一种架空线-电缆混合线路的故障处理方法和系统与流程

本发明属于配电网的安全保护配置与故障处理技术领域，具体涉及一种架空线-电缆混合线路的故障处理方法和安保配置。

背景技术：

传统配电网中普遍采用架空线路，然而，随着电网的迅速发展，铺设电缆不仅能够提高线路的输送容量、降低变电站的出线规模，而且减轻了对线路通道方面的压力，提高通道利用率，简化网络接线，因此，电网中电缆线路的比例逐渐上升，与原有架空线路结合，形成了配电网中架空线—电缆混合线路越来越多的现象。现有配电网安全保护配置与故障处理的研究多面向纯架空线路或纯电缆线路，而对架空线-电缆混合线路考虑较少。

对于纯架空线路，瞬时性故障较多，多配置多级别延时级差配合的电流保护，并据此采用继电保护与重合闸配合的方式进行故障处理，能够有效、快速地隔离永久性故障，并避免瞬时性故障下的用户失电。

对于纯电缆线路，一般认为故障基本是永久性的，跳闸后线路绝缘无法自动恢复，且电缆线路抗短路电流冲击能力弱，重合闸会对电缆产生再次损伤，容易引起事故扩大，因此不宜重合闸。多采用邻域交互快速自愈故障处理方式或集中智能配电自动化系统故障处理方式。其中，邻域交互快速自愈方式下，故障发生后，故障区域周边装设有邻域交互快速自愈控制功能的断路器迅速跳闸隔离故障区域；而集中智能配电自动化系统处理方式下，故障信息通过装设于环网柜的站所终端单元(dateterminalunit，dtu)上传至主站进行统一分析处理，确定故障位置后，再遥控相应开关，隔离故障区域，恢复非故障区域供电。

对于架空-电缆混合线路，现有研究多依据电缆线路的故障处理方式，一般不投重合闸。但由于混合线路架空线路部分瞬时性故障多发，再加上用户内部线路也容易发生瞬时性故障，这种状况下如果不采用自动重合闸，往往会导致整条线路长时间停电，严重影响供电可靠性。另一方面，早期提出的含电缆线路不宜使用重合闸的依据，主要是考虑重合于永久故障时，故障电流可能造成电缆损坏以及对主变压器造成冲击，但目前情况已有很大不同。关于电缆，目前主流的交联聚乙烯(xlpe)电缆，在绝缘水平、机械强度、耐热能力、抗老化能力等方面都比早期电缆有了显著提高，有些还具备阻水、阻燃、耐火等特性。关于主变压器，出线开关重合于永久性故障时，短路电流会对主变压器形成再次冲击，但会不会导致变压器损坏，则应根据不同情况具体分析。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种架空线-电缆混合线路的故障处理方法和安保配置。该方法和采用该方法的安保配置，面向配电网中的架空-电缆混合线路，考虑了配电网中的主变压器以及电缆线路抗短路电流能力的差异，针对不同的抗短路电流能力，进行不同的安全保护配置，并合理利用分布式处理与集中智能处理的优势，通过继电保护与重合闸的配合，快速实现最小范围的故障隔离与最大范围的供电恢复。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种架空线-电缆混合线路的故障处理方法，其改进之处在于，包括：

当预先设置安全保护配置的架空线-电缆混合线路发生故障时，

针对所述架空线-电缆混合线路的抗短路电流能力，从预先构建的故障处理策略中选择与所述故障线路抗短路电流能力相对应的策略进行故障处理；

其中，所述架空线-电缆混合线路包括：架空线路和与所述架空线路连接的电缆线路；所述安全保护配置基于电缆线路和连接所述架空线-电缆混合线路的主变压器的抗短路电流能力进行配置；所述故障处理策略基于所述电缆线路和主变压器的抗短路电流能力进行配置。

本发明提供的第一优选技术方案，其改进之处在于，所述为架空线-电缆混合线路进行安全保护配置，包括：

针对所有要进行安全保护配置的架空线-电缆混合线路，基于预设标准判断电缆线路和主变压器的抗短路电流能力；

当电缆线路抗短路电流能力低于第一标准时，对架空线路配置三级延时极差配合的电流保护，并在架空线路与电缆接点位置处配置电流速断保护；

当电缆线路抗短路电流能力不低于第一标准且主变压器抗短路电流能力低于第二标准时，配置三级延时极差配合的电流保护，在主变压器所属变电站出线位置处配置速断保护，所述速断保护的设定值根据所述主变压器对短路电流的承受能力进行设置；

