一种电力自动化快速馈线故障定位及隔离系统和方法与流程

本发明属于配电自动化技术领域，涉及一种自适应故障隔离模式，特别涉及到一种电力自动化快速馈线故障定位及隔离系统和方法。

背景技术：

我国二三线城市及乡镇地区普遍存在10kv配电线路长、分支线多、设备比较老旧，单相接地故障发生概率高等特点。由于辖区内变电站10kv母线中性点的接线方式多为经消弧线圈接地，所以发生接地故障时不能及时消除故障，而且极易在故障发生的同时造成非故障设备绝缘破坏引起更大范围的故障面发生。因此如何解决10kv配网接地故障的自动隔离并恢复非故障段的送电，已成为配电电网当前亟待解决的技术瓶颈。

主站集中控制型故障隔离模式为馈线自动化技术，依赖于主站，由现场ftu/dtu采集故障电流信息，并传递给主站，由主站根据配电网络拓扑及其采集到的信息，进行故障定位、隔离与非故障区域恢复供电。配电网络故障处理的复杂性不仅与一次网络本身的复杂性相关，而且与二次自动化设备、通信设备紧密相关。在不同的时期与地点，配电网络配置的这些自动化设备与通信设备呈现多样化状态，承载算法的软件需要适应历史上不同时期投运的不同种类的通信网络、不同特性终端之间的差异性，收集到的这些终端采集的数据内容、时标、质量、数量都不尽相同。若将这些因素考虑到算法的计算中，将使控制算法的维数更加庞大，对算法的实现与验证都带来了更大的挑战。而且配电网络直接关系到用户的用电安全，算法执行结果的偏差有导致非故障区停电、故障区扩大、威胁设备与检修人员安全等危险。

就地控制故障隔离模式是根据变电站出现保护重合闸到再次出现故障电流的时间确定故障区域。由于其控制设备之间没有相互通信，完全依赖馈线上的电气量触发动作，靠时序配合来完成故障隔离的功能，所以具有极强的现场适应能力。但其隔离需要变电站多次跳闸进行配合，容易对设备及线路电缆造成冲击而引发安全隐患。

技术实现要素：

根据上述的不足，本发明提供了一种不依赖主站通讯就可以定位、隔离故障，同时能够减少短路电流对电网的冲击次数，安全实现配电故障定位、隔离故障及恢复非故障区域供电的方法。

为了实现上述目的，具体技术方案如下：

一种电力自动化快速馈线故障定位及隔离系统，包括智能化开关设备、控制器、主站和硬加密模块，所述主站和控制器信号连接，所述控制器和智能化开关设备信号连接，所述硬加密模块设置在主站和控制器之间；所述的智能化开关设备包括开关、pt和馈线终端，开关和馈线终端串联在三相线路上，pt并联在开关线路侧；控制器分别采集开关、pt和馈线终端的信息后将信息传递给硬加密模块，硬加密模块与主站通过无线传输方式进行信息传递，主站对信息进行分析后，通过控制器向智能化开关设备输出命令。

在此结构基础上，线路出现故障时，智能化开关设备能够向主站转递故障信息，在故障信息传输失败时，主站依然可以输出执行命令；同时，硬加密模块内嵌或外挂于智能化开关设备，对配网报文提供加解密、身份认证和完整性检查等功能。

进一步地，还包括电流互感器，所述的电流互感器串联在三相线路上；所述的控制器包括交流电源输入模块、电源转化模块、电源切换模块、充放电管理模块、蓄电模块、低电压保护模块、主控模块、开关控制模块、模拟量采集模块、遥信量采集模块、直流量采集模块、操作面板模块、无线通讯模块、控制输出模块、线圈和输出驱动接口模块；交流电源输入模块通过电源转化模块向充放电模块、主控模块和开关控制模块供电，蓄电模块通过充放电管理模块进行蓄电；蓄电模块通过充放电管理模块向低电压保护模块和开关控制模块进行供电，充放电管理模块通过电源转化模块对主控模块进行供电；主控模块分别连接无线通讯模块和操作面板模块，主控模块通过无线通讯模块与主站进行信息传递；主控模块接收来自模拟量采集模块、遥信量采集模块、直流量采集模块采集到的信息；主控模块通过控制输出模块对开关控制模块进行控制；电源切换模块将交流电输入模块的电源进行切换后向线圈进行供电，开关控制模块与线圈连接；模拟量采集模块采集电流互感器二次侧的一次线路电压、电流信号，所述的遥信量采集模块采集开关状态信号，所述的直流量采集模块采集电压互感器二次侧的一次线路电压、电流信号。

