基于功率方向判断的配电线路双向闭锁保护方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于功率方向判断的配电线路双向闭锁保护方法，利用网络通信技术实现FTU之间的信息交换，完成相邻上下级保护之间动作信息的交换，并实现互锁，从而实现短路故障双向闭锁式保护，有效缩短多级配合带来的动作延时，实现故障快速隔离，减小故障危害。本发明充分考虑到了现场大多数出口断路器不参与闭锁的现状，在停电转供，网络拓扑变化时，仍能准确定位、隔离故障，整个保护过程无需主站的参与，减少主站的工作量。本发明适用于主站不参与控制且出口断路器不参与闭锁，尤其是闭环设计、开环运行(即存在停电转供)配电网的线路保护。
【专利说明】
基于功率方向判断的配电线路双向闭锁保护方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统配电线路继电保护领域，尤其涉及一种基于功率方向判断的配电线路双向闭锁保护方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着广域同步测量和数字化变电站技术的发展与成熟，为从根本上提高和改善继电保护的性能提供了契机。因此，在复杂电网环境下审视传统继电保护存在的问题，研究能够快速识别与隔离故障的继电保护新方法，是保障电网安稳运行的重要内容。而现有的广域测量继电保护方法亦存在许多问题，例如，未考虑到目前电网管理体制下，大多数出口断路器不纳入配电网自动化，即不参与闭锁信号发送和接收；再者，现有闭锁保护方法，多需要主站的参与；同时，多数配电网闭环设计，开环运行，而现有的闭锁保护未考虑到配电网发生停电转供后，网络拓扑结构变化的问题。
[0003]“配电线路快速保护原理及分析”(肖永等，重庆大学学报(自然科学版)，2004:27(11):31-33)提到了两种保护方法:双向闭锁式过电流保护和双向允许式过电流保护。其中，双向允许式过电流保护又分为判断故障电流方向和不判断故障电流方向的双向允许式过电流保护。双向闭锁式过电流保护方法的工作原理为:判别故障电流方向，感受到过电流FTU对故障电流正方向(故障电流流出)侧不发送信号，仅对故障电流反方向(故障电流流入)侧发送闭锁信号，即FTU仅向其相邻一侧的FTU发送信号。判断故障电流方向的双向允许式过电流保护方法的原理为:判别电流方向，FTU向故障电流流出方向发允许信号，对于故障电流流入方向不发信号，同样FTU仅向其相邻一侧的FTU发送信号。两种保护方法均需判别故障电流方向，且均未考虑现场出口断路器不参与闭锁的实际情况，不适用于现场应用。不判别故障电流方向的双向允许式过电流保护方法不判别电流方向，FTU感受到过电流后向其相邻两侧发允许信号，要求出口断路器参与允许信号的发送，不能适应现场出口断路器不参与信号发送或是接收的情况。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种基于功率方向判断的配电线路双向闭锁保护方法，以满足主站不参与控制且出口断路器不参与闭锁，尤其是闭环设计、开环运行(即存在停电转供)配电网的线路保护需求。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:基于功率方向判断的配电线路双向闭锁保护方法，定义FTU为边界FTU和中间FTU，FTU在感受到过电流后，向其上下级FTU发送闭锁信号；对于边界FTU，除根据其是否感受到过电流、过电流方向，以及在规定时间T1内是否接收到或是接收到一侧或两侧的闭锁信号，控制相应断路器动作或是闭锁；对于中间FTU，根据其是否感受到过电流，以及在规定时间1\内是否接收到或是接收到一侧或两侧的闭锁信号，控制相应断路器动作或是闭锁；若在故障后T2(T2XT1)时间，仍存在过电流，出口断路器动作，实现边界FTU与出线断路器之间故障的保护。
[0006]具体按以下操作进行:
[0007]1、将FTU划分为边界FTU和中间FTU。
[0008]针对闭环设计、开环运行的双电源配电网络，定义电源出口断路器的下一个FTU为边界FTU，其余全部FTU为中间FTU。
[0009]2、设置继电保护动作电流整定值Isrt。
[0010]I)若采样电流值KIsrt，则表明无过电流出现；
[0011]2)若采样电流值超过I>Isrt，则表明有过电流出现。
[0012]3、在FTU感受到过电流后，判断所监测的过电流方向。
[0013]定义由电源指向线路为电流正方向，若监测到的电流方向与正方向一致，则为正；反之，则为负。
[0014]4、在FTU感受到过电流后，立即向其相邻上下级FTU发闭锁信号，并开始计时，当t = T1时，统计FTU是否收到和收到一侧或是两侧的闭锁信号决策是否动作。