当电缆线路抗短路电流能力不低于第一标准且主变压器抗短路电流能力不低于第二标准时，配置三级延时极差配合的电流保护；

其中，所述第一标准根据对电缆线路抗短路电流能力要求设置，所述第二标准根据主变压器抗短路电流能力要求设置。

本发明提供的第二优选技术方案，其改进之处在于，所述配置三级延时极差配合的电流保护，包括：

分别在所述主变压器所属变电站出线处设置第一断路器、在架空线路的t接分支线处配置第二断路器以及在架空线路的次分支t接节点处配置第三断路器；

所述第一断路器的电流速断保护延时时间为速断延时，过流保护延时时间为第一过流延时，且所述第一过流延时大于速断延时，所述速断延时大于0，所述第一过流延时与速断延时的差值大于所述第一断路器的开关动作时间；

所述第二断路器的电流速断保护延时时间为0，过流保护延时时间为第二过流延时，且所述第二过流延时小于第一过流延时，所述第二过流延时大于0，所述述第二过流延时与第一过流延时的差值大于所述第二断路器的开关动作时间；

所述第三断路器的过流保护延时时间为0。

本发明提供的第三优选技术方案，其改进之处在于，所述故障处理策略，包括：继电保护与重合闸配合的故障处理策略和集中式故障处理策略。

本发明提供的第四优选技术方案，其改进之处在于，所述针对所述架空线-电缆混合线路的抗短路电流能力，从预先构建的故障处理策略中选择与所述故障线路抗短路电流能力相对应的策略进行故障处理，包括：

若电缆线路抗短路能力不低于第一标准且主变压器抗短路能力不低于第二标准，基于所述三级延时极差配合的电流保护配置，进行继电保护与重合闸配合的故障处理。

本发明提供的第五优选技术方案，其改进之处在于，所述针对所述架空线-电缆混合线路的抗短路电流能力，从预先构建的故障处理策略中选择与所述故障线路抗短路电流能力相对应的策略进行故障处理，包括：

若电缆线路抗短路能力不低于第一标准且主变压器抗短路能力低于第二标准，判断主变压器所属变电站出线位置处检测的故障电流是否小于所述速断保护的设定值：

若是，则基于所述三级延时极差配合的电流保护配置，进行继电保护与重合闸配合的故障处理；

否则，所述变电站出线处速断保护动作，开关跳开并闭锁重合闸，采用集中式故障处理方法进行故障处理。

本发明提供的第六优选技术方案，其改进之处在于，所述针对所述架空线-电缆混合线路的抗短路电流能力，从预先构建的故障处理策略中选择与所述故障线路抗短路电流能力相对应的策略进行故障处理，包括：

若电缆线路抗短路能力低于第一标准，对架空线路内部故障，基于所述三级延时极差配合的电流保护配置采用继电保护与重合闸配合的方式进行故障处理；对电缆线内部故障，架空线路与电缆线路连接点处的电流速断保护发生动作，跳开架空线路与电缆连接处开关并闭锁重合闸，采用集中式故障处理方法进行故障处理。

本发明提供的第七优选技术方案，其改进之处在于，所述采用集中式故障处理方法进行故障处理，包括：

采集故障前后输电线路信息并发送至配电自动化主站；

所述配电自动化主站根据所述信息判断故障发生区域，并断开故障区域开关隔离故障区域；

所述配电自动化主站闭合非故障区域开关，恢复非故障区域供电。

一种架空线-电缆混合线路的故障处理系统，其改进之处在于，包括：故障处理模块；

所述故障处理模块，用于当预先设置安全保护配置的架空线-电缆混合线路发生故障时，针对所述架空线-电缆混合线路的抗短路电流能力，从预先构建的故障处理策略中选择与所述故障线路抗短路电流能力相对应的策略进行故障处理；

其中，所述架空线-电缆混合线路包括：架空线路和与所述架空线路连接的电缆线路；所述安全保护配置基于电缆线路和连接所述架空线-电缆混合线路的主变压器的抗短路电流能力进行配置；所述故障处理策略基于所述电缆线路和主变压器的抗短路电流能力进行配置。

本发明提供的第八优选技术方案，其改进之处在于，还包括用于为架空线-电缆混合线路进行安全保护配置的安保配置模块，所述安保配置模块包括抗短路电流判断单元、第一配置单元、第二配置单元和第三配置单元；

