基于特征量自识别融合级差保护的综合型馈线自动化终端

文献发布时间：2023-06-19 19:30:30

技术领域

本发明涉及馈线保护技术领域，更具体地说，本发明涉及基于特征量自识别融合级差保护的综合型馈线自动化终端。

背景技术

10kV配电网直接连接用户，线路运行方式复杂、故障多发，故障发生时缺乏高效的故障检测手段及方法，故障处理难度大，工作效率较低，且常有越级跳闸的情况发生，造成线路大面积停电，严重影响供电可靠性及供电服务水平的提升。馈线自动化是利用自动化装置监视配电网的运行状况，及时发现配电线路故障，进行故障定位、隔离及非故障区域自恢复。近年来，针对不同类型的供电区域，国网公司智能配电网建设采用差异化原则，馈线自动化实现故障处理可采用集中型和就地型模式。就地型馈线自动化不依赖通信，通过设备自身保护定值配合或时序配合完成故障处理。国网公司就地型馈线自动化分为电压时间型、电压电流时间型、自适应综合型等模式。而电压时间型、电压电流时间型馈线自动化方案需要多次重合才能完成故障区域隔离及非故障区域恢复供电，且任一点故障都会引起变电站出线开关跳闸，扩大停电区域

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了基于特征量自识别融合级差保护的综合型馈线自动化终端，本发明所要解决的技术问题是就地型馈线自动化应用过程中存在的多次重合、停电范围扩大、使用复杂、残压闭锁不可靠，小电流接地判断不准等问题等问题。

基于特征量自识别融合级差保护的综合型馈线自动化终端，包括电容式取能电源，所述电容式取能电源的上表面设置有三个零序电流互感器，且三个零序电流互感器的正面均设置有断路器本体，三个零序电流互感器通过三个进线侧电压传感器分别与三个出线侧电压传感器的外表面固定连接，所述电容式取能电源的上表面固定连接有两个电压互感器，位于左侧的电压互感器通过金属片与位于左侧的零序电流互感器电连接，位于右侧的电压互感器通过金属片与位于右侧的出线侧电压传感器电连接，所述电容式取能电源的下表面设置有开关壳体，所述开关壳体通过连接电缆与控制器(FTU)电连接。

通过研究10kV线路基于特征量自识别融合级差保护的综合型馈线自动化终端，解决就地型馈线自动化应用过程中存在的多次重合、停电范围扩大、使用复杂、残压闭锁不可靠，小电流接地判断不准等问题等问题。策略方面，有效的将特征量自识别的小电流精准接地算法、级差保护的过流算法和就地馈线自动化自恢复三者结合起来，经过分析研究，实现只重合一次，即可实现接地故障、过流故障的快速隔离和非故障区段的快速恢复，且不依赖通信，成本底，可靠性高。终端方面，通过改进开关的进出线电压获取方式，即从进出线各单个线电压到进出线各三相相电压，来确保就地馈线自动化的各功能的有效可靠执行。新策略能够实现电压型及电流型馈线自动化，上传故障区段位置到配电自动化主站及现场检修人员，提升线路运行安全性和供电可靠性，是建设配电网自动化、信息化所急需设备，在电网运行管理领域具有较高研究推广意义。

基于典型线路，说明如下：

S1、有级差的短路故障

(101)FS2和FS3之间发生永久的短路故障。

(102)因为存在级差，FS2开关感受到短路故障先跳闸，FS2之后的开关FS3无压分闸，同时联络开关LSW1因为单侧无压开始启动延迟合闸负荷转供。

(103)FS2一侧有压X时间后重合。

(104)因为是永久故障，合闸之后启动后加速故障跳闸，且FS2正向闭锁，FS3感受短时来电反向闭锁。

(105)LSW1合闸延迟后合闸，FS3因为反向闭锁不会合闸。

S2、无级差的短路故障：如果变电站保护无延时、且定值不可设置时，CB保护范围较长时，保护无无级差配合。

(201)FS2和FS3之间发生永久的短路故障，FS1和FS2感受故障电流并记忆。

(202)因为不存在级差，FS2，FS1，CB开关感受到短路故障跳闸，然后FS3-FS5的开关无压分闸，LSW1，LSW2因为感受单侧无压开始启动延迟合闸。

(203)CB在X时间后第一次重合闸。

(204)FS1一侧有压且有故障记忆，启动短延迟，X时间到后FS1合闸。

(205)FS2一侧有压且有故障记忆，启动短延迟，X时间后FS2合闸，FS4一侧有压，无故障记忆，启动长延迟(等待故障线路隔离完成)。

(206)因为是永久故障，FS2合闸之后启动后加速故障跳闸，并正向闭锁合闸，FS3因为感受短时来电反向闭锁，CB感受故障再次跳闸，FS1有故障记忆，且处于Z时间内(时序逻辑中有说明)，则闭锁保护分闸，同时闭锁无压分闸，所以FS1不跳闸。

(207)CB第二次重合，FS4和FS5依次延迟重合。

(208)LSW2感受双侧有压，放弃合闸，LSW1合闸延迟到后合闸进行负荷转供。

S3、有级差的接地故障,接地级差满足，后级开关的时延小于前级。

(301)FS4和FS5之间发生永久接地故障。

(302)FS1，FS4感受接地故障，因为FS4的延迟时间最短，FS4直接跳闸，FS1不跳闸。

(303)FS5无压分闸，LSW2感受到一侧无压之后启动延迟合闸。

(304)FS4X时间后重合，因为是永久故障，FS4合闸后又感受到接地故障，再次跳闸，并正向闭锁，FS5感受到短时来电反向闭锁，LSW2延迟时间到后合闸进行负荷转供。