[0015]I)对于边界FTU，
[0016]①若感受到过电流，并判断电流方向为正，且收不到闭锁信号，则相应断路器动作。
[0017]②若感受到过电流，并判断电流方向为负，则相应断路器动作。
[0018]反之，相应断路器不动作。
[0019]2)对于中间FTU，感受到过电流，且只收到一侧闭锁信号或没有收到闭锁信号，相应断路器动作；反之，相应断路器不动作。
[0020]5、在故障后T2(T2XT1)时间，即t = T2时，若线路中仍存在过电流，出口断路器动作，实现边界FTU与出线断路器之间故障的保护。
[0021]针对闭环设计、开环运行(即存在停电转供)且主站不参与控制，出口断路器不参与闭锁的配电线路，发明人建立了一种基于功率方向判断的配电线路双向闭锁保护方法，利用网络通信技术实现FTU之间的信息交换，完成相邻上下级保护之间动作信息的交换，并实现互锁，从而实现短路故障双向闭锁式保护，有效缩短多级配合带来的动作延时，实现故障快速隔离，减小故障危害。该法将FTU划分为边界FTU和中间FTU，除边界FTU须判别故障电流方向外，中间FTU无需判别故障电流方向；感受到过电流FTU同时向其相邻的两侧FTU均发送闭锁信号，边界和中间FTU根据各自的判据控制相应断路器的闭锁或是动作，并设置后备保护，有效适用于现场出口断路器不参与闭锁的实际情况。本发明充分考虑到了现场大多数出口断路器不参与闭锁的现状，在停电转供，网络拓扑变化时，仍能准确定位、隔离故障，整个保护过程无需主站的参与，减少主站的工作量。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是配电网系统结构图。
[0023]图2是配电网配电自动化的结构示意图。
[0024]图3是配电网LB断开状态下A电源供电区域(A电源退出运行，区域1、2、3、4由B电源转供)。
[0025]图4是区域1、2、3、4由B电源转供的线路结构图。
[0026]图5是区域3、4由B电源转供的线路结构图。
【具体实施方式】
[0027]实施例
[0028]1.线路设备配置
[0029]一般手拉手环节的配电网都是闭环设计，开环运行，系统结构如图1所示。由A、B两电源供电，各断路器装设相对应FTU，其中，QFp QF7为出口断路器，出口保护设备不参与闭锁信号的接收或发送，相对应的出线保护为CB1、CB7 ;QF2、QF6为出口断路器的下一断路器，定义相对应的FTU2、FTU6为边界FTU ;QF3、QF4, QF5为中间断路，LB为联络开关，定义相对应的FTU3、FTU4、FTU8、FTU5为中间FTU，FTU8仅在在LB闭合状态下参与闭锁信号的接收或发送；在正常运行时，LB处于断开状态，两边各自供电，区域1、2、3、4由A电源供电，区域5、6、7由B电源供电；供电转供时，有关断路器跳开，LB闭合，完成供电的转供。
[0030]2.配电自动化的结构
[0031]配电自动化的结构如图2所示，主站位于控制中心，是配网自动化的核心和大脑，从整体上实现了 SCADA、馈线自动化(FA)等功能。子站(通信集中器)一般位于变电站，属于网络汇接设备，起着承上启下的作用，将分散在配电线路上的配电终端的信息汇集到一起上传给主站，将主站下发的信息转发给相应的配电终端。配电终端包括馈线终端FTU、配变终端TTU、开闭所终端DTU等。
[0032]3.配电自动化系统的通信
[0033]I)主站与配电终端之间的通信；
[0034]主站和终端之间的通信采用客户/服务器模型。数据发送采用IEC 61850的报告(Reporting)模型，这样既可以保证正常数据的传输，又可以将异常数据快速发布。
[0035]2)配电终端与配电终端之间的通信；
[0036]终端和终端层之间使用客户/服务器模型和通用GSE模型。GSE包括面向通用对象的变电站事件(GOOSE)和通用变电站状态事件(GSSE)。GSE采用广播方式，对传输的延时有严格的限制。馈线层和终端层之间的网络是分支网络，同一个分支网络上的IED—般不会很多，为了实现一些馈线层的快速功能，可以采用GSE模型。GSE的使用应该限制在馈线层内部，避免造成主干网络的堵塞。
[0037]配网自动化系统的通信网络采用分层的IP网络结构，分为主干网络和分支网络。主干网络连接控制中心与变电站，分支网络将分散在各配电线路上的终端设备连接到一起，并与变电站相连。主干网络需要选用高速的光纤网络。目前，大多数供电企业建成的SDH主干网络，都能提供10Mbps以上的带宽，满足配网自动化以及其他自动化系统的需求。随着光纤价格的降低，光纤网络已成为了分支网络的重要形式，无线公网和宽带电力线载波作为补充形式。目前，工业以太网和以太无源光网络(EPON)已在配网自动化通信网络中得到了广泛的应用。
[0038]4.FTU之间相邻关系的配置
