一种配电网局部断电控制系统及配电网系统的制作方法

本发明涉及电力系统自动化技术领域，更具体的说，是涉及一种配电网局部断电控制系统及配电网系统。

背景技术：

各类电力用户对供电可靠性的要求越来越高。供电可靠性可通过停电时间表征，一般采取以下措施来减少停电时间，以提高供电可靠性：(1)优化供电设备计划检修时间，减少计划停电时间；(2)大幅提高供电设备自身的可靠性，延后预期检修时间，缩短计划检修时间，该措施需要增加大量投资，设备更新换代也可能造成长时间停电；(3)运行设备在线状态监测，一方面避免设备健康良好状态下的传统定期检修所需要的停电时间，另一方面通过对设备隐患预警并及时采取维修检修措施，防止其发展成故障而导致故障性质的停电事件；(4)全面提高配电网运行自动化水平，实现故障自动定位、自动隔离、自动恢复，使得故障停电时间、停电范围都可以得到尽最大可能的减少与缩小。

目前，完整的配电网自动化系统包括配电主站、子站和终端，通过馈线终端单元(FTU)、开闭所终端单元(DTU)和远程终端单元(RTU)对线路、设备上的电压、电流、功率等运行信息进行采集，并通过通讯信道，将有用信息上传到配电主站进行汇总处理。而简易配电网馈线自动化系统(FA)中，只采用馈线终端单元FTU。根据配电网现场运行条件不同，自动化终端既可以采取等待主站命令进行操作的“被动”方式，也可以采取就地处理操作及上报主站操作结果信息的“主动”方式。前者被称为集中式配电网自动化方案，适用于以城市供电系统为主，有光纤等可靠通讯方式的配电网；后者被称为分布式配电网自动化方案，适合于采用无线通讯方式的农村、山区地区的配电网。

在配电网馈线自动化系统流程中，线路故障判断是最关键的一环，配电网线路故障分为两大类：短路故障与单相接地故障。短路故障的判断与切除相对比较容易，实际运行中该故障的继保设备与功能也已比较完善，但不足之处在于对于大多数配电网系统，仍采用开断站内开关切除整条故障线路的方式来消除故障，停电影响范围较大。需要在线路上利用带自动化功能的开关将故障区段隔离出来停电，其它正常部分及时恢复供电。对于单相接地故障，由于我国配电网线路采用小电流接地运行方式，加之配电网系统本身的运行情况状态复杂多变，系统中发生单相接地故障时的故障电气特征量不明显，造成故障线路及位置判断困难，这也使得小电流接地系统的配电网单相接地故障成为多年困扰我国配电网运行的难题之一。

当前我国城市地区配电网已多采用地下电缆或者架空绝缘导线形式，线路发生短路与单相接地故障的概率相对较低。而在农村以及山地地区，出于经济性考虑，仍主要使用架空裸导线方式铺设线路，平时由于各种自然或者人为原因的事故等，单相接地事故较多，尤其在山地地区，在冬季风雪或者夏季雷暴天气情况下，很容易接连发生线路单相接地情况，部分单相接地还会进一步恶化为短路故障，而故障发生时恶劣的天气条件往往又不适合外出巡线检修，只能先将整条线路停电等待天气转好才能开始检修；如果能实现故障区段的自动切除与隔离，山区用户供电可靠性将会有明显的提高。因此，研究山区配电网馈线自动化应用，具有重要的实际意义与价值。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种配电网局部断电控制系统及配电网系统，以解决现有技术中在为山区用户供电时，若发生单相接地故障的时候，且恶劣天气条件无法进行正常检修，降低山区用户供电可靠性的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种配电网局部断电控制系统，包括：在电力系统的每条出线上安装柱上智能开关，所述电力系统的主变压器经消弧线圈接地，所述柱上智能开关可实现单相接地故障判断。

其中，所述柱上智能开关与主站通过公网运营商提供的通讯信道进行数据传输。

其中，所述公网运营商提供的通讯信道包括：GPRS和短信通讯。

一种配电网系统系统，包含上述任意一项所述的配电网局部断电控制系统，所述配电网局部断电控制系统包括：在电力系统的每条出线上安装柱上智能开关，所述电力系统的主变压器经消弧线圈接地，所述柱上智能开关可实现单相接地故障判断，当所述柱上智能开关判断线路上发生单相接地故障时，可通过所述柱上智能开关向主站上传故障信息，同时向预先设定的运行检修人员的智能终端发送短信消息报告故障信息。

