，第3级延时50ms发送，依次类推；

3)第1级～第3级分布式保护装置故障元件启动后，在延时时间Ti内未收到下级闭锁信号，如故障仍存在，则保护动作；收到闭锁信号后，判断该闭锁信号是下级装置发出，其方法是：对闭锁信号拓扑编号进行分析，拆分当前层级的编码部分，如果与本分布式保护装置相吻合，则认为本级需要闭锁。

进一步的，所述步骤(3)当分布式保护拓扑结构的通信不可靠或下一级开关失灵时，通过预设的智能定值配合逻辑实现保护跳闸，具体包括：

3)根据拓扑编号，分析当前所属层级，其中拓扑编号00则为第1级，拓扑编号01～99为第2级，拓扑编号0101～9999为第3级，拓扑编号010101～999999为第4级；

根据所属层级自动调整时间定值，其方法是：层级1、2、3分别调整瞬时性、延时保护定值，依次在整定的时间定值基础上增加3ΔT、2ΔT、ΔT，层级4不调整；ΔT的值根据上下级之间的通信延迟、开关跳闸时间来定，并适当留有裕度。

进一步的，所述步骤(4)执行保护动作后，通过智能分级重合闸自动隔离故障区域以缩小停电范围，具体包括：

4)当发生故障跳闸后，断路器上端仍有电压，则说明下级或更下级发生故障，则立即启动自动重合闸；

5)当上端电压失压，但本保护装置未发生故障跳闸，同时检测到故障电流启动元件动作，说明发生了越级跳闸，则立即跳本断路器，并记忆故障状态；当上端电压失压后重新来电，本断路器处于跳位，读取记忆的故障状态发现上一次跳闸是由故障引起，则延时启动重合闸，该延时时间需躲过重合闸后加速保护动作时间+断路器跳闸时间；

上述重合闸动作后，如果故障仍存在，说明故障在本区段内且没有消失，则通过后加速保护跳闸切除故障；重合闸动作后，如故障已消失，说明故障不在本区段内或故障已经消失，重合后恢复供电。

进一步的，所述故障电流启动元件是否动作的判断逻辑为：电流突变超过0.1In，且电流值大于In。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：通过建立分布式保护拓扑结构、闭锁式保护逻辑、智能定值配合、智能分级重合闸几个部分，构成完善的配电台区保护与故障自愈方案；通过建立分布式保护拓扑结构是基础，构成不同开关之间的层级归属关系，可以精确实现保护之间的闭锁及定值分级；当通信可靠时，通过闭锁式保护逻辑快速隔离故障并避免越级跳闸，此方法时效性好，但由于过渡依赖通信，其建设施工成本高；通过智能定值配合，相比闭锁式保护逻辑牺牲了一部分保护动作时间，但该方案只需要慢速的通信方法即可，成本较低；智能重合闸完全不依赖于通信，通过采用记忆元件，可以避免下级发生故障后，上级重合时再次越级跳闸。

附图说明

图1为本发明实施例分布式保护拓扑结构示意图；

图2是本发明实施例一种配电台区智能分布式保护与故障自愈方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供一种配电台区智能分布式保护与故障自愈方法，包括如下步骤：

步骤1.建立分布式保护拓扑结构。

参见图2图，将配电台区分为分为台区总开、台区馈线开关、T接/分支开关、入户开关共四个层级，在相应层级安装分布式保护装置。对每一个分布式保护装置分配一个拓扑编号，第1级台区总开固定为00，第2级台区馈线开关从01～NN，第3级T接/分支开关编号前两个数字为所属上一级馈线开关编号，后两位数字从01～NN依次编号，第4级入户开关前四位数字为所属上一级T接/分支开关编号，后两位数字从01～NN依次编号。

上述拓扑编号的生成与分配由台区网关来完成，并写入到每一台分布式保护装置中。在台区新建、改扩建后重新分配编号。

步骤2.当通信可靠时，采用闭锁式保护逻辑。

1)除拓扑编号为00的总开，其它位置分布式保护装置检测到故障元件启动后，采用广播方式发送闭锁信号，广播报文包含该分布式保护装置的拓扑编号；

2)对于具备点对点通信的通行场景，立即发送闭锁信号；对于不具备点对点通信的通信场景，为避免多个分布式保护装置检测到故障后同时发送闭锁信号导致的信号串扰，按保护层级分时发送闭锁信号，第4级零延时发送，第3级延时50ms发送，依次类推；

3)第1级～第3级分布式保护装置故障元件启动后，在延时时间Ti内未收到下级闭锁信号，如故障仍存在，则保护动作。收到闭锁信号后，需要判断该闭锁信号是下级装置发出，其方法是，对闭锁信号拓扑编号进行分析，拆分当前层级的编码部分，如果与本分布式保护装置相吻合，则认为本级需要闭锁。以010102编号下游发生故障为例，如果定值配合失效，极端情况下0101、01编号分布式保护装置都会检测到故障并发出闭锁信号，01编号装置收到0101、010102发出的闭锁信号，拆分出本级拓扑编号为01，与本保护装置编号相吻合，则闭锁本保护；02编号装置也会收到上述闭锁信号，但拆分出的本级拓扑编号与本装置不相符，则丢弃该闭锁信号。

步骤3.当通信不可靠，或下一级开关失灵时，通过预设好的智能定值配合逻辑实现保护跳闸。

1)根据拓扑编号，分析当前所属层级，其中拓扑编号00则为第1级，拓扑编号01～99为第2级，拓扑编号0101～9999为第3级，拓扑编号010101～999999为第4级；

2)根据所属层级自动调整时间定值，其方法是：层级1、2、3分别调整瞬时性、延时保护定值，依次在整定的时间定值基础上增加3ΔT、2ΔT、ΔT，层级4不调整；ΔT的值根据上下级之间的通信延迟、开关跳闸时间来定，并适当留有裕度，例如典型通信延迟为50ms，开关跳闸时间40ms，则ΔT可设置为100ms；

步骤4.保护动作后，通过智能分级重合闸，自动隔离故障区域，缩小停电范围。

1)当发生故障跳闸后，断路器上端仍有电压，则说明下级或更下级发生故障，则立即启动自动重合闸；

2)当上端电压失压，但本保护未发生故障跳闸，同时检测到故障电流启动元件动作，说明发生了越级跳闸，则立即跳本断路器，并记忆故障状态；当上端电压失压后重新来电，本断路器处于跳位，读取记忆的故障状态发现上一次跳闸是由故障引起，则延时启动重合闸，该延时时间需躲过重合闸后加速保护动作时间+断路器跳闸时间；

3)上述故障电流启动元件判断逻辑为：电流突变超过0.1In，且电流值大于In；

4)分布式保护装置具备内部储能单元，在上端失电，失去外部供电电源后，能够通过内部储能单元供电，存储记忆故障状态；

5)上述重合闸动作后，如果故障仍存在，说明故障在本区段内且没有消失，则通过后加速保护跳闸切除故障；重合闸动作后，如故障已消失，说明故障不在本区段内或故障已经消失，重合后恢复供电；

上述方法不依赖于通信，只依赖上下级之间的电气连接关系，通过记忆跳闸前的故障状态，可以避免越级跳闸后无法区分。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。