基于智能馈线自动化终端的配电网馈线保护与重构方案

摘要

本发明是基于智能馈线自动化终端的配电网馈线保护与重构方案，包括如下处理方法：一、在线路正常工作状态下馈线自动化终端FTU完成对线路实时数据的采集以及传输；二、馈线自动化终端FTU的选择；三、当瞬时故障点发生短路故障时的具体策略：四、当永久性故障点发生短路故障时的策略。优点：能够完成对馈线实时数据的有效传输、配网结构的监控以及故障的快速隔离与重构功能，并配置相对简单的后台管理机，完成原先配置主站和子站的系统相应的功能。使馈线自动化终端的独立性、故障切除的快速性、系统的安全性得到提高，通过对智能馈线自动化终端FTU的运行模式的设定，使智能馈线自动化终端FTU基于高速通讯平台，又不完全依赖于通讯。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种基于智能馈线自动化终端的电力系统中压（6kV、10kV、20kV）配电网馈线的保护与重构方案，属于配电网馈线保护与重构技术领域。

背景技术

供电可靠性是电力企业争创一流的重要技术指标, 高可靠、高质量供电是电力企业做好售电服务的基本条件。电网自动化作为提高供电可靠性的一种重要的技术手段, 越来越被电力部门所重视。目前国家在投入大量资金进行城市电网建设与改造的同时, 配电网自动化试点工程也纳入城网改造计划当中。针对配电网自动化，处理主要包括: 实时数据的的采集、故障自动检测与故障识别，而配电终端的可靠性和实时性又直接影响整个DA系统的可靠性和实时性。可是以往存在对配电自动化的保护方案有很多的理解，而且终端设备FTU装置的作用逻辑不能满足配电网自动化的要求，我国现在没有性能优良10kv馈线自动化保护装置。使故障切除的快速性、系统的安全性以及数据的实时性等性能不能得到很好的满足。采用保护方式实现配电自动化具有快速故障隔离的优点，但要求开关之间需要专门的通信通道，且要求需要判别电流的方向。都是需要与配网自动化主站进行配合恢复，配网自动化系统对变电站首端开关进行控制存在调度权限且安装复杂的问题；对馈线自动化终端FTU的通讯依赖性很强，当通讯中断，馈线自动化终端FTU的工作受到影响，存在系统安全性的问题；故障选择性和供电恢复能力都没有很好的保障。就地型的则在恢复供电时会导致对电网的多次冲击，且恢复供电时间长。国内配网自动化的馈线解决方案有集中型和就地型两种。集中型借助通信手段，通过配电终端和配电主站的配合，在发生故障时，判断故障区域，并通过遥控或人工隔离故障区域，恢复非故障区域供电。就地型馈线自动化包括电压-时限模式（日本模式）、重合器方式、智能分布式等。

发明内容

本发明提出的是一种基于智能馈线自动化终端的配电网馈线保护与重构方案，其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷，具有无需依赖配电主站，通过终端相互通信、保护配合或时序配合，在配电网发生故障时，隔离故障区域，恢复非故障区域供电，并上报处理过程及结果等功能。

本发明的技术解决方案：基于智能馈线自动化终端的配电网馈线保护与重构方案，其特征是该方案包括如下处理方法：一、在线路正常工作状态下馈线自动化终端FTU完成对线路实时数据的采集以及传输；馈线自动化装置，通过底层的TCP/IP通讯协议，实现馈线自动化装置之间的实时通讯，确保每个馈线自动化终端FTU均能获取其他几个馈线自动化终端FTU的状态信息，从而实现供电方向判断，前后节点的计算，为保护策略提供相应的数据支持；

二、馈线自动化终端FTU的选择：由于每个馈线自动化终端FTU均能获取其他几个馈线自动化终端FTU的状态信息，所以主控智能馈线自动化终端是可改变的，通讯正常的节点中馈线自动化终端FTU编号最小的自动启动主控功能，成为主控智能馈线自动化终端,主控智能馈线自动化终端的功能包括监控所有其他普通馈线自动化终端FTU的运行状态,并在系统发生由于故障引起解列运行后的自动重构的协调；

三、当瞬时故障点K0发生短路故障时，1）第二断路器S2向前方第一断路器S1发送一段保护闭锁信号，并且第二断路器S2跳闸，此时虽然第一断路器S1也检测到短路电流，但是由于其收到一段保护闭锁，固不进行跳闸操作；

