一种配电网智能保护系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种配电网智能保护系统，属于配电网自动化【技术领域】。本发明包括安装在配电线路上的至少两个分段开关及配套的智能保护终端，通信系统及配网自动化系统平台，该系统采用无级差电流保护，即各个分段开关的电流保护跳闸时间整定值相同；智能保护终端根据网络拓扑关系文件识别各智能保护终端的上下级关系，当配电线路故障时，相应分段开关跳闸，隔离线路故障区段，线路非故障区段继续运行；故障点后端的非故障区段通过另一条配电线路的联络开关恢复供电，以减少线路故障停电范围，提高配电网络的供电可靠性，保证电力系统安全运行。
【专利说明】-种配电网智能保护系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种配电网智能保护系统，属于配电网自动化【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 随着时代的发展和生活水平的提高，用户对供电质量和可靠性的要求越来越高， 配电网自动化是近几年来电力应用新型技术，主要涉及中低压电网。目前世界各国对此都 十分关注，并在不断地探索，近年来我国许多地区已经在不同层次、不同规模上进行了配电 网自动化的试点工作，目前采用的方案主要分为日式和欧式，配电线路的故障隔离方式为 电流型或电压型，故障时变电站保开关护动作跳闸，线路全线停电，采用逐段恢复方式确定 故障范围，隔离故障、恢复非故障区域供电。
[0003] 现有的配电网自动化技术的中国专利201310079399. 2《一种配电网区域保护方法 和系统》，存在以下不足：
[0004] 一、线路分段开关的安装数量受限，一般< 3台；
[0005] 二、各保护终端保护定值不同，靠级差实现各级保护动作的选择性；
[0006] 三、分段开关保护动作跳闸隔离故障时间较长，一般动作时间> 100毫秒，当分段 开关数量> 2时，无法与变电站内出线开关速断保护时间定值配合，实现保护动作的选择 性，当线路故障时，可能出现变电站内出线开关及分段开关均保护动作跳闸的现象。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种配电网智能保护系统，以实现配电网故障的选择性跳 闸，故障区段的可靠隔离。
[0008] 本发明为解决上述技术问题而提供一种配电网智能保护系统，包括安装在配电线 路上的至少两个分断开关以及配套的智能保护终端和配网自动化系统平台，各智能保护终 端间及其与配网自动化系统平台之间通过光纤网络通信连接，所述的各个分断开关的电流 保护跳闸时间整定值相同，该系统采用无级差电流保护。
[0009] 所述设置在同一条配电线路上的各个分断开关的保护电流定值相同，即电流定值 及时间定值均一致，且时间定值可0?99s间取值，为满足与变电站配电线路出口开关保 护的配合、实现保护动作的选择性，本发明保护采用的时间定值为〇s，即保护整定时间无延 时。
[0010] 所述配网自动化系统平台用于根据当前配电网络的运行方式创建拓扑关系文件， 并将拓扑关系文件发送到各智能保护终端，所述智能保护终端根据网络拓扑关系文件识别 各智能保护终端的上下级关系，当配电网线路发生短路故障，线路电流大于电流速断保护 定值时，故障后端的下级智能保护终端无延时向所有上级智能保护终端发送故障信息，各 智能保护终端根据接收到的故障信息及上下级逻辑关系进行分析判断，使故障段相邻前端 的智能保护终端跳闸，以实现在最小的区间内切除故障，隔离故障区段线路。
[0011] 所述的配电线路之间还设置有联络开关，正常运行时，各条配电线路开环运行。若 网络结构发生变化，线路上分段开关、联络开关状态需改变时，则需把相应的分段开关断 开、联络开关合闸，由配网自动化系统平台重新向各智能保护终端下发一次电网拓扑关系 文件，2s后开关在网络的位置状态即发生改变，配电网络即可在新的电网结构下运行。
[0012] 所述当配电线路出现故障并实现故障区段隔离后，主站对电网运行状况进行判 断，分断故障点后端的分断开关，合上联络开关，故障点后端的非故障区段通过另一条配电 线路恢复供电。
