专利名称：差动型配电网自动化控制装置的制作方法
技术领域：
本发明属于配电网自动化设备，尤其涉及一种配电网自动化控制 装置。(二) 背景技术架空线路的故障几率较高，现代配网系统用分段开关(负荷开关) 将长线路分成多个线路段运行，线路发生故障时将故障区段隔离后， 可以向健全线路段恢复供电，减少停电区域，提高配网系统供电的可 靠性。为了提高10kV架空配电网系统供电的可靠性，我国自上世纪80 年代后期开始采用配网自动化装备技术，引进和研制生产了各种类型 的重合器、分段器等高压电气设备和控制装置。配电网系统馈电线路 自动控制技术的目的是迅速判别线路故障并隔离故障区段，及时恢复 健全线路段的供电，縮短停电时间，使停电区域减至最少。以往在配 电线路上使用的控制技术主要有下列四种方式①引进美国的电流一 时间(IT)控制方式；②日本等国广泛采用的电压一时间(VT)控制方 式；③我国自行研制的电压一电流一时间(VIT)控制方式； 通过计算 机和FTU通讯的中央控制方式也有少量使用。电流_时间型控制方式是从中性点接地系统中发展而来，重合器 在数秒钟内具有三次重合闸功能，分段器具有自动记忆通过故障电流 次数的能力，并且在零电流状态自动分断，以隔离故障区段，恢复健
全线路段的供电。重合器要多次承受开断故障电流的重担，动作频繁， 电网系统受到短路电流的冲击极大。图1是电流一时间型配网自动化 装置控制过程图。电压一时间型控制方式中，分段器失压后自动分闸，感受到电源 侧再次受电时分段器按时序关合，当故障区段的分段器关合到短路电 流时，该分段器失压分闸后自行闭锁。这种方式的线路在理论上分段 数量不受限制，重合器的动作次数有了减少，但是分段器的动作次数 过多，恢复时间过长。图2是电压一时间型配网自动化装置控制过程 图。电压一电流一时间型控制方式是电压一时间型控制方式的一种改进形式，供电恢复时间有所縮短，装置的控制过程见图3。计算机中央控制方式是配网自动化的最佳控制方式，但是该控制方 式投资大，在技术和管理上要求高，实际投入运行所占的比例极少。 该控制方式也不适用于现有电网尤其是农村电网的改造，局限性大。
发明内容现有的配网控制方式都采用关合主供电开关或分段开关的方法来 寻找线路的故障区段，依靠开关电器多次关合短路电流来定位故障区。 为了克服已有配电网自动化装置在寻找配网线路故障部位时开关电器 动作频繁、停电送电重复次数多、恢复供电时间过长、可靠性不高、 降低了开关电器的使用寿命、给电网带来不必要的短路冲击的不足, 本发明提供一种采用差动原理进行区段定位、能够迅速锁定故障区段、 减少开关电器的动作次数、迅速恢复供电、避免对电网造成短路冲击 的差动型配电网自动化控制装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种差动型配电网自动控制装置，控制主供电开关和安装在线路 区段的分段开关，所述的控制装置还包括用于设定故障电流起始门槛，采集A、 C相电流互感器的信号， 并将A、 C相电流信号移相使其前沿基本重合，并进行触发定位的故 障电流采集器；用于识别配电自动化供电系统内的线路上每一台分段开关特定的 触发信号对应的地址编码与解码器；用于调制每一台分段开关与前、后级两台分段开关的具体地址编 码的触发信号，并将该分段开关与其前、后级分段开关之间发生载波 频率通信联络的载波频率装置；用于接收前、后级分段开关具有地址码的触发信号，并经解调还 原成电流信号，如两个还原后的电流信号存在差值，则作用于分段开 关跳闸线圈的差动比较识别单元；用于与B相电流互感器连接，由电流转换成电压信号后，经整流、 门槛和限幅，由恒流充电电路向48V4000mAh锂电池充电，并向跳闸 线圈供电的机载电源装置；所述的A、 C相电流互感器连接故障电流采集器及机载电源装置， 所述的载波频率装置连接地址编码与解码器，所述的故障电流采集器 连接差动比较识别单元，所述的差动比较识别单元连接分段开关的跳 闸线圈。进一步，所述的控制装置还包括用于将差动比较识别单元的输 出信号从5ms左右延迟为100ms的宽脉冲，100ms宽脉冲进入计数设