[0039]由主站通过系统的拓扑结构配置FTU之间的相邻关系，FTU2、FTU3、FTU4、FTU8、FTU5、FTU6互为相邻上下级，感受到过电流后，互发闭锁信号。
[0040]5.故障检测和FTU之间通信
[0041]线路中任一FTU感受到了过电流，即检测到了故障的存在。感受到过电流的FTU向其相邻上下级发送闭锁信号。若所有FTU均检测不到过电流，表明线路正常，无故障存在。
[0042]6.电流正方向的定义。
[0043]定义由电源指向线路为电流正方向。若监测到的电流方向与正方向一致，则为正；反之，则为负。
[0044]7.故障后的定位和隔离，实现配电线路的快速保护。
[0045]I)对于边界FTU，若感受到过电流且故障电流方向为正，未收到闭锁信号，则相应断路器动作；若感受到过电流且故障电流方向为负，则相应断路器动作；
[0046]2)对于中间FTU，感受到过电流，且只收到一侧闭锁信号或没有收到闭锁信号，相应断路器动作；反之，相应断路器不动作。
[0047]3)在故障后T2(T2XT1)时间，即t = T2时刻，若仍存在过电流，出口断路器动作，实现边界FTU与出线断路器之间故障的保护。
[0048]应用分析:
[0049](I)A电源单独供电时，如图3所示:
[0050]I)若kl处发生短路故障，
[0051]只有CBl感受到过电流，其他FTU感受不到过电流，相应断路器不可能动作。在延时T2时间后，CBl仍能感受到过电流，控制出口断路器跳闸，成功切除线路kl处故障。
[0052]2)若k2处发生短路故障，
[0053]CB1、边界FTU2、中间FTU3感受到过电流。
[0054]在t = T1时刻，边界FTU2感受到过电流且过电流方向为正，并接收到FTU3侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作；中间FTU3感受到过电流，且只收到FTU2 —侧的闭锁信号，相应断路器动作。成功切除线路k2处故障。
[0055]在t = T2时刻，线路中检测不到过电流，CB1、边界FTU2保护复归。
[0056]3)若k3处发生短路故障，
[0057]CB1、边界FTU2、中间FTU3、中间FTU4感受到过电流。
[0058]在t = T1时刻，边界FTU2感受到过电流且过电流方向为正，并接收到FTU3侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作；中间FTU3感受到过电流，且收到来自FTU2、FTU4两侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作。中间FTU4感受到过电流，且只收到FTU3 —侧的闭锁信号，相应断路器动作。成功切除线路k3处故障。
[0059]在t = T2时刻，线路中检测不到过电流，CB1、边界FTU2、中间FTU3保护复归。
[0060](2)负荷转供，区域1、2、3、4由B电源转供。
[0061]此时联络开关LB闭合，如图4所示。
[0062]I)若k4处发生短路故障，
[0063]只有CB7感受到过电流。其他FTU感受不到过电流，相应断路器不可能动作。在延时T2时间后，CB7仍能感受到过电流，控制出口断路器跳闸，成功切除线路k4处故障。
[0064]2)若k2处发生短路故障，
[0065]CB7、边界FTU6、中间FTU5、中间FTU8、中间FTU4感受到过电流。
[0066]在t = T1时刻，边界FTU6感受到过电流且过电流方向为正，并接收到来自FTU5 —侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作；中间FTU5收到来自FTU8、FTU6两侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作。中间FTU8收到来自FTU4、FTU5两侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作。中间FTU4只收到FTU8 —侧的闭锁信号，相应断路器动作。成功切除线路k2处故障。
[0067]在t = T2时亥lj，线路中检测不到过电流，CB7、边界FTU6、中间FTU5、中间FTU8保护复归。
[0068]3)若kl处发生短路故障，
[0069]CB7、边界FTU6、中间FTU5、中间FTU8、中间FTU4、中间FTU3、边界FTU2均感受到过电流。边界FTU2感受到过电流且过电流方向为负，控制相应断路器动作，成功切除线路k3处故障。