其中，所述主站用于故障信息的详细展示以及记录统计使用。

其中，所述柱上智能开关在所述主站不运行情况下可单独实现向预先设定的运行检修人员的智能终端发送短信消息报告故障信息。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种配电网局部断电控制系统及配电网系统，所述配电网局部断电控制系统包括：在电力系统的每条出线上安装柱上智能开关，电力系统的主变压器经消弧线圈接地，柱上智能开关可实现单相接地故障判断。本发明通过在每条出现上安装可以实现单向接地故障判断的柱上智能开关，在线路发生故障时，可以智能将发送故障的线路切断，并将故障信息和故障的具体位置通过短信消息发送至主站和预先设定的运行检修人员的智能终端，实现单相接地故障准确判断，提高山区用户供电可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种配电网局部断电控制系统结构示意图；

图2为线路1上三相电压电流及零序电压电流波形示意图；

图3为线路2上三相电压电流及零序电压电流波形示意图；

图4为本发明实施例提供的某山区四级分段线路短路故障柱上智能开关动作示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如果能找到一种较为可靠的单相接地故障判断方法，并应用到线路开关中去，从而使得系统在发生单相接地故障时，线路上紧临故障区段的开关能够做出准确响应、判断、自动切除相应故障区段，并将故障信息发送给运行与检修人员进行现场处理，可大幅提高配电网供电可靠性。

本发明提出了一种在配电网架空线路柱上真空开关中应用的单相接地故障算法，通过在试点变电站出线口上的普通柱上开关更换为带有该单相接地判断功能的智能柱上开关，实现了对单相接地故障的准确判断，为配电网馈线自动化的实现提供了关键设备，具有重要的实际应用价值。

请参阅附图1，图1为本发明实施例提供的一种配电网局部断电控制系统结构示意图。如图1所示，本发明公开了一种配电网局部断电控制系统，具体包括：在电力系统的每条出线上安装柱上智能开关，例如在每条出线上安装一个柱上智能开关1和柱上智能开关2，所述电力系统的主变压器4经消弧线圈3接地，所述柱上智能开关1或2可实现单相接地故障判断。

其中，所述柱上智能开关与主站通过公网运营商提供的通讯信道进行数据传输。

其中，所述公网运营商提供的通讯信道包括：GPRS和短信通讯。

具体的，通过本发明，具体的在实际物理模拟实验分析具体的，请参阅附图1，图1为单相接地故障判断试验系统图。用于验证本算法的具有两条出线的实际物理模拟试验系统，每条出线上都安装一台该智能开关，主变经消弧线圈接地，系统总电容电流为15A，模拟试验如下：

若接地故障位于线路1：开关柱上智能1测量得到线路1上三相电压电流及零序电压电流波形如图2所示。故障发生后，线路1上零序电流为6.3A。图2中下方是采用db4小波与db5小波对零序电流的高频部分提取值波形。可以看出，在故障发生瞬间，零序电流有一个较高的高频分量，提取出db小波高频值，与该工频周期内小波其它段高频值平均值进行比较，得到一个倍数，db4-8小波得到的倍数值如表1所示，此处设置判断故障的阈值为30，所有倍数值均超过30，可以判断得到该开关所在线路即线路1为单相接地故障线路。

表1

若接地故障位于线路2：柱上智能开关1测量得到线路2上三相电压电流及零序电压电流波形如图3所示。故障发生后，线路1上零序电流为3.2A。图3中下方同样是采用db4小波与db5小波对零序电流的高频部分提取值波形。db4-8小波得到的倍数值如表2所示。此处设置判断故障的阈值为30，所有倍数值均不超过该值，可以判断该开关所在线路即线路1不是单相接地故障线路。