定电路，当计数设定为2时，第一个100ms宽脉冲不工作，待回路主 开关第一次重合不成功又跳闸时，第二个100ms宽脉冲进入延时回路， 延时设定为80ms，经80ms延时后，20ms宽的跳闸负脉冲进入功率输 出单元，作用于分段开关的分闸线圈的信号处理和功率输出单元。再进一步，所述的载波频率装置包括载频发生器、调制解调器、 载频发射接收装置以及耦合天线、耦合器。更进一步，所述分段开关上配置零序电流互感器后，本控制装置 原理同样适用于接地故障的检测。所述的故障电流采集器包括用于取自A、 C相电流互感器的+Ia 与一Ic，经过电流/电压转换成电压信号后，再设定故障电流起始门槛 (额定电流10倍)并给以限幅。由于回路电流+Ia与一Ic的相位差是 60°，要将U+a与U-c的起始相位分别移相75°与15° (延时4.16ms与 0.83ms)，使同一回路+A、 _C相电流互感器传输过来的电流信号的 前沿基本重合的合相触发模块。本发明的技术构思为差动型配电网自动化控制技术是一种采用 差动(Differention)原理工作的自动控制装置，每个分段开关(分段 器或负荷开关)采集每一线路段两端故障电流信号进行比较，如果存 在差值(1与0或者1与一1)，说明故障发生在本线路区段，在回路 主供电开关(断路器或重合器)故障分断期间，该区段电源侧的分段 开关自动分闸，将线路故障区段隔离，为主供电开关成功重合创造条 件。在放射形单向供电线路中，每一台分段开关要与后一台分段开关 进行通信联络，组成差动比较回路。当某一区段线路发生短路故障回
路主供电开关过电流跳闸时，该区段电源侧的分段开关产生故障信号(+ l值)，而后一台分段开关未流过故障电流，发出的信号为零值， 该区段分段开关差动比较回路有差值(+ 1、 0)输出。差动输出信号经80ms延时后发出分闸命令，使该区段分段开关在回路零电流状态 下自动分闸，将故障区段隔离，而其它区段分段开关的差动回路差值 为零均不动作，回路主供电开关一次重合即可成功。在线路两端都有电源的环形供电线路中，每一台分段开关还要与 前一台(电源侧)分段开关进行通信联络。故障区段前、后二台分段 开关流过的故障电流方向不同，相位相差180。， 二台分段开关的差动 比较回路均有差值(+1、 一l与_1、 +1)输出，环网供电回路二端 的主供电开关跳闸后，故障区段两端的两个分段开关随即自动分闸， 将故障区段的线路隔离，环网供电回路二端的主供电开关均能一次重 合成功。配电线路的短路故障分为永久性的和暂时性的二种，暂时性的故 障大多可以通过一次重合闸予以排除，因此可以将一次重合不成功的 故障视为永久性的故障。这样，每台分段开关还应设置故障次数计数 l或2，当计数设置整定在2时，故障区段分段开关差动比较回路第二 次输出的差值信号才作用于分闸。通讯联络局限于相邻的分段开关之间，采用简易的载波通信技术， 传输距离一般不需要大于10km。每一台分段开关都有特定的地址编 码，在同一个配电自动化供电系统内，地址码数量一般不会超过100。线路上发生永久性的相间短路故障时，线路电源侧的断路器或重 合器自动跳闸开断故障电流，要经过0.3 0.5秒重合闸。如果故障区