[0070]在t = T1时刻，边界FTU6感受到过电流且过电流方向为正，并接收到来自FTU5 —侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作；中间FTU5收到来自FTU8、FTU6两侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作。中间FTU8收到来自FTU4、FTU5两侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作。中间FTU4收到来自FTU3、FTU8两侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作。中间FTU3收到来自FTU2、FTU4两侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作。
[0071]在t = T2时刻，线路中检测不到过电流，CB7、边界FTU6、中间FTU5、中间FTU8、中间FTU4、中间FTU3保护复归。
[0072](3)负荷转供，区域3、4由B电源转供，区域1、2仍由A电源供电
[0073]此时联络开关LB闭合，QF3为常开状态，如图5所示。以下仅以B电源供电区域为例分析。
[0074]I)若k4处发生短路故障，
[0075]只有CB7感受到过电流。其他FTU感受不到过电流，相应断路器不可能动作。在延时T2时间后，CB7仍能感受到过电流，控制出口断路器跳闸，成功切除线路k4处故障。
[0076]2)若k2处发生短路故障，
[0077]CB7、边界FTU6、中间FTU5、中间FTU8、中间FTU4感受到过电流。
[0078]在t = T1时刻，边界FTU6感受到过电流且过电流方向为正，并接收到来自FTU5 —侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作；中间FTU5收到来自FTU8、FTU6两侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作。中间FTU8收到来自FTU4、FTU5两侧的闭锁信号，相应断路器闭锁，不动作。中间FTU4只收到FTU8 —侧的闭锁信号，相应断路器动作。成功切除线路k2处故障。
[0079]在t = T2时刻，线路中检测不到过电流，CB7、边界FTU6、中间FTU5、中间FTU8保护复归。
[0080](4) LB断开，B电源供电区域的分析，以及B电源退出运行，由A站电源转供时的分析同理，不再详述。
【权利要求】
1.一种基于功率方向判断的配电线路双向闭锁保护方法，其特征在于:定义FTU为边界FTU和中间FTU，FTU在感受到过电流后，向其上下级FTU发送闭锁信号；对于边界FTU，除根据其是否感受到过电流、过电流方向，以及在规定时间T1内是否接收到或是接收到一侧或两侧的闭锁信号，控制相应断路器动作或是闭锁；对于中间FTU，根据其是否感受到过电流，以及在规定时间T1内是否接收到或是接收到一侧或两侧的闭锁信号，控制相应断路器动作或是闭锁；若在故障后T2时间，仍存在过电流，出口断路器动作，实现边界FTU与出线断路器之间故障的保护。
2.根据权利要求1所述的基于功率方向判断的配电线路双向闭锁保护方法，其特征在于:所述配电线路为闭环设计、开环运行的双电源配电网络，定义电源出口断路器的下一个FTU为边界FTU，其余全部FTU为中间FTU ;定义由电源指向线路为电流正方向，若监测到的电流方向与正方向一致，则为正；反之，则为负。
3.根据权利要求2所述的基于功率方向判断的配电线路双向闭锁保护方法，其特征在于:所述T2XT1。
4.根据权利要求3所述的基于功率方向判断的配电线路双向闭锁保护方法，其特征在于系统中所有FTU在感受到过电流后，立即向其相邻上下级FTU发闭锁信号，并开始计时； (1)当t= T1时，感受到过流的各FTU统计其是否收到以及收到一侧或是两侧的闭锁信号，并按照以下判据确定是否动作: <a>对于边界FTU，若感受到过电流且故障电流方向为正，未收到闭锁信号，则相应断路器动作；若感受到过电流且故障电流方向为负，则相应断路器动作；其他情况下，相应断路器不动作； <b>对于中间FTU，感受到过电流，且只收到一侧闭锁信号或没有收到闭锁信号，相应断路器动作；反之，相应断路器不动作； (2)当t= T2时，若线路中仍存在过电流，出口断路器动作，实现边界FTU与出线断路器之间故障的保护。
【文档编号】H02H7/26GK104201657SQ201410445203
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2014年9月3日
【发明者】俞小勇, 周杨珺, 高立克, 黎玉庭, 李珊, 韦杏秋, 袁彦, 李克文, 吴丽芳, 梁朔, 欧世锋, 祝文姬, 吴剑豪 申请人:广西电网公司电力科学研究院