[0013] 所述当智能保护终端的通讯中断，其所在的配电线路出现故障时，智能保护终端 自动判断，断开相应的分段开关，隔离线路故障区段。
[0014] 所述当配电线路出现故障，相应的智能保护终端的开关拒动时，其上级智能保护 终端作为后备保护。
[0015] 本发明的有益效果是：本发明在配电网主干线或大分支上各分段开关的智能保 护终端配置电流保护，且各处保护定值相同，各智能保护终端通过光纤联网通信，同步采 样，实现配电线路故障时相应分段开关的选择性跳闸，隔离故障区段线路，非故障段线路继 续运行；当配电线路具有环网供电线路时，故障时相应分段开关跳闸、隔离故障区段线路 后，环网线路联络开关重合对该线路非故障段恢复供电，减少线路故障停电范围，提高配电 网络的供电可靠性，保证电力系统安全运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是本发明实施例一中的配电网智能保护系统构成图；
[0017] 图2是本发明实施例二中的配电网智能保护系统构成图；
[0018] 图3是本发明采用的拓扑关系文件创建流程图；
[0019] 图4是本发明所采用的拓扑关系文件下发程序流程图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明。
[0021] 实施例一
[0022] 本实施中配电网智能保护系统如图1所示，包括变电站母线1、线路出线开关2、 配电线路3、分段开关4(1#、2#、3#)、大分支开关5、配网自动化系统平台6、光纤网络7和 智能保护终端$1^)8(1#、2#、3#、4#)，分段开关4(1#、2#、3#)设置在配电线路3上，大分支 开关5设置在分支线路上，分段开关4 (1#、2#、3#)和大分支开关5分别对应智能保护终端 $1^)8(1#、2#、3#、4#)，分段开关4(1#、2#、3#)和大分支开关5的电流速断定值相同，电流 速断保护定值为分段开关安装处最小运行方式下发生两相短路故障时，保护装置能可靠动 作。
[0023] 各智能保护终端间及其与配网自动化系统平台6间都是通过光纤网络7通信连 接，每一个智能保护终端8都配置有相应的光纤环网交换机，相邻的交换机之间以光纤相 连，组成光纤通讯环网，光纤通讯环网的一个节点在变电站内设置成主交换机，主交换机通 过电口与和配网自动化系统平台6的交换机相连接，智能保护终端采集的各种馈线数据通 过光纤环网进入和配网自动化系统平台6,被配网自动化系统平台6处理、分析、显示，配 网自动化系统平台6用于根据当前配电网络的运行方式创建拓扑关系文件，并将拓扑关系 文件发送到各智能保护终端8 (1#、2#、3#、4#)，各智能保护终端8 (1#、2#、3#、4#)根据网络 拓扑关系文件识别各智能保护终端的上下级关系，正常工作时下级FTU8 (3#)定时向上级 FTU8 (2#)发送信息（电流、电压、开关状态等），当配电网线路发生短路故障，线路电流大于 电流速断保护定值时，故障后端的下级智能保护终端无延时向所有上级智能保护终端发送 故障信息，各智能保护终端根据接收到的故障信息及上下级逻辑关系进行分析判断，使故 障段相邻前端的智能保护终端跳闸，以实现在最小的区间内切除故障，隔离故障区段线路。 其中拓扑关系文件创建过程如图3所示，拓扑关系文件下发过程如图4所示，这里不在详细 描述。
[0024] 该系统的工作原理及过程如下：当配电线路L2处发生短路故障时，智能保护终端 (FTU)8(1#、2#)均检测到故障电流，而故障点以后的下级智能保护终端8(3#)无延时向所 有上级智能保护终端（FTU)8(1#、2#)发送无故障电流信息，FTU8(1#、2#)按照接收到的故 障信息及上下级逻辑关系进行分析判断，由故障点相邻前端的分段开关4(2#)动作跳闸， 在最小的区间内切除故障，隔离故障区段线路，非故障段线路继续运行。当配电线路L4处 发生短路故障时：智能保护终端（FTU)8(1#、2#、4#)均检测到故障电流，4#智能保护终端 (FTU)8为末端，无子节点，则FTU8(1#、2#、4#)按照接收到的故障信息及上下级逻辑关系进 行分析判断，由故障点相邻前端的大分支分段开关5动作跳闸，将其后段切除故障，隔离故 障区段线路，非故障段线路继续运行。
