考虑解合环风险与运维辅助决策的开关遥控功能检测方法与流程

本发明涉及配电自动化常规遥控功能计划性检测技术领域，特别是一种考虑解合环风险与运维辅助决策的开关遥控功能检测方法。

背景技术：

当前用电量正在逐年增加，供电系统的安全与否已经成为电网工作中的首要问题，为了确保电压质量以及保证其更加安全可靠的运行，城网供电多已提供双向的供电措施或正在进行大规模的手拉手线路改造，实现负荷的双侧或多电源供电，在故障发生时缩小故障区段，快速恢复正常供电，在正常情况下便于负荷的转移和设备的检修和维护，从而减少电量损失、提高系统供电可靠性，提升电力企业的经济效益与社会形象。

当前，负荷倒闸有二种操作方案，即所谓的“冷倒闸”和“热倒闸”，冷倒是一条线路要借电时，先把该线路停电，然后合上二条线路间的联络开关，热倒是二条线路在均不停电的情况下，合上联络开关，然后断开借电线路的开关，由此可见“热倒闸”是兼顾供电可靠性的有效倒闸手段。

在进行馈线电网开关遥控性能检测时，为了最大限度减少对电网正常运行的影响，通常采用“热倒闸”进行开关状态切换的遥控操作。但“热倒闸”过程中，若合环操作点选取不当，或操作不当，会引发很大的环流，环流冲击有造成继电保护动作的风险。合环后的稳定电流还有电压越限和过载的风险，影响电网运行的可靠性和安全性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题为：在考虑解合环风险因素的基础上，对馈线中的开关进行遥控性能的检测，避免检测过程对电网带来的风险和影响，以分析异常开关可能存在的原因；同时检测得到的开关遥控性能结果能够用于为异常开关提供检修决策支持。

本发明采取的技术方案具体为：一种考虑解合环风险与运维辅助决策的开关遥控功能检测方法，包括步骤：

(1)选择转供路径并确定相应的转供开关，对于各条转供路径，分别分析对相应转供开关进行遥控操作时的风险因素：

所述风险因素包括合环操作前的原支路电流、合环点等效电压源与上级电网等值阻抗组成的等值电路流过的合环冲击电流，以及合环点等效电压源与上级电网等值阻抗组成的等值电路流过的合环稳态电流；分别计算上述各因素对应的电流数据；

(2)基于计算得到的风险因素值，进行解合环操作的校核操作：

(2.1)计算解环后的系统潮流数据，以判断是否会引起电压越限或过载，若会，则不允许合环；若不会，则转至步骤(2.2)；

(2.2)将步骤(1)计算得到的合环冲击电流与解环后的系统潮流进行叠加，以判断叠加后的结果是否会引起继电保护动作，若会，则不允许合环；若不会，则转至步骤(2.3)；

(2.3)将步骤(1)计算得到的和缓稳定电流与解环后的系统潮流进行叠加，以判断叠加后的结果是否会引起电压越限或过载，若会，则不允许合环；若不会，则允许合环；

(3)根据步骤(2)的校核结果，对允许合环的开关进行遥控操作和检测判断：

(3.1)主站向配电终端发送开关遥控操作指令，若配电终端出现工况退出则判断为通信系统发生故障，遥控失败，否则转至步骤(3.2)；此时可将故障推送给通信网络管理系统，并告警提醒；

(3.2)判断终端是否返回报文，若无报文返回，则判断为终端不能识别主站控制命令，遥控失败；若有报文返回则转至步骤(3.3)；

(3.3)判断返回的报文是否为拒绝遥控报文，若是则判断为开关拒动导致遥控失败，然后转至步骤(3.4)，若不是则继续判断是否因终端遥控处于就地位置导致失败(即就地位置的终端值允许现场控制不接受远方主站遥控)，若是则判断为遥控失败，若不是则继续判断是否因主站和配电终端对时异常导致失败，若是则判断为遥控失败，若不是则判断为开关位置主站与现场不一致导致遥控失败；

