专利名称：利用故障信号自同步实现闭环网故障定位的方法
利用故障信号自同步实现闭环网故障定位的方法技术领域
一种利用故障信号自同步实现闭环网故障定位的方法。涉及配电闭环网供电系统中故障自愈控制方法，属于电力系统自动化领域。
背景技术：
目前，城市中心城区普遍采用两端电源的环网供电模式，线路发生故障时可以在几秒内实现转供，但对于一些特别敏感的负荷，如半导体集成电路制造厂、有重要赛事的体育场馆，即便是几秒钟的短时停电也会造成严重的经济损失和社会秩序的混乱，这就需要采用闭环运行方式供电。闭环运行的电缆环网(联络开关正常运行时处于合位)，两侧的电源取自同一母线，以避免因两侧电源电压不一致带来的潮流难以控制的问题。环网柜进线开关采用能够遮断故障电流的断路器，应用基于分布式智能控制的网络保护，在线路故障时直接跳开故障区段两侧断路器切除故障，使非故障区段用户的供电不受影响，实现无缝自愈。
闭环供电系统发生故障时，由于故障点两侧都存在电源，因而故障点两侧的馈线自动化终端FTU都会检测到故障电流，环网柜内一般没有电压互感器PT，无法采用传统的方向保护，只能利用非故障区段电流是穿越性的，电流方向一致，而故障区段电流由两侧注入，方向相反的原理，实现故障定位。而检测不同地点的馈线自动化终端FTU电流方向是否一致，需要一个统 一的时间基准，目前普遍采用的网络对时无法满足要求。发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的问题，提供一种不需要测量电压信号，也无需使用专用的时间同步设备，通信通道不再承载平时的高精度对时的同步任务的利用故障信号自同步实现闭环网故障定位的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该利用故障信号自同步实现闭环网故障定位的方法，利用相电流突变量启动算法确定故障电流信号的起始时刻，利用故障电流的初始相位确定故障区段，其特征在于所述的故障电流信号的起始时刻为处于闭合环网不同地点的馈线自动化终端FTU提供统一的时间基准，馈线自动化终端FTU采用高速数据采集；所述的利用故障电流的初始相位确定故障区段，是通过比较两相邻的馈线自动化终端FTU测量到的故障电流的初始相位的相位差△ 91判断故障区段。
所述因通过测量获取到的电流相位差Λ Θ i有一定的误差，设定电流相位差Λ Θ工允许最大误差为％，则故障区段的相位差为180° +φω> φ > 180° -Φπ;非故障区段的相位差为1 >识>-％,，其中识为线路上相邻FTU检测到的故障电流相位差，％ 为相位差最大允许误差70°。
所述的馈线自动化终端FTU高速数据采集的采样速度为每周波大于64点。
该利用故障信号自同步实现闭环网故障定位的方法，具体步骤如下
步骤1:逻辑流程开始；
步骤2 :检测电流突变量，实时监测相电流的突变量是否超过设定值；
步骤3:接收故障数据；
步骤4 :延时判断故障，若相电流突变量超过设定值，设定值取1A，即电流标称值 5A的20% ;为保证采集到完整的数据，需经20ms的延时时间后，接收故障数据；
步骤5 :确认故障，从突变量超过设定值开始确定为故障时刻，采集一个周波的数据；
步骤6 :计算其中一个馈线自动化终端FTU故障相位，对采集到的数据进行傅里叶运算，得到故障起始时刻的初相位，记作％ ;
步骤7 :读取左右相邻馈线自动化终端FTU的故障起始时刻初相位，分别记作％—j 和％+1，与本馈线自动化终端FTU的％作差，求取电流相位差ft = -死和於=(P,, -φ 4，其中η 为本馈线自动化终端FTU ；
步骤8 :根据相位差免值判断故障位置，当180° +φ^ φ > 180° -(^为故障区段；当A >Ρ>_Α为非故障区段，其中％为相位差最大允许误差，A <70° ;
步骤9 :根据故障点位置隔离故障，恢复供电。
工作原理
配网线路发生故障时，故障信号经一定的线路传输时间到达两端馈线自动化终端 FTU，馈线自动化终端FTU经过一定的延时检测到线路发生了故障，设故障信号到达两端的时间差导致的相位误差为Λ θ1;而从故障信号到达馈线自动化终端FTU及馈线自动化终端FTU检测到线路发生故障，两端所用时间可能不同，设两端检测故障的时间差导致的相位误差为Λ θ2，只要两端相位最大误差Λ Θ1ω3χ+Δ θ2_在允许范围内，则在线路发生故障后，其两端馈线自动化终端FTU可以根据故障检测时刻为参考而近似同步。
与现有技术相比，本发明的利用故障信号自同步实现闭环网故障定位的方法所具有的有益效果是解决了闭环运行配电网中，故障电流方向检测的难题，该方法不需要测量电压信号，也无需使用专用的时间同步设备，通信通道不再承载平时的的高精度对时的同步任务，而只需在故障后传送带参考时间标签的故障电流数据，即正常时不需同步，故障后近似同步。具有简单、成本低、易于实施等优点。
图1本发明的闭环网系统结构示意图。
图2本发明故障与非故障区段示意图。
图3本发明的流程框图。