S4、无级差的接地故障，处理过程如下，但无后加速保护。

(401)FS4和FS5之间发生永久接地故障。

(402)FS1，FS4感受到接地故障，因为无级差，FS1、FS4直接故障跳闸。

(403)FS2、FS3、FS5无压分闸，LSW1，LSW2因为感受单侧无压开始启动延迟合闸。

(404)FS1、FS4一侧有压且有故障记忆，启动短延迟，X时间后FS1合闸，FS2、FS3、FS5一侧有压，无故障记忆，启动长延迟(等待故障线路隔离完成)。

(405)X时间后FS4合闸。

(406)因为是永久故障，FS4合闸后又感受到接地故障，再次跳闸，并正向闭锁，FS5感受到短时来电反向闭锁。

(407)FS2、FS3一侧有压，无故障记忆，长延迟到后依次合闸。

(408)LSW2合闸延迟到后合闸进行负荷转供，恢复LSW2到FS5之间的负荷供电，LSW1又感受双侧有压，放弃合闸。

本发明通过研究10kV线路基于特征量自识别融合级差保护的综合型馈线自动化终端，解决就地型馈线自动化应用过程中存在的多次重合、停电范围扩大、使用复杂、残压闭锁不可靠，小电流接地判断不准等问题等问题。策略方面，有效的将特征量自识别的小电流精准接地算法、级差保护的过流算法和就地馈线自动化自恢复三者结合起来，经过分析研究，实现只重合一次，即可实现接地故障、过流故障的快速隔离和非故障区段的快速恢复，且不依赖通信，成本底，可靠性高。终端方面，通过改进开关的进出线电压获取方式，即从进出线各单个线电压到进出线各三相相电压，来确保就地馈线自动化的各功能的有效可靠执行。新策略能够实现电压型及电流型馈线自动化，上传故障区段位置到配电自动化主站及现场检修人员，提升线路运行安全性和供电可靠性，是建设配电网自动化、信息化所急需设备，在电网运行管理领域具有较高研究推广意义。

作为本发明的进一步方案：所述S1中CB为带时限保护和二次重合闸功能的10KV馈线出线断路器，FS1～FS5/LSW1、LSW2：分段、分支开关/联络开关均为断路器。

本发明的有益效果在于：

1、本发明通过实现就地FA与继电保护有效配合的策略，在变电站有延时的情况下，通过继电保护迅速隔离永久故障；通过FA策略，恢复瞬时故障和越级跳闸问题，设计短时保护分闸闭锁和短时失压分闸闭锁功能使得所有开关在无级差线路上也只重合一次即可完成故障隔离与恢复。

2、本发明通过通过保护延时和后加速延时的配合，例如所有保护为100ms，后加速为0s，则可以确保后加速启动时不会导致保护二次跳闸，消除二次越级跳闸风险，只重合一次。

3、本发明通过设计分合闸失效闭锁功能，防止开关不停分合闸影响供电和开关寿命。

4、本发明通过设计开关进出线侧的高精度的三相电压互感器以及零压零流互感器，并与断路器是一体化设计，体积小重量轻、安装便捷，不论是发生何种故障，均不影响残压闭锁、有压合闸、失压分闸等FA功能，也不影响小电流接地研判算法功能。

5、本发明通过特征量自识别的小电流接地研判，确保接地算法的正确性和接地故障的可靠就地隔离，解决山火，人身伤害等的接地故障安全问题。

6、本发明具备标准电压时间型的一切功能，可与其他厂家的开关配合使用，具备较高的使用价值。

附图说明

图1为本发明立体的结构示意图；

图2为本发明S1中(101)线路图；

图3为本发明S1中(102)线路图；

图4为本发明S1中(103)线路图；

图5为本发明S1中(104)线路图；

图6为本发明S2中(201)线路图；

图7为本发明S2中(202)线路图；

图8为本发明S2中(203)线路图；

图9为本发明S2中(204)线路图；

图10为本发明S2中(205)线路图；

图11为本发明S2中(206)线路图；

图12为本发明S2中(207)线路图；

图13为本发明S2中(208)线路图；

图14为本发明S3中(301)线路图；

图15为本发明S3中(302)线路图；

图16为本发明S3中(303)线路图；

图17为本发明S3中(304)线路图；

图18为本发明S4中(401)线路图；

图19为本发明S4中(402)线路图；

图20为本发明S4中(403)线路图；

图21为本发明S4中(404)线路图；

图22为本发明S4中(405)线路图；

图23为本发明S4中(406)线路图；

图24为本发明S4中(407)线路图；

图25为本发明S4中(408)线路图；

图中：1、电容式取能电源；2、零序电流互感器；3、断路器本体；4、开关壳体；5、进线侧电压传感器；6、出线侧电压传感器；7、零序电压传感器；8、连接电缆；9、控制器(FTU)。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

如图1所示，基于特征量自识别融合级差保护的综合型馈线自动化终端，包括电容式取能电源1，电容式取能电源1的上表面设置有三个零序电流互感器2，且三个零序电流互感器2的正面均设置有断路器本体3，三个零序电流互感器2通过三个进线侧电压传感器5分别与三个出线侧电压传感器6的外表面固定连接，电容式取能电源1的上表面固定连接有两个电压互感器，位于左侧的电压互感器通过金属片与位于左侧的零序电流互感器2电连接，位于右侧的电压互感器通过金属片与位于右侧的出线侧电压传感器6电连接，电容式取能电源1的下表面设置有开关壳体4，开关壳体4通过连接电缆8与控制器(FTU)9电连接。