(3.4)判断终端是否在遥控超时时间后返回变位信号，若是则判断为开关慢动导致遥控失败，若不是则遥控成功，遥控成功的开关即不需要检修的开关。

为了提高本发明的开关检测效率，本发明步骤一中，对于热倒闸操作馈线中的所有允许合环的转供开关，仅进行一次“分-合-分”或“合-分-合”开关状态转换的遥控操作。也即：在对各开关进行遥控检测的整个过程中，各开关开始的运行方式保持和结束时相同，并通过对多个开关的操作顺序进行合理规划，从而保证用最少的开关操作次数达到所有开关状态的测试。

本发明步骤(1)对于风险因素的计算包括：定义合环前电流I1、合环冲击电流I2、合环稳态电流I3，建立电路的非其次微分方程为：

E_max sin(wt+α)＝Ri+Ldi/dt

其中E_max为合环点电压幅值差，wt+α为E_max的初始相角叠加周期分量，i为合环暂态电流，R和L分别为馈线电网的总阻值和电抗值；上述方程的特解为合环电流的周期分量i_pt和直流分量i_at的和，

其中，为馈线电网的总阻抗，tan^-1(wL/R)为电压相角差，C₁为合环电流的直流分量系数，C₁e^-(R/L)t为合环电流的直流分量，随着时间的推移逐渐衰减；

合环前瞬间电感上没有电流通过，可得：

合环冲击电流I2＝i(t)，稳态电流I3＝i(t)|t＝∞。

综上可知开关遥控操作风险因素分析包括以下2个方面：

(1)不论是合环冲击电流的作用，还是合环稳态电流的作用，都要和开环运行时的潮流计算结果进行叠加，以此来判断冲击电流是否有造成继电保护动作的风险，合环稳态电流是否有电压越限和过载的风险。因此馈线负荷越大，转供联络开关的剩余容量就越小，完成负荷转供即解环后电压越限和过载的风险就越高；

(2)合环冲击电流不仅和电网总阻抗近似成反比，和合环点两侧电压的幅值差E_max近似成正比，电压的相角差tan^-1(wL/R)也是影响其大小的重要因素，随着从π/2的偶数倍到奇数倍变化，i(t)在合环后0.01s达到的峰值将由0秒的1倍提升到1.8倍左右。

因此，为了实现开关的批量操作，针对以上几个方面的风险，本发明提出了开关操作案例的制定规则：

(1)开关状态检测操作的最佳时段：进行开关遥控功能计划性检测的操作时间段为一天中的负荷低谷时段。如23点至凌晨3点之间，此时各条馈线的负载率高，转供开关的剩余容量大，完成负荷转供即解环后电压越限和过载的风险自然就低；

(2)开关状态检测操作的校核需求：在合环操作过程中按照合环冲击电流和稳态电流的计算方法进行合环计算，严格进行包括步骤(2)的保护电流定值校核、线路载流量和变压器负载系数校核、母线电压校核过程。目前，合相装置可以实时计算合环两侧的电压差E_max和相角差α，借助于合相装置判断合适的合相时机，可保证在30度以内合相，减小合环两侧电压的幅值差和相角差可降低合环失败的风险。

有益效果

本发明采用热倒闸手段实现馈线电网中开关的遥控性能检测操作，在进行开关状态切换前，首先对合环点进行风险因素分析，根据风险因素与解环后的潮流相叠加的结果，判断解合环操作是否会对电网安全正常运行带来影响，从而得到合适的合环点转供开关。然后基于合适的合环点进行对环网供电的线路进行不停电合环倒负荷操作，实现对每个转供开关的遥控操作。在检测操作时，本发明可通过制定最佳的开关操作顺序，以达到检测的高效率进行。同时，本发明利用合理的检测结果分析依据，可分析得到遥控操作失败的开关集合，并找出具体存在的问题的节点，从而有针对性地指导开关的检修工作，有效提高开关遥控的成功，也为供电可靠性的提升率奠定基础。