段电源侧的分段器能够在第一时间段里自行分断，将故障区段隔离， 断路器或重合器第一次重合闸就能向线路健全区段恢复供电，能大大 提高配网线路供电的可靠性和连续性。本发明配电网自动化控制装置 在线路出现故障电流第一个半波时要能迅速定位发生故障的线路区 段，无论是幅射形单向供电线路或环形供电线路，都能让故障区段电 源侧的分段器在重合闸间隔时间段里分闸，保证一次重合成功。差动型配电网自动化控制技术采用区段定位的差动原理，线路发 生故障时，当线路流过故障电流第一个半波时，线路故障区段的分段 开关就锁定了故障部位，在线路主供电开关(断路器或重合器)切除 故障的第一时间段内，故障区段的分段开关在零电流状态下自动分闸， 将故障区段隔离，保证主供电开关能一次重合成功。采用差动型配电 网自动化控制技术，无论幅射形供电系统还是环形供电系统，不论故障发生在线路的任何区段，只要0.01 0.02秒时间就能锁定故障区段， 利用0.3 0.5秒一次重合闸间隔时间将故障区段隔离并恢复向健全线 路段供电，保证供电的连续性。差动型配电网自动化控制装置摒弃了 采用关合短路电流的寻迹方法，不会对电力系统稳定运行造成伤害。 本发明的有益效果主要表现在1、能够迅速锁定故障区段；2、 减少了电器开关的动作次数和停电送电次数；3、能够快速恢复对健全 线路段供电；4、不会对电网造成短路冲击，避免对电力系统的稳定运 行造成伤害。
图1是现有的电流一时间型配电网自动化装置的控制过程图。 图2是现有的电压一时间型配电网自动化装置的控制过程图。
图3是现有的电流一电压一时间型配电网自动化装置的控制过程图。图4是本发明的差动型配电网自动化控制装置的控制过程图。图5是本发明的差动型配电网自动化控制装置的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。参照图4、图5， 一种差动型配电网自动化控制装置，控制主供电 开关和安装在线路区段的分段开关，所述的控制装置还包括用于设 定故障电流起始门槛，采集A、 C相电流互感器的信号，并将A、 C 相电流信号移相使其前沿基本重合，并进行触发定位的故障电流采集 器；用于设别配电自动化供电系统内的线路上每一台分段开关的触发 信号与特定的地址编码对应的地址编码与解码器；用于调制每一台分 段开关与前后两台分段开关的带有地址编码的触发信号，并将该分段 开关与其前、后级分段开关之间发生载波频率通信联络的载波频率装 置；用于接收前、后级分段开关具有地址码的触发信号，并经解调还 原成电流信号，如两个还原后的电流信号存在差值，则作用于分段开 关跳闸线圈的差动比较识别单元；用于与B相电流互感器连接，由电 流转换成电压信号后，经整流、门槛和限幅，由恒流充电电路向48V 4000mAh锂电池充电，并向跳闸线圈供电的机载电源装置；所述的A、 C相电流互感器连接故障电流采集器及机载电源装置， 所述的载波频率装置连接地址编码与解码器及耦合器，所述的耦合器 是电感型耦合器，与配电线路连接，所述的故障电流采集器连接差动 比较识别单元，所述的差动比较识别单元连接分段开关的跳闸线圈。所述的控制装置还包括用于将差动比较识别单元的输出信号从5ms左右延迟为100ms的宽脉冲，100ms宽脉冲进入计数设定电路， 当计数设定为2时，第一个100ms宽脉冲不工作，待回路主开关第一 次重合不成功又跳闸时，第二个100ms宽脉冲进入延时回路，延时设 定为80ms，经80ms延时后，20ms宽的跳闸负脉冲进入功率输出单元， 作用于分段开关的分闸线圈的信号处理和功率输出单元。所述分段开 关上配置零序电流互感器后，本控制装置原理同样适用于接地故障的 检测。所述的故障电流采集器包括用于取自A、 C相电流互感器的+Ia 与一Ic，经过电流/电压转换成电压信号后，再设定故障电流起始门槛 (额定电流10倍)并给以限幅。由于回路电流+Ia与一Ic的相位差是 60°，要将U+a与U-c的起始相位分别移相75。