进一步地，所述的开关包括电压时间型开闭所和电压电流型开闭所，所述的电压时间型开闭所设置在主干线上，所述的电压电流型开闭所设置在支线上

进一步地，所述的硬加密模块与控制器通过rs232接口进行连接。

进一步地，所述的硬加密模块通过gprs/cdma网络方式与主站连接，该连接方式用于公网。

进一步地，所述的硬加密模块通过rj45网络接口与主站连接，该连接方式用于光纤专网。

所述的pt采用采用三相五柱式pt和单项pt，其中三相五柱式pt设置在电源侧，单项pt设置在电流侧。

所述的硬加密模块由控制器的电源转化模块进行供电。

一种电力自动化快速馈线故障定位及隔离方法，包括以下步骤：

(1)当线路中故障后，线路跳闸，线路中的各个智能化开关设备向主站转递线路故障信息；主站对故障电压、电流信息进行分析后，判断故线路为相间短路故障或是单相接地故障；

(2)若步骤(1)中，主站判断线路为相间短路故障，主站向故障两端的智能开关设备的开关发出闭锁信号，恢复非故障段供电；

(3)若步骤(1)中，主站判断线路为单相接地故障，线路初始端重合闸，并对线路中的智能开关设备进行逐级送电，直至检测到零序电压，同时对故障点两端的只能开闭所的开关进行闭锁，恢复非故障段供电；

(4)在步骤(1)中，当主站无法接收智能开闭所的信号时，线路初始端重合闸，并对线路中的智能化开关设备所进行逐级送电，直至送电至故障点时线路再次跳闸，同时对故障点两端的智能化开关设备的开关进行闭锁，恢复非故障段供电。

进一步地，对故障段两端的智能化开关设备的开关进行闭锁后，线路初始端再次送电，线路终端对非故障段进行反向送电，恢复非故障段供电。

本发明的优点在于：

1.本发明让配电线路具有集中控制处理故障的功能，同时也具备不依赖通信就可以自动判别、处理故障的强大能力，而且具有投资经济、建设快捷、使用和维护方便等优势，可广泛应用于各种区域的配电自动化建设；

2.故障隔离时间快速，平均隔离故障时间为两分钟，是传统人工故障隔离的几百倍，且定位准确、节约人工成本、降低抢修人身伤亡事故、提升了馈线安全性、大大提高社会经济效益；

3.通过增加硬加密模块的方式，实现智能开闭所的三摇应用，能实时监控智能化开关的开关量，状态量，并在故障发生时遥控智能开关闭锁进行故障隔离。

附图说明

图1是本发明的一种电力自动化快速馈线故障定位及隔离系统的结构示意图；

图2是本发明的一种电力自动化快速馈线故障定位及隔离方法的情况图；

图3是本发明的一种电力自动化快速馈线故障定位及隔离系统的控制器结构示意图。

具体实施方案

以下结合附图和附表对本发明进行详细说明：

如图1所示的一种电力自动化快速馈线故障定位及隔离系统，包括智能化开关设备、控制器、主站、硬加密模块和电流互感器，所述主站和控制器信号连接，所述控制器和智能化开关设备信号连接，所述硬加密模块设置在主站和控制器之间；所述的智能化开关设备包括开关、pt和馈线终端，开关、馈线终端和电流互感器串联在三相线路上，pt并联在开关线路侧；控制器分别采集开关、pt和馈线终端的信息后将信息传递给硬加密模块，硬加密模块与主站通过无线传输方式进行信息传递，主站对信息进行分析后，通过控制器向智能化开关设备输出命令；控制器通过其电压转化模块将线路电压转化为9-36v后向硬加密模块供电，硬加密模块与控制器通过rs232接口进行连接；控制器的遥信量采集模块采集开关状态信号，控制器的直流量采集模块采集pt二次侧的一次线路电压、电流信号；在公网环境下，硬加密模块通过gprs/cdma网络方式与主站连接；在光纤专网环境下，硬加密模块通过rj45网络接口与主站连接。