所述抗短路电流判断单元，用于针对所有要进行安全保护配置的架空线-电缆混合线路，基于预设标准判断电缆线路和主变压器的抗短路电流能力；

所述第一配置单元，用于当电缆线路抗短路电流能力低于第一标准时，对架空线路配置三级延时极差配合的电流保护，并在架空线路与电缆接点位置处配置电流速断保护；

所述第二配置单元，用于当电缆线路抗短路电流能力不低于第一标准且主变压器抗短路电流能力低于第二标准时，配置三级延时极差配合的电流保护，在主变压器所属变电站出线位置处配置速断保护，所述速断保护的设定值根据所述主变压器对短路电流的承受能力进行设置；

所述第三配置单元，用于当电缆线路抗短路电流能力不低于第一标准且主变压器抗短路电流能力不低于第二标准时，配置三级延时极差配合的电流保护；

其中，所述第一标准根据对电缆线路抗短路电流能力要求设置，所述第二标准根据主变压器抗短路电流能力要求设置。

本发明提供的第九优选技术方案，其改进之处在于，所述安保配置模块还包括三级延时配置单元；

所述三级延时配置单元，用于分别在所述主变压器所属变电站出线处设置第一断路器、在架空线路的t接分支线处配置第二断路器以及在架空线路的次分支t接节点处配置第三断路器；

所述第一断路器的电流速断保护延时时间为速断延时，过流保护延时时间为第一过流延时，且所述第一过流延时大于速断延时，所述速断延时大于0，所述第一过流延时与速断延时的差值大于所述第一断路器的开关动作时间；

所述第二断路器的电流速断保护延时时间为0，过流保护延时时间为第二过流延时，且所述第二过流延时小于第一过流延时，所述第二过流延时大于0，所述述第二过流延时与第一过流延时的差值大于所述第二断路器的开关动作时间；

所述第三断路器的过流保护延时时间为0。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

本发明考虑了配电网中的主变压器以及电缆线路抗短路电流能力的差异，针对不同的抗短路电流能力，进行不同的安全保护配置并建立故障处理策略，能够针对线路不同的抗短路电流能力，进行对应的故障处理。

本发明进一步合理利用分布式处理与集中智能处理的优势，通过继电保护与重合闸的配合，有效区分永久性故障与瞬时性故障，快速实现最小范围的故障隔离与最大范围的供电恢复。

附图说明

图1为本发明提供的一种架空线-电缆混合线路的故障处理方法流程示意图；

图2为本发明提供的一种架空线-电缆混合线路的故障处理方法具体流程示意图；

图3为本发明涉及的一个配电网中架空线-电缆混合线路的实施例示意图；

图4为本发明提供的一种架空线-电缆混合线路的故障处理系统基本结构示意图；

图5为本发明提供的一种架空线-电缆混合线路的故障处理系统详细结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

实施例1：

本发明提供的一种架空线-电缆混合线路的故障处理方法流程示意图如图1所示，包括：

当预先设置安全保护配置的架空线-电缆混合线路发生故障时，

针对架空线-电缆混合线路的抗短路电流能力，从预先构建的故障处理策略中选择与故障线路抗短路电流能力相对应的策略进行故障处理；

其中，架空线-电缆混合线路包括：架空线路和与架空线路连接的电缆线路；安全保护配置基于电缆线路和连接架空线-电缆混合线路的主变压器的抗短路电流能力进行配置；故障处理策略基于电缆线路和主变压器的抗短路电流能力进行配置。

具体的，架空线路主要指架空明线，架设在地面之上，是用绝缘子将输电导线固定在直立于地面的杆塔上以传输电能的输电线路，一般使用无绝缘的裸导线。电力电缆线路一般由导线、绝缘层和保护层组成有单芯、双芯和三芯电缆；地下电缆线路多用于架空线路架设困难的地区，如城市或特殊跨越地段的输电。在本申请中，架空线-电缆混合线路包括：架空线路和与该架空线路连接的电缆线路。