与15° (延时4.16ms与 0.83ms)，使同一回路+A、 一C相电流互感器传输过来的电流信号的 前沿基本重合的合相触发模块。所述的载波频率装置包括载频发生器、调制解调器、载频发射接 收装置以及耦合器。参照图5，本实施例的自动化控制装置由故障电流采样器、地址 编码与解码器、载波频率装置、差动比较单元、信号处理与功率输出 单元以及机载电源装置组成，各部分的工作原理为故障电流采样器采样电流分别取自A、 C相电流互感器的+Ia 与一Ic，经过电流/电压转换成电压信号后，再设定故障电流起始门槛 (额定电流10倍)并给以限幅。由于回路电流+Ia与一Ic的相位差是 60°，要将U+a与U-c的起始相位分别移相75。与15° (延时4.16ms与
0.83ms)，使同一回路+A、 一C相电流互感器传输过来的电流信号的 前沿基本重合，以进行精确的触发定位。这种合相触发技术也适用于 现有电网分段开关的改造，还可以将地址码的数量减少50%。地址编码与解码器每一台分段开关的触发信号都有特定的地址 编码，在同一个配电自动化供电系统内，地址码数量一般不会超过 100。载波频率装置每一台分段开关只与其前、后级分段开关之间发 生通信联络，简易的载波通信技术最为适用。载频装置包括载频发生 器、调制解调器、载频发射接收装置以及耦合器等单元组成。电力载波频率范围一般为40 500kHz， Dif装置选取基频为300kHz频带宽 度0.1kHz的信号源，对本机经过地址编码的触发信号进行调制，载波 频率信号由耦合器经高压配电线路与前、后级分段开关实时交换。每 一台分段开关只要解调前、后二台分段开关的具有地址码的触发信号 即可。载频天线与高压配电线路之间采用电感耦合的方式，发送与接 收载频信号。差动比较识别单元前、后级分段开关具有地址码的触发信号经 本机解调还原后，在两个"异或门"电路与本机的触发信号进行比较。 "异或门"的二个输入端分别为'T，和"O"时，输出才为'T，，该信号经 处理后作用于分段开关跳闸线圈TQ。信号处理与功率输出单元延迟电路先将"异或门"的输出信号从 5ms左右延迟为100ms的宽脉冲，也就是说在100ms时间段内只有一 个可以作用于分闸的宽脉冲，因为配电线路回路主开关的开断时间一 般为30 70ms，重合间隔时间为300 500ms。配电线路的故障分为 永久性的和暂时性的二种，暂时性的故障大多可以通过一次重合闸来排除，100ms宽脉冲进入计数设定电路，计数次数为1或2。当计数 设定为2时，第一个100ms宽脉冲不工作，待回路主开关第一次重合 不成功又跳闸时，第二个100ms宽脉冲进入延时回路。延时设定为 80ms，经80ms延时后，20ms宽的跳闸负脉冲进入功率输出单元，作 用于分段开关分闸线圈TQ，可以保证分段开关无电流分闸。机载电源装置整流装置的电源取自第三个二次电流互感器，由 电流转换成电压信号后，经整流、门槛和限幅，由恒流充电电路向48V 4000mAh锂电池充电，充电电路设有过电压停充和低电压续充装置， 保证锂电池正常工作，机载电源装置浮充电功率要满足载波频率装置 的容量需要。分段开关第一次投运前或长期停运后，需要对锂电池单 独进行充电。在分段开关上配置零序电流互感器后，Dif配电网自动化控制装 置的原理同样适用于单相接地故障的检测和保护。单相接地时，经过 设定时间(l小时或2小时)，发生单相接地故障区段的分段开关自动 分闸，将单相接地故障隔离并发出信号。本实施例采用区段定位的差动原理，线路发生故障时，当线路流 过故障电流第一个半波时，线路故障区段的分段开关就锁定了故障部 位，在线路主供电开关(断路器或重合器)切除故障的第一时间段内， 故障区段的分段开关在零电流状态下自动分闸，将故障区段隔离，保 证主供电开关能一次重合成功。采用差动型配电网自动化控制技术， 无论幅射形供电系统还是环形供电系统，不论故障发生在线路的任何 区段，只要0.01 0.02秒时间就能锁定故障区段，利用0.3 0.5秒一