如图3所示，控制器包括交流电源输入模块、电源转化模块、电源切换模块、充放电管理模块、蓄电模块、低电压保护模块、主控模块、开关控制模块、模拟量采集模块、遥信量采集模块、直流量采集模块、操作面板模块、无线通讯模块、控制输出模块、线圈和输出驱动接口模块；交流电源输入模块通过电源转化模块向充放电模块、主控模块和开关控制模块供电，蓄电模块通过充放电管理模块进行蓄电；蓄电模块通过充放电管理模块向低电压保护模块和开关控制模块进行供电，充放电管理模块通过电源转化模块对主控模块进行供电；主控模块分别连接无线通讯模块和操作面板模块，主控模块通过无线通讯模块与主站进行信息传递；主控模块接收来自模拟量采集模块、遥信量采集模块、直流量采集模块采集到的信息；主控模块通过控制输出模块对开关控制模块进行控制；电源切换模块将交流电输入模块的电源进行切换后向线圈进行供电，开关控制模块与线圈连接；模拟量采集模块采集电流互感器二次侧的一次线路电压、电流信号，所述的遥信量采集模块采集开关状态信号，所述的直流量采集模块采集电压互感器二次侧的一次线路电压、电流信号。

控制器的主控模块与无线通讯模块和操作面板模块通过dv9接口进行连接，同时，主控模块采用mpc8247芯片，模拟量采集模块、遥信量采集模块、直流量采集模块采集信息后通过插针直接接入主控模块；电源转化模块由220v转24v开关电源和24v转5v开关电源组成，220v转24v开关电源将交流电源输入模块的200v交流电转为24v后，向充放电管理模块、开关控制模块、24v转5v开关电源和硬加密模块供电；24v转5v开关电源将220v转24v开关电源和充放电管理模块的24v点转为5v后，向主控模块供电；其中220v转24v开关电源采用150w的台湾明纬的工业级模块，额定输入电压条件为：165vac～265vac；24v转5v开关电源采用dc-dc转换器；充放电模块为24v充放电管理模块，采用lca220d24w300d；蓄电模块电压为24v，采用24v7ah铅酸蓄电电池；低电压保护模块在电压低于22v时，与主控系统连接，并将故障信息上传主控系统，确保蓄电模块不会损坏，且电压不会过低。

硬加密模块采用珠海市鸿瑞信息技术股份有限公司的hryd-3000终端安全模块。

pt采用采用三相五柱式pt和单项pt，其中三相五柱式pt设置在电源侧，单项pt设置在电流侧；开关包括电压时间型开闭所和电压电流型开闭，电压时间型开闭所设置在主干线上，电压电流型开闭所设置在支线上。

所述的智能化开关设备由北京科锐配电自动化股份有限公司提供，具体的开关为fzw28-12(vsp5)真空负荷开关本体，pt为sps2-10/0.22电源变压器，馈线终端为fdr-115/fse智能馈线终端。

如图2所示的一种电力自动化快速馈线故障定位及故障隔离方法，包括以下步骤：

(1)当线路中故障后，线路跳闸，线路中的各个智能化开关设备向主站转递线路故障信息；主站对故障电压、电流信息进行分析后，判断故线路为相间短路故障或是单相接地故障；

(2)若步骤(1)中，主站判断线路为相间短路故障，主站向故障两端的智能开关设备的开关发出闭锁信号，线路初始端再次送电，线路终端对非故障段进行反向送电，恢复非故障段供电；

(3)若步骤(1)中，主站判断线路为单相接地故障，线路初始端重合闸，并对线路中的智能开关设备进行逐级送电，直至检测到零序电压，同时对故障点两端的只能开闭所的开关进行闭锁，线路初始端再次送电，线路终端对非故障段进行反向送电，恢复非故障段供电；

(4)在步骤(1)中，当主站无法接收智能开闭所的信号时，线路初始端重合闸，并对线路中的智能化开关设备所进行逐级送电，直至送电至故障点时线路再次跳闸，同时对故障点两端的智能化开关设备的开关进行闭锁，线路初始端再次送电，线路终端对非故障段进行反向送电，恢复非故障段供电。

尽管上文对本发明的具体实施方案进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方案进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。