其中F1故障点FTU馈线自动化终端CB1、CB2电源开关P为线路两端电流的相位差^ 为相位差最大允许误差。
具体实施方式
附图1-3是本发明的利用故障信号自同步实现闭环网故障定位的方法的最佳实施例。
如附图1所示
闭环网系统由电源、电源开关CB1、CB2，6个馈线自动化终端FTU、l-4号环网柜及柜内开关〇811、〇812、〇821、〇822、〇831、〇832、〇841、〇8412、组成。
一、本发明的利用故障信号自同步实现闭环网故障定位的方法的前提条件是
I)配网线路比较短，故障信号传输到线路两端的误差很小。
2)短线路可以不考虑分布电容改变线路两端电流相位的问题。
3)智能馈线自动化终端FTU采样速度足够高(大于每周波64点)。
二、利用相电流突变量启动算法，找到故障信号的起始时刻。
如图1所示，当Fl点发生故障时，各个馈线自动化终端FTU通过电流突变量^φ=\%κ -w|-|w -&n||判据检测故障，当检测到故障信号时，记下接收到故障信号的时刻，以此时刻作为故障电流相位计算的时间基准，比较相邻环网柜处的馈线自动化终端FTU测量的故障电流相位，根据相位比较结果判断故障点位置。当故障点Fl区段两侧馈线自动化终端FTU测量的电流A2和/21相位差Λ Q1Siscr，其余区段两侧馈线自动化终端 FTU测量到的电流相位差Ae1Sf时，判断出故障点位于Fl附近区段上。
基于故障信号同步需要，馈线自动化终端FTU可以在线路发生故障时第一时间检测到故障信号，所以对启动元件的一个基本要求是能反映各种故障，并且灵敏度要高。
相电流突变量启动原理反映单相电流差的突变量，相电流突变量获取方法如下
权利要求
1.一种利用故障信号自同步实现闭环网故障定位的方法，利用相电流突变量启动算法确定故障电流信号的起始时刻，利用故障电流的初始相位确定故障区段，其特征在于所述的故障电流信号的起始时刻为处于闭合环网不同地点的馈线自动化终端FTU提供统一的时间基准，馈线自动化终端FTU采用高速数据采集；所述的利用故障电流的初始相位确定故障区段，是通过比较两相邻的馈线自动化终端FTU测量到的故障电流的初始相位的相位差A 0:判断故障区段。
2.根据权利要求I所述的利用故障信号自同步实现闭环网故障定位的方法，其特征在于因通过测量获取到的电流相位差A 0 i有一定的误差，设定电流相位差A 0 i允许最大误差为A,，则故障区段的相位差为180° +Cj5ffl > Cj5 > 180° -I;非故障区段的相位差为9m>(p> ~(Pm，其中货为线路上相邻FTU检测到的故障电流相位差，A为相位差最大允许误差，70°。
3.根据权利要求I所述的利用故障信号自同步实现闭环网故障定位的方法，其特征在于所述的馈线自动化终端FTU高速数据采集的采样速度为每周波大于64点。
4.根据权利要求1-3任一所述的利用故障信号自同步实现闭环网故障定位的方法，其特征在于具体步骤如下 步骤I :逻辑流程开始； 步骤2 :检测电流突变量，实时监测相电流的突变量是否超过设定值； 步骤3 :接收故障数据； 步骤4 :延时判断故障，若相电流突变量超过设定值，设定值取1A，即电流标称值5A的20% ;为保证采集到完整的数据，需经20ms的延时时间后，接收故障数据； 步骤5 :确认故障，从突变量超过设定值开始确定为故障时刻，采集一个周波的数据； 步骤6 :计算其中一个馈线自动化终端FTU故障相位，对采集到的数据进行傅里叶运算，得到故障起始时刻的初相位，记作炉 ; 步骤7 :读取左右相邻馈线自动化终端FTU的故障起始时刻初相位，分别记作W和9 +i，与本馈线自动化终端FTU的％作差，求取电流相位差納=(pn—i-%和供2<PB+i，其中n为本馈线自动化终端FTU ； 步骤8:根据相位差识值判断故障位置，当180° +Cj5ffl > Cj5 > 180° -I为故障区段；色9m>,> - 为非故障区段，其中I为相位差最大允许误差，％, 5S 70° ; 步骤9 :根据故障点位置隔离故障，恢复供电。
全文摘要
一种利用故障信号自同步实现闭环网故障定位的方法，利用相电流突变量启动算法确定故障电流信号的起始时刻，利用故障电流的初始相位确定故障区段，其特征在于所述的故障电流信号的起始时刻为处于闭合环网不同地点的馈线自动化终端FTU提供统一的时间基准，馈线自动化终端FTU采用高速数据采集；所述的利用故障电流的初始相位确定故障区段，是通过比较两相邻的馈线自动化终端FTU测量到的故障电流的初始相位的相位差Δθ1判断故障区段。具有不需要测量电压信号，也无需使用专用的时间同步设备，通信通道不再承载平时的高精度对时的同步任务等优点。
文档编号G01R31/08GK102981103SQ20121046979
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者徐丙垠, 王敬华, 王亮, 由伟翰, 常勇, 耿海涛 申请人:山东理工大学, 山东科汇电力自动化有限公司