架空线-电缆混合线路的故障处理方法如图2所示，包括：

首先分别判断主变压器以及电缆线路抗短路电流的能力。

若配电网中的主变压器以及电缆线路抗短路电流能力强即主变压器抗短路电流能力不低于预设第一标准且主变压器抗短路能力不低于预设第二标准，则配置变电站出线断路器、分支和用户(次分支)三级延时级差配合的电流保护，据此采用继电保护与重合闸配合的方式进行故障处理。具体为：在变电站出线处配置断路器，具备“三遥”功能、电流保护和故障电流上报功能；在t接分支线处配置断路器，具备“三遥”功能、电流保护和故障电流上报功能；在次分支t接节点(故障发生次数较多的次分支节点处设置即可)处配置断路器，具备“三遥”功能、电流保护和故障电流上报功能。变电站出线断路器配置延时电流速断保护和过流保护，延时时间分别为t1(如0.25s)和t2(如0.5s)(t1与t2满足0＜t1＜t2，且0、t1与t2之间时间间隔应大于开关的动作时间)；t接分支线处的断路器配置瞬时电流速断保护和过流保护，延时时间分别为0s和t3(如0.25s)(t3应满足0＜t3＜t2，且0、t3与t2之间时间间隔应大于开关的动作时间)；次分支t接节点处的断路器配置过流保护，延时时间为0s。由三处断路器配合进行继电保护与重合闸配合的故障处理。本申请中，第一标准根据对电缆线路抗短路电流能力要求设置，第二标准根据主变压器抗短路电流能力要求设置。

若配电网中的电缆抗短路电流能力强即电缆线路抗短路能力不低于第一标准，但主变压器抗短路电流能力较弱即低于第二标准，则按照前述保护配置方案配置保护外，另在变电站出线位置处配置速断保护，并根据主变压器对短路电流的承受能力设置相应设定值即阈值。当变电站出线位置处检测到的故障电流小于设定值时，依靠变电站出线断路器、分支和用户(次分支)三级延时级差配合的电流保护进行故障的隔离处理；当变电站出线位置处检测到的故障电流大于设定值时，变电站出线位置处的电流速断保护动作，开关跳开并自动闭锁重合闸，各配电开关监控终端ftu、站所终端单元dtu将故障时刻前后采集到的信息发送至配电自动化主站，由主站判定故障区域并遥控相应开关断开隔离故障区域，之后闭合其他开关，恢复非故障区域供电。

若配电网中的电缆抗短路电流能力较弱即低于第一标准，则对架空线路部分，配置变电站出线断路器、分支和用户(次分支)三级延时级差配合的电流保护，据此采用继电保护与重合闸配合的方式进行故障处理。对电缆线路，在架空-电缆接点位置处配置电流速断保护，若电缆线路内部发生短路故障，则架空-电缆接点位置处速断保护动作，开关跳开并自动闭锁重合闸，电缆线路部分配置的各dtu将故障时刻前后采集到的信息发送至配电自动化主站，由主站判定故障区域并遥控相应开关断开，之后闭合其他开关，恢复非故障区域供电。

实施例2：

针对图3所示架空线-电缆混合线路，实施本专利所述方法。

若变电站1中的主变压器以及电缆线路区域的电缆抗短路电流能力强，则在变电站出线c1、分支c2以及用户(次分支)c5处配置三级延时级差配合的电流保护，据此采用继电保护与重合闸配合的方式进行故障处理。具体为：在c1处配置断路器，具备“三遥”功能、电流保护和故障电流上报功能；在c2处配置断路器，具备“三遥”功能、电流保护和故障电流上报功能；在c5处配置断路器，具备“三遥”功能、电流保护和故障电流上报功能。c1处断路器配置延时电流速断保护和过流保护，延时时间分别为0.25s和0.5s；c2处断路器配置瞬时电流速断保护和过流保护，延时时间分别为0s和0.25s；c5处的断路器配置过流保护，延时时间为0s。

若配电网中的电缆抗短路电流能力强，但变电站1中的主变压器抗短路电流能力较弱，则按照前述保护配置方案配置保护外，另在变电站出线位置处配置速断保护，并根据主变压器对短路电流的承受能力设置相应定值。当变电站出线位置处(即c1)检测到的故障电流小于设定值时，依靠变电站出线断路器、分支和用户(次分支)三级延时级差配合的电流保护进行故障的隔离处理；当变电站出线位置处(即c1)检测到的故障电流大于设定值时，变电站出线位置处的电流速断保护动作，开关跳开并自动闭锁重合闸，各ftu、dtu将故障时刻前后采集到的信息发送至配电自动化主站，由主站判定故障区域并遥控相应开关断开，隔离故障区域，之后闭合其他开关，恢复非故障区域供电。

若配电网中的电缆抗短路电流能力较弱，则对架空线路部分，配置变电站出线断路器、分支和用户(次分支)三级延时级差配合的电流保护，据此采用继电保护与重合闸配合的方式进行故障处理。对电缆线路，在架空-电缆接点位置处(即c6)配置电流速断保护，若电缆线路内部发生短路故障，则架空-电缆接点位置处速断保护动作，开关跳开并自动闭锁重合闸，电缆线路部分配置的各dtu将故障时刻前后采集到的信息发送至配电自动化主站，由主站判定故障区域并遥控相应开关断开，之后闭合其他开关，恢复非故障区域供电。