附图说明

图1所示为馈线合环电流分析示意图；

图2所示为解合环操作校核流程示意图；

图3所示为开关遥控功能检测的操作顺序示意图；

图4所示为开关遥控功能检测结果分析流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

本发明考虑解合环风险与运维辅助决策的开关遥控功能检测方法，包括步骤：

(1)选择转供路径并确定相应的转供开关，对于各条转供路径，分别分析对相应转供开关进行遥控操作时的风险因素：

所述风险因素包括合环操作前的原支路电流、合环点等效电压源与上级电网等值阻抗组成的等值电路流过的合环冲击电流，以及合环点等效电压源与上级电网等值阻抗组成的等值电路流过的合环稳态电流；分别计算上述各因素对应的电流数据；

(2)基于计算得到的风险因素值，进行解合环操作的校核操作，参考图2所示：

(2.1)计算解环后的系统潮流数据，以判断是否会引起电压越限或过载，若会，则不允许合环；若不会，则转至步骤(2.2)；

(2.2)将步骤(1)计算得到的合环冲击电流与解环后的系统潮流进行叠加，以判断叠加后的结果是否会引起继电保护动作，若会，则不允许合环；若不会，则转至步骤(2.3)；

(2.3)将步骤(1)计算得到的和缓稳定电流与解环后的系统潮流进行叠加，以判断叠加后的结果是否会引起电压越限或过载，若会，则不允许合环；若不会，则允许合环；

(3)根据步骤(2)的校核结果，对允许合环的开关进行遥控操作和检测判断：

(3.1)主站向配电终端发送开关遥控操作指令，若配电终端出现工况退出则判断为通信系统发生故障，遥控失败，否则转至步骤(3.2)；此时可将故障推送给通信网络管理系统，并告警提醒；

(3.2)判断终端是否返回报文，若无报文返回，则判断为终端不能识别主站控制命令，遥控失败；若有报文返回则转至步骤(3.3)；

(3.3)判断返回的报文是否为拒绝遥控报文，若是则判断为开关拒动导致遥控失败，然后转至步骤(3.4)，若不是则继续判断是否因终端遥控处于就地位置导致失败(即就地位置的终端值允许现场控制不接受远方主站遥控)，若是则判断为遥控失败，若不是则继续判断是否因主站和配电终端对时异常导致失败，若是则判断为遥控失败，若不是则判断为开关位置主站与现场不一致导致遥控失败；

(3.4)判断终端是否在遥控超时时间后返回变位信号，若是则判断为开关慢动导致遥控失败，若不是则遥控成功，遥控成功的开关即不需要检修的开关。

实施例

本实施例中，方法具体包括以下四个部分的内容：开关遥控操作风险因素分析及开关状态检测最佳时段分析、开关操作的解合环方案校核、开关状态批量检测最佳步骤分析，和开关状态检测结果分析评估。

◆开关遥控操作风险因素分析及开关状态检测操作最佳时段分析技术

如图1合环电流分析图所示，所述开关遥控操作风险因素分析及开关状态检测最佳时段分析技术，其特征在于：分析引起开关检测时进行“热倒闸”操作时的合环冲击电流及合环稳态电流对配电线路供电安全性的影响，基于合环电流计算的叠加计算法，明确合环冲击电流与合环稳态电流的组成包括：合环前电流I1、考虑合环点等效电压源与上级电网等值阻抗的等值电路的冲击电流I2、合环电等效电压源及上级电网等值阻抗组成的等值电路的稳态电流I3。其中I2、I3的计算即为感性电路的电流计算，建立电路的非其次微分方程为：

E_max sin(wt+α)＝Ri+Ldi/dt

其中E_max为合环点电压幅值差，wt+α为E_max的初始相角叠加周期分量，i为合环暂态电流，R和L分别为馈线电网的总阻值和电抗值；上述方程的特解为合环电流的周期分量i_pt和直流分量i_at的和，

其中，为馈线电网的总阻抗，tan^-1(wL/R)为电压相角差，C₁为合环电流的直流分量系数，C₁e^-(R/L)t为合环电流的直流分量，随着时间的推移逐渐衰减；