表2

根据本发明中提供的方法，在实际模拟试验中，验证了本发明中所提方法的准确性。

本发明中单相接地故障判断方法，应用于在每条出线上设置有柱上智能开关，且主变压器经消弧线圈接地的线路，该方法包括：获取检测线路上的三相电压电流及零序电压电流波形图；采用db4-db8小波函数对零序电压电流进行高低频分解，分别得到零序电压电流的高频波形图；提取高频波形图高频突变值，分别计算db4-db8小波函数对应的高低频分量比值；当高低频分量比值有至少三个超过预设阈值，则判定检测线路发生单相接地故障。本发明通过小波的分解与重构对单相接地故障暂态过程中的频谱突变特征信息进行分析，根据频谱不同位置突变值选取不同的有效判据属性，判断所在线路是否发生接地故障，从而实现是否为该条线路发生接地故障的判断，可以实现配电网单相接地故障的自动定位，且达到对故障点的准确定位。

本发明公开了一种配电网局部断电控制系统，所述配电网局部断电控制系统包括：在电力系统的每条出线上安装柱上智能开关，电力系统的主变压器经消弧线圈接地，柱上智能开关可实现单相接地故障判断。本发明通过在每条出现上安装可以实现单向接地故障判断的柱上智能开关，在线路发生故障时，可以智能将发送故障的线路切断，并将故障信息和故障的具体位置通过短信消息发送至主站和预先设定的运行检修人员的智能终端，实现单相接地故障准确判断，提高山区用户供电可靠性。

本发明在上述公开的一种配电网局部断电控制系统的基础上，本发明还公开了一种配电网系统系统。

具体的，一种配电网系统系统，包含上述任意一项所述的配电网局部断电控制系统，所述配电网局部断电控制系统包括：在电力系统的每条出线上安装柱上智能开关，例如在每条出线上安装一个柱上智能开关1和柱上智能开关2，所述电力系统的主变压器4经消弧线圈3接地，所述柱上智能开关1或2可实现单相接地故障判断。当所述柱上智能开关判断线路上发生单相接地故障时，可通过所述柱上智能开关向主站上传故障信息，同时向预先设定的运行检修人员的智能终端发送短信消息报告故障信息。

其中，所述主站用于故障信息的详细展示以及记录统计使用。

其中，所述柱上智能开关在所述主站不运行情况下可单独实现向预先设定的运行检修人员的智能终端发送短信消息报告故障信息。

依据本发明，目前山区线路多采用架空线，线路距离长，用户分散，线路上安装的智能开关与主站的信息通讯一般不采用专网光纤通讯，而是通过公网运营商提供的通讯信道进行，如常见的GPRS以及短信通讯。此类通讯条件的通讯稳定性不高，信息实时性也难以保证，因此配电网自动化适合采用分布式方案，此时要实现线路上故障自动定位与隔离，需要应用电压时间型策略。

图4为本发明实施例提供的某山区四级分段线路短路故障柱上智能开关动作示意图。图4(a)：正常运行时，除联络开关处于断开状态外，其余开关均处于闭合状态；图4(b)：线路上开关2与开关3之间发生单相接地故障，站内开关保持闭合状态不动，开关2判断接地故障后跳闸切除故障，开关3，开关4因失电分闸；图4(c)：开关2进行重合，因单相接地故障仍存在，开关2重合不成功，开关2重合不成功后闭锁，开关3探测到开关2重合不成功，也闭锁，从而实现对故障区段的隔离；图4(d)：开关4自动合闸，恢复非故障段通电。

从该动作行为分析，短路判断是分布式配电自动化方案中的核心关键内容。

在试运行中发现，有超过一半的单相接地故障为暂时性故障，在一两分钟甚至更短时间内即会自行消失。因此对于单相接地故障的分闸应设置相对较长延时时间，这样可以避免因这种暂时性的单相接地故障造成系统的频繁停电的问题。

综上所述，本发明公开了一种配电网局部断电控制系统及配电网系统，所述配电网局部断电控制系统包括：在电力系统的每条出线上安装柱上智能开关，电力系统的主变压器经消弧线圈接地，柱上智能开关可实现单相接地故障判断。本发明通过在每条出现上安装可以实现单向接地故障判断的柱上智能开关，在线路发生故障时，可以智能将发送故障的线路切断，并将故障信息和故障的具体位置通过短信消息发送至主站和预先设定的运行检修人员的智能终端，实现单相接地故障准确判断，提高山区用户供电可靠性。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上结合附图对本发明所提出的方法进行了示例性描述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，如前后桥都有电机参与驱动的混合动力系统等。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。