[0025] 实施例二
[0026] 如图2所示，本实施例中智能配电网采用环网线路，其保护系统包括变电站母线 1 (1#、2#)、线路出线开关2(1#、2#)、配电线路3、分段开关4(1#、2#、3#、4#)、联络开关5、配 网自动化系统平台6、光纤网络7、智能保护终端（FTU)8(1#、2#、3#、4#)和智能保护终端9， 智能保护终端（FTU)8(1#、2#、3#、4#)分别安装在分段开关4(1#、2#、3#、4#)中，智能保护终 端9安装在联络开关5中，各智能保护终端用于采集相对应开关的信息，分段开关4(1#、2#) 设置在变电站1#母线的配电线路上，分段开关4 (3#、4#)设置在变电站2#母线的配电线路 3上，联络开关5设置在1#变电站母线的配电线路和2#变电站母线的配电线路的连接处， 分段开关4(1#、2#、3#、4#)和联络开关5的电流速断定值相同。各智能保护终端卬1^)8(1#、 2#、3#、4#)间及其与智能保护终端9和配网自动化系统平台6间都是通过光纤网络7通信 连接，每一个智能保护终端8 (1#、2#、3#、4#)和智能保护终端9都配置有相应的光纤环网 交换机，相邻的交换机之间以光纤相连，组成光纤通讯环网，所组成光纤通讯环网与配网自 动化系统平台6的交换机相连接，智能保护终端采集的各种馈线数据通过光纤环网进入和 配网自动化系统平台6,配网自动化系统平台6对接收到的信息进行处理、分析、显示，配网 自动化系统平台6根据当前配电网络的运行方式创建拓扑关系文件，并将拓扑关系文件发 送到各智能保护终端8(1#、2#、3#、4#)和9,各智能保护终端8(1#、2#、3#、4#)和9根据网 络拓扑关系文件识别各智能保护终端的上下级关系，正常工作时下级FTU8(2#、3#)定时向 上级FTU8(1#、4#)发送信息（电流、电压、开关状态等），当配电网线路发生短路故障，线路 电流大于电流速断保护定值时，故障后端的下级智能保护终端无延时向所有上级智能保护 终端发送故障信息，各智能保护终端根据接收到的故障信息及上下级逻辑关系进行分析判 断，使故障段相邻前端的智能保护终端跳闸，以实现在最小的区间内切除故障，隔离故障区 段线路。其中拓扑关系文件创建过程如图3所示，拓扑关系文件下发过程如图4所示，这里 不在详细描述。
[0027] 当配电线路L2处发生短路故障时：智能保护终端（FTU)8(1#、2#)均检测到故障电 流，由配网自动化系统平台6下发的网络拓扑结构文件可知，2#智能保护终端（FTU) 8为末 端，无子节点，FTU8(1#、2#)按照接收到的故障信息及上下级逻辑关系进行分析判断，由故 障点相邻前端的分段开关4 (2#)动作跳闸，隔离故障区段L2线路，非故障段L1线路继续运 行，此时联络开关不动作，网络不重构。
[0028] 当配电线路L2处发生短路故障、且光纤网络L1/处故障时：2#智能保护终端 (FTU)8通过另一侧的光纤网络（L21与后台及1#智能保护终端（FTU)8联络，逻辑判断及故 障分析同上述1，仍由故障点相邻前端的分段开关4(2#)动作跳闸，隔离故障区段L2线路， 非故障段L1线路继续运行。此时联络开关不动作，网络不重构。即：2#智能保护终端单侧 网络故障时可通过另一侧光纤网络与其它智能保护终端及后台系统联网通讯，不影响数据 的实时上传及保护的动作，该保护终端仍能可靠动作，使该区段分段开关分闸、隔离故障。
[0029] 当配电线路L2处发生短路故障、2#智能保护终端（FTU)8保护故障拒动时：1#智 能保护终端（FTU)8根据检测到的故障电流、配网自动化系统平台6下发的网络拓扑结构 文件及2#智能保护终端（FTU) 8上传的相关信息，在经过60ms的延时等待后，由分段开关 4(1#)动作跳闸，隔离L1、L2段线路。此时联络开关不动作，网络不重构。