实施例3：

基于同一发明构思，本发明还提供了一种架空线-电缆混合线路的故障处理系统，由于这些设备解决技术问题的原理与架空线-电缆混合线路的故障处理方法相似，重复之处不再赘述。

该系统基本结构如图4所示，包括：故障处理模块；

其中，故障处理模块，用于当预先设置安全保护配置的架空线-电缆混合线路发生故障时，针对架空线-电缆混合线路的抗短路电流能力，从预先构建的故障处理策略中选择与故障线路抗短路电流能力相对应的策略进行故障处理；

其中，架空线-电缆混合线路包括：架空线路和与架空线路连接的电缆线路；安全保护配置基于电缆线路和连接架空线-电缆混合线路的主变压器的抗短路电流能力进行配置；故障处理策略基于电缆线路和主变压器的抗短路电流能力进行配置。

架空线-电缆混合线路的故障处理系统详细结构如图5所示，还包括用于为架空线-电缆混合线路进行安全保护配置的安保配置模块，安保配置模块包括抗短路电流判断单元、第一配置单元、第二配置单元和第三配置单元；

抗短路电流判断单元，用于针对所有要进行安全保护配置的架空线-电缆混合线路，基于预设标准判断电缆线路和主变压器的抗短路电流能力；

第一配置单元，用于当电缆线路抗短路电流能力低于第一标准时，对架空线路配置三级延时极差配合的电流保护，并在架空线路与电缆接点位置处配置电流速断保护；

第二配置单元，用于当电缆线路抗短路电流能力不低于第一标准且主变压器抗短路电流能力低于第二标准时，配置三级延时极差配合的电流保护，在主变压器所属变电站出线位置处配置速断保护，速断保护的设定值根据主变压器对短路电流的承受能力进行设置；

第三配置单元，用于当电缆线路抗短路电流能力不低于第一标准且主变压器抗短路电流能力不低于第二标准时，配置三级延时极差配合的电流保护。

其中，安保配置模块还包括三级延时配置单元；

三级延时配置单元，用于分别在主变压器所属变电站出线处设置第一断路器、在架空线路的t接分支线处配置第二断路器以及在架空线路的次分支t接节点处配置第三断路器；

第一断路器的电流速断保护延时时间为速断延时，过流保护延时时间为第一过流延时，且第一过流延时大于速断延时，速断延时大于0，第一过流延时与速断延时的差值大于第一断路器的开关动作时间；

第二断路器的电流速断保护延时时间为0，过流保护延时时间为第二过流延时，且第二过流延时小于第一过流延时，第二过流延时大于0，述第二过流延时与第一过流延时的差值大于第二断路器的开关动作时间；

第三断路器的过流保护延时时间为0。

其中，故障处理策略，包括：继电保护与重合闸配合的故障处理策略和集中式故障处理策略。

其中，架空线-电缆混合线路的故障处理系统还包括用于构建故障处理策略的策略构建模块；策略构建模块包括第一策略单元、第二策略单元和第三策略单元；

第一策略单元，若电缆线路抗短路能力低于第一标准，对架空线路内部故障，基于三级延时极差配合的电流保护配置采用继电保护与重合闸配合的方式进行故障处理；对电缆线内部故障，架空线路与电缆线路连接点处的电流速断保护发生动作，跳开架空线路与电缆连接处开关并闭锁重合闸，采用集中式故障处理方法进行故障处理。

第二策略单元，若电缆线路抗短路能力不低于第一标准且主变压器抗短路能力低于第二标准，判断主变压器所属变电站出线位置处检测的故障电流是否小于速断保护的设定值：若是，则基于三级延时极差配合的电流保护配置，进行继电保护与重合闸配合的故障处理；否则，变电站出线处速断保护动作，开关跳开并闭锁重合闸，采用集中式故障处理方法进行故障处理。

第三策略单元，若电缆线路抗短路能力不低于第一标准且主变压器抗短路能力不低于第二标准，基于三级延时极差配合的电流保护配置，进行继电保护与重合闸配合的故障处理。

其中，策略构建模块还包括集中处理单元，集中处理单元，用于采集故障前后输电线路信息并发送至配电自动化主站；控制配电自动化主站根据信息判断故障发生区域，并断开故障区域开关隔离故障区域；并控制配电自动化主站闭合非故障区域开关，恢复非故障区域供电。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。