次重合闸间隔时间将故障区段隔离并恢复向健全线路段供电，保证供 电的连续性。差动型配电网自动化控制装置摒弃了采用关合短路电流 的寻迹方法，不会对电力系统稳定运行造成伤害。
权利要求
1、一种差动型配电网自动化控制装置，包括控制主供电开关和安装在线路区段的分段开关，其特征在于；所述的控制装置还包括用于设定故障电流起始门槛，采集A、C相电流互感器的信号，并将A、C相电流信号移相使其前沿基本重合，并进行触发定位的故障电流采集器；用于识别配电自动化供电系统内的线路上每一台分段开关特定的触发信号对应的地址编码与解码器；用于调制每一台分段开关与前后两台分段开关的具体地址编码的触发信号，并将该分段开关与其前、后级分段开关之间发生载波频率通信联络的载波频率装置；用于接收前、后级分段开关具有地址码的触发信号，并经解调还原成电流信号，如两个还原后的电流信号存在差值，则作用于分段开关跳闸线圈的差动比较识别单元；用于与B相电流互感器连接，由电流转换成电压信号后，经整流、门槛和限幅，由恒流充电电路向48V 4000mAh锂电池充电，并向跳闸线圈供电的机载电源装置；所述的A、C相电流互感器连接故障电流采集器及机载电源装置，所述的载波频率装置连接地址编码与解码器，所述的故障电流采集器连接差动比较识别单元，所述的差动比较识别单元连接分段开关的跳闸线圈。
2、 如权利要求l所述的差动型配电网自动化控制装置，特征在于所 述的控制装置还包括用于将差动比较识别单元的输出信号从5ms左右延迟为100ms的宽脉 冲，100ms宽脉冲进入计数设定电路，当计数设定为2时，第一个100ms 宽脉冲不工作，待回路主开关第一次重合不成功又跳闸时，第二个 100ms宽脉冲进入延时回路，延时设定为80ms,经80ms延时后，20ms 宽的跳闸负脉冲进入功率输出单元，作用于分段开关的分闸线圈的信 号处理和功率输出单元。
3、 如权利要求1或2所述的所述的差动型配电网自动化控制装置，其 特征在于所述分段开关上配置零序电流互感器。
4、 如权利要求3所述的所述的差动型配电网自动化控制装置，其特征 在于所述的故障电流采集器包括用于取自A、 C相电流互感器的+Ia 与一Ic，经过电流/电压转换成电压信号后，再设定故障电流起始门槛 并给以限幅，由于回路电流+Ia与一Ic的相位差是60°，要将U+a与 U-c的起始相位分别移相75。与15°,使同一回路+A、 一C相电流互感 器传输过来的电流信号的前沿基本重合的合相触发模块。
5、 如权利要求1及2所述的差动型配电网自动化控制装置，其特征在 于所述的载波频率装置包括载频发生器、调制解调器、载频发射接 收装置以及耦合器，所述的耦合器与配电线路连接。
全文摘要
一种差动型配电网自动化控制装置，包括安装在配电网线路上的A、B、C相的电流互感器、安装在线路上位于区段两侧的分段开关，所述的控制装置还包括故障电流采集器、地址编码与解码器、载波频率装置、差动比较识别单元、机载电源装置；所述的A、C相电流互感器连接故障电流采集器，所述的B相电流互感器连接机载电源装置，所述的机载电源装置连接分段开关的跳闸线圈，所述的载波频率装置连接地址编码与解码器，所述的故障电流采集器连接差动比较识别单元，所述的差动比较识别单元连接分段开关的跳闸线圈。本发明采用差动远离进行区段定位、能够迅速锁定故障区段、减少开关电器的动作次数、迅速回复供电、避免对电网造成短路冲击。
文档编号H02H7/22GK101127455SQ200710070050
公开日2008年2月20日 申请日期2007年7月18日 优先权日2007年7月18日
发明者沈忠威, 薛培鑫 申请人:薛培鑫;沈忠威