2）第三断路器S3向第四断路器S4发送解列闭锁信号，第四断路器S4向第五断路器L发送解列闭锁信号；

3）经过1秒~2秒的延时后，第二断路器S2进行重合闸，由于是瞬时性故障，恢复正常供电；

四、当永久性故障点K1发生短路故障时，1）第二断路器S2向前方第一断路器S1发送一段保护闭锁信号，并且第二断路器S2跳闸，此时虽然第一断路器S1也检测到短路电流，但是由于其收到一段保护闭锁，固不进行跳闸操作；

2）第三断路器S3向第四断路器S4发送解列闭锁信号，第四断路器S4向第五断路器L发送解列闭锁信号；

3）经过1秒~2秒的延时后，第二断路器S2进行重合闸，由于是永久性故障，加速跳闸，重合闸失败，然后第二断路器S2向第三断路器S3发送重构闭锁信号；

4）第三断路器S3进行解列，由于第二断路器S2重合闸失败，处于断开状态，固隔离了第二断路器S2与第三断路器S3之间的故障区域；

 5）主馈线自动化终端FTU1根据每个普通馈线自动化终端的内部状态，判断供电方向，并对需要重构的普通馈线自动化终端发出重构信号，本例中，由主控智能馈线自动化终端向第五普通馈线自动化终端FTU5发出重构信号，第五普通馈线自动化终端FTU5控制第五断路器L合闸，非故障区域恢复供电。

本发明的有益效果：1）能够完成对馈线实时数据的有效传输、配网结构的监控以及故障的快速隔离与重构功能，并配置相对简单的后台管理机，完成原先配置主站和子站的系统相应的功能。2）使馈线自动化终端FTU的独立性、故障切除的快速性、系统的安全性等性能得到提高，同时通过对智能馈线自动化终端FTU的运行模式的设定，使智能馈线自动化终端FTU基于高速通讯平台，又不完全依赖于通讯。

附图说明

附图1是本发明的馈线自动化终端FTU的元件布置图。

附图2是馈线自动化装置的结构示意图。

附图3是本发明模拟发生馈线瞬时故障控制策略图。

附图4是本发明模拟发生馈线永久故障控制策略图。

附图5是系统原理逻辑图。

图中的S1是断路器、S2是断路器、S3是断路器、S4是断路器、L是断路器均为普通断路器（现有技术），L断路器的功能为联络开关，正常运行情况下为常开状态运行。QF1、QF2是馈线出口断路器。

具体实施方式

对照图1，在线路正常工作状态下馈线自动化终端完成对线路实时数据的采集以及传输；馈线自动化装置，通过底层的TCP/IP通讯协议，实现馈线自动化装置之间的实时通讯，确保每个馈线自动化终端FTU均能获取其他几个馈线自动化终端FTU的状态信息，从而实现供电方向判断，前后节点的计算，为保护策略提供相应的数据支持；

馈线自动化终端包括主控馈线自动化终端FTU1、第二馈线自动化终端FTU2、第三馈线自动化终端FTU3、第四馈线自动化终端FTU4和第五馈线自动化终端FTU5；所述的主控馈线自动化终端FTU1连接控制第一断路器S1，第二馈线自动化终端FTU2连接控制第二断路器S2，第三馈线自动化终端FTU3连接控制第三断路器S3，第四馈线自动化终端FTU4连接控制第四断路器S4，第五馈线自动化终端FTU5连接控制第五断路器L；

对照附图2，所述的馈线自动化装置是负责断路器等开关设备的开关量及测量量的采集，经过处理后，按通信协议报告给上级主站或子站，并通过装置之间的协调控制，实现馈电线路的故障识别、故障定位、故障隔离。 

馈线自动化装置可提供 1 回线路（3 电压 7 电流，其中 3个测量电流、3个保护电流、1个零序电流）模拟量、2个直流量的采集、8路数字量的采集、2路合分控制。支持以太网通信及RS232/485通信。采用挂箱式结构，主要由主控模块、接口组件、智能电源、蓄电池及机箱等部分组成。箱体内余留通信模块的安装位置，可根据用户通信方式不同灵活配备相应通信模块。