[0030] 当配电线路L2处发生短路故障、1#智能保护终端（FTU) 8两侧的光纤网络均故障 成为通讯"孤岛"、且2#智能保护终端（FTU)8保护故障拒动时：1#智能保护终端（FTU)8可 检测到故障电流，但由于其两侧光纤网络故障，无法与后台及2#智能保护终端（FTU)8通 讯联系，因2#智能保护终端（FTU) 8保护故障拒动，则故障电流一直存在，1#智能保护终端 (FTU)8在经过10ms延时后由分段开关4(1#)动作跳闸，隔离LI、L2段线路。此时联络开 关不动作，网络不重构。即：当故障段智能保护终端保护拒动、且上级保护终端两侧光纤断 开为通讯"孤岛"时，线路故障电流一直存在，此时仅"孤岛"保护终端经过l〇ms延时后分 段开关动作跳闸、隔离故障，故障段非"孤岛"相邻上级智能保护终端不动作。
[0031] 当配电线路L1处发生短路故障时：智能保护终端（FTU)8(1#)检测到故障电流， 而故障点以后的下级智能保护终端8(2#)无延时向所有上级智能保护终端（FTU)8(1#)发 送无故障电流信息，FTU8(1#)按照接收到的故障信息及上下级逻辑关系进行分析判断，由 故障点相邻前端的分段开关4 (1#)动作跳闸，隔离故障区段L1线路，非故障区段L2线路失 电。此后，智能保护终端（FTU) 9依据接收的信息及网络拓扑分析，满足同期条件后，延时将 联络开关5合闸，由另一电源对非故障区段L2线路供电，实现网络重构功能。
[0032] 若网络结构发生变化，线路上分段开关、联络开关状态需改变时：如分段开关 4(2#)变更为联络开关、联络开关5变更为分段开关，则需把分段开关4(2#)断开、联络开关 5合闸，由配网自动化系统平台6重新下发一次电网拓扑结构文件，不需更换两开关的智能 保护终端及修改保护定值，2s后开关在网络的位置状态即发生之改变，此时4 (2#)开关为 联络开关，5开关变为分段开关，配电网络即可在新的电网结构下运行。
【权利要求】
1. 一种配电网智能保护系统，包括安装在配电线路上的至少两个分断开关以及配套的 智能保护终端和配网自动化系统平台，各智能保护终端间及其与配网自动化系统平台之间 通过光纤网络通信连接，其特征在于，所述的各个分断开关的电流保护跳闸时间整定值相 同，该系统采用无级差电流保护。
2. 根据权利要求1所述的配电网智能保护系统，其特征在于，所述设置在同一条配电 线路上的各个分断开关的保护电流定值相同。
3. 根据权利要求2所述的配电网智能保护系统，其特征在于，所述配网自动化系统平 台用于根据当前配电网络的运行方式创建拓扑关系文件，并将拓扑关系文件发送到各智能 保护终端，所述智能保护终端根据网络拓扑关系文件识别各智能保护终端的上下级关系， 当配电网线路发生短路故障，线路电流大于电流速断保护定值时，故障后端的下级智能保 护终端无延时向所有上级智能保护终端发送故障信息，各智能保护终端根据接收到的故障 信息及上下级逻辑关系进行分析判断，使故障段相邻前端的智能保护终端跳闸，以实现在 最小的区间内切除故障，隔离故障区段线路。
4. 根据权利要求3所述的配电网智能保护系统，其特征在于，所述的配电线路之间还 设置有联络开关，正常运行时，各条配电线路开环运行。
5. 根据权利要求4所述的配电网智能保护系统，其特征在于，所述当配电线路出现故 障并实现故障区段隔离后，主站对电网运行状况进行判断，分断故障点后端的分断开关，合 上联络开关，故障点后端的非故障区段通过另一条配电线路恢复供电。
6. 根据权利要求5所述的配电网智能保护系统，其特征在于，所述当智能保护终端的 通讯中断，其所在的配电线路出现故障时，智能保护终端自动判断，断开相应的分段开关， 隔离线路故障区段。
7. 根据权利要求1-6中任一项所述的配电网智能保护系统，其特征在于，所述当配电 线路出现故障，相应的智能保护终端的开关拒动时，其上级智能保护终端作为后备保护。
【文档编号】H02H7/26GK104113048SQ201410287686
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】杨明乾, 姜俊莉, 张明, 王勇焕, 秦文杰, 时振堂, 黄长明, 李林卿 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石化集团河南石油勘探局水电厂