合环前瞬间电感上没有电流通过，可得：

合环冲击电流I2＝i(t)，稳态电流I3＝i(t)|t＝∞。

综上可知开关遥控操作风险因素分析包括以下2个方面：

(1)不论是合环冲击电流的作用，还是合环稳态电流的作用，都要和开环运行时的潮流计算结果进行叠加，以此来判断冲击电流是否有造成继电保护动作的风险，合环稳态电流是否有电压越限和过载的风险。因此馈线负荷越大，转供联络开关的剩余容量就越小，完成负荷转供即解环后电压越限和过载的风险就越高；

(2)合环冲击电流不仅和电网总阻抗近似成反比，和合环点两侧电压的幅值差E_max近似成正比，电压的相角差tan^-1(wL/R)也是影响其大小的重要因素，随着从π/2的偶数倍到奇数倍变化，i(t)在合环后0.01s达到的峰值将由0秒的1倍提升到1.8倍左右；

因此，为了实现开关的批量操作，针对以上几个方面的风险，开关操作案例的制定规则为：

(1)开关状态检测操作的最佳时段：在全天的负荷低谷时段——凌晨进行批量的负荷操作，此时各条馈线的负载率高，转供开关的剩余容量达，完成负荷转供即解环后电压越限和过载的风险自然就低。

(2)开关状态检测操作的校核需求：在合环操作过程中按照合环冲击电流和稳态电流的计算方法进行合环计算，严格进行图2所示保护电流定值校核、线路载流量和变压器负载系数校核、母线电压校核流程。另外，合相装置可以实时计算合环两侧的电压差E_max和相角差α，借助于合相装置判断合适的合相时机，减小合环两侧电压的幅值差和相角差可降低合环失败的风险。

◆开关操作的解合环方案校核技术

解/合环操作的校核流程如图2所示。

首先，在进行转供电操作前，采用拓扑分析的方法进行转供路径的搜索，考察自动开关当前的挂牌状态，如操作禁止、故障挂牌、检修挂牌、接地挂牌、告警挂牌等，从中优先选用可控的自动开关，得到合理的负荷转供路径；

其次，在具备多个可选转供电源的情况下，根据各个电源点的负载能力选择优化转供电策略，即每个转供电策略都要进行解环后的潮流安全性校验，避免转供操作后的不出现电压越限和过载，保证安全性和可行性。

再次，在进行“热倒闸”操作时，需要对合环冲击电流、合环后的潮流分布进行电网安全校核。(1)合环冲击电流可能影响I段保护或II段保护，而I段保护比II段保护整定值大，只要冲击电流不超过II段保护整定值，就能保证冲击电流就不会对继电保护影响；(2)合环后潮流分布会发生变化，母线电压可能会超过其电压上下限，如果长期运行会导致设备的损坏，另外还需要对线路的载流量和变压器负载系数进行校核，如果线路的输送功率大于线路的最大负荷，引起III段保护动作，系统将无法正常运行。

◆开关状态批量检测最佳步骤

确定“热倒闸”两条馈线上馈线开关的动作顺序和步骤，本发明设计了以下两个原则，保证批量检测的可行性和高效：1、开始的运行方式保持和结束时相同；2、各个开关只完成一次“分-合-分”或“合-分-合”操作，即保证用最少的开关操作次数达到所有开关状态的测试。

参考图3所示，有馈线中有S1-S9共9个开关，分别都符合解合环的校核过程的技术上，初始运行状态为开关S5开关位于分位，当需要对S5进行遥控性能测试时，则将S5作为合环点，向S5发送合闸指令，向S2发送分闸指令；下一次的检测就对开关S2进行遥控性能的监测，检测时向S2发送合闸指令，向开关S8发送分闸指令，依次类推，直至馈线中所有开关皆完成检测，且每个开关只参与了一次“分-合-分”或“合-分-合”的操作。

◆开关计划性检测结果分析方法

参考图4所示，对于各种可能导致遥控失败的原因皆与相应的检测过程现象一一对应，以使得检测过程中各种现象能够作为检测判断的依据，实现全自动的开关状态的一键式检测，并及时发现遥控操作失败的开关集合，评估出遥控操作过程中可能出现问题的环节，为开关检修提供决策支持，针对不成功的遥控案例，找出具体存在的问题的节点，从而有针对性地指导开关的检修工作，有效提高开关遥控的成功，也为供电可靠性的提升率奠定基础。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。