馈线自动化终端FTU的选择：由于每个馈线自动化终端FTU均能获取其他几个馈线自动化终端FTU的状态信息，所以主控智能馈线自动化终端是可改变的，通讯正常的节点中馈线自动化终端编号最小的自动启动主控功能，成为主控智能馈线自动化终端,主控智能馈线自动化终端的功能包括监控所有其他普通馈线自动化终端的运行状态,并在系统发生由于故障引起解列运行后的自动重构的协调；

对照图3，当馈线发生故障时，策略如下：

当瞬时故障点K0发生短路故障时，1）第二断路器S2向前方第一断路器S1发送一段保护闭锁信号，并且第二断路器S2跳闸，此时虽然第一断路器S1也检测到短路电流，但是由于其收到一段保护闭锁，固不进行跳闸操作；

2）第三断路器S3向第四断路器S4发送解列闭锁信号，第四断路器S4向第五断路器L发送解列闭锁信号；

3）经过1秒~2秒的延时后，第二断路器S2进行重合闸，由于是瞬时性故障，恢复正常供电；

对照附图4，当馈线发生永久性故障，策略如下：

当永久性故障点K1发生短路故障时，1）第二断路器S2向前方第一断路器S1发送一段保护闭锁信号，并且第二断路器S2跳闸，此时虽然第一断路器S1也检测到短路电流，但是由于其收到一段保护闭锁，固不进行跳闸操作；

2）第三断路器S3向第四断路器S4发送解列闭锁信号，第四断路器S4向第五断路器L发送解列闭锁信号；

3）经过1秒~2秒的延时后，第二断路器S2进行重合闸，由于是永久性故障，加速跳闸，重合闸失败，然后第二断路器S2向第三断路器S3发送重构闭锁信号；

4）第三断路器S3进行解列，由于第二断路器S2重合闸失败，处于断开状态，固隔离了第二断路器S2与第三断路器S3之间的故障区域；

 5）主馈线自动化终端FTU1根据每个普通馈线自动化终端的内部状态，判断供电方向，并对需要重构的普通馈线自动化终端发出重构信号，本例中，由主控智能馈线自动化终端向第五普通馈线自动化终端FTU5发出重构信号，第五普通馈线自动化终端FTU5控制第五断路器L合闸，非故障区域恢复供电。

馈线自动化终端FTU和断路器的接口包括：每个断路器的两侧各装一个PT（电压互感器），每个断路器配置一个CT（电流互感器），这些PT和CT都通过航空插头和馈线自动化终端FTU相连，航空插头的信号线里面，包括了馈线自动化终端FTU控制断路器开合的空接点，馈线自动化终端FTU通过交流采样PT和CT的二次电压和电流值。

对照图5，系统的工作过程：

普通智能馈线自动化终端FTU内部联网实现智能控制系统，不需要变电站配网子站和配电自动化主站系统参与，就可自治实现配网的故障隔离及重合、故障恢复功能。2）本方案与调度及变电站没有直接关联，减少原先的部门权限冲突。

在主站只需配置相对简单的后台管理功能对普通智能馈线自动化终端FTU实现配置管理，在不具备配网自动化主站系统的情况下也能提高馈线自动化水平，因此本系统具备安装维护简单，便于推广使用的特点。

在发生短路故障时，常规馈线自动化系统通过馈线出口保护，切除整条馈线；智能馈线自动化系统根据前后智能馈线自动化终端FTU装置间的通讯，变电站出口保护作为后备保护不动作，不用整条线路切除，实现有选择的切除故障段，最大限度的减少停电范围，提高供电可靠性，从而实现了智能馈线自动化系统，能够实现馈线保护的选择性；

通过对普通智能馈线自动化终端FTU的运行模式的设定，使智能馈线自动化系统基于高速通讯平台，又不完全依赖于通讯；有光纤通讯的情况下，可以通过高速的光纤通讯，实现保护的选择性；当通讯中断或无通讯情况下，智能馈线自动化系统能够自动退化成“电压-时间”型的常规馈线自动化系统，通过时间配合，实现故障的自动恢复；从而使系统具备高可靠性的特点；

由于在恢复供电的过程中，都是通过主控智能馈线自动化终端FTU中预置好的恢复策略（重构）来进行恢复，不需要主站、子站的配合，因此恢复时间大大缩短，尤其是当配电网网络庞大的情况下；使系统